[논문 리뷰] Is the Multiverse Hypothesis capable of explaining the Fine Tuning of Nature Laws and Constants? The Case of Cellular Automata

Francisco José Soler Gil, Manuel Alfonseca|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 21.

Cellular Automata and Applications참고 문헌 14인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 수학적 다중우주 이론 내에서의 셀프오토마타, 특히 콘웨이의 게임 오브 라이프를 다중우주의 모델로 삼아, 물리법칙과 상수의 정밀조정 문제를 설명할 수 있는지 조사한다. 분석 결과, 이러한 시스템에서 우리 우주와 유사하게 안정적이고 일정한 법칙을 가진 우주의 발생 확률은 수학적으로 0에 가까운 것으로 나타나, 다중우주 가설이 정밀조정 문제를 충분히 설명하지 못한다는 결론을 이끌어낸다.

ABSTRACT

The objective of this paper is analyzing to which extent the multiverse hypothesis provides a real explanation of the peculiarities of the laws and constants in our universe. First we argue in favor of the thesis that all multiverses except Tegmark's <> are too small to explain the fine tuning, so that they merely shift the problem up one level. But the <> is surely too large. To prove this assessment, we have performed a number of experiments with cellular automata of complex behavior, which can be considered as universes in the mathematical multiverse. The analogy between what happens in some automata (in particular Conway's <>) and the real world is very strong. But if the results of our experiments can be extrapolated to our universe, we should expect to inhabit -- in the context of the multiverse -- a world in which at least some of the laws and constants of nature should show a certain time dependence. Actually, the probability of our existence in a world such as ours would be mathematically equal to zero. In consequence, the results presented in this paper can be considered as an inkling that the hypothesis of the multiverse, whatever its type, does not offer an adequate explanation for the peculiarities of the physical laws in our world. A slightly reduced version of this paper has been published in the Journal for General Philosophy of Science, Springer, March 2013, DOI: 10.1007/s10838-013-9215-7.

연구 동기 및 목표

• 본 논문은 다중우주 가설이 우리 우주의 물리상수와 법칙의 정밀조정 문제를 진정으로 설명할 수 있는지 평가하는 것.
• 셀프오토마타를 활용해 다양한 다중우주 유형, 특히 테그마크의 수학적 다중우주를 모델링함으로써 그 설명력 평가.
• 우리와 같이 안정적이고 일정한 물리법칙을 가진 우주가 이러한 다중우주 프레임워크 내에서 자연스럽게 나타날 수 있는지 규명하는 것.
• 셀프오토마타 내에서 복잡하고 생명을 지탱하는 구조가 존재하는 것이, 이러한 다중우주 틀에서 그러한 우주가 발생할 비율이 0이 아닌지를 의미하는지 조사하는 것.
• 다중우주 가설이 정밀조정 문제를 해결한다는 주장에 도전하며, 실제로 그러한 우주가 수학적으로 매우 불가능한 것으로 보여, 문제를 더 높은 수준으로 이동시키는 데 그치지 않는다는 것을 입증하는 것.

제안 방법

• 저자들은 다중우주 내에서의 우주 모델로 셀프오토마타, 특히 콘웨이의 게임 오브 라이프를 시뮬레이션한다.
• 시간이 지남에 따라 이러한 오토마타 내에서 안정적이고 복잡한 구조가 어떻게 나타나는지 분석하며, 이를 일관된 법칙을 가진 물리우주에 대한 대체 모델로 간주한다.
• 이 연구는 이러한 시뮬레이션된 우주 내 법칙과 상수가 시간에 따라 변하지 않고 일정한지, 아니면 변화하는지 분석한다. 이는 우리 우주의 물리상수의 성질과 유사하게 분석된다.
• 셀프오토마타의 행동에 대한 통계적 및 계산적 분석을 통해 이러한 시스템에서 일정하고 생명을 지탱하는 법칙을 가진 우주를 관측할 확률을 계산한다.
• 우리 우주의 물리법칙이 관측된 바와 같이 안정적이라는 점을 바탕으로, 다중우주 가설의 설명적 적합성을 평가한다.
• 분석은 만약 셀프오토마타가 우리 우주와 강한 유사성을 보일 경우, 그 통계적 행동을 천체물리학적 정밀조정 문제에 일반화할 수 있다는 가정에 기반한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테그마크의 수학적 다중우주를 포함한 다중우주 가설이 우리 우주의 물리상수와 법칙의 정밀조정 문제를 설명할 수 있는가?
• RQ2 셀프오토마타 기반의 다중우주에서 안정적이고 일정한 물리법칙을 가진 우주가 나타날 확률은 얼마인가?
• RQ3 복잡하고 생명 유사한 행동을 보이는 셀프오토마타는 반드시 시간에 따라 변하지 않는 법칙과 상수를 유지하는가?
• RQ4 셀프오토마타 내에서 복잡하고 안정적인 구조가 존재하는 것이, 이러한 다중우주 틀에서 그러한 우주가 발생할 비율이 0이 아닌지를 의미하는가?
• RQ5 다중우주 가설은 정밀조정 문제를 단지 더 높은 수준으로 재구성할 뿐이지, 문제를 해결하지 못하는가?

주요 결과

• 셀프오토마타 기반의 시뮬레이션된 다중우주에서, 우리 우주와 같이 일정하고 안정적인 법칙을 가진 우주의 발생 확률은 수학적으로 0에 가깝다.
• 콘웨이의 게임 오브 라이프와 같은 셀프오토마타에서 복잡하고 안정적인 구조의 출현은 일정한 상수나 법칙이 아니라 시간에 따라 변화하는 규칙에 의존한다.
• 다중우주 모델에서 복잡한 행동을 보이는 우주는 본질적으로 법칙과 상수가 불안정하여, 우리 우주에서 관측된 일관성과 정반대된다.
• 다중우주 가설은 정밀조정 문제를 설명하지 못한다. 왜냐하면 일정하고 생명을 지탱하는 법칙을 가진 우주가 존재할 수 없기 때문이다.
• 결과적으로, 테그마크의 수학적 다중우주와 같은 가장 관대한 형태의 다중우주조차도 물리상수의 정밀조정 문제에 대해 타당한 설명을 제공하지 못한다.
• 셀프오토마타와 실제 우주의 유사성은 우리 우주의 안정성이 이러한 틀 내에서 매우 불가능한 정도이므로, 다중우주는 진정한 설명으로 간주될 수 없다는 시사점을 제공한다.