[論文レビュー] The importance of the observer in science

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

Quantum Mechanics and Applications参考文献 15被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、複雑性、出現、量子力学が根本的に観測者に依存する現象であると主張し、観測者を科学的記述に明示的に組み込むことで、長年の概念的矛盾を解消する。観測を基礎的なプロセスとして扱い、意味、心理的時間、情報の投影が現実を形作ることで、複雑性の測定法を統一し、量子力学を観測者の原則から導出し、物理学が意識から生じる可能性を示唆する。自己観測は、いかなる完全な心の理論に対しても核心的な要件である。

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.

研究の動機と目的

• 観測者を科学的記述の不可欠な要素として認識することで、複雑性の定義と測定における矛盾を解消すること。
• 複雑性がシステムの固有の性質ではなく、データに意味を割り当てる観測者の行為から生じることを示すこと。
• さまざまな複雑性測定法を、観測者の異なる視点または計算的に取り扱いやすい代理指標として統合すること。
• 量子力学を自然の理論ではなく、観測の理論として再定式化し、観測者の性質に基づくものとすること。
• 物理学が観測者に依存する原則に還元可能であり、意識が物理理論において基盤的役割を果たす可能性を主張すること。

提案手法

• 観測者を意味を割り当てる認知的エージェントとして導入し、複雑性を固有の性質ではなく関係的性質として定義すること。
• 情報理論（シャノンの式：I = -log₂p）を用いて、システムを特定するのに必要な情報量として複雑性を形式化すること。
• 観測を投影のプロセスとしてモデル化：可能な結果（重ね合わせ）から実際の観測（崩壊状態）へと移行し、確率分布を用いること。
• 量子力学を3通りの独立した経路から導出する：(1) 観測者に基づく情報の投影、(2) フリードンの原理によるフィッシャー情報の極値化、(3) 構成主義（マルシャルの観測者とはプログラムであるという主張）。
• 人間中心の原理と心理的時間を利用して、自己認識や意味の強靭性といった、意識が備えるべき性質を制約すること。
• デネットの「ジョイーシアンマシン」と「パンデモンイウム」モデルを、並列的・非同期的プロセスから順次的な時間感覚と意味がどのように生じるかを説明する枠組みとして用いること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 科学的記述に観測者を明示的に組み込むことで、複雑性の定義における矛盾をどのように解消できるか？
• RQ2 部品数、異なる部品数、情報量といった異なる複雑性測定法が一貫性のない結果をもたらすのはなぜか？ そしてそれらをどのように統合できるか？
• RQ3 物理法則からではなく、情報、確率、自己観測といった観測者中心の原則から量子力学を導出できるか？
• RQ4 観測者に依存する物理学と現実の性質と整合するためには、意識理論がどのような性質を備えなければならないか？
• RQ5 相対性理論や量子力学を含む物理学全体が、観測者の構造的・認知的性質から生じる可能性はあり得るか？

主な発見

• 複雑性はシステムの固有の性質ではなく、観測者に依存する：意味の割り当て方によって、ある観測者には複雑に見えるものが、別の観測者には単純に見えることがある。
• 情報理論的複雑性測定（I = -log₂p）は、さまざまな複雑性定義を統合し、特定するのに必要な情報量が多いシステムがより複雑であることを示している。
• 量子力学は観測者に基づく原則から導出可能である：投影、確率、情報の最大化（フィッシャーの原理）の必要性が、ヒルベルト空間の構造とボーンの法則を導く。
• 情報投影、フィッシャー情報の極値化、構成主義の3通りの独立した量子力学の導出経路が、同じ形式的構造に収束する。これは、観測と物理法則の間に深い関係があることを示唆している。
• 人間中心の原理と観測者における自己認識の必要性から、意識は付随的現象ではなく、完全な現実理論のための基盤的要件であることが示唆される。
• 心理的時間と観測の順次的流れは、自然選択に類似した選択プロセスとして説明可能であり、デネットのジョイーシアンマシンで示されるように、意味的整合性があり強靭な現実の物語だけが生き残る。