Профессор физики из Миннесоты считает, что вся вселенная может быть нейронной сетью

В препринте статьи, загруженном этим летом на arXiv , профессор физики из Миннесотского университета в Дулуте по имени Виталий Ванчурин пытается переосмыслить реальность, предполагая, что мы живем внутри массивной нейронной сети, которая управляет всем вокруг. нас. Другими словами, как он написал в статье, «вполне возможно, что вся Вселенная на самом фундаментальном уровне представляет собой нейронную сеть».

В течение многих лет физики пытались примирить квантовую механику и общую теорию относительности. Первая утверждает, что время универсально и абсолютно, а вторая утверждает, что время относительно и связано с материей пространства-времени.

В своей статье Ванчурин утверждает, что искусственные нейронные сети могут «демонстрировать примерное поведение» обеих универсальных теорий. Поскольку квантовая механика «является исключительно успешной парадигмой для моделирования физических явлений в широком диапазоне масштабов, - пишет он, - широко распространено мнение, что на самом фундаментальном уровне вся Вселенная управляется правилами квантовой механики, и даже гравитация должна каким-то образом выйти из него ".

«Мы не просто говорим, что искусственные нейронные сети могут быть полезны для анализа физических систем или для открытия физических законов, мы говорим, что именно так на самом деле устроен мир вокруг нас», - говорится в обсуждении статьи.

Концепция настолько смелая, что большинство физиков и экспертов по нейросетям, к которым мы обратились, отказались комментировать отчет, ссылаясь на скептицизм по поводу выводов статьи. Но сам Ванчурин в интервью рассказал нам подробнее о своей теории.

В вашей статье утверждается, что Вселенная может быть нейронной сетью. Как бы вы объяснили свои рассуждения тому, кто не очень разбирается в нейронных сетях или физике?

Виталий Ванчурин: 

На ваш вопрос можно ответить двумя способами.

Первый способ - начать с точной модели нейронных сетей, а затем изучить поведение сети в пределе большого количества нейронов. Я показал, что уравнения квантовой механики довольно хорошо описывают поведение системы вблизи состояния равновесия, а уравнения классической механики довольно хорошо описывают, как система удаляется от состояния равновесия. Стечение обстоятельств? Может быть, но, насколько нам известно, квантовая и классическая механика - это именно то, как работает физический мир.

Второй способ - начать с физики. Мы знаем, что квантовая механика довольно хорошо работает в малых масштабах, а общая теория относительности довольно хорошо работает в больших масштабах, но до сих пор нам не удалось согласовать две теории в единой структуре. Это известно как проблема квантовой гравитации. Ясно, что нам не хватает чего-то большого, но, что еще хуже, мы даже не знаем, как обращаться с наблюдателями. Это известно как проблема измерения в контексте квантовой механики и проблема меры в контексте космологии.

Тогда можно возразить, что есть не два, а три явления, которые необходимо объединить: квантовая механика, общая теория относительности и наблюдатели. 99% физиков скажут вам, что квантовая механика является основной и все остальное должно каким-то образом возникать из нее, но никто точно не знает, как это можно сделать. В этой статье я рассматриваю еще одну возможность, что микроскопическая нейронная сеть является фундаментальной структурой, а все остальное, то есть квантовая механика, общая теория относительности и макроскопические наблюдатели, вытекает из нее. Пока все выглядит многообещающе.

Что впервые натолкнуло вас на эту идею?

Сначала я просто хотел лучше понять, как работает глубокое обучение, и поэтому написал статью под названием «К теории машинного обучения». Первоначальная идея заключалась в применении методов статистической механики для изучения поведения нейронных сетей, но оказалось, что в определенных пределах динамика обучения нейронных сетей очень похожа на квантовую динамику, которую мы видим в физике. В то время я был (и остаюсь) в творческом отпуске и решил исследовать идею о том, что физический мир на самом деле является нейронной сетью. Идея определенно безумная, но достаточно ли безумная, чтобы быть правдой? Это еще предстоит выяснить.

В статье вы написали, что для доказательства ошибочности теории «все, что нужно, - это найти физическое явление, которое не может быть описано нейронными сетями». Что вы имеете в виду? Почему такое «легче сказать, чем сделать»?

Что ж, существует множество «теорий всего», и большинство из них должно быть ошибочным. По моей теории, все, что вы видите вокруг себя, является нейронной сетью, и поэтому, чтобы доказать, что это неверно, все, что нужно, - это найти явление, которое невозможно смоделировать с помощью нейронной сети. 

Но если задуматься, это очень сложная задача, потому что мы так мало знаем о том, как ведут себя нейронные сети и как на самом деле работает машинное обучение. Вот почему я в первую очередь попытался разработать теорию машинного обучения.

Как ваше исследование связано с квантовой механикой и обращается ли оно к эффекту наблюдателя?

Есть два основных направления мысли: интерпретация квантовой механики Эвереттом (или многих миров) и интерпретация Бома (или скрытых переменных). Мне нечего сказать нового о многомировой интерпретации, но я думаю, что могу внести свой вклад в теорию скрытых переменных. В возникающей квантовой механике, которую я рассматривал, скрытые переменные - это состояния отдельных нейронов, а обучаемые переменные (такие как вектор смещения и матрица весов) - квантовые переменные. 

Обратите внимание, что скрытые переменные могут быть очень нелокальными, поэтому неравенства Белла нарушаются. Ожидается, что возникнет приближенная пространственно-временная локальность, но, строго говоря, каждый нейрон может быть связан с любым другим нейроном, и поэтому система не обязательно должна быть локальной.

Не могли бы вы подробнее рассказать о том, как эта теория связана с естественным отбором? Как естественный отбор влияет на эволюцию сложных структур / биологических клеток?

Скажу очень просто. 

Есть структуры (или подсети) микроскопической нейронной сети, которые более стабильны, а есть другие структуры, которые менее стабильны. Более стабильные структуры переживут эволюцию, а менее стабильные структуры будут уничтожены. 

Я ожидаю, что в самых маленьких масштабах естественный отбор должен произвести некоторые структуры очень низкой сложности, такие как цепочки нейронов, но в больших масштабах структуры будут более сложными. Я не вижу причин, по которым этот процесс должен быть ограничен определенной шкалой длины, и поэтому утверждается, что все, что мы видим вокруг себя (например, частицы, атомы, клетки, наблюдатели и т. д.), является результатом естественного отбора.

Я был заинтригован вашим первым письмом, когда вы сказали, что сами, возможно, не все понимаете. Что вы имели в виду? Вы имели в виду сложность самой нейронной сети или что-то более философское?

Да, я говорю только о сложности нейронных сетей. У меня даже не было времени подумать о том, какие философские последствия могут иметь результаты.

Мне нужно спросить: означает ли эта теория, что мы живем в симуляции?

Нет, мы живем в нейронной сети, но, возможно, никогда не заметим разницы.

****

P.S.

Ну дополнить по сути не чем. Так как тема данная не особо то обсуждается, видать интереснее выход нового iPhone and Samsung.

****

Возможно, наш мир виртуален. Но имеет ли это значение?

Некоторые ученые полагают, что наша Вселенная представляет собой гигантскую компьютерную симуляцию. Должны ли мы беспокоиться по этому поводу?

Реальны ли мы? А как насчет меня лично?

Раньше подобными вопросами задавались лишь философы. Ученые же пытались понять, что собой представляет наш мир, и объяснить его законы.

Но появившиеся в последнее время соображения относительно устройства Вселенной ставят экзистенциальные вопросы и перед наукой.

Некоторые физики, космологи и специалисты в области искусственного интеллекта подозревают, что мы все живем внутри гигантской компьютерной симуляции, принимая виртуальный мир за реальность.

Эта идея противоречит нашим ощущениям: ведь мир слишком реалистичен, чтобы быть симуляцией. Тяжесть чашки в руке, аромат налитого в нее кофе, окружающие нас звуки - как можно подделать такое богатство переживаний?

Но задумайтесь о прогрессе, достигнутом в компьютерных и информационных технологиях за последние несколько десятилетий.

Нынешние видеоигры населены персонажами, реалистично взаимодействующими с игроком, и симуляторы виртуальной реальности порой делают ее неотличимой от мира за окном.

И этого вполне достаточно, чтобы сделать из человека параноика.

В фантастической кинокартине "Матрица" эта идея формулируется предельно четко. Люди там заключены в виртуальном мире, который безоговорочно воспринимают как реальный.

Однако "Матрица" - не первый фильм, исследующий феномен искусственной вселенной. Достаточно вспомнить "Видеодром" Дэвида Кроненберга (1982) или "Бразилию" Терри Гиллиама (1985).

Все эти антиутопии поднимают два вопроса: как узнать, что мы живем в виртуальном мире, и так ли уж это на самом деле важно?

У версии о том, что мы живем внутри симуляции, имеются влиятельные сторонники.

Как заявил в июне 2016 г. американский предприниматель Илон Маск, вероятность этого составляет "миллиард к одному".

А технический директор Google в области искусственного интеллекта Рэймонд Курцвейл предполагает, что, возможно, "вся наша Вселенная - научный эксперимент младшеклассника из другой вселенной".

Рассматривать такую возможность готовы и некоторые физики. В апреле 2016 г. ученые приняли участие в обсуждении этой темы в нью-йоркском Американском музее естественной истории.

Никто из этих людей не утверждал, что в действительности мы плаваем голышом в липкой жидкости, утыканные проводами, как герои "Матрицы".

Но есть как минимум два возможных сценария, согласно которым Вселенная вокруг нас может быть искусственной.

Космолог Алан Гут из Массачусетского технологического института предполагает, что Вселенная может быть реальной, но одновременно является лабораторным экспериментом. Согласно его гипотезе, наш мир создан неким сверхразумом - подобно тому, как биологи растят колонии микроорганизмов.

В принципе, не существует ничего, что исключало бы возможность создания вселенной в результате искусственного Большого взрыва, говорит Гут.

Вселенная, в которой проводился бы подобный эксперимент, осталась бы при этом целой и невредимой. Новый мир образовался бы в отдельном пространственно-временном пузыре, который быстро отделился бы от материнской вселенной и потерял с ней контакт.

Данный сценарий никак не влияет на нашу жизнь. Даже если Вселенная зародилась в "пробирке" сверхразума, физически она так же реальна, как если бы образовалась естественным путем.

Но есть и второй сценарий, привлекающий особый интерес, поскольку подрывает сами основы нашего понимания реальности.

Не исключено, что наша Вселенная была создана искусственно. Но кем?

В научном мире уже давно обсуждается вопрос: почему наша Вселенная не слишком «горяча» и не слишком «холодна», а «в самый раз» приспособлена для появления разумной жизни?

В несколько иной форме это утверждение называют ещё «антропным принципом», но в любой своей форме которое намекает, что Вселенную кто-то специально для нас сконструировал.

Покойный астрофизик Фред Хойл, говоря об этой загадочной «подогнанности» параметров Вселенной к потребностям разумной жизни, сказал однажды о своём ощущении, что «кто-то здесь нарочито играл физическими законами», а также цитирует другого британского астрофизика, Мартина Риса, заявившего, что «особость нашей Вселенной позволяет говорить, что мы, возможно, являемся созданиями некоего высшего существа».

Фред Хойл был одним из первых, кто указал на странную особенность физических законов нашей Вселенной. Появление жизни, рассуждал он, требует существования звёзд, излучающих энергию в пространство. Звёзды вырабатывают эту энергию благодаря термоядерным реакциям, которые самозарождаются в их ядре при его достаточном сжатии. Поначалу идёт простая реакция превращения водорода в гелий; затем, когда водорода становится мало, начинается реакция превращения гелия в углерод и так далее, ко всё более тяжёлым элементам. Если бы звёзды не вырабатывали эти тяжёлые элементы и не рассеивали их позже при своём распаде, в природе не было бы планет, а стало быть, и жизни.

Однако весь цикл реакций, как показали расчёты Хойла, не мог бы начаться, если бы атом углерода имел чуть-чуть иные энергетические характеристики. Более того, даже начавшись, этот цикл мог бы очень скоро кончиться, если бы атом кислорода, в который превращаются углерод с гелием, тоже имел чуть-чуть иные энергетические характеристики. Это «чуть-чуть» на языке ядерной физики означает отличие в миллионных и даже менее долях, и такая тончайшая «подогнанность» энергетических характеристик углерода и кислорода под появление жизни так удивила в своё время Хойла, что он увидел в ней чью-то целенаправленную «игру» с физическими константами.

Не только Хойла, но и многих других физиков удивляют «странности» окружающего нас мира. Французский астроном Жак Лас-кар, работающий в Национальном центре научных исследований, опубликовал сенсационную математическую теорию, касающуюся влияния Луны на поведение Земли.

Учёный пришёл к выводу, что без гравитационного стабилизирующего влияния Луны (а она, словно специально, имеет точно такую массу и расположена точно на таком расстоянии, какое необходимо) Земля вращалась бы вокруг своей оси гораздо быстрее, а земные сутки длились бы всего несколько часов. Но главное, наклон оси вращения к плоскости орбиты превратился бы в переменную величину. В результате этого в отдельных районах планеты обычным делом стал бы резкий - в течение чуть ли не суток - переход от палящего зноя к суровому холоду, и наоборот. У нас не было бы ни стабильных времён года, ни постоянных полюсов, ни устоявшегося за сотни миллионов лет климата, ни постепенного изменения температурного режима, которое только и позволяет всем живым существам приспособиться, чтобы выжить. Короче говоря, если бы у нас не было Луны, то и нас бы не было.

Сегодня некоторые учёные видят в совокупности фактов подтверждение «сотворенности» всей нашей Вселенной в целом или же её «разумного дизайна». Более осторожные сторонники антропного принципа, стремясь избежать обвинений в креационизме, говорят, что наша Вселенная является всего лишь одной из бесчисленного множества ей подобных, совместно образующих сверхвселенную. Другие вселенные имеют другие значения физических констант, не дающие возникнуть жизни, а вот наша «настроена» так тонко, что даёт. Это шаткая позиция, потому что креационисты тут же возражают, что констант слишком много для случайного совпадения всех нужных значений и, стало быть, наша Вселенная «не случайно» выделена из всех. Это не «одна из», а уникальная, «избранная» Вселенная. Другими словами, «кто-то» умышленно «создал» Вселенную, планеты Солнечной системы, в том числе «запустил» Луну вокруг Земли, что, в свою очередь, спровоцировало появление жизни на нашей планете.

Немецкий учёный Иоганн Фибаг, учитывая антропную концепцию, сделал попытку представить нашу Вселенную как некое «киберпространство», т.е. искусственно созданный мир, который на самом деле существуют лишь в виде программы мощного компьютера. У киберпространства и виртуальных реальностей есть явное преимущество перед реальными вселенными - можно не только наблюдать за ними, но и «вмешиваться» в их устройство, в них можно свободно «путешествовать».

Кибернавт, оснащённый специальными очками, передающими трёхмерное изображение, цифровыми перчатками или даже полным цифровым костюмом, может реализовать в таких «вселенных» любые свои желания.Там он существует в другой, чужой реальности. «Но то развитие виртуальной реальности, которое мы видим сегодня, -лишь начало. Я уверен, что через несколько десятилетий цифровые очки или перчатки уже не потребуются, мозг человека сможет сам «соединяться» с компьютером и ощущение присутствия будет полным. Что же тогда можно будет назвать реальностью, а что - иллюзией?» - пишет И. Фибаг.

Правда, И. Фибаг не утверждает, что наш мир - всего лишь программа в некоем грандиозном компьютере, но считает, что в киберпространстве можно найти замечательную аналогию того, как устроен наш мир и как мы его воспринимаем.

Американский астрофизик Тимоти Феррис предположил, что инопланетяне могли создать нечто вроде глобальной сети космических зондов, между которыми идёт обмен информацией. Если представить себе, что миллионы лет назад некие разумные существа начали устанавливать в каждой посещённой ими солнечной системе космические зонды, призванные собирать и отсылать своим хозяевам информацию, сегодня вся Вселенная и вправду может быть опутана глобальной сетью между зондами и их разумными обладателями.

«Зонды Ферриса» должны передавать настолько полный систематизированный набор данных, что на «родине» хозяев зондов эти данные могут быть использованы для создания модели любого «сканируемого» киберпространства, например, Солнечной системы. Они могли бы воссоздать её в киберпространстве и проникнуть в неё - без всякого риска и опасности.

Как это возможно? Например, американцы давно задумали запустить на Луну небольшой луноход, где он сможет бродить по лунной поверхности почти вечно, подпитывая батареи с помощью солнечного света. Этот луноход будет доступен всем, чьи финансы позволят покататься на луноходе, находясь при этом на территории развлекательного центра типа Диснейленд.

Информация, передаваемая луноходом со спутника Земли, будет использоваться в симуляторе киберпространства. Представьте, надев кибер-очки, вы сидите в Диснейленде и чувствуете себя настоящим космонавтом, путешествующим по Луне. Даже постоянная тряска в кабине лунохода будет преобразовываться в сигнал, передаваться на Землю и в конце концов - на сиденье пилота.

Весь этот проект - не что иное, как проект примитивного зонда Ферриса. А от таких зондов до гипотезы о том, что чужой разум внедряется в нашу реальность и использует её как «киберпространство», -лишь один шаг. Подобная операция может быть выполнена с помощью сверхмощного зонда Ферриса. Этот зонд, скорее всего, посылает информацию не самому носителю разума, а «напрямую» - его сознанию. Это даёт «чужим» возможность безопасного путешествия из их мира в наш, безопасного «внедрения» в «киберпространство», которое мы называем действительностью.

Специалисты считают подобную картину вполне вероятной, они сравнивают её с феноменом НЛО. Например, миниатюрные зонды Ферриса могут быть имплантированы некоторым землянам, что даст «чужим» возможность «вселиться» в них и находиться среди нас, и при этом им не потребуется покидать родной «дом», преодолевая расстояние в световые годы.

Феномен НЛО ставит нас перед фактом существования «чужого мира». Чужой разум, похоже, научился «переходить» в нашу действительность и манипулировать тем, что мы называем реальностью.

Представители «чужого мира» - это создания иных форм жизни, совсем не похожих на нас, потому что химия жизни в неантропных мирах определяется иными константами. Это означает, что «тонкая настройка» нашей реальной Вселенной «тонка» всего лишь по отношению к той специфической (углеродно-белковой) форме жизни, которая нам знакома. 

Как показали расчёты английского физика Адамса, эта форма, по всей видимости, не единственная: другие вселенные, даже с резко иными значениями некоторых констант, могут быть точно так же тонко» настроены на появление жизни - только иной. 

Поэтому вполне можно представить, что в той вселенной, где эта иная форма жизни достигнет уровня разумности, некоторые учёные тоже будут иметь «основание» утверждать, что их вселенная «уникальна». Иными словами, «уникальность» нашей Вселенной, провозглашаемая антролным принципом, может быть иллюзорной, а наша углеродно-белковая жизнь тоже, скорее всего, является специфическим, но вполне рядовым явлением. Ничего уникального, ради чего «кому-то» стоило бы так тщательно «подгонять» физические законы и константы, она собой не представляет. Были бы другие константы - была бы другая жизнь. Кто знает, может, даже и лучше.