[论文解读] Emergent deterministic systems

Ian T. Durham|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2017

Free Will and Agency被引用 3

一句话总结

本文证明了纯粹随机的微观过程可通过组合统计产生确定性的宏观行为，表明即使在根本上随机的系统中，长期的总体行为也会变得可预测且稳定。其核心贡献在于提出了一套数学框架，说明意向性与类似自由意志的行为可能通过统计力学自然地从随机性中产生，而无需外部作用力或隐藏的决定论。

ABSTRACT

According to quantum theory, randomness is a fundamental property of the universe yet classical physics is mostly deterministic. In this article I show that it is possible for deterministic systems to arise from random ones and discuss the implications of this for the concept of free will.

研究动机与目标

• 探究在无外部强迫的情况下，确定性行为是否能从本质上随机的过程中涌现。
• 澄清物理过程中决定论、随机性与因果性之间的区别。
• 探讨自由意志如何通过宏观结果的组合约束，从随机性中产生。
• 检验内部系统动力学——特别是组合学——是否能施加边界条件，以稳定宏观行为。
• 挑战决定论是意向性所必需的假设，提出通过统计实现的部分决定论已足够。

提出的方法

• 将宏观行为建模为大量随机微观过程的总和结果，例如爱因斯坦固体中的能量传递。
• 应用组合统计计算宏观态的相对概率，表明由于简并度高，平衡态占主导地位。
• 将“部分确定性”过程定义为在总体上可预测但个体实例不可预测的过程，与纯粹随机或完全确定的过程形成对比。
• 以偏差硬币游戏（50.5% 对 49.5%）为例，表明即使统计优势微小，也能实现长期可预测性与盈利，从而说明部分决定论的可行性。
• 分析两个爱因斯坦固体之间的热接触，表明随机微观过程通过组合权重的绝对优势，导致稳定且高度可能的平衡宏观态。
• 主张组合学本身可作为边界条件，无需改变底层微观过程，即可抑制涨落并稳定宏观行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过统计聚合，使本质上随机的微观过程涌现出确定性行为？
• RQ2 在物理系统中，部分确定性过程与纯粹随机或完全确定过程有何区别？
• RQ3 如果宏观行为因组合学而具有可预测的稳定性，自由意志是否可能从随机性中产生？
• RQ4 内部系统组合学在多大程度上能对未来的宏观演化施加边界条件？
• RQ5 宇宙中秩序与意向性的涌现是否与基本的量子随机性相容？

主要发现

• 即使概率不平衡仅为50.5% 对 49.5%，也能产生可预测的长期结果，表明部分决定论是可行的。
• 两个处于热接触的爱因斯坦固体的平衡态由于其极高的简并度而具有压倒性优势，使得偏离平衡态的涨落不可测量。
• 仅靠组合学即可通过使某些宏观态远为可能，从而稳定宏观行为，有效对未来的演化施加边界条件。
• 在平衡态下，随机微观过程（如振子之间的能量传递）持续不断，但由于平衡态在统计上占绝对主导，系统仍保持宏观稳定。
• 该模型表明，类似决定论的行为——例如在偏差游戏中实现可靠盈利——可从随机性中自然涌现，而无需外部控制或隐藏规律。
• 本文结论认为，自由意志并不要求决定论或随机性本身，而只需具备部分确定性、受组合约束的宏观过程能力。