¿Puede la mente fingir el universo?

La realidad objetiva y las leyes de la física surgen de nuestras observaciones de acuerdo con el nuevo concepto, que da vuelta lo que consideramos fundamental.

Sophie hebden
Galardonados con FQXi: Marcus Muller ¹
18 de enero de 2019


Creación del cosmos.
Crédito: Yuri Akurs, iStock

Marcus Müller podría ser acusado erróneamente de ser el mayor individualista del mundo. La visión radicalmente nueva de la física cuántica sobre la realidad, que él ofrece, parece conducir al hecho de que el mundo que percibimos surge de nuestras observaciones. Él admite que esta es una idea muy difícil de entender. "Nadie ha presentado una historia de ciencia ficción que al menos la haya ilustrado de alguna manera", dice Müller, "se desprende de nuestra teoría de que solo las observaciones son fundamentalmente reales".


Marcus Muller

Muller , que trabaja en el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Viena, Austria, y su colega filósofo Michael Kaffaro de la Universidad de Western Ontario, Canadá, ponen en duda uno de nuestros supuestos básicos: la realidad es objetiva e independiente de nosotros. Muller y Kuffaro no afirman que el mundo sea ilusorio o poco realista, pero afirman que hay algo más fundamental detrás de esto y que su enfoque puede explicar el origen de la realidad y cómo surgen las leyes físicas fundamentales.

La teoría cuántica ya ha hecho que los físicos tomen en serio el papel de observador. Por ejemplo, antes de medir un sistema cuántico, puede tener propiedades en conflicto, por ejemplo, estar en dos estados de energía diferentes. Cuando hacemos observaciones, forzamos al sistema a tomar un cierto estado, vinculando el acto de observación con la realidad misma. Muller y Caffaro afirman que simplemente siguen este camino, llevándolo a su final lógico. Su objetivo es desarrollar una base para describir la realidad sin suponer la existencia de objetos ordinarios con propiedades determinadas por las leyes físicas ² . ¿Pero cómo resolver la ambiciosa tarea de construir el Universo sin bloques de construcción o instrucciones para su ensamblaje?

“¿Qué significa desde el punto de vista de las matemáticas que no hay leyes de la naturaleza? Esto es como preguntar, pero ¿qué pasa si solo tienes matemáticas? ¿Podría esto darte algo que te permita predecir lo que verás, es decir, algunas probabilidades de observación sin asumir nada más? ", Dice Müller." Ese fue mi punto de partida ".

Un método matemático que puede ayudar a hacer esto ya está disponible. El concepto de "probabilidad algorítmica" ya lo utilizan quienes trabajan en inteligencia artificial y aprendizaje automático. Describe la probabilidad de que ocurra la observación en todo el espectro de posibilidades, y los programadores la usan para crear robots que pueden "aprender" observando el entorno y tomar decisiones basadas en resultados pasados ³ .

Descarga en el cerebro

Usando este enfoque, Muller obtuvo una descripción coherente de la realidad a partir de descripciones de conjuntos de observaciones hechas una tras otra. Comienza con una observación que está codificada de alguna manera. Este método en sí mismo no importa, así que digamos que usamos cadenas binarias con ceros y unos. La observación puede ser un volcado de datos en algún momento que describe su estado con una larga cadena de bits. Mueller toma una herramienta matemática del campo de la inteligencia artificial y pregunta: ¿qué tan probable es que un programa de computadora aleatorio produzca estos bits por pura casualidad? Esto se llama probabilidad algorítmica de esta observación.

Mueller postula que lo que está sucediendo depende de la probabilidad algorítmica debido a lo que se ha observado en el pasado, y argumenta que este proceso puede moldear la realidad misma. Nuevas observaciones que no encajan en observaciones en el pasado, quizás se descartan mundos con cinco o seis dimensiones, porque su probabilidad es mucho menor que el mundo observado con tres dimensiones espaciales. Las observaciones consistentes con lo que vimos en el pasado, y que corresponden a la descripción del mundo en el sentido habitual, con leyes ordinarias, son muy probables. Por lo tanto, de nuestras observaciones obtenemos un "mundo emergente" ⁴ .

"Resulta que la probabilidad algorítmica es un concepto muy útil", dice Muller. Las leyes físicas y las leyes surgen de la misma manera que las respuestas correctas que los robots dan como resultado del entrenamiento. "Las leyes tienden a estabilizarse, y usted observa estos patrones a su alrededor y al mundo con tales leyes", explica Müller. "Esto tiene la misma base matemática".

Renato Renner , físico teórico del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich, Suiza, señala que en física existe una larga historia de intentos de formular teorías en primera persona ⁵ . Pero a diferencia de la mayoría de los intentos, Müller pudo desarrollar "una teoría bien definida dentro de la cual se pueden obtener resultados no triviales", dice Renner. "¡Es simplemente genial!" "Hablando simplemente, Muller proporcionó una versión cuantitativa de la navaja de afeitar de Occam : asigna altas probabilidades a futuros eventos posibles que tienen la explicación más simple".

Cerebro de Boltzmann

Junto con una explicación de por qué existen las leyes de la naturaleza, el enfoque de Mueller también puede resolver algunos acertijos notorios en cosmología y teoría cuántica. Uno de los más extraños se conoce como el " problema cerebral de Boltzmann ". Este concepto se remonta a finales del siglo XIX, cuando el físico Ludwig Boltzmann publicó una teoría que afirma que la entropía o el desorden de un sistema cerrado siempre aumenta. Piense en el café caliente en el cajón: el desorden en este sistema aumentará con el tiempo, ya que la energía térmica del café se disipará en el aire circundante. Pero siempre existe la posibilidad de que parte del sistema fluctúe de desorden a orden.

Boltzmann creía que la extraordinaria complejidad de la vida en la Tierra, incluido nuestro cerebro, es el resultado de estas fluctuaciones aleatorias, y que pueden ocurrir en cualquier parte del universo. Predijo la aparición de entidades conscientes de sí mismas, más tarde llamadas cerebros de Boltzmann, que aparecen y desaparecen espontáneamente. Lo que es aún más extraño, los cosmólogos en los últimos años han calculado que muchos modelos del universo sugieren que el número de cerebros de Boltzmann debería exceder significativamente el número de humanos normales. ¿Cómo puede estar seguro de que no es un cerebro de Boltzmann y que su próxima aparición no sucederá en las profundidades del espacio?

La teoría de Mueller da una respuesta alentadora: seguir existiendo como de costumbre en la Tierra es mucho más simple que aparecer repentinamente en el espacio. Y si algo en el sentido teórico de la información es más simple, entonces la probabilidad algorítmica dice que es más probable.

Las ideas aún no se han resuelto por completo; Muller aún no las ha publicado en una revista revisada por pares. Pero el concepto despertó gran interés y las invitaciones a la conferencia aumentaron. Rob Speckens , físico teórico del Instituto Perimeter de Canadá, cree que la teoría de la información algorítmica encontrará muchas aplicaciones en física en el futuro, y aplaude a Mueller por ser una de las pocas personas que acepta el desafío. "Este es un material muy original y estimulante", dijo.

Pero la teoría tiene bordes ásperos, dice Rudiger Schack , matemático de Royal Holloway, Universidad de Londres, Reino Unido, que está trabajando en una interpretación alternativa de la teoría cuántica, que también le da al observador un papel central llamado QBism (en la wiki ). Aunque Schack admira el rigor matemático del proyecto, le preocupa la falta de una definición clara de los agentes: las personas que hacen observaciones en los constructos teóricos de Mueller. "Los agentes de la teoría de Müller son entidades extrañamente disminuidas definidas por un proceso aleatorio", dice Schack. "La característica definitoria de los agentes es que toman decisiones y actúan". En la teoría de Muller, por el contrario, el concepto de acción, así como el mundo en el que actúan los agentes, son consecuencias secundarias de la teoría. "No me conviene", resume Shack.

Müller está de acuerdo en que el concepto de "acción del agente" no es parte de la descripción fundamental en su teoría, pero no ve esto como un defecto. "La elección de la acción es un concepto secundario que no debería ser una parte fundamental de ninguna teoría física", dice Muller, "al igual que las emociones o el libre albedrío. Esta visión es consistente con el pensamiento tradicional, por ejemplo, en cosmología ".

Renner, que vio la versión preliminar del trabajo de Müller, afirma que este es uno de los artículos más interesantes que ha leído en los últimos años ( arXiv: 1712.01826 ⁶ , una versión corta de arXiv: 1712.01816 ), lo que te hace pensar. "En vista de los problemas conceptuales que enfrentamos en nuestras teorías físicas actuales, especialmente en la teoría cuántica", dice Renner, "estos enfoques radicalmente diferentes son, en mi opinión, extremadamente necesarios".

Notas del autor de la traducción

1. FQXi - Instituto Virtual de Investigación Básica. Apoya la investigación en física y cosmología fundamental a través de la concesión de subvenciones. Se han asignado más de $ 100,000 para apoyar este proyecto.

2. El autor del artículo, siguiendo a los desarrolladores de la teoría, usa el término realidad objetiva, pero se trata más de la realidad percibida por los órganos sensoriales, descrita por las leyes de la física. Inicialmente, la teoría introduce definiciones de dos tipos de existencia de objetos: P-existencia y M-existencia. Sobre la base de la existencia P, se define un mundo P, que puede interpretarse como la existencia de una realidad objetiva en el sentido metafísico de este concepto. La existencia de M puede entenderse generalmente como la existencia de un entorno informático universal que, cuando se aplica a un observador humano, puede interpretarse como un entorno de red neuronal computacional del cerebro. Aunque los autores de la teoría no trazan tales paralelos de forma explícita, y en general intentan no abusar de las generalizaciones generales en el trabajo, lo cual es típico para trabajos sobre temas similares.

3. Quizás el enfoque descrito en el artículo interesará a los especialistas que trabajan en temas de IA, por esta razón, los centros incluyen centros de Inteligencia Artificial y Algoritmos. Hay muchas publicaciones sobre el tema de la complejidad algorítmica y la probabilidad algorítmica en el Habré, de las cuales las publicaciones del usuario aideus están dedicadas al uso de estos conceptos en el campo de la IA, ver 1 , 2 , 3 . Quizás todo esto es de poca relevancia a la luz de los avances recientes con el uso de ANNs en el desarrollo de IA, sin embargo.

4. Emergente en el sentido de la aparición de una nueva cualidad integral, previamente ausente de las partes.

5. Lo más cercano en espíritu a este trabajo son las publicaciones de A. Kaminsky sobre física subjetiva . En general, este tema incluye trabajo y discusiones relacionadas con el papel del observador y, en particular, su conciencia en física, comenzando con discusiones sobre el problema de las mediciones en CM en el momento de su creación, y terminando con las profecías del tío Roger :) hoy en día. Según el autor de la traducción, el problema del observador es esencialmente de naturaleza interdisciplinaria y no puede resolverse completamente solo dentro del marco de la física.

6. El artículo resultó ser algo acuoso, como a veces sucede con los artículos de divulgación científica :), así que para los interesados ​​agregué una traducción del resumen del trabajo en sí: