[논문 리뷰] Could the physical world be emergent instead of fundamental, and why should we ask? (short version)

Markus P. Mueller|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 05.

Computability, Logic, AI Algorithms인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 알고리즘 정보 이론을 사용하여 주관적인 경험, 즉 제1인칭 시점이 객관적인 외부 세계보다 더 근본적일 수 있음을 제안한다. 이 이론은 일관되고 수학적으로 엄밀한 프레임워크를 도출함으로써 객관적인 물리적 세계가 어떻게 유도되는지를 설명한다. 핵심 기여는 사전에 존재하는 법칙이나 물리적 우주를 가정하지 않고 양자역학, 천체물리학, 계산 이론을 통합적으로 설명하는 것이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 외부 물리적 세계가 근본적이라는 기초적인 가정을 도전하며, 대신 주관적인 경험을 우선시하는 것을 제안한다.
• 양자역학에서 측정의 역할과 볼츠만 뇌 문제와 같은 물리학의 장기적인 기초 문제들을 통합된 프레임워크 내에서 다룬다.
• 단지 제1인칭 시점만을 가정하는 초기 조건에서 우리 자신의 물리적 우주와 유사한 세계가 어떻게 유도될 수 있는지 보여준다. 이 과정에서 법칙이나 시공간을 사전에 가정하지 않는다.
• 알고리즘 정보 이론을 기반으로 하여 표준 물리적 현실주의의 엄밀하고 수학적으로 기초화된 대안을 제공한다.
• 이러한 유도 원리들을 고려할 때, 현재의 물리학 이해가 특히 확률과 관측에 관해 재검토가 필요할 수 있음을 시사한다.

제안 방법

• 알고리즘 정보 이론(특히 콜모고로프 복잡도)을 사용하여 관찰자 경험의 단순성과 예측 가능성 개념을 형식화하는 기초 프레임워크로 삼는다.
• 관찰자를 알고리즘 단순성에 기반해 미래 경험에 확률을 할당하는 계산 과정으로 모델링하며, 제1인칭 시점을 기본 철학적 실체로 간주한다.
• 관찰자 자신의 위치 인식과 알고리즘 확률의 결과로서 일관되고 법칙적인 물리적 세계의 모습이 유도되며, 이는 주어진 것이 아니라 결과임을 형식 이론으로 구성한다.
• 인과 추론 원리를 적용하여 관찰자에 따라 달라지는 확률을 도출함으로써, 양자 확률과 천체물리학적 측정치가 어떻게 첫 번째 원리에서 도출될 수 있는지 보여준다.
• 물리 법칙이 단순하고 계산 가능한 이유는 관찰자의 시점이 알고리즘적으로 압축 가능하기 때문이며, 이는 신비가 아니라 결과임을 보여준다.
• 관찰자와 세계의 구분이 사라지는 프레임워크를 도입하며, 외부 세계는 다수의 관찰자 간에 공유되는 안정된 구조로 유도된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 만약 관찰자가 컴퓨터에서 시뮬레이션될 수 있다면, 미래 경험에 확률을 어떻게 할당해야 하며, 이러한 할당을 지배하는 원리는 무엇인가?
• RQ2 특히 볼츠만 뇌 문제의 맥락에서 천체물리학적 관찰자에 대한 올바른 측정치는 무엇인가?
• RQ3 왜 물리 법칙들이 단순하고 계산 가능하게 보이는가? 이러한 현상은 사전에 법칙의 존재를 가정하지 않고 설명될 수 있는가?
• RQ4 양자 측정 결과는 단지 사전에 존재하는 성질을 드러내는 것 이상의 의미를 가지며, 이는 현실에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 단지 제1인칭 시점만이 근본적이라는 초기 조건에서 일관되고 객관적인 물리적 세계를 도출할 수 있는가?

주요 결과

• 법칙이나 사전에 존재하는 우주를 가정하지 않고 제1인칭 시점에서 객관적인 물리적 세계가 유도되는 수학적으로 엄밀한 프레임워크가 구성되었다.
• 물리 법칙의 명백한 단순성은 브루트 팩트가 아니라 알고리즘 확률의 결과로 설명된다.
• 양자 확률과 측정 결과는 사전에 가정된 것이 아니라 관찰자 자신의 위치 인식과 알고리즘 인과 추론의 결과로 도출된다.
• 볼츠만 뇌 문제는 알고리즘적으로 단순하고 자기 일관성 있는 관찰자 경험 기록이 지배하기 때문에, 다수의 관찰자 중 볼츠만 뇌일 확률이 낮다는 점에서 해결된다.
• 이 이론은 물리 세계가 근본적이지 않고 유도된 것이며, 그 구조가 관찰자의 계산 및 정보 제약에 의해 제약받는다는 것을 예측한다.
• 이 이론은 자신의 한계를 자각하며 '모든 것을 설명하는 이론'을 주장하지는 않지만, 주관적 경험에서의 유도를 이해하기 위한 프레임워크이다.