私の好きなアルバート・アインシュタインの引用は、かなり言い換えられていますが、宇宙について最も理解できないことは理解できるという彼の主張です. (彼が 1936 年の著作「物理学と現実」で実際に言ったことは、より長ったらしく、イマヌエル・カントと「理解可能性」の意味への余談が含まれていますが、彼は「… 世界の永遠の謎はその理解可能性です。 」）実際には、このステートメントは少し後退しています。より大きな謎は、宇宙が実際に自己理解できるということです.
すべての物質とエネルギーが絶妙に均一で退屈な状態で存在していた約 140 億年前の時から、宇宙は複雑な構造を含むように進化してきました。現実を解読しようとする意識。そうすることで、彼ら (つまり私たち) は、「データドーム」に配置する現実の解釈されたバージョンも作成します。
データームとは、私たちが生成、利用、伝播するが、DNA にエンコードされていないすべてのデータ (およびそれに含まれる情報) を意味します。データドームには、洞窟壁画から書籍、フラッシュ ドライブからクラウド サーバー、およびこれらのサービスのために構築されたすべての構造が含まれます。私たちは、このデータームとの不安な共生関係の中に存在しています。このデータームの利益は、私たちのために運ぶ情報が私たちの進化の成功にとって重要であるにもかかわらず、常に私たちの利益と一致するとは限りません。これには、現実そのものの経験を説明するために作成する情報が含まれます。
惑星、恒星、銀河がどのように軌道を描いて進化するかについての物理学のすべての方程式、またはすべてのコンピューター シミュレーションは、宇宙による宇宙の解釈の奇妙な痕跡であり、その原子のデータオームへの再配置によって宇宙に組み込まれています。しかし、さらに深い視点があります。これらすべては本当に避けられなかったのでしょうか?データームを作成したり、私たちが行っていることのいずれかを実行したりする際に、私たちには選択の余地がありましたか? また、宇宙の自己認識エンティティにも選択の余地はありますか?
「量子チューリング マシンの幽霊」と題された 2013 年の 70 ページ近くのエッセイで、理論計算機科学者のスコット アーロンソンは、そのような自由意志の賛否両論を深く掘り下げています。ここで時間をつぶしたいくらい楽しいです。彼は、私たちの多くがランダムで予測不可能であるという考えを自由意志と混同していると指摘しています。たとえば、「スポンジ」という言葉を自発的にここに書くと、自由意志を行使しているように感じることができます。確かに完全にランダムに見えます。
アーロンソンは、これはおそらく正しくないと主張します。なぜなら、私たちがランダム性と呼んでいるものは、実際には明確に定義された確率の統計的ルールに従っており、その意味では決して「無料」ではないからです。その予測不可能性は予測可能です。対照的に、ランダムな確率では測定できない予測不可能な現象のクラスがあります。それらは異なる形の予測不可能性を持っています。これは、騎士の不確実性と呼ばれる特性によって記述されます 1920年代にこれらのアイデアに取り組んでいた経済学者、フランク・ナイトにちなんでいます。現代の専門用語では、これは、作家で数学思想家のナシム・タレブによって巧みに広められた「ブラック スワン イベント」のアイデアに非常によく似ています。ブラック スワンのイベントは非常にまれであり、世界に大きな影響を与え、事後に説明が考案されています。しかし、その出来事や行動が確率によって客観的に定量化できない場合、それはナイトの不確実性のカテゴリーに入る可能性があります.
アーロンソンの説明に基づいた例を次に示します。コンピューター プログラムが操作の一部として乱数を生成するとします。おそらく、スクリーン セーバー用にランダムな色の混合を選択しているのでしょう。ただし、番号 669988 を選択すると、コードにバグがあり、クラッシュする可能性があります。元のプログラマーはこれを知っていましたが、669988 はこの 6 桁の数の 100 万通りの選択肢の 1 つにすぎないため、許容できる確率であると判断しました。
しかし、代わりに、コードがランダムな 6 桁の数字を提供するよう人間に求める場合はどうなるでしょうか?プログラマーは、669988 が入力される可能性がどの程度かを知ることはできません。それは人のラッキーナンバーかもしれませんし、これらの数字に対する奇妙な人間の素因があるかもしれません.予測不可能というよりは、単純に予測不可能であり、単純な数学的確率では説明できません。代わりに、人間の自由意志を反映しています。
しかし、あなたが物理学者 (または適切な哲学者) である場合は、これに抵抗するかもしれません。それは、あなたが言うように、人間がいつでも行うことは、最終的には非常に長く、非常に複雑な一連の出来事の結果であるからです.これらの各イベントは、個々の相互作用と、原子と電子、光子、および法則の発生に分解できます。これは、たとえ確率論的であっても、常にすべてのオプションを記述します。それらはすべて予測不可能です。これには、量子の不確実性なども含まれます。確かに、人間の行動やその他のことは、このランダムなものの連鎖を十分に下に行くだけでいつでも説明できます。この場合、本物の自由意志はありません。現実の基本部分に実際の騎士の不確実性はありません。
アーロンソンは、宇宙の最も初期の (量子) 状態にナイトの不確実性がある場合、物事はより興味深いものになると主張しています。新しい宇宙の正確な状態は、ランダム性の統計的ルールによって決定される必要はありません。コードをクラッシュさせる数字をひねくれた人が推測する前の例と同じくらい奇妙に予測できない可能性があります。この場合、その状態を説明する情報、およびその後に宇宙がとるすべての状態 (そのすべての原子、私たち、およびエイリアンを含む) は、(アーロンソンの用語では) 「フリービット」で構成されていると見なすことができます。フリービットは、宇宙の選択の最後の言葉のようなものです。
これらのフリービットは、本質的に量子でなければなりません。つまり、それらは「量子ビット」でもあります。これは、量子の振る舞いを示すオブジェクトやシステムに適用される、昔ながらの 1 と 0 のビットのバージョンです。それらは、呼び出されて焦点が合うまで、あいまいで未定のものです。それは私が実際に対処することを避けるつもりの合併症です.幸いなことに、フリービットが私たちをどこに導くかを理解するために、それらの詳細をすべて知る必要はありません.
注意を払うべき話は、これらのフリービットが宇宙の歴史を通して残り続ける可能性があるということです.または、これを逆に言えば、特定の事件 (物理実験で興味深い何か、または道路を横断するニワトリ) につながった一連のイベントを追跡したいとします。いくつかのインシデントでは、ずっとさかのぼる連鎖があります オリジナルのフリービットに。そして、それらのフリービットはナイトの不確実性に従うため、なぜあなたが見たものを見たのかについての最終的な答え、きちんと整頓された最終的な確率論的解決策がないことを意味します.ニワトリが道路を横切った理由は、決して知られることはありません.
これはおそらく、人間の脳やその思考などの構造にも当てはまる可能性があります。数え切れないほどの千兆もの分子と原子の相互作用と脳内の連鎖したイベント、そして量子の不確実性による非常に微妙な微調整をあちこちで解きほぐすことができれば、すべてが元のフリービットに戻り、それによっていくつかのフリービットが復元されることがわかるかもしれません。私たち自身の自由意志のようなもの。私は、ある種の馬鹿げた神秘的な量子脳接続を示唆しているわけではありません。これはすべて単なる物理学です（まあ、すべての物理学は哲学との境界にあります）。しかし、疑いを持たないニワトリを道端に置くというあなたの自発的な決定は、ビッグバンにまでさかのぼる血統を持つ真に騎士的である可能性があります.
しかし、これはまた、宇宙で何かが起こり得る方法は非常に多く、歴史が展開できる方法は非常に多くあることを意味します.これは、ある大陸の海岸線から別の大陸の海岸線へとクロスカントリーのロードトリップをするようなものです。開始できる場所は非常に多く、それぞれが最終的な場所に影響を与えます。宇宙は、情報の新規性を生み出すその能力において本当に無限ですか?おそらく完全ではないでしょう。
ここまで読んで生き残ったなら、私たちが話しているフリービットの数を疑問に思っているかもしれません.結局のところ、認識可能な宇宙は大きいですが、明らかに有限です。約138億年前のビッグバン以来、光が私たちに到達するのに時間がかかった宇宙の領域を観察することしかできません.これは注意が必要ですが、実際には、観測可能なユニバース内の任意の種類のビット (フリービットだけでなく) の最大数を、約 122 の 10 乗 (または 10) と見積もることができます。これは、起こりうる面白いことの数の限界だということです。 宇宙で。やり直しも余分なものもありません。これで終わりです。
しかし、これはまた、フリービットやビットが時間の経過とともに「使い果たされる」ことを意味します。実際、それらはイベントが発生するためのものでなければなりません。そして、これにより、熱力学とエントロピーの法則、およびビットを消去するために必要なエネルギーに関するランダウアー限界の古典物理学のアイデアに完全に戻ることができます。情報を保存してアクセスすることは、エネルギーを使用することを意味します。しかし、エネルギーを使用する場合、宇宙のエントロピーを維持または増加させる必要があります (一般的に言えば)。たとえ 10 のような膨大な数であっても、すべての現実に有限数のビットがある場合、最終的に宇宙はそのエントロピーとそのビットを変更する方法を使い果たします。
この時点で、物語は、すべてが熱平衡状態にある遠い、遠い、遠い宇宙の未来につながります。宇宙はどこでも同じ温度です。ホット スポットとコールド スポットはなく、暖かいものから冷たいものへとエネルギーが流れる方法もありません。ひっくり返すビットはもうなく、宇宙は後悔だけでいっぱいのぬるいお風呂になってしまいます。 (後悔は情報を暗示しますが、この後期段階ではそれにアクセスする方法はありません)。
これまでの世界と来るべき世界の有効な説明はありますか?私たちの最善の策は、膨張し続ける宇宙が実際に熱の均一性において最終的に退屈に向かっているということですが、実際にはわかりません.フリービットのような概念は、今のところ、何が現実を水面下で動かしているのかについての興味深い提案にすぎません.
これらすべての重要なポイントは、情報が予想以上のものであることを示しているということです。それは、自然の原理を探るためだけの方法ではありません。それは基本の一部かもしれません。その結果、人間のデータオームが、操作された物質とエネルギーの断片として、宇宙の構造とますます絡み合っているという事実は、私たち (生き物として) は、不変で平衡化された未来の海に向かう普遍的な推進力に完全にコミットしていることを意味します。時空。それはあたかも私たちが一時的なエネルギーの変動として真空から飛び出したかのようであり、それ以来、私たちは元に戻ってきました.
Caleb Scharf の「3 つの偉大な啓示」 を読みながら、彼の新しい本をここで書いてください。
Caleb Scharf はの著者です 情報の上昇。 天体物理学者であり、ニューヨークのコロンビア大学の宇宙生物学のディレクターであり、人間と機械の意識を研究する研究所である yhousenyc.org の創設者でもあります。彼の以前の著書には ズーム可能な宇宙:ほとんどすべてのものからほとんど何もないものまで、宇宙規模の壮大なツアー。
から The Ascent of Information:Books, Bits, Genes, Machines, and Life's Unending Algorithm Caleb Scharf 著。 Penguin Random House LLC のメンバーである Riverhead との取り決めにより発行されました。著作権 © カレブ シャーフ 2021.
リード画像:Nina Ezhik / Shutterstock
