[논문 리뷰] The importance of the observer in science

Russell K. Standish|arXiv (Cornell University)|2005. 08. 18.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 15인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 복잡성, 환영, 양자역학이 본질적으로 관측자에 의존하는 현상임을 주장하며, 과학적 서술에 관측자를 명시적으로 통합함으로써 오랫동안 지속된 개념적 모순을 해결한다. 관측을 기본 과정으로 간주함으로써 의미, 심리적 시간, 정보 투영이 현실을 형성하는 바탕이 되며, 이는 복잡성 측정법을 통합하고, 관측자 원리로부터 양자역학을 유도하며, 물리학이 의식에서 유래할 수 있음을 시사한다. 자각이 완전한 마음 이론의 핵심 조건임을 강조한다.

ABSTRACT

The concept of {\em complexity} (as a quantity) has been plagued by numerous contradictory and confusing definitions. By explicitly recognising a role for the observer of a system, an observer that attaches meaning to data about the system, these contradictions can be resolved, and the numerous complexity measures that have been proposed can be seen as cases where different observers are relevant, and/or being proxy measures that loosely scale with complexity, but are easy to compute from the available data. Much of the epistemic confusion in the subject can be squarely placed at science's tradition of removing the observer from the description in order to guarantee {\em objectivity}. Explicitly acknowledging the role of the observer helps untangle other confused subject areas. {\em Emergence} is a topic about which much ink has been spilt, but it can be understand easily as an irreducibility between description space and meaning space. Quantum Mechanics can also be understood as a theory of observation. The success in explaining quantum mechanics, leads one to conjecture that all of physics may be reducible to properties of the observer. And indeed, what are the necessary (as opposed to contingent) properties of an observer? This requires a full theory of consciousness, from which we are a long way from obtaining. However where progress does appear to have been made, e.g. Daniel Dennett's {\em Consciousness Explained}, a recurring theme of self-observation is a crucial ingredient.

연구 동기 및 목표

• 관측자를 과학적 서술의 필수 구성요소로 인정함으로써 복잡성의 정의와 측정에 대한 모순을 해결하는 것.
• 복잡성이 체계의 내재적 성질이 아니라 관측자가 데이터에 의미를 부여하는 행동에서 유도된다는 것을 보여주는 것.
• 다양한 복잡성 측정법이 서로 다른 관측자 시각이나 계산적으로 다룰 수 있는 대체량을 반영하므로, 이를 통합하는 것.
• 양자역학을 자연의 이론이 아니라 관측의 이론으로 재구성하여 관측자의 성질에 기반하는 것.
• 물리학이 관측자에 의존하는 원리로 환원될 수 있음을 주장하며, 의식이 물리 이론의 기초적 역할을 할 수 있음을 시사하는 것.

제안 방법

• 관측자를 의미를 부여하는 인지적 에이전트로 간주하여, 복잡성을 본질적으로는 상대적 성질로 정의하는 것.
• 정보 이론(샤논의 공식: I = -log₂p)을 사용하여 체계를 특정하기 위해 필요한 정보의 양으로 복잡성을 수식화하는 것.
• 관측을 투영 과정으로 모델링: 가능한 결과들(중첩 상태)에서 실제 관측 결과(붕괴된 상태)로의 전환을 확률 분포를 통해 기술하는 것.
• 세 가지 독립된 길을 통해 양자역학을 도출하는 것: (1) 관측자 기반 정보 투영, (2) 피셔 정보 최적화(프리든의 원리), (3) 계산주의(마르샬의 관측자 = 프로그램).
• 인간원리와 심리적 시간을 활용하여 의식이 가져야 할 필수 성질(자기 인식, 의미의 강건성 등)을 제약 조건으로 설정하는 것.
• 덴넷의 '조이시안 머신'과 '판데모니엄' 모델을 활용하여, 병렬적이고 비동기적인 과정에서 순차적인 시간과 의미가 어떻게 유도되는지의 틀을 제공하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 과학적 서술에 관측자를 명시적으로 포함시킴으로써 복잡성 정의의 모순을 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ2 부품 수, 고유한 부품 수, 정보량 등의 다양한 복잡성 측정법이 불일치한 결과를 낳는 이유는 무엇이며, 어떻게 이를 조율할 수 있는가?
• RQ3 물리 법칙이 아니라 정보, 확률, 자각 같은 관측자 중심 원리로부터 양자역학을 도출할 수 있는가?
• RQ4 관측자에 의존하는 물리학과 현실의 성격과 일치하는 의식 이론이 가져야 할 성질은 무엇인가?
• RQ5 모든 물리학, 상대성 이론과 양자역학을 포함하여, 관측자의 구조적·인지적 성질에서 유래할 수 있는가?

주요 결과

• 복잡성은 체계의 내재적 성질이 아니라 관측자에 따라 달라진다: 한 관측자에게는 복잡해 보이는 것이 다른 관측자에게는 단순할 수 있으며, 이는 데이터에 의미를 어떻게 부여하는지에 따라 달라진다.
• 정보 이론적 복잡성 측정법(I = -log₂p)은 다양한 복잡성 정의를 통합하며, 특정하기 위해 더 많은 정보가 필요한 체계일수록 더 복잡하다는 점을 보여준다.
• 양자역학은 관측자 기반 원리로부터 도출될 수 있다: 투영, 확률, 정보 최대화의 필요성(Fisher의 원리)이 힐베르트 공간 구조와 보른의 규칙을 이끌어낸다.
• 정보 투영, 피셔 정보 최적화, 계산주의에 기반한 세 가지 독립된 양자역학 유도 방식이 동일한 수학적 구조로 수렴함으로써, 관측과 물리 법칙 사이에 깊은 유사성이 있음을 시사한다.
• 인간원리와 관측자 내에서 자기 인식의 필수성은 의식이 부산물이 아니라 완전한 현실 이론을 위한 기초적 조건임을 시사한다.
• 심리적 시간과 관측의 순차적 흐름은 자연 선택과 유사한 선별 과정으로 설명될 수 있으며, 오직 강건하고 자기 일관성 있는 현실 서사만이 생존한다. 덴넷의 조이시안 머신 모델이 이를 설명한다.