[논문 리뷰] Emergent deterministic systems

Ian T. Durham|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 04.

Free Will and Agency인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 조합 통계를 통해 순수한 난수적 미세과정에서 결정론적 거시적 행동이 어떻게 유도될 수 있는지를 보여주며, 근본적으로 난수적인 시스템에서도 장기적인 집합적 행동이 예측 가능하고 안정적임을 시사한다. 주요 기여는 통계역학을 통해 의도성과 자유의지와 유사한 행동이 외부 힘이나 숨겨진 결정론 없이 난수성에서 자연스럽게 유도될 수 있음을 설명하는 수학적 프레임워크를 제공한다는 점이다.

ABSTRACT

According to quantum theory, randomness is a fundamental property of the universe yet classical physics is mostly deterministic. In this article I show that it is possible for deterministic systems to arise from random ones and discuss the implications of this for the concept of free will.

연구 동기 및 목표

• 외부 힘 없이 근본적으로 난수적인 과정에서 결정론적 행동이 유도될 수 있는지 탐구하기.
• 물리적 과정에서 결정론, 난수성, 인과성의 차이를 명확히 하기.
• 자유의지가 조합적 제약 조건에 의해 거시적 결과에 미치는 영향을 통해 난수성에서 어떻게 유도될 수 있는지 탐구하기.
• 특히 조합론이 내부 시스템 역학을 통해 거시적 행동의 경계 조건을 어떻게 설정할 수 있는지 검토하기.
• 의도성의 발생을 위해 결정론이 반드시 필요하다는 가정을 도전하며, 통계적 부분 결정론이 충분하다고 제안하기.

제안 방법

• 에인슈타인 고체에서의 에너지 전이와 같은 많은 난수적 미세과정의 집합적 결과로 거시적 행동을 모델링하기.
• 조합 통계를 적용하여 거시상태의 상대적 확률을 계산하고, 높은 degeneracy(도중성)로 인해 평형 상태가 지배적임을 보여주기.
• 개별 사례에서는 예측 불가능하지만 집합적으로는 예측 가능한 '부분 결정론적' 과정을 정의하며, 순수 난수 또는 완전 결정론 과정과 대비하기.
• 50.5% 대 49.5%의 비율 불균형을 가진 동전 게임의 사례를 사용하여, 조그만 통계적 우위만으로도 장기적으로 예측 가능하고 수익을 올릴 수 있음을 보여주며 부분 결정론을 설명하기.
• 두 개의 에인슈타인 고체 간의 열적 접촉을 분석하여, 난수적 미세과정이 순수한 조합적 가중치로 인해 안정적이고 매우 확률 높은 평형 거시상태로 이어짐을 보여주기.
• 조합론 자체가 미세과정을 변화시키지 않고도 경계 조건으로 작용하여 변동성을 억제하고 거시적 행동을 안정화시킬 수 있음을 주장하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통계적 집합화를 통해 근본적으로 난수적인 미세과정에서 결정론적 행동이 유도될 수 있는가?
• RQ2 물리적 시스템에서 부분 결정론적 과정과 순수 난수 또는 완전 결정론 과정을 어떻게 구분할 수 있는가?
• RQ3 조합론에 의해 거시적 행동이 예측 가능하고 안정적이라면, 자유의지는 난수성에서 어떻게 유도될 수 있는가?
• RQ4 내부 시스템의 조합론이 미래의 거시적 진화에 얼마나 강력한 경계 조건을 설정할 수 있는가?
• RQ5 우주에서 질서와 의도성이 기초적인 양자 난수성과 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 단지 50.5% 대 49.5%의 확률 불균형조차도 장기적으로 예측 가능한 결과를 낳으며, 부분 결정론이 실현 가능함을 보여준다.
• 열적 평형 상태에 있는 두 에인슈타인 고체의 평형 상태는 그 높은 도중성으로 인해 극도로 확률이 높아지며, 평형에서의 이탈은 측정 불가능할 정도로 미미하다.
• 조합론만으로도 특정 거시상태가 훨씬 더 가능성 높아지게 하여 거시적 행동을 안정화시키며, 이를 통해 미래 진화에 대한 경계 조건을 효과적으로 설정할 수 있다.
• 평형 상태에서조차도 난수적 미세과정(예: 진동자 간 에너지 전이)이 계속 지속되지만, 평형 상태의 통계적 지배력 덕분에 시스템은 거시적으로 안정된 상태를 유지한다.
• 외부 제어나 숨겨진 법칙 없이도, 난수성에서 유도된 결정론적 행동(예: 비율 불균형이 있는 게임에서의 안정적 수익)이 실제로 나타날 수 있음을 모델이 보여준다.
• 논문은 자유의지가 결정론이나 난수성 자체를 필요로 하지 않으며, 오히려 조합적으로 제약을 받는 부분 결정론적 거시과정의 능력이 핵심이라고 결론 내린다.