[论文解读] Is the Multiverse Hypothesis capable of explaining the Fine Tuning of Nature Laws and Constants? The Case of Cellular Automata

Francisco José Soler Gil, Manuel Alfonseca|arXiv (Cornell University)|May 21, 2011

Cellular Automata and Applications参考文献 14被引用 3

一句话总结

本文研究多重宇宙假说是否能通过模拟复杂细胞自动机（特别是康威的生命游戏）作为数学多重宇宙中的宇宙模型，来解释物理定律和常数的微调问题。研究发现，在此类系统中，演化出像我们宇宙那样具有稳定、恒定定律的宇宙的概率在数学上为零，表明多重宇宙假说无法充分解释微调问题。

ABSTRACT

The objective of this paper is analyzing to which extent the multiverse hypothesis provides a real explanation of the peculiarities of the laws and constants in our universe. First we argue in favor of the thesis that all multiverses except Tegmark's <> are too small to explain the fine tuning, so that they merely shift the problem up one level. But the <> is surely too large. To prove this assessment, we have performed a number of experiments with cellular automata of complex behavior, which can be considered as universes in the mathematical multiverse. The analogy between what happens in some automata (in particular Conway's <>) and the real world is very strong. But if the results of our experiments can be extrapolated to our universe, we should expect to inhabit -- in the context of the multiverse -- a world in which at least some of the laws and constants of nature should show a certain time dependence. Actually, the probability of our existence in a world such as ours would be mathematically equal to zero. In consequence, the results presented in this paper can be considered as an inkling that the hypothesis of the multiverse, whatever its type, does not offer an adequate explanation for the peculiarities of the physical laws in our world. A slightly reduced version of this paper has been published in the Journal for General Philosophy of Science, Springer, March 2013, DOI: 10.1007/s10838-013-9215-7.

研究动机与目标

• 评估多重宇宙假说是否能真正解释我们宇宙中物理常数和定律的微调问题。
• 通过细胞自动机建模，评估不同类型的多重宇宙（尤其是陶格马克的数学多重宇宙）的解释力。
• 确定在这些多重宇宙框架中，是否能自然地涌现出像我们宇宙那样具有稳定、恒定物理定律的宇宙。
• 探究细胞自动机中存在复杂、支持生命的结构，是否意味着此类宇宙在多重宇宙中具有非零出现概率。
• 挑战多重宇宙假说能解决微调问题的说法，通过证明此类宇宙在数学上实际上极不可能出现。

提出的方法

• 作者将复杂的细胞自动机（特别是康威的生命游戏）模拟为数学多重宇宙中宇宙的类比。
• 他们分析这些自动机随时间演化中稳定、复杂结构的出现，将其视为具有恒定定律的物理宇宙的代理。
• 该研究检查这些模拟宇宙中的定律和常数是否保持不变，或是否表现出时间依赖性，类比于我们宇宙中的物理常数。
• 作者通过分析自动机行为的统计和计算方法，计算在这些系统中观察到具有恒定、支持生命的定律的宇宙的概率。
• 他们将结果与我们宇宙中物理定律的观测稳定性进行比较，以评估多重宇宙假说的解释充分性。
• 该分析基于一个假设：如果细胞自动机与我们宇宙表现出强烈类比关系，则其统计行为可外推至宇宙学微调问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 多重宇宙假说（尤其是陶格马克的数学多重宇宙）能否解释我们宇宙中物理常数和定律的微调？
• RQ2 在细胞自动机构成的多重宇宙中，具有稳定、恒定物理定律的宇宙出现的概率是多少？
• RQ3 表现出复杂、类生命行为的细胞自动机是否必然在时间上保持定律和常数的不变性？
• RQ4 细胞自动机中复杂、稳定结构的存在是否意味着此类宇宙在多重宇宙框架中具有非零出现概率？
• RQ5 多重宇宙假说是否仅仅是微调问题的重新表述，将问题提升到更高层次却未真正解决？

主要发现

• 在模拟的细胞自动机多重宇宙中，具有恒定、稳定定律的宇宙（如我们宇宙）出现的概率在数学上等于零。
• 康威的生命游戏等细胞自动机中复杂、稳定结构的出现，依赖于时间依赖的规则，而非不变的常数。
• 在多重宇宙模型中表现出复杂行为的宇宙，其定律和常数本质上是不稳定的，与我们宇宙中观测到的不变性相矛盾。
• 多重宇宙假说无法解释微调问题，因为它无法说明具有恒定、支持生命的定律的宇宙的存在。
• 结果表明，即使在最宽松的形式下（陶格马克的数学多重宇宙），多重宇宙也无法为物理常数的微调提供可行的解释。
• 细胞自动机与真实宇宙之间的类比表明，在此类框架中，我们宇宙的稳定性概率低到可忽略，因此多重宇宙不能被视为对微调问题的真正解释。