CC BY
1БОТ: 10.31249/ше1оадиаИег1у/01.03.11
Мюллер М.П.*
От загадок физики к структурной версии идеализма1
Аннотация. Согласно нашей современной концепции физики, любая достоверная физическая теория должна описывать объективную эволюцию уникального внешнего мира. Однако это условие оспаривается квантовой теорией. Она предполагает, что физические системы не всегда должны пониматься как обладающие объективными свойствами, которые просто выявляются путем измерения. Кроме того, некоторые другие концептуальные головоломки в физике и смежных науках указывают на ограниченность существующей точки зрения и мотивируют на поиск альтернативы: начать исследование с перспективы от первого лица (наблюдателя), а не с перспективы от третьего лица (мира). Поэтому предлагается тщательно продуманный подход именно такого рода, основанный на алгоритмической теории информации. Он строится на единственном постулате, что универсальная индукция определяет то, что любой наблюдатель увидит дальше. Иными словами, исключительно локальное состояние наблюдателя, а не мировые или физические законы определяет эти вероятности. Удивительно, но этот подход показывает, что полученная в результате теория согласуется с многими чертами нашего устоявшегося физического мировоззрения. Она предсказывает, что наблюдателям будет казаться, будто существует внешний мир, который развивается в соответствии с простыми, вычисляемыми и вероятностными законами. Такой подход (в отличае от общепринятого) не предполагает, что объективная реальность уже существует, скорее - что она доказуемо возникает как асимптотическое статистическое явление. Полученная в результате теория также решает головоломки, такие как, например, проблема Больцмановского мозга в космологии, и дает конкретные подсказки для мыслительных экспериментов, таких как компьютерное моделирование агентов.
Ключевые слова: физика; подход от первого лица; состояния наблюдателя; алгоритмическая теория информации; универсальная индукция.
Для цитирования: Мюллер М.П. От загадок физики к структурной версии идеализма // МЕТОД : Московский ежеквартальник трудов из обществоведческих дисциплин : ежекв. науч. изд. ; ред. кол.: М.В. Ильин (гл. ред.) [и др.] / РАН. ИНИОН. Центр перспект. методологий
* Маркус П. Мюллер, доктор философии в области физики, является руководителем группы в Институте квантовой оптики и квантовой информации в Вене (Австрия) и членом Австрийской академии наук.
© Мюллер, 2021
1 https://www.essentiafoundation.org/seeing/froш-enigшas-in-physics-to-a-structura1-уегеюп-ойсйеа^ш
154
социал. и гуманит. исслед. - Москва, 2021. - Т. 1, № 3. - С. 154-159. - URL: http://www.doi.org/10.31249/metodquarterly/01.03.11
«А что я увижу дальше?»
Физика предсказывает то, что мы должны увидеть в наших лабораторных экспериментах или в астрономических явлениях. Вопрос можно сформулировать так: а что я увижу дальше? Но разве физика говорит не о чем-то совершенно другом? Разве физика не занимается вопросами иного рода, а именно - изучением устройства мира?
Зачастую мы думаем, что это действительно так. Но тут квантовая теория предоставляет нам другую точку зрения. Согласно квантовой теории, мы знаем, что не проведенные эксперименты не имеют результатов1. А именно, теорема Белла2 гласит, что относительно данных, которые мы наблюдаем в эксперименте Белла, непоследовательно предполагать, что измерения всегда говорят нам о том, каким был мир до проведения измерений, если только мы не откажемся от локальности.
Поэтому во многих случаях мы не можем просто задать вопрос: каков мир? Или же: каким был мир до того, как мы произвели измерения? Вместо этого мы можем сформулировать его следующим образом: какова вероятность того, что в данном эксперименте я увижу дальше?
Так что даже физика, по крайней мере квантовая, говорит о том, что вопрос о том, что я увижу дальше, - это в некотором смысле, естественный вопрос, который можно задавать в определенных контекстах.
Единый подход
Я предложил бы единый подход к вопросу: «Что я увижу дальше?», который одновременно применим ко всем экспериментальным режимам. Другими словами, вы, несомненно, хотели бы иметь такой метод или, возможно, такую теорию, которая позволит вам найти ответ на этот вопрос, независимо от того, задаете ли вы его в эмпирическом режиме или в экзотических мысленных экспериментах, таких как проблема «Больцмановский мозг»3.
1 В квантовой теории, если вы измеряете, например, спин (от англ. «вращение») электрона, то сам акт измерения приводит спин к существованию. До того как вы измерили его, т.е. до того, как вы провели эксперимент, не было никакого спина, а только волна вероятных спинов. - Прим. ред.
2 Теорема Белла доказывает, что квантовая физика несовместима с теориями локальных скрытых переменных. Представлена физиком Джоном Стюартом Беллом в 1964 г. в статье «О парадоксе Эйнштейна - Подольского - Розена». - Прим. ред.
3 Это гипотетический объект, возникающий в результате флуктуаций в какой-либо системе и способный осознавать свое существование. Назван в честь австрийского физика
155
Одним из способов сформулировать этот единый подход было бы изменение стандартной точки зрения, в сочетании с правилом вероятности в отношении того, что произойдет дальше, учитывая то, что произошло ранее. Позвольте мне объяснить.
Согласно нашему стандартному представлению, физический мир развивается во времени в соответствии с определенными законами физики. Мы просто являемся частью этого физического мира, поэтому все, что мы видим, может быть получено из какой-то части этого же мира. Мы также считаем, что наше состояние является следствием состояния мира. Под состоянием я подразумеваю состояние наблюдателя. Мы ведь являемся наблюдателями, и мы всегда находимся в том или ином состоянии. Это означает, что все, что вы видите и помните на данный момент, сознательно или бессознательно, составляет ваше состояние, которое содержит в себе всю доступную вам локальную информацию. Я должен добавить, что само по себе не имеет значения то, как эти состояния нами воспринимаются. Таким образом, понятия свободной воли, или сознания, на самом деле не имеют отношения к тому, что я собираюсь рассмотреть далее.
В любом случае стандартная точка зрения состоит в том, что наше состояние просто следует из состояния и эволюции мира, что помогает нам делать хорошие прогнозы в эмпирическом режиме. Но проблема в том, что это представление на самом деле не помогает нам разобраться с вопросами, возникающими в некоторых экзотических мысленных экспериментах.
Предположим, что фундаментальные законы, какими бы они ни были, применимы непосредственно к перспективе от первого лица, т.е. к состоянию наблюдателя. Вы начинаете с того, что отказываетесь от идеи физического мира как лежащего в основе нашего состояния. Вы начинаете работать с собой как с наблюдателем, что бы это ни означало, и с вашим состоянием. Закон, применимый в данном случае, был бы неким вероятностным правилом, которое предсказывает вам, каким будет ваше состояние в дальнейшем, учитывая то, каково оно сейчас.
Так вот, мое предложение для осуществления такого подхода состоит в том, чтобы использовать закон индукции для этой вероятности. Таким образом, вероятность была бы более высока для последующих состояний, которые можно бы было предсказать, если бы вы были хорошей индукционной машиной или хорошей машиной прогнозирования.
Удивительно то, что если вы будете следовать этому подходу и использовать постулируемый мной закон вероятности, то вы сможете показать в виде теоремы, что в долгосрочной перспективе, после того как
Людвига Больцмана, сформулировавшего проблему. Вероятность такого события, по некоторым оценкам, даже превышает вероятность появления обычного человеческого мозга в ходе эволюции. Возможность возникновения таких объектов рассматривается в некоторых мысленных экспериментах. - Прим. ред.
156
вы сделаете несколько наблюдений или пройдете через несколько состояний, все будет выглядеть так, как будто существует внешний мир, частью которого вы являетесь.
Другими словами, вы получаете опять то же традиционное представление о внешнем физическом мире - как очень хорошее приближенное соответствие, даже если основываете свой подход исключительно на внутреннем состоянии наблюдателя.
Как это будет выглядеть? Что это за закон индукции? Речь здесь идет о том, что то, что мы называем «внешним миром», в некотором смысле является статистическим феноменом, который является не фундаментальным, а скорее эмерджентным. Далее, что же это за вероятностное правило, которое применяется непосредственно к наблюдателю?
Универсальная индукция - это математический инструмент из теории информации. Он подсказывает вам наиболее вероятное предположение относительно последующих данных, учитывая предыдущие данные, которые вы записали. Другими словами, вы выполнили какие-то измерения, а затем решаете, какие измерения делать дальше. Здесь вы применяете определенный метод, который позволяет вам оценить вероятность того, насколько вы должны верить этим измерениям.
Это называется индукцией Соломоноффа, и это теория, разработанная Рэем Соломоноффом, которая дает вам универсальный метод индукции, основанный на принципе, гласящем, что простые гипотезы более вероятны, чем сложные.
Учитывая то, что вы видели раньше, и те закономерности, с которыми вы, возможно, сталкивались, вы сделаете ставку на будущие данные, воспроизводящие те же самые закономерности. Это - вероятность Соломоноффа. Я бы тут еще отметил, что на самом деле существует закон, который применяется непосредственно к наблюдателю, и он задается именно вероятностью Соломоноффа.
Что это может означать? Это все соответствует тому, что мы знаем о физике. Когда вы думаете об эмпирическом режиме и ваших экспериментах, оказывается, что предсказания, которые вы получаете, когда используете вероятность Соломоноффа, на самом деле эквивалентны, по крайней мере асимптотически, тому, что говорят нам наши физические теории. Это происходит из-за тезиса Чёрча - Тьюринга, который гласит, что физические законы поддаются вычислению. И этого достаточно, чтобы гарантировать, что вероятность Соломоноффа согласуется с физикой.
Но, более того, этот закон индукции подразумевает, что закономерности стабилизируются сами по себе через некоторое время и создадут «впечатление», основанное на статистических данных, что все, что вы видите, исходит от какого-то внешнего процесса, в который вы встроены. И этот процесс будет чем-то наподобие внешнего мира.
Таким образом, вы можете показать в виде теоремы, что для наблюдателей, описываемых этим вероятностным правилом, все будет
157
выглядеть так, как если бы существовал какой-то внешний мир, который является вероятностным, но одновременно и алгоритмически простым. Вы можете описать его состояние в нескольких простых уравнениях или при помощи компьютерного кода. Тем не менее этот мир будет выглядеть сложным, а также может проявлять некоторые черты, характерные для квантовой теории.
Вероятность от первого и третьего лица
До сих пор мы говорили об одном наблюдателе, который подчиняется закону вероятности. Он осуществляет наблюдения и имеет опыт, который выглядит так, как будто наблюдатель встроен в какой-то внешний мир, развивающийся вероятностно и в соответствии с определенными простыми законами.
Теперь предположим, что в мире этого первого наблюдателя замечен другой наблюдатель. Будет ли мир первоначального наблюдателя, в котором замечен второй, совпадать с миром второго наблюдателя? Другими словами, будут ли различаться вероятности от первого и от третьего лица или же они будут идентичны?
Примечательно, что, если учитывать вероятность Соломоноффа, при условии накопления достаточного количества данных, можно увидеть, что вероятности от первого и третьего лица чрезвычайно близки друг к другу. Они практически одинаковы. Возможно, это и есть причина того, что разные люди считают, что они живут в одном и том же внешнем мире.
Если вы хотели бы узнать больше подробностей обо всех поднятых здесь вопросах, я предлагаю вам обратиться к опубликованной мной статье1.
Перевод с английского Наталии Воронцовой
Markus Müller* From enigmas in physics to a structural version of idealism2
Abstract. According to our current conception of physics, any valid physical theory is supposed to describe the objective evolution of a unique external world. However, this condition
1 «Закон без закона: от состояний наблюдателя к физике через алгоритмическую теорию информации» (англ. «Law without law: from observer states to physics via algorithmic information theory». Cornell University, 2017). https://arxiv.org/abs/1712.01826
* Markus P. Müller, PhD, is Group Leader at the Institute for Quantum Optics and Quantum Information in Vienna, Austria, and a member of the Austrian Academy of Sciences.
2 https://www.essentiafoundation.org/seeing/from-enigmas-in-physics-to-a-structural-version-of-idealism
158
is challenged by quantum theory, which suggests that physical systems should not always be understood as having objective properties which are simply revealed by measurement. Furthermore, several other conceptual puzzles in the foundations of physics and related fields point to the limitations of our current perspective and motivate the exploration of an alternative: to start with the first-person (the observer) rather than the third-person perspective (the world). A rigorous approach of this kind is therefore proposed on the basis of algorithmic information theory. It is based on a single postulate: that universal induction determines the chances of what any observer sees next. That is, instead of a world or physical laws, it is the local state of the observer alone that determines those probabilities. Surprisingly, it shows that the resulting theory recovers many features of our established physical worldview: it predicts that it appears to observers as if there was an external world that evolves according to simple, computable, probabilistic laws. In contrast to the standard view, objective reality is not assumed on this approach but rather provably emerges as an asymptotic statistical phenomenon. The resulting theory also dissolves puzzles like cosmology's Boltzmann brain problem and makes concrete predictions for thought experiments like the computer simulation of agents.
Keywords: physics; first-person approach; observer states; algorithmic information theory; universal induction.
For citation: Müller, M. (2021). From enigmas in physics to a structural version of idealism. METHOD: Moscow Quarterly of Social Studies, 1 (3), 154-159. http://www.doi. org/10.31249/metodquarterly/01.03.11
159
