[論文レビュー] Are observers reducible to structures?

Ovidiu Cristinel Stoica|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2023

Philosophy and History of ScienceArts and Humanities被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、状態空間の異なるパrametrizationが物理的観測可能性の不一致を引き起こすため、観測者を構造的性質のみに還元することはできないと主張している。理論的証明により、外部の事実と記憶を信頼性高く結びつけるのは、唯一の特権的パラメータ化においてのみ可能な観測者に限られることを示し、観測可能性と物理的性質の間には非還元的で観測者に依存する対応関係があると結論づけている。これは構造的実在論と心の哲学における基礎的制約を提供する。

ABSTRACT

Physical systems are characterized by their structure and dynamics. But the physical laws only express relations, and their symmetries allow any possible relational structure to be also possible in a different parametrization or basis of the state space. If observers were reducible to their structure, observer-like structures from different parametrizations would identify differently the observables with physical properties. They would perceive the same system as being in a different state. This leads to the question: is there a unique correspondence between observables and physical properties, or this correspondence is relative to the parametrization in which the observer-like structure making the observation exists? I show that, if observer-like structures from all parametrizations were observers, their memory of the external world would have no correspondence with the facts, it would be no better than random guess. Since our experience shows that this is not the case, there must be more to the observers than their structure. This implies that the correspondence between observables and physical properties is unique, and it becomes manifest through the observers. This result is independent of the measurement problem, applying to both quantum and classical physics. It has implications for structural realism, philosophy of mind, the foundations of quantum and classical physics, and quantum-first approaches.

研究の動機と目的

• 観測者がパラメータ化に依存しない物理的構造に完全に還元可能かどうかを調査すること。
• 状態空間の対称性（ユニタリ変換および正準変換）が観測者の信頼性と知覚の一貫性に与える影響を検討すること。
• 実際の観測者の役割に根拠を置くことで、観測可能性と物理的性質の間の曖昧さを解消すること。
• 観測者に類似した構造が異なるパラメータ化において外部事実を信頼性高く追跡できないことから、構造的実在論と物質主義を挑戦すること。
• 真の観測者を支えるのは、唯一の特権的パラメータ化に限られ、他のパラメータ化における構造は認識的に無力な「ゾンビ」であると確立すること。

提案手法

• ヒルベルト空間構造とエルミート作用素を観測量として用いて、量子状態空間による物理系の形式化を行う。
• ユニタリ変換および正準変換を適用し、同じ物理的構造が異なるパラメータ化において異なる観測量として現れることを示す。
• 記憶と外部状態を測定に類似したプロセスで結びつけるシステムとして観測者を定義する。
• 定理1により、すべての同型的構造が観測者であると仮定すると、記憶が外部現実と信頼性のある対応関係を持たないことを証明する。
• 対称性の不変性を用いて、観測者がある基底に特権的に与えられていない限り、パラメータ化間で観測量と物理的性質の間の一意な対応関係は存在しないことを示す。
• 観測の整合性を支える固定された実在的基底が唯一有効であることを示し、基礎物理学（ボーンの法則や量子第一の立場など）への影響を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測量と物理的性質の間には、状態空間のパラメータ化に依存しない一意的かつ非恣意的な対応関係が存在するのか、それともパラメータ化に依存するのか？
• RQ2 観測者が構造に還元可能であるならば、異なるパラメータ化においても、彼らの記憶を外部世界と一貫して結びつけることができるか？
• RQ3 観測の信頼性が、根本的に関係的または対称的な物理理論における観測者の性質に課す制約は何か？
• RQ4 複数の同等なパラメータ化が存在する場合、構造的実在論と観測者の本体的立場にどのような影響を与えるか？
• RQ5 特権的でない基底における観測者に類似した構造は、真の観測者と見なせるのか、それとも認識的に無力な「ゾンビ」として扱われるのか？

主な発見

• 同じ構造の複数のパラメータ化が存在する場合、物理的性質の知覚が不一致をきたすため、観測者を構造そのものに還元することはできない。
• 定理1は、すべての同型的構造が観測者であると仮定すると、記憶が外部現実と信頼性のない対応関係を持つこと、したがって観測が不可能になることを証明している。
• 外部世界の記憶を安定的に、事実に対応させられるのは、唯一の特権的パラメータ化における観測者に限られる。
• これは、観測量と物理的性質の間には、実際の観測者の存在に根拠を置いた一意的で非恣意的な対応関係が存在することを示唆している。
• 他のパラメータ化における観測者に類似した構造は、認識的に無力である。外部現実を信頼性高く追跡できないため、哲学的ゾンビと機能的に同等である。
• この結果は、中立的実在論や遍在的心的実在論（パンプシコニズム）を支持する。物理的性質が感覚に根ざしており、観測のための唯一の本体的基盤が存在するという仮定を裏付けている。