Bisakah pikiran memalsukan alam semesta?

Realitas objektif dan hukum-hukum fisika itu sendiri muncul dari pengamatan kita sesuai dengan konsep baru, yang membalikkan apa yang kita anggap fundamental.

Sophie hebden
Penerima FQXi: Marcus Muller ¹
18 Januari 2019


Penciptaan kosmos.
Kredit: Yuri Akurs, iStock

Marcus Müller dapat secara keliru dituduh sebagai individualis terhebat di dunia. Pandangan radikal baru tentang fisika kuantum tentang realitas, yang ia tawarkan, tampaknya mengarah pada fakta bahwa dunia yang kita rasakan muncul dari pengamatan kita. Dia mengakui bahwa ini adalah ide yang sangat sulit untuk dipahami. "Belum ada yang datang dengan cerita fiksi ilmiah yang setidaknya menggambarkannya," kata Muller, "dari teori kami, hanya pengamatan yang secara fundamental nyata."


Marcus Muller

Muller , yang bekerja di Institute of Quantum Optics dan Quantum Information di Wina, Austria, dan rekan filsufnya Michael Kaffaro dari University of Western Ontario, Kanada, meragukan salah satu asumsi dasar kita: kenyataan objektif dan independen dari kita. Muller dan Kuffaro tidak mengklaim bahwa dunia ini ilusi atau tidak realistis, tetapi mengklaim bahwa ada sesuatu yang lebih mendasar di baliknya, dan bahwa pendekatan mereka dapat menjelaskan asal mula realitas dan bagaimana hukum-hukum fisika mendasar muncul.

Teori kuantum telah membuat fisikawan mengambil peran pengamat dengan serius. Sebagai contoh, sebelum kita mengukur sistem kuantum, ia dapat memiliki sifat yang saling bertentangan, misalnya, berada dalam dua keadaan energi yang berbeda. Ketika kita melakukan pengamatan, kita memaksa sistem untuk mengambil keadaan tertentu, menghubungkan tindakan pengamatan dengan kenyataan itu sendiri. Muller dan Caffaro mengklaim bahwa mereka hanya mengikuti jalan ini, membawanya ke akhir yang logis. Tujuan mereka adalah untuk mengembangkan dasar untuk menggambarkan realitas tanpa mengasumsikan keberadaan benda-benda biasa dengan sifat-sifat yang ditentukan oleh hukum-hukum fisika ² . Tetapi bagaimana cara menyelesaikan tugas ambisius membangun Semesta tanpa blok bangunan atau instruksi untuk perakitannya?

“Apa artinya dari sudut pandang matematika bahwa tidak ada hukum alam? Ini seperti bertanya, tetapi bagaimana jika Anda hanya memiliki matematika? Bisakah ini memberi Anda sesuatu yang memungkinkan Anda untuk meramalkan apa yang akan Anda lihat, yaitu, beberapa kemungkinan pengamatan tanpa mengasumsikan hal lain? "Kata Müller." Itulah titik awal saya. "

Metode matematika yang dapat membantu melakukan ini sudah tersedia. Konsep "probabilitas algoritmik" sudah digunakan oleh mereka yang bekerja pada kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin. Ini menggambarkan kemungkinan pengamatan yang terjadi pada seluruh spektrum kemungkinan, dan programmer menggunakannya untuk membuat robot yang dapat "belajar" dari mengamati lingkungan dan membuat keputusan berdasarkan hasil masa lalu ³ .

Buang di otak

Dengan menggunakan pendekatan ini, Muller memperoleh deskripsi realitas yang koheren dari deskripsi set pengamatan yang dibuat satu demi satu. Dimulai dengan pengamatan yang dikodekan dalam beberapa cara. Metode ini sendiri tidak masalah, jadi katakanlah kita menggunakan string biner dengan nol dan satu. Pengamatan dapat berupa dump data pada suatu saat menggambarkan keadaan Anda dengan string bit yang panjang. Muller mengambil alat matematika dari bidang kecerdasan buatan dan bertanya: seberapa besar kemungkinan program komputer acak akan menghasilkan bit-bit ini secara kebetulan? Ini disebut probabilitas algoritmik dari pengamatan ini.

Mueller mendalilkan bahwa apa yang terjadi tergantung pada probabilitas algoritmik karena apa yang telah diamati di masa lalu, dan berpendapat bahwa proses ini dapat membentuk realitas itu sendiri. Pengamatan baru yang tidak sesuai dengan pengamatan di masa lalu, mungkin dunia dengan lima atau enam dimensi dibuang, karena probabilitas mereka jauh lebih sedikit daripada dunia yang diamati dengan tiga dimensi spasial. Pengamatan konsisten dengan apa yang kita lihat di masa lalu, dan yang sesuai dengan deskripsi dunia dalam arti biasa, dengan hukum biasa, paling mungkin. Karena itu, dari pengamatan kami, kami mendapatkan "dunia yang muncul" ⁴ .

"Ternyata probabilitas algoritmik adalah konsep yang sangat berguna," kata Muller. Hukum dan hukum fisik muncul dengan cara yang sama dengan jawaban yang benar yang diberikan robot sebagai hasil pelatihan. "Hukum cenderung stabil, dan Anda mengamati pola-pola ini di sekitar Anda dan dunia dengan hukum seperti itu," Müller menjelaskan. "Ini memiliki dasar matematika yang sama."

Renato Renner , seorang ahli fisika teoritis di Institut Teknologi Federal, Zurich, Swiss, mencatat bahwa dalam fisika ada sejarah panjang upaya untuk merumuskan teori orang pertama ⁵ . Tetapi tidak seperti kebanyakan upaya, Müller berhasil mengembangkan "teori yang terdefinisi dengan baik di mana hasil non-sepele dapat diperoleh," kata Renner. "Ini hebat!" "Secara sederhana, Muller menyediakan versi kuantitatif dari pisau cukur Occam : itu memberikan probabilitas tinggi untuk peristiwa yang mungkin terjadi di masa depan yang memiliki penjelasan paling sederhana."

Otak Boltzmann

Seiring dengan penjelasan tentang mengapa hukum alam ada, pendekatan Mueller juga dapat memecahkan beberapa teka-teki terkenal dalam kosmologi dan teori kuantum. Salah satu yang paling aneh dikenal sebagai " masalah otak Boltzmann ." Konsep ini berawal dari akhir abad ke-19, ketika fisikawan Ludwig Boltzmann menerbitkan teori yang menyatakan bahwa entropi atau gangguan sistem tertutup selalu meningkat. Pikirkan tentang kopi panas di laci: kekacauan dalam sistem ini akan meningkat seiring waktu, karena energi panas kopi akan menghilang di udara sekitar. Tetapi selalu ada kemungkinan bahwa bagian dari sistem akan berfluktuasi dari gangguan ke ketertiban.

Boltzmann percaya bahwa kompleksitas luar biasa kehidupan di Bumi, termasuk otak kita, adalah hasil dari fluktuasi acak ini, dan bahwa mereka dapat terjadi di mana saja di alam semesta. Dia meramalkan munculnya entitas yang sadar diri, yang kemudian disebut otak Boltzmann, secara spontan muncul dan menghilang. Yang bahkan lebih aneh lagi, para kosmolog dalam beberapa tahun terakhir telah menghitung bahwa banyak model alam semesta menunjukkan bahwa jumlah otak Boltzmann harus secara signifikan melebihi jumlah manusia normal. Bagaimana Anda bisa yakin bahwa Anda bukan otak Boltzmann, dan bahwa penampilan Anda berikutnya tidak akan terjadi di kedalaman ruang?

Teori Müller memberikan jawaban yang menggembirakan: untuk terus ada seperti biasa di Bumi jauh lebih mudah daripada tiba-tiba muncul di ruang angkasa. Dan jika sesuatu dalam pengertian informasi-teoretis lebih sederhana, maka probabilitas algoritmik mengatakan bahwa itu lebih mungkin.

Ide-ide belum sepenuhnya berhasil - Muller belum menerbitkannya dalam jurnal peer-review. Tetapi konsep itu membangkitkan minat yang besar, dan undangan ke konferensi melonjak. Rob Speckens , seorang ahli fisika teoritis di Perimeter Institute di Kanada, percaya bahwa teori informasi algoritmik akan menemukan banyak aplikasi dalam fisika di masa depan, dan memuji Mueller karena menjadi salah satu dari sedikit orang yang menerima tantangan. "Ini bahan yang sangat orisinal dan menggugah pikiran," katanya.

Tetapi ada sisi - sisi kasar dalam teori, kata Rudiger Schack , ahli matematika di Royal Holloway, University of London, Inggris, yang sedang mengerjakan interpretasi alternatif dari teori kuantum, yang juga memberi pengamat peran sentral yang disebut QBism (pada wiki ). Meskipun Schack mengagumi ketelitian matematis dari proyek tersebut, ia prihatin dengan kurangnya definisi yang jelas tentang agen - orang-orang yang melakukan pengamatan dalam konstruksi teoretis Mueller. "Agen-agen teori Müller secara aneh berkurang entitas yang didefinisikan oleh proses acak," kata Schack. "Fitur yang menentukan agen adalah bahwa mereka membuat pilihan dan bertindak." Dalam teori Muller, sebaliknya, konsep tindakan, serta dunia di mana agen bertindak, adalah konsekuensi sekunder dari teori tersebut. "Itu tidak cocok untukku," merangkum Shack.

Müller setuju bahwa konsep "aksi agen" bukan bagian dari deskripsi mendasar dalam teorinya, tetapi ia tidak melihat ini sebagai cacat. “Pilihan tindakan adalah konsep sekunder yang tidak boleh menjadi bagian mendasar dari teori fisik apa pun,” kata Muller, “seperti halnya emosi atau kehendak bebas. Pandangan ini konsisten dengan pemikiran tradisional, misalnya, dalam kosmologi. "

Renner, yang melihat versi awal karya Müller, mengklaim bahwa ini adalah salah satu artikel paling menarik yang telah dia baca dalam beberapa tahun terakhir ( arXiv: 1712.01826 ⁶ , versi pendek arXiv: 1712.01816 ), yang membuat Anda berpikir. "Mengingat masalah konseptual yang kita hadapi dalam teori fisik kita saat ini, terutama dalam teori kuantum," kata Renner, "pendekatan yang sangat berbeda, menurut pendapat saya, sangat diperlukan."

Catatan penulis terjemahan

1. FQXi - Institut Virtual untuk Riset Dasar. Mendukung penelitian dalam fisika dasar dan kosmologi melalui pemberian hibah. Lebih dari $ 100.000 telah dialokasikan untuk mendukung proyek ini.

2. Penulis artikel, mengikuti pengembang teori, menggunakan istilah realitas objektif, tetapi lebih tentang realitas yang dirasakan oleh organ-organ indera, yang dijelaskan oleh hukum fisika. Awalnya, teori ini memperkenalkan definisi dua jenis keberadaan objek: keberadaan-P dan keberadaan-M. Atas dasar keberadaan-P, dunia-P didefinisikan, yang dapat diartikan sebagai keberadaan realitas objektif dalam pengertian metafisik konsep ini. Keberadaan M secara umum dapat dipahami sebagai keberadaan lingkungan komputasi universal, yang, ketika diterapkan pada pengamat manusia, dapat diartikan sebagai lingkungan jaringan saraf komputasi otak. Meskipun para penulis teori tidak menarik paralel seperti itu dalam bentuk eksplisit, dan secara umum mencoba untuk tidak menyalahgunakan generalisasi luas dalam karya, yang khas untuk karya pada topik serupa.

3. Mungkin pendekatan yang dijelaskan dalam artikel ini akan menarik minat spesialis yang bekerja pada masalah AI, karena alasan ini, hub termasuk hub Inteligen Buatan dan Algoritma. Ada banyak publikasi tentang masalah kompleksitas algoritmik dan probabilitas algoritmik pada Habré, yang mana publikasi pengguna aideus didedikasikan untuk penggunaan konsep-konsep ini di bidang AI, lihat 1 , 2 , 3 . Mungkin semua ini kurang relevan mengingat kemajuan terbaru dengan penggunaan JST dalam pengembangan AI, meskipun demikian.

4. Muncul dalam arti munculnya kualitas integral baru, yang sebelumnya tidak ada dari bagian.

5. Semangat terdekat dari karya ini adalah publikasi A. Kaminsky tentang fisika subjektif . Secara umum, topik ini mencakup pekerjaan dan diskusi yang berkaitan dengan peran pengamat dan, khususnya, kesadarannya dalam fisika, dimulai dengan diskusi tentang masalah pengukuran dalam CM pada saat penciptaannya, dan berakhir dengan ramalan Paman Roger :) saat ini. Menurut penulis terjemahan, masalah pengamat pada dasarnya bersifat interdisipliner, dan tidak dapat diselesaikan sepenuhnya hanya dalam kerangka fisika.

6. Artikel itu ternyata agak encer, karena kadang-kadang terjadi dengan artikel sains populer :), jadi bagi yang berminat saya menambahkan terjemahan abstrak dari karya itu sendiri: