[論文レビュー] Could the physical world be emergent instead of fundamental, and why should we ask? (short version)

Markus P. Mueller|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2017

Computability, Logic, AI Algorithms被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、第一人称的視点—すなわち主観的経験—が客観的外部世界よりも根本的である可能性を提唱し、アルゴリズム的情報理論を用いて、客観的物理的世界が出現する一貫性があり数学的に厳密な枠組みを導出する。主な貢献は、事前に物理的宇宙や法則を仮定せず、量子力学、宇宙論、計算論を統合的に説明するものである。

ABSTRACT

In physics, there is the prevailing intuition that we are part of a unique external world, and that the goal of physics is to understand and describe this world. This assumption of the fundamentality of objective reality is often seen as a major prerequisite of any kind of scientific reasoning. However, here I argue that we should consider relaxing this assumption in a specific way in some contexts. Namely, there is a collection of open questions in and around physics that can arguably be addressed in a substantially more consistent and rigorous way if we consider the possibility that the first-person perspective is ultimately more fundamental than our usual notion of external world. These are questions like: which probabilities should an observer assign to future experiences if she is told that she will be simulated on a computer? How should we think of cosmology's Boltzmann brain problem, and what can we learn from the fact that measurements in quantum theory seem to do more than just reveal preexisting properties? Why are there simple computable laws of physics in the first place? This note summarizes a longer companion paper which constructs a mathematically rigorous theory along those lines, suggesting a simple and unified framework (rooted in algorithmic information theory) to address questions like those above. It is not meant as a "theory of everything" (in fact, it predicts its own limitations), but it shows how a notion of objective external world, looking very much like our own, can provably emerge from a starting point in which the first-person perspective is primary, without apriori assumptions on the existence of "laws" or a "physical world". While the ideas here are perfectly compatible with physics as we know it, they imply some quite surprising predictions and suggest that we may want to substantially revise the way we think about some foundational questions.

研究の動機と目的

• 外部物理的世界が根本的であるという前提を挑戦し、代わりに主観的経験が優先されるべきだと提唱すること。
• ボルツマン脳の問題や量子力学における測定の役割といった、長年の物理学的基礎的問題を統合的枠組み内で扱うこと。
• 物理的宇宙に類似した世界が、法則や時空を事前に仮定せず、第一人称的視点のみを前提とした出発点からどのように出現するかを示すこと。
• アルゴリズム的情報理論を基盤として、標準的物理的実在論の代わりに数学的に根拠のある代替枠組みを提供すること。
• 特に確率と観測に関する理解が、これらの出現的原理を踏まえて見直される必要があるかもしれないと示唆すること。

提案手法

• アルゴリズム的情報理論（特にコルモゴロフ・コンプレックスィティ）を基礎枠組みとして、観測者の経験における単純さと予測可能性の概念を形式化すること。
• 観測者を、アルゴリズム的単純さに基づいて将来の経験に確率を割り当てる計算プロセスとしてモデル化し、第一人称的視点を根本的実在論的実体として扱うこと。
• 客観的物理的世界の一致した法則的性質が、観測者の自己位置とアルゴリズム的確率の結果として出現するが、前提として与えられない形式理論を構築すること。
• 帰納的推論の原則を適用して、観測者相対的確率を導出し、量子力学的確率と宇宙論的測度が第一原理からどのように導かれるかを示すこと。
• 物理法則の単純さと計算可能性が、観測者の視点がアルゴリズム的に圧縮可能であるという事実の結果として、神秘的ではないことを示すこと。
• 観測者と世界の区別が消失する枠組みを導入し、外部世界が複数の観測者間で共有される安定した構造として出現することを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンピュータ上でシミュレートされる観測者が、将来の経験に確率を割り当てるにはどうすればよく、その割り当てを支配する原則は何であるか？
• RQ2 特にボルツマン脳の問題の文脈において、宇宙論的観測者の正しい測度は何か？
• RQ3 なぜ物理法則が単純で計算可能に見えるのか、そしてそれらの存在を事前に仮定せずに説明可能か？
• RQ4 量子測定の結果が、単に既存の性質を明らかにするものである以上に何を意味するのか、そして現実について何を示唆するのか？
• RQ5 第一人称的視点のみが根本的である出発点から、一貫性があり客観的な物理的世界を導くことは可能か？

主な発見

• 法則や事前に存在する宇宙を仮定せず、第一人称的視点から客観的物理的世界が出現する数学的に厳密な枠組みが構築された。
• 物理法則の見かけの単純さが、アルゴリズム的確率の結果として説明可能であり、単なる自明な事実ではない。
• 量子力学的確率と測定結果が、観測者の自己位置とアルゴリズム的帰納的推論から導かれるが、仮定されない。
• ボルツマン脳の問題は、アルゴリズム的に単純で自己一貫性を持つ観測者歴の優位性により、通常の観測者はボルツマン脳ではないことが示された。
• 理論は物理的世界が根本的ではなく、出現的であると予測し、その構造が観測者の計算的・情報的制限によって制約されることを示している。
• 理論は自らの限界を認識しており、「万物の理論」とは主張しないが、主観的経験から出現を理解するための枠組みである。