[论文解读] Are observers reducible to structures?

Ovidiu Cristinel Stoica|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2023

Philosophy and History of ScienceArts and Humanities被引用 3

一句话总结

本文主张，观察者不能仅通过其结构属性来还原，否则不同状态空间的参数化将导致对物理可观测量的不一致感知。本文证明，唯有处于唯一、特权参数化中的观察者才能可靠地将记忆与外部事实相关联，这意味着可观测量与物理属性之间存在不可还原的、依赖于观察者的对应关系——为结构实在论和心灵哲学提供了基础性约束。

ABSTRACT

Physical systems are characterized by their structure and dynamics. But the physical laws only express relations, and their symmetries allow any possible relational structure to be also possible in a different parametrization or basis of the state space. If observers were reducible to their structure, observer-like structures from different parametrizations would identify differently the observables with physical properties. They would perceive the same system as being in a different state. This leads to the question: is there a unique correspondence between observables and physical properties, or this correspondence is relative to the parametrization in which the observer-like structure making the observation exists? I show that, if observer-like structures from all parametrizations were observers, their memory of the external world would have no correspondence with the facts, it would be no better than random guess. Since our experience shows that this is not the case, there must be more to the observers than their structure. This implies that the correspondence between observables and physical properties is unique, and it becomes manifest through the observers. This result is independent of the measurement problem, applying to both quantum and classical physics. It has implications for structural realism, philosophy of mind, the foundations of quantum and classical physics, and quantum-first approaches.

研究动机与目标

• 探究观察者是否能完全还原为其物理结构，而独立于参数化。
• 考察状态空间对称性（幺正变换与正则变换）对观察者可靠性与感知一致性的意义。
• 通过实际观察者的角色，解决可观测量与物理属性之间对应关系的模糊性。
• 通过证明不同参数化下的类观察结构无法可靠追踪外部事实，从而挑战结构实在论与物理主义。
• 确立唯有唯一特权参数化才能支持真正的观察者，而其他参数化下的结构则为认识上惰性的“僵尸”。

提出的方法

• 使用具有希尔伯特空间结构和厄米算符作为可观测量的量子态空间来形式化物理系统。
• 应用幺正变换与正则变换，表明同一物理结构在不同参数化下可表现为不同可观测量。
• 将观察者定义为通过类似测量的过程将记忆与外部状态相关联的系统。
• 通过定理1证明，若所有同构结构均为观察者，则其记忆将无法与外部现实建立可靠的对应关系。
• 利用对称性不变性表明，除非观察者被特权赋予某一基，否则在不同参数化之间不存在可观测量与物理属性之间的唯一映射。
• 通过表明唯有固定本体论基才能支持一致观察，分析其对基础物理学（包括玻恩法则与量子优先方法）的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在唯一、非任意的可观测量与物理属性之间的对应关系，还是该对应关系依赖于状态空间的参数化？
• RQ2 若观察者可还原为其结构，则其能否在不同参数化下一致地将其记忆与外部世界相关联？
• RQ3 观察的可靠性对关系性或对称性基础物理理论中观察者的本质施加了何种约束？
• RQ4 多个等价参数化的同时存在，如何影响结构实在论以及观察者的本体论地位？
• RQ5 非特权基中的类观察结构能否被视为真正的观察者，还是它们仅为认识上惰性的“僵尸”？

主要发现

• 观察者不能仅通过其结构属性来还原，因为同一结构的不同参数化将导致对物理属性的不一致感知。
• 定理1证明，若所有同构结构均为观察者，则其记忆将无法与外部事实建立可靠对应，从而导致观察不可能。
• 唯有处于唯一、特权参数化中的观察者，才能维持对外部世界稳定且与事实相符的记忆。
• 这表明可观测量与物理属性之间存在唯一、非任意的映射，其基础在于实际观察者的存在。
• 其他参数化下的类观察结构为认识上惰性——在功能上等同于哲学僵尸——因为它们无法可靠追踪外部现实。
• 该结果支持一元论观点（如中立一元论或泛心论），因为它暗示物理属性根植于意识，且观察具有唯一本体论基础。