L'esprit peut-il truquer l'univers?

La réalité objective et les lois de la physique elles-mêmes découlent de nos observations selon le nouveau concept, qui bouleverse ce que nous considérons comme fondamental.

Sophie Hebden
Lauréats FQXi: Marcus Muller ¹
18 janvier 2019


Création du cosmos.
Crédit: Yuri Akurs, iStock

Marcus Müller pourrait être accusé à tort d'être le plus grand individualiste du monde. La vision radicalement nouvelle de la physique quantique sur la réalité, qu'il propose, semble conduire au fait que le monde que nous percevons découle de nos observations. Il admet que c'est une idée très difficile à comprendre. «Personne n'a encore proposé une histoire de science-fiction qui l'ait au moins illustrée», dit Müller, «il découle de notre théorie que seules les observations sont fondamentalement réelles.»


Marcus Muller

Muller , qui travaille à l'Institut d'optique quantique et d'information quantique à Vienne, en Autriche, et son collègue philosophe Michael Kaffaro de l'Université de Western Ontario, Canada, mettent en doute l'une de nos hypothèses de base: la réalité est objective et indépendante de nous. Muller et Kuffaro ne prétendent pas que le monde est illusoire ou irréaliste, mais affirment que quelque chose de plus fondamental est derrière lui et que leur approche peut expliquer l'origine de la réalité et comment les lois physiques fondamentales surgissent.

La théorie quantique a déjà fait prendre au sérieux le rôle d'observateur aux physiciens. Par exemple, avant de mesurer un système quantique, il peut avoir des propriétés conflictuelles, par exemple, être dans deux états énergétiques différents. Lorsque nous faisons de l'observation, nous forçons le système à prendre un certain état, reliant l'acte d'observation à la réalité elle-même. Muller et Caffaro affirment qu'ils suivent simplement ce chemin, l'amenant à sa fin logique. Leur objectif est de développer une base pour décrire la réalité sans supposer l'existence d'objets ordinaires aux propriétés déterminées par les lois physiques ² . Mais comment résoudre la tâche ambitieuse de construire l'Univers sans blocs de construction ni instructions pour son assemblage?

«Que signifie, du point de vue des mathématiques, qu'il n'y a pas de lois de la nature? C'est comme demander, mais que faire si vous n'avez que des mathématiques? Est-ce que cela peut vous donner quelque chose qui vous permet de prédire ce que vous verrez, c'est-à-dire des probabilités d'observation sans supposer autre chose? ", Déclare Müller." C'était mon point de départ. "

Une méthode mathématique qui peut aider à le faire est déjà disponible. Le concept de «probabilité algorithmique» est déjà utilisé par ceux qui travaillent sur l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique. Il décrit la probabilité d'observation sur tout le spectre des possibilités, et les programmeurs l'utilisent pour créer des robots qui peuvent «apprendre» de l'observation de l'environnement et prendre des décisions en fonction des résultats passés ³ .

Dump dans le cerveau

En utilisant cette approche, Muller a obtenu une description cohérente de la réalité à partir de descriptions d'ensembles d'observations faites l'une après l'autre. Cela commence par une observation codée d'une manière ou d'une autre. Cette méthode elle-même n'a pas d'importance, alors disons que nous utilisons des chaînes binaires avec des zéros et des uns. L'observation peut être un vidage de données à un moment donné décrivant votre état avec une longue chaîne de bits. Mueller prend un outil mathématique du domaine de l'intelligence artificielle et demande: quelle est la probabilité qu'un programme informatique aléatoire produise ces bits par pur hasard? C'est ce qu'on appelle la probabilité algorithmique de cette observation.

Mueller postule que ce qui se passe dépend de la probabilité algorithmique due à ce qui a été observé dans le passé et soutient que ce processus peut façonner la réalité elle-même. De nouvelles observations qui ne correspondaient pas aux observations dans le passé, peut-être des mondes à cinq ou six dimensions sont rejetées, car leur probabilité est bien inférieure à celle du monde observé à trois dimensions spatiales. Des observations conformes à ce que nous avons vu dans le passé, et qui correspondent à la description du monde au sens habituel, avec les lois ordinaires, sont les plus probables. Par conséquent, à partir de nos observations, nous obtenons un «monde émergent» ⁴ .

«Il s'avère que la probabilité algorithmique est un concept très utile», explique Muller. Les lois physiques et les lois surviennent de la même manière que les réponses correctes que les robots donnent à la suite de la formation. "Les lois ont tendance à se stabiliser, et vous observez ces modèles autour de vous et du monde avec de telles lois", explique Müller. "Cela a le même fondement mathématique."

Renato Renner , physicien théoricien à l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (Suisse), note que la physique a une longue histoire de tentatives pour formuler des théories à la première personne ⁵ . Mais contrairement à la plupart des tentatives, Müller a été en mesure de développer "une théorie bien définie au sein de laquelle des résultats non triviaux peuvent être obtenus", explique Renner. "C'est tout simplement génial!" "Pour parler simplement, Muller a fourni une version quantitative du rasoir d'Occam : il attribue des probabilités élevées aux futurs événements possibles qui ont l'explication la plus simple."

Cerveau de Boltzmann

En plus d'expliquer pourquoi les lois de la nature existent, l'approche de Mueller peut également résoudre des énigmes notoires en cosmologie et en théorie quantique. L'un des plus étranges est le « problème cérébral de Boltzmann ». Ce concept remonte à la fin du XIXe siècle, lorsque le physicien Ludwig Boltzmann a publié une théorie affirmant que l'entropie ou le désordre d'un système fermé augmente toujours. Pensez au café chaud dans le tiroir: l'encombrement dans ce système augmentera avec le temps, car l'énergie thermique du café se dissipera dans l'air ambiant. Mais il y a toujours la possibilité qu'une partie du système fluctue du désordre à l'ordre.

Boltzmann croyait que l'extraordinaire complexité de la vie sur Terre, y compris notre cerveau, est le résultat de ces fluctuations aléatoires, et qu'elles peuvent se produire n'importe où dans l'univers. Il a prédit l'émergence d'entités conscientes de soi, plus tard appelées cerveaux de Boltzmann, apparaissant et disparaissant spontanément. Ce qui est encore plus étrange, les cosmologistes ont calculé ces dernières années que de nombreux modèles de l'univers suggèrent que le nombre de cerveaux de Boltzmann devrait dépasser considérablement le nombre de cerveaux humains normaux. Comment pouvez-vous être sûr que vous n'êtes pas un cerveau de Boltzmann et que votre prochaine apparition n'aura pas lieu dans les profondeurs de l'espace?

La théorie de Mueller donne une réponse encourageante: continuer d'exister comme d'habitude sur Terre est beaucoup plus simple que d'apparaître soudainement dans l'espace. Et si quelque chose au sens théorique de l'information est plus simple, alors la probabilité algorithmique dit que c'est plus probable.

Les idées n'ont pas encore été entièrement élaborées - Muller ne les a pas encore publiées dans une revue à comité de lecture. Mais le concept a suscité un grand intérêt et les invitations à la conférence se sont multipliées. Rob Speckens , physicien théoricien à l'Institut Périmètre au Canada, croit que la théorie algorithmique de l'information trouvera de nombreuses applications en physique à l'avenir, et applaudit Mueller pour être l'une des rares personnes à accepter le défi. "C'est un matériau très original et qui donne à réfléchir", a-t-il déclaré.

Mais il y a des bords rugueux dans la théorie, dit Rudiger Schack , un mathématicien de Royal Holloway, Université de Londres, Royaume-Uni, qui travaille sur une interprétation alternative de la théorie quantique, qui donne également à l'observateur un rôle central appelé QBism (sur le wiki ). Bien que Schack admire la rigueur mathématique du projet, il est préoccupé par le manque de définition claire des agents - les personnes qui font des observations dans les constructions théoriques de Mueller. "Les agents de la théorie de Müller sont des entités étrangement diminuées définies par un processus aléatoire", explique Schack. "La caractéristique qui définit les agents est qu'ils font des choix et agissent." Dans la théorie de Muller, au contraire, le concept d’action, ainsi que le monde dans lequel les agents agissent, sont des conséquences secondaires de la théorie. «Ça ne me convient pas», résume Shack.

Müller convient que le concept «d'action de l'agent» ne fait pas partie de la description fondamentale de sa théorie, mais il ne voit pas cela comme un défaut. «Le choix de l'action est un concept secondaire qui ne devrait pas être un élément fondamental de toute théorie physique», dit Muller, «tout comme les émotions ou le libre arbitre. Cette vision est conforme à la pensée traditionnelle, par exemple, en cosmologie. "

Renner, qui a vu la version préliminaire du travail de Müller, affirme que c'est l'un des articles les plus intéressants qu'il ait lus au cours des dernières années ( arXiv: 1712.01826 ⁶ , une version courte d' arXiv: 1712.01816 ), ce qui vous fait penser. "Compte tenu des problèmes conceptuels auxquels nous sommes confrontés dans nos théories physiques actuelles, en particulier dans la théorie quantique", dit Renner, "de telles approches radicalement différentes sont, à mon avis, extrêmement nécessaires."

Notes de l'auteur de la traduction

1. FQXi - Institut virtuel de recherche fondamentale. Soutient la recherche en physique fondamentale et en cosmologie par l'octroi de subventions. Plus de 100 000 $ ont été alloués pour soutenir ce projet.

2. L'auteur de l'article, suivant les développeurs de la théorie, utilise le terme réalité objective, mais il s'agit davantage de réalité perçue par les organes sensoriels, décrite par les lois de la physique. Initialement, la théorie introduit des définitions de deux types d'existence d'objets: P-existence et M-existence. Sur la base de la P-existence, un P-monde est défini, ce qui peut être interprété comme l'existence d'une réalité objective au sens métaphysique de ce concept. L'existence de M peut être généralement comprise comme l'existence d'un environnement informatique universel, qui, lorsqu'il est appliqué à un observateur humain, peut être interprété comme un environnement de réseau neuronal informatique du cerveau. Bien que les auteurs de la théorie ne dessinent pas de tels parallèles sous une forme explicite et essaient en général de ne pas abuser des généralisations générales dans le travail, ce qui est typique pour les travaux sur des sujets similaires.

3. L'approche décrite dans l'article intéressera peut-être les spécialistes travaillant sur les questions d'IA, pour cette raison, les hubs incluent les hubs d'intelligence artificielle et d'algorithmes. Il existe de nombreuses publications sur le sujet de la complexité algorithmique et de la probabilité algorithmique sur l'Habré, dont les publications de l'utilisateur aideus sont dédiées à l'utilisation de ces concepts dans le domaine de l'IA, voir 1 , 2 , 3 . Peut-être que tout cela n'a que peu d'importance à la lumière des progrès récents avec l'utilisation des RNA dans le développement de l'IA, néanmoins.

4. Émergente dans le sens de l'émergence d'une nouvelle qualité intégrale, auparavant absente des pièces.

5. Les plus proches dans l'esprit de ce travail sont les publications de A. Kaminsky sur la physique subjective . En général, ce sujet comprend les travaux et discussions liés au rôle de l'observateur et, en particulier, sa conscience en physique, en commençant par des discussions sur le problème des mesures en QM lors de sa création, et en terminant par les prophéties de l'oncle Roger :) de nos jours. Selon l'auteur de la traduction, le problème de l'observateur est essentiellement de nature interdisciplinaire et ne peut être entièrement résolu que dans le cadre de la physique.

6. L'article s'est avéré quelque peu aqueux, comme cela arrive parfois avec des articles scientifiques populaires :), donc pour ceux qui sont intéressés, j'ai ajouté une traduction du résumé de l'ouvrage lui-même: