[論文レビュー] Quantum Darwinism as a Darwinian process

John O. Campbell|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2010

Quantum Mechanics and Applications参考文献 21被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、ヴォイチェフ・ズレクが提唱した量子ダーウィニズムが、普遍的ダーウィニズムの枠組みにおいてダーウィニスティックなプロセスを形成すると主張している。量子系が環境とのエンタングルメントを通じて進化し、生物学的進化に類似した選択を経るという点で、著者は量子ダーウィニズムが適応、自由エネルギーの最小化、環境シミュレーションといった核心的なダーウィニスティック基準を満たしていることを示しており、普遍的ダーウィニズムが『万物の理論』の可能性を有すると位置づけている。

ABSTRACT

The Darwinian nature of Wojciech Zurek's theory of Quantum Darwinism is evaluated against the criteria of a Darwinian process as understood within Universal Darwinism. The characteristics of a Darwinian process are developed including the consequences of accumulated adaptations resulting in adaptive systems operating in accordance with Friston's free energy principle and employing environmental simulations. Quantum theory, as developed in Zurek's research program and encapsulated by his theory of Quantum Darwinism is discussed from the view that Zurek's derivation of the measurement axioms implies that the evolution of a quantum system entangled with environmental entities is determined solely by the nature of the entangled system. There need be no further logical foundation. Quantum Darwinism is found to conform to the Darwinian paradigm in unexpected detail and is thus may be considered a theory within the framework of Universal Darwinism. With the inclusion of Quantum Darwinism within Universal Darwinism and the explanatory power of Darwinian processes extended beyond biology and the social sciences to include the creation and evolution of scientific subject matter within particle physics, atomic physics and chemistry, it is suggested that Universal Darwinism may be considered a candidate 'Theory of Everything' as anticipated by David Deutsch.

研究の動機と目的

• 量子ダーウィニズムが普遍的ダーウィニズムで定義されたダーウィニスティックプロセスの基準を満たすかどうかを評価すること。
• ズレクによる測定公理の導出が、量子系の進化的なダイナミクスに与える影響を調査すること。
• 自由エネルギーの最小化と環境シミュレーションの原則が量子系にどのように適用されるかを検討すること。
• 普遍的ダーウィニズムが物理学、化学、科学的理論形成の枠組みを統合するフレームワークとして機能できるかどうかを評価すること。

提案手法

• ズレクの量子ダーウィニズムフレームワークを分析し、量子系における変異、選択、遺伝といったダーウィニスティックな特徴を同定する。
• フリストンの自由エネルギー原理を適用し、量子系が驚異を最小化することで環境に適応するメカニズムをモデル化する。
• 環境とのエンタングルメントが、安定な指標状態（ポインタ状態）の選択に果たす役割を検討し、自然選択に類似したプロセスとして位置づける。
• 量子系の進化ダイナミクスと生物的進化を比較し、蓄積的適応と情報伝達の側面に注目する。
• ズレクの導出の論理的分析を通じて、エンタングルド系の内在的性質以外に追加の論理的基盤は不要であると主張する。
• コア的な進化的メカニズムとの整合性を示すことで、量子ダーウィニズムを普遍的ダーウィニズムに位置づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子ダーウィニズムは、普遍的ダーウィニズムで定義されたダーウィニスティックプロセスの基準を満たしているか？
• RQ2 自由エネルギー原理は、環境エンタングルメント下での量子系の進化にどのように適用されるか？
• RQ3 量子測定における指標状態の選択は、自然選択の一形態として理解できるか？
• RQ4 量子ダーウィニズムは、生物学を越えてダーウィニスティックプロセスの説明的力拡張を果たす程度はどの程度か？
• RQ5 量子ダーウィニズムを含めた普遍的ダーウィニズムは、『万物の理論』の候補と見なせるか？

主な発見

• 量子ダーウィニズムは、予期しない詳細さでダーウィニスティックなパラダイムに適合しており、変異、選択、遺伝といった核心的基準を満たしている。
• ズレクのフレームワークにおける測定公理の導出は、量子系の進化がエンタングルド系の性質によってのみ決定されることを示唆し、追加の論理的基盤は不要であることを示している。
• 量子ダーウィニズムにおける適応的系は、フリストンの自由エネルギー原理に従い、環境との相互作用を通じて驚異を最小化することで適応している。
• 環境シミュレーションは量子的文脈において自然に生じ、認知的および生物学的適応行動に類似した振る舞いを示す。
• 量子ダーウィニズムを普遍的ダーウィニズムに組み込むことで、素粒子物理学、原子物理学、化学を含む基礎物理学分野への説明的範囲が拡張される。
• 物理的理論と量子系の進化を1つの進化的枠組みで統合できる能力を有するため、普遍的ダーウィニズムは『万物の理論』の候補と提案されている。