Вселенная может учиться?

Вселенная может учиться?

Аналогии между вселенной и биологической жизнью обладают определенной мистикой, которая может вызвать отторжение у более рационально настроенных людей. То, что определенная структура, например, нейронные и дендритные пути мозга, напоминает сложные структуры вселенной на масштабе миллиардов световых лет, не означает, что она жива, сознательна или мыслит.

Могут существовать силы, которые стремятся поддерживать определенное сходство между этими структурами, но это всего лишь поверхностный узор.

Тем не менее, это не остановило ученых, философов и компьютерных специалистов от размышлений о том, что вселенная может быть лишь одной из многих, возможно, бесконечного ряда, эволюционирующих вселенных.

Ли Смолин из Института Периметра в Ватерлоо, Онтарио, Канада, был одним из самых активных сторонников теории эволюционирующей вселенной. Согласно этой теории, Большой взрыв был просто возникновением нынешней вселенной из «материнской» вселенной. В утробе этой материнской вселенной, вероятно, находилась огромная черная дыра, поглотившая всю материю, необходимую для наполнения нынешней вселенной, подобно тому, как ребенок получает питательные вещества от матери через пуповину. Таким образом, горизонт событий этой черной дыры был бы похож на оболочку яйца, формирующуюся и захватывающую материю, только для того, чтобы эта вселенная взорвалась при расширении пространства-времени.

Энди Вейр, автор бестселлера «Марсианин», довел эту аналогию до крайности в своей вирусной короткой истории «Яйцо», в которой главный герой умирает и узнает, взаимодействуя с таинственным, подобным Богу существом, что он, на самом деле, предназначен для перерождения в каждом сознательном существе вселенной, и что этот опыт миллиардов или триллионов жизней является подготовкой, возможно, к созданию своей собственной вселенной — своего собственного Яйца.

Оставляя аналогии в стороне, реальной возможностью является то, что вселенная могла эволюционировать из предшествующих вселенных. Основной критерий эволюции был бы таким же, как и на нашей планете: выживание для размножения. Таким образом, наша вселенная может когда-то породить «яйцо», черную дыру, которая поглотит всю материю и энергию и переработает их в новый Большой взрыв. Действительно, можно надеяться, что это так, несмотря на общее отсутствие доказательств.

Хотя эта теория может показаться фантастической, связь нынешней вселенной с черной дырой в другой вселенной решает ряд нынешних загадок астрофизики ранней вселенной.

Первой является так называемая «проблема горизонта», которая заключается в очевидной тесной корреляции между регионами космического микроволнового фона (CMB) в разных частях неба. Если вся материя во вселенной попала в черную дыру, у нее было бы достаточно времени для взаимодействия и корреляции «до» Большого взрыва. («До» здесь — это немного неправильный термин, потому что с точки зрения материнской вселенной наше время — это её пространственное измерение в черной дыре.)

Второй является так называемая «проблема плоскостности», заключающаяся в том, почему вселенная кажется пространственно плоской, при том что Темная энергия — это нынешнее необъяснение. Топологически, сингулярность черной дыры, связанная с Большим взрывом нашей вселенной, решила бы эту проблему, потому что единственный способ, при котором это возможно, — это в пространственно плоской вселенной. Таким образом, плоскостность пространства унаследована от того, как была рождена вселенная.

Можно задаться вопросом, если вселенная эволюционировала, от чего она эволюционировала? Одна из возможностей заключается в том, что от вселенной к вселенной развивалась способность выживать и размножаться. Возможно, самые ранние вселенные были очень короткоживущими. Возможно, они раздулись до полного исчезновения или схлопнулись в себя. Возможно, они были пусты от материи. То, что наша вселенная так тонко настроена для обеспечения нашего существования, может быть не каким-то случайным событием или следствием мультивселенной из 500 триллионов вселенных, как полагают некоторые, а скорее следствием бесчисленных эонов вселенных, эволюционирующих новые, с законами физики и физическими константами, способными поддерживать вселенную, которая может создавать сложную материю и даже сложные существа.

Есть ли у людей или других разумных существ роль в продолжении этой вселенной, как предполагает «Яйцо»? Являемся ли мы тоже следствием этой эволюции вселенных? Возможно. Мы не знаем.

Более недавнее исследование из Института Периметра среди других организаций представляет не менее поразительное предположение, что если существует только одна вселенная, то эта вселенная не эволюционирует, а учится. (Технически, эволюция — это процесс обучения, но коллективный, который зависит от популяции существ, а не от одного.)

Это — основная идея работы «Автодидактическая вселенная», 80-страничного документа, сочетающего в себе высокоэнергетическую физику, философию и компьютерные науки, опубликованного на arxiv в апреле 2021 года. Ли Смолин числится среди семи авторов, все с блестящими академическими достижениями.

Можно ожидать, что этот документ сейчас проходит процесс рецензирования, учитывая академическое авторство, и он не похож на записи мистиков или поспешный продукт чрезмерно энтузиастского обеда в пятницу. Скорее, он предлагает детально, с математическими уравнениями и физическими аргументами, что вселенная может учиться так же, как современные алгоритмы машинного обучения.

Многое из аргументации опирается на сходство математических уравнений квантовой физики и гравитации с матричными алгоритмами, обычно используемыми в машинном обучении, такими как рекуррентные машины Больцмана (RBM). Предполагается, что эти уравнения описывают процесс машинного обучения на масштабе вселенной, где начальная матрица с пустым состоянием учится, благодаря некоторым ограничениям, создавать вселенную, которую мы видим вокруг нас.

Это не подразумевает, что вселенная сознательна, как эволюция не является сознательной. Это также не означает, что вселенная жива, хотя может быть трудно избежать этого вывода, если мы также верим, что вселенная размножается. Что это значит, если это правда, так это то, что законы физики не являются фиксированными или случайными. Вместо этого они являются следствием автодидактического, то есть самообучающегося или не контролируемого, процесса обучения.

Цель работы — задать философский вопрос: «почему законы физики таковы, какие они есть?» В некотором смысле они кажутся почти случайными, и все же они создают вселенную, которая поразительно красива, сложна и хорошо сбалансирована. Как и с жизнью, мы вынуждены принять одно из двух заключений: либо есть Демиург, который выбрал, чтобы все было так, как есть, либо вселенная научилась или эволюционировала таким образом. Это не означает, что если вселенная научилась или эволюционировала, это исключает Творца. Это просто делает Творца более удаленным от активного процесса создания, Первопричиной, но не непосредственной причиной всего, что мы видим, когда смотрим на мир.

Документ основывает свои аргументы на идее, что все законы физики, которые мы видим или измеряем, являются эффективными законами. Это законы, которые были сокращены из множества возможных законов через неизвестный процесс симметрии и выбора.

Если это так, то почему законы физики кажутся столь стабильными? Один из ответов может заключаться в том, что ограничения, которые привели к тому, что законы стали такими, как они есть, также стабильны. Процессы обучения в целом необратимы, то есть, достигнув определенного уровня мастерства, они перестают учиться чему-то новому, пока что-то не изменится в их окружении.

Это метатеория того, почему общая теория относительности, поля Янга-Миллса и другие поля обладают сходством друг с другом и являются примерами, при различных ограничениях, лимитах и симметрии, того, что называется кубическими матричными теориями, простейшими нелинейными теориями. Эти матричные модели ведут к квантовым калибровочным теориям, управляющим силами, полями материи, гравитационным полем и космологической встраиваемостью. Из огромного ландшафта возможных теорий именно эти возникли, потому что они создали структуры законов, которые сохранялись.

Поскольку это не контролируемая система обучения, у неё нет цели. Скорее, она просто исследует пространство возможностей, обучаясь и «ища» области стабильности. Иными словами, то, что выживает, выживает. Поэтому эти законы физики могут существовать, потому что они приводят к стабильности.

Примером такого процесса является обратная связь между вашим термостатом дома и кондиционером. Повышение температуры заставляет термостат включать кондиционер. Кондиционер понижает температуру, и термостат его выключает. Это стабильный, циклический процесс. Однако, если термостат или кондиционер сломаются, процесс нарушится и станет нестабильным. Это может вызвать другой процесс, например, вызов техника для восстановления равновесия. Таким образом, из простого предположения о стабильности и определенных правилах поведения возникают законы, создающие эту стабильность, а также механизмы коррекции, чтобы восстановить её, когда она нарушается. Это своего рода не контролируемое обучение. Система существует не потому, что она пытается что-то достичь, а потому, что она сохраняется. Когда система терпит неудачу, она учится способам восстановления стабильности.

Это также означает, что если вселенная учится, она не разучивается — то есть законы эволюционируют в одном направлении, а не в обратном. Новые законы вселенной никогда не случайны, они должны соответствовать определённым критериям обучения, которым соответствовали все прошлые законы. С другой стороны, система, которая в значительной степени обратима, просто исследует все возможности. В биологии, эволюционирующие системы, как правило, необратимы в течение длительных периодов времени, поскольку окружающая среда ограничивает вид, не позволяя ему вернуться к предыдущим состояниям. Поскольку биология происходит из физики, можно ожидать, что физика, возможно, накладывает необратимую эволюцию на биологию.

Проблема с этим аргументом заключается в том, что, насколько нам известно, законы физики обратимы во времени. Необратимость является своего рода метазаконом, следствием статистики, которую мы до сих пор полностью не понимаем. Однако именно этот статистический закон предполагает, что если вселенная учится, она учится необратимым образом. По мере того как вселенная учится, она должна отбрасывать информацию о предыдущих состояниях, которые она могла бы использовать для разучивания. Внутри вселенной просто нет места для хранения этой информации. Поэтому процесс обучения становится необратимым, поскольку она не может помнить своё прошлое состояние.

Когда речь идет о таких вопросах, как почему хиральность, нарушение CP-симметрии и бариогенез, почему иерархии масштабов, константы природы, соотношения параметров, массы, заряды и так далее, мы можем либо сказать, что всё это случайно и винить мультивселенную, либо предположить более ограниченную мультивселенную, либо предложить обучающуюся вселенную, или какое-то их сочетание. Без других вселенных для наблюдения невозможно действительно сказать, почему законы физики такие, какие они есть. Однако автодидактическая вселенная является убедительным философским аргументом, на мой взгляд, гораздо более удовлетворительным, чем антропные или мультивселенские аргументы.