Kann der Geist das Universum vortäuschen?

Die objektive Realität und die Gesetze der Physik selbst ergeben sich aus unseren Beobachtungen gemäß dem neuen Konzept, das das, was wir für grundlegend halten, auf den Kopf stellt.

Sophie hebden
FQXi-Preisträger: Marcus Muller ¹
18. Januar 2019


Erschaffung des Kosmos.
Bildnachweis: Yuri Akurs, iStock

Marcus Müller könnte fälschlicherweise beschuldigt werden, der größte Individualist der Welt zu sein. Die radikal neue Sicht der Quantenphysik auf die Realität, die er anbietet, scheint dazu zu führen, dass die Welt, die wir wahrnehmen, aus unseren Beobachtungen entsteht. Er gibt zu, dass dies eine sehr schwer zu verstehende Idee ist. "Noch hat sich niemand eine Science-Fiction-Geschichte ausgedacht, die sie zumindest irgendwie illustriert hat", sagt Müller. "Aus unserer Theorie folgt, dass nur Beobachtungen grundsätzlich real sind."


Marcus Müller

Müller , der am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation in Wien arbeitet, und sein Philosoph Michael Kaffaro von der University of Western Ontario, Kanada, bezweifeln eine unserer Grundannahmen: Die Realität ist objektiv und unabhängig von uns. Müller und Kuffaro behaupten nicht, dass die Welt illusorisch oder unrealistisch ist, sondern dass etwas Grundlegenderes dahinter steckt und dass ihr Ansatz den Ursprung der Realität und die Entstehung grundlegender physikalischer Gesetze erklären kann.

Die Quantentheorie hat Physiker bereits dazu gebracht, die Rolle des Beobachters ernst zu nehmen. Bevor wir beispielsweise ein Quantensystem messen, kann es widersprüchliche Eigenschaften haben, beispielsweise in zwei verschiedenen Energiezuständen. Wenn wir beobachten, zwingen wir das System, einen bestimmten Zustand anzunehmen, indem wir den Akt der Beobachtung mit der Realität selbst verbinden. Müller und Caffaro behaupten, dass sie diesem Weg einfach folgen und ihn zu seinem logischen Ende bringen. Ihr Ziel ist es, eine Grundlage für die Beschreibung der Realität zu entwickeln, ohne die Existenz gewöhnlicher Objekte mit Eigenschaften anzunehmen, die durch physikalische Gesetze bestimmt werden ² . Aber wie kann man die ehrgeizige Aufgabe lösen, das Universum ohne Bausteine ​​oder Anweisungen für seine Montage aufzubauen?

„Was bedeutet es aus mathematischer Sicht, dass es keine Naturgesetze gibt? Das ist wie fragen, aber was ist, wenn Sie nur Mathe haben? Könnte dies Ihnen etwas geben, mit dem Sie vorhersagen können, was Sie sehen werden, dh einige Beobachtungswahrscheinlichkeiten, ohne etwas anderes anzunehmen? ", Sagt Müller." Das war mein Ausgangspunkt. "

Eine mathematische Methode, die dabei helfen kann, ist bereits verfügbar. Das Konzept der „algorithmischen Wahrscheinlichkeit“ wird bereits von jenen verwendet, die an künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen arbeiten. Es beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass Beobachtungen über das gesamte Spektrum von Möglichkeiten stattfinden, und Programmierer verwenden sie, um Roboter zu erstellen, die aus der Beobachtung der Umgebung „lernen“ und Entscheidungen auf der Grundlage früherer Ergebnisse treffen können ³ .

Dump im Gehirn

Mit diesem Ansatz erhielt Müller eine kohärente Beschreibung der Realität aus Beschreibungen von Beobachtungssätzen, die nacheinander gemacht wurden. Es beginnt mit einer Beobachtung, die auf irgendeine Weise codiert ist. Diese Methode selbst spielt keine Rolle. Nehmen wir also an, wir verwenden binäre Zeichenfolgen mit Nullen und Einsen. Beobachtung kann zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Datenauszug sein, der Ihren Zustand mit einer langen Folge von Bits beschreibt. Mueller nimmt ein mathematisches Werkzeug aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz und fragt: Wie wahrscheinlich ist es, dass ein zufälliges Computerprogramm diese Bits rein zufällig erzeugt? Dies wird als algorithmische Wahrscheinlichkeit dieser Beobachtung bezeichnet.

Mueller postuliert, dass das, was geschieht, von der algorithmischen Wahrscheinlichkeit abhängt, die aufgrund der in der Vergangenheit beobachteten Ereignisse auftritt, und argumentiert, dass dieser Prozess die Realität selbst formen kann. Neue Beobachtungen, die nicht in Beobachtungen in der Vergangenheit passen, vielleicht Welten mit fünf oder sechs Dimensionen, werden verworfen, weil ihre Wahrscheinlichkeit viel geringer ist als die beobachtete Welt mit drei räumlichen Dimensionen. Beobachtungen, die mit dem übereinstimmen, was wir in der Vergangenheit gesehen haben und die der Beschreibung der Welt im üblichen Sinne mit gewöhnlichen Gesetzen entsprechen, sind am wahrscheinlichsten. Aus unseren Beobachtungen ergibt sich daher eine „aufstrebende Welt“ ⁴ .

"Es stellt sich heraus, dass die algorithmische Wahrscheinlichkeit ein sehr nützliches Konzept ist", sagt Müller. Physikalische Gesetze und Gesetze entstehen auf die gleiche Weise wie die richtigen Antworten, die Roboter als Ergebnis des Trainings geben. "Gesetze neigen dazu, sich zu stabilisieren, und Sie beobachten diese Muster um Sie und die Welt mit solchen Gesetzen", erklärt Müller. "Dies hat die gleiche mathematische Grundlage."

Renato Renner , theoretischer Physiker an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, stellt fest, dass es in der Physik eine lange Geschichte von Versuchen gibt, Theorien aus der ersten Person zu formulieren ⁵ . Aber im Gegensatz zu den meisten Versuchen konnte Müller "eine klar definierte Theorie entwickeln, mit der nicht triviale Ergebnisse erzielt werden können", sagt Renner. "Es ist einfach großartig!" "Müller hat einfach gesagt eine quantitative Version von Occams Rasiermesser geliefert: Er weist zukünftigen möglichen Ereignissen, die die einfachste Erklärung haben, hohe Wahrscheinlichkeiten zu."

Boltzmann-Gehirn

Neben einer Erklärung, warum Naturgesetze überhaupt existieren, kann Muellers Ansatz auch einige berüchtigte Rätsel in der Kosmologie und der Quantentheorie lösen. Eines der seltsamsten ist als " Boltzmann-Gehirnproblem " bekannt. Dieses Konzept stammt aus dem Ende des 19. Jahrhunderts, als der Physiker Ludwig Boltzmann eine Theorie veröffentlichte, die besagt, dass die Entropie oder Störung eines geschlossenen Systems immer zunimmt. Denken Sie an den heißen Kaffee in der Schublade: Die Unordnung in diesem System nimmt mit der Zeit zu, da sich die Wärmeenergie des Kaffees in der Umgebungsluft auflöst. Es besteht jedoch immer die Möglichkeit, dass ein Teil des Systems von Störung zu Ordnung schwankt.

Boltzmann glaubte, dass die außergewöhnliche Komplexität des Lebens auf der Erde, einschließlich unseres Gehirns, das Ergebnis dieser zufälligen Schwankungen ist und dass sie überall im Universum auftreten können. Er sagte die Entstehung selbstbewusster Wesenheiten voraus, die später als Boltzmann-Gehirne bezeichnet wurden und spontan auftauchten und verschwanden. Was noch seltsamer ist, haben Kosmologen in den letzten Jahren berechnet, dass viele Modelle des Universums darauf hindeuten, dass die Anzahl der Boltzmann-Gehirne die Anzahl der normalen menschlichen Gehirne deutlich übersteigen sollte. Wie können Sie sicher sein, dass Sie kein Boltzmann-Gehirn sind und dass Ihr nächster Auftritt nicht in den Tiefen des Weltraums stattfinden wird?

Muellers Theorie gibt eine ermutigende Antwort: Es ist viel einfacher, wie auf der Erde üblich weiter zu existieren, als plötzlich im Weltraum zu erscheinen. Und wenn etwas im informationstheoretischen Sinne einfacher ist, dann sagt die algorithmische Wahrscheinlichkeit, dass es wahrscheinlicher ist.

Die Ideen sind noch nicht vollständig ausgearbeitet - Müller hat sie noch nicht in einem Peer-Review-Journal veröffentlicht. Das Konzept stieß jedoch auf großes Interesse, und die Einladungen zur Konferenz nahmen zu. Rob Speckens , theoretischer Physiker am Perimeter Institute in Kanada, glaubt, dass die algorithmische Informationstheorie in Zukunft viele Anwendungen in der Physik finden wird, und lobt Müller dafür, dass er einer der wenigen ist, der diese Herausforderung angenommen hat. "Dies ist sehr originelles und zum Nachdenken anregendes Material", sagte er.

Theoretisch gibt es jedoch Ecken und Kanten , sagt Rüdiger Schack , Mathematiker an der Royal Holloway, Universität London, Großbritannien, der an einer alternativen Interpretation der Quantentheorie arbeitet, die dem Beobachter auch eine zentrale Rolle namens QBism (im Wiki ) gibt. Obwohl Schack die mathematische Strenge des Projekts bewundert, ist er besorgt über das Fehlen einer klaren Definition von Agenten - den Menschen, die Beobachtungen in Müllers theoretischen Konstrukten machen. "Die Agenten von Müllers Theorie sind seltsamerweise verminderte Einheiten, die durch einen zufälligen Prozess definiert werden", sagt Schack. "Das bestimmende Merkmal von Agenten ist, dass sie Entscheidungen treffen und handeln." In Mullers Theorie hingegen sind das Konzept des Handelns sowie die Welt, in der Agenten agieren, sekundäre Konsequenzen der Theorie. "Es passt nicht zu mir", fasst Shack zusammen.

Müller stimmt zu, dass das Konzept der „Agentenaktion“ nicht Teil der grundlegenden Beschreibung in seiner Theorie ist, er sieht dies jedoch nicht als Fehler an. „Die Wahl des Handelns ist ein sekundäres Konzept, das kein grundlegender Bestandteil einer physikalischen Theorie sein sollte“, sagt Müller, „genau wie Emotionen oder freier Wille. Diese Ansicht steht im Einklang mit dem traditionellen Denken, beispielsweise in der Kosmologie. "

Renner, der die vorläufige Version von Müllers Werk gesehen hat, behauptet, dass dies einer der interessantesten Artikel ist, die er in den letzten Jahren gelesen hat ( arXiv: 1712.01826 ⁶ , eine Kurzversion von arXiv: 1712.01816 ), was Sie zum Nachdenken anregt . "Angesichts der konzeptionellen Probleme, mit denen wir in unseren gegenwärtigen physikalischen Theorien konfrontiert sind, insbesondere in der Quantentheorie", sagt Renner, "sind solche radikal unterschiedlichen Ansätze meiner Meinung nach äußerst notwendig."

Anmerkungen des Übersetzungsautors

1. FQXi - Virtuelles Institut für Grundlagenforschung. Unterstützt die Forschung in Grundlagenphysik und Kosmologie durch die Bereitstellung von Stipendien. Zur Unterstützung dieses Projekts wurden mehr als 100.000 US-Dollar bereitgestellt.

2. Der Autor des Artikels, der den Entwicklern der Theorie folgt, verwendet den Begriff objektive Realität, aber es geht mehr um die Realität, die von den Sinnesorganen wahrgenommen wird, beschrieben durch die Gesetze der Physik. Die Theorie führt zunächst Definitionen von zwei Arten der Existenz von Objekten ein: P-Existenz und M-Existenz. Auf der Grundlage der P-Existenz wird eine P-Welt definiert, die als Existenz der objektiven Realität im metaphysischen Sinne dieses Konzepts interpretiert werden kann. M-Existenz kann allgemein als die Existenz einer universellen Computerumgebung verstanden werden, die, wenn sie auf einen menschlichen Beobachter angewendet wird, als eine rechnergestützte neuronale Netzwerkumgebung des Gehirns interpretiert werden kann. Obwohl die Autoren der Theorie solche Parallelen nicht in expliziter Form ziehen und im Allgemeinen versuchen, breite Verallgemeinerungen in der Arbeit nicht zu missbrauchen, was typisch für Arbeiten zu ähnlichen Themen ist.

3. Vielleicht interessiert der in diesem Artikel beschriebene Ansatz Spezialisten, die an KI-Problemen arbeiten. Aus diesem Grund umfassen die Hubs Hubs für künstliche Intelligenz und Algorithmen. Es gibt viele Veröffentlichungen zum Thema algorithmische Komplexität und algorithmische Wahrscheinlichkeit auf dem Habré, von denen die Veröffentlichungen des Aideus- Benutzers der Verwendung dieser Konzepte im Bereich der KI gewidmet sind, siehe 1 , 2 , 3 . Vielleicht ist all dies angesichts der jüngsten Fortschritte bei der Verwendung von ANNs in der KI-Entwicklung dennoch von geringer Bedeutung.

4. Aufstrebend im Sinne der Entstehung einer neuen integralen Qualität, die bisher in Teilen nicht vorhanden war.

5. Am nächsten an dieser Arbeit sind die Veröffentlichungen von A. Kaminsky über subjektive Physik . Im Allgemeinen umfasst dieses Thema die Arbeit und Diskussionen in Bezug auf die Rolle des Beobachters und insbesondere sein Bewusstsein in der Physik, beginnend mit Diskussionen über das Problem der Messungen im QM während seiner Erstellung und endend mit den Prophezeiungen von Onkel Roger :) heutzutage. Laut dem Autor der Übersetzung ist das Problem des Beobachters im Wesentlichen interdisziplinär und kann nur im Rahmen der Physik nicht vollständig gelöst werden.

6. Der Artikel stellte sich als etwas wässrig heraus, wie es manchmal bei populärwissenschaftlichen Artikeln der Fall ist :), daher fügte ich für Interessierte eine Übersetzung der Zusammenfassung des Werks selbst hinzu: