Czy wszechświat może się uczyć?

Wszechświat mógłby się uczyć, jak ewoluować w lepszy, stabilniejszy kosmos. To odległy pomysł zaproponowany przez zespół naukowców, którzy twierdzą, że wyobrażają sobie wszechświat na nowo, tak jak Darwin odmienił nasze spojrzenie na świat przyrody.

Kontrowersyjny nowy pomysł próbuje wyjaśnić, dlaczego prawa fizyki są takie, jakie widzimy, przy użyciu ram matematycznych do opisania różnych proponowanych teorii w fizyce, takich jak kwantowe teorie pola i kwantowa grawitacja. Rezultatem jest system podobny do programu uczenia maszynowego.

Naukowcy odkryli wiele praw fizycznych i wielkości o ustalonych wartościach, które definiują wszechświat. Od masy elektronu po siłę grawitacji, istnieje wiele określonych stałych we wszechświecie, które niektórym wydają się arbitralne, biorąc pod uwagę ich dokładne i pozornie pozbawione wzoru wartości.

„Jednym z celów fizyki fundamentalnej w dzisiejszych czasach jest nie tylko zrozumienie, czym są prawa fizyki, ale także dlaczego są takie, jakie są, dlaczego przyjmują takie formy” – powiedział autor William Cunningham, fizyk i kierownik ds. oprogramowania w firmie Agnostiq zajmującej się obliczeniami kwantowymi. „Nie ma tak naprawdę oczywistego powodu, dla którego jeden [zestaw praw] miałby być preferowany nad innym”.

System samouka

Aby odpowiedzieć na to pytanie, grupa zastanawiała się, czy sposób, w jaki widzimy dzisiejszy wszechświat, jest tylko jednym z dotychczasowych. Być może prawa, które widzimy dzisiaj, to tylko jedna z wielu iteracji. Być może wszechświat ewoluuje.

Aby wszechświat ewoluował, badacze zaproponowali koncepcję zwaną wszechświatem autodydaktycznym – wszechświatem, który sam się uczy. W tym przypadku uczenie się przebiegałoby podobnie jak w przypadku algorytmu uczenia maszynowego, w którym sprzężenie zwrotne na jednym etapie wpływa na następne, mając na celu osiągnięcie bardziej stabilnego stanu energii.

Idąc za tym pomysłem, grupa opracowała możliwe ramy, dzięki którym wszechświat mógłby się uczyć, korzystając z matematyki macierzowej – sposobu wykonywania matematyki ułożonej w rzędy i kolumny – sieci neuronowe i inne zasady uczenia maszynowego. Krótko mówiąc, badali, czy wszechświat może być uczącym się komputerem.

„Staramy się zmienić rozmowę w taki sam sposób, w jaki biolog Darwin musiał zmienić rozmowę, aby uzyskać głębsze zrozumienie tematu” – powiedział autor Lee Smolin, fizyk z Perimeter Institute for Theoretical Physics w Waterloo w Kanadzie.

Wszechświat darwinowski

Podobnie jak ćma może ewoluować, by mieć lepszy kamuflaż, wszechświat autodydaktyczny może ewoluować do wyższego stanu – co w tym przypadku może oznaczać taki, który jest w bardziej stabilnym stanie energetycznym. Zgodnie z matematycznymi ramami, które opracowali badacze, system ten mógł jedynie iść naprzód, z każdą iteracją tworząc lepszy lub bardziej stabilny wszechświat niż poprzednio. Stałe fizyczne, które mierzymy dzisiaj są ważne tylko teraz i mogły mieć inne wartości w przeszłości.

Zespół odkrył, że niektóre teorie kwantowej grawitacji i pola kwantowego znane jako teorie cechowania – klasa teorii, która ma na celu stworzenie pomostu między teorią szczególnej teorii względności Einsteina a mechaniką kwantową w celu opisania cząstek subatomowych – mogą być odwzorowane lub przetłumaczone w języku matematyki macierzowej, tworząc model systemu uczenia maszynowego. To połączenie pokazało, że w każdej iteracji lub cyklu systemu uczenia maszynowego, wynikiem mogą być fizyczne prawa wszechświata.

Struktura uczenia się, opisana w artykule opublikowanym w bazie danych preprint arXiv, przedstawia, zdaniem grupy, pierwsze „małe kroki” do pomysłu. Jednak przy większej ilości pracy zespół mógłby stworzyć pełnoprawny model wszechświata, który mógłby otworzyć nowe drzwi do zrozumienia naszego kosmosu.

„Jedną z ekscytujących perspektyw jest to, że możesz użyć jednego z tych modeli i być może wydobyć coś nowego” – powiedział Cunningham. Może to być odkrycie fizyki dla nowego typu czarnej dziury lub nowe prawo opisujące układ fizyczny, który nie został jeszcze wyjaśniony, taki jak ciemna energia.

Jednak nie wszyscy badacze są tak podekscytowani nowym pomysłem. Tim Maudlin, profesor filozofii na Uniwersytecie Nowojorskim, który nie brał udziału w nowej pracy, twierdzi, że nie ma dowodów na tę koncepcję i jest wiele przeciwko niej, na przykład, że niektóre prawa fizyki, które zostały zmierzone, są takie same dzisiaj, jak były krótko po Wielkim Wybuchu. Ponadto, jeśli prawa wszechświata ewoluują, Maudlin uważa, że ​​musi istnieć większy niezmienny zestaw praw rządzących tą zmianą, co neguje ideę systemu samouków.

„Kiedy patrzymy na podstawowe prawa – takie jak równanie Schrödingera czy ogólna teoria względności – nie wyglądają one wcale na przypadkowe” – powiedział Maudlin w wywiadzie dla Live Science. „Można je zapisać matematycznie w bardzo ściśle określony sposób, przy niewielkiej liczbie regulowanych parametrów”.

Peter W. Evans, filozof z University of Queensland w Australii, który nie brał udziału w nowych badaniach, również początkowo nie był przekonany do nowej pracy; ale Evans zgadza się na poświęcenie czasu na niekonwencjonalne podejście do radykalnych pytań, takich jak “Dlaczego wszechświat jest taki, jaki jest?” Takie podejścia, nawet jeśli same nie są owocne, mogą prowadzić do nieoczekiwanych pomysłów, które mogą otworzyć nowe drzwi do poznawania wszechświata, powiedział w e-mailu dla Live Science.

Naukowcy zajmujący się nowym badaniem przyznają, że ich praca jest tylko wstępna i nie jest przeznaczona jako ostateczna teoria, ale raczej jest sposobem na rozpoczęcie myślenia o rzeczach w nowy sposób. Ostatecznie, choć artykuł nie zawiera żadnych wniosków na temat tego, jaki dokładnie model mógłby być użyty do opisania naszego wszechświata, stawia możliwość, że wszechświat mógłby się uczyć.

„Myślę, że pod koniec tego wszystkiego pozostaje wiele otwartych pytań i na pewno nie byliśmy w stanie niczego udowodnić” – powiedział Cunningham w wywiadzie dla Live Science. „Ale tak naprawdę chcieliśmy rozpocząć dyskusję”.

Źródło: Mara Johnson-Groh

The Autodidactic Universe

Zdjęcie: Michael Stevenson/UIG via Getty Images

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x