Niektóre prawa fizyki są podobne do praw rządzących funkcjonowaniem sieci neuronowych, twierdzi fizyk Witalij Wanczurin. I idzie o krok dalej, twierdząc, że Wszechświat jest właśnie taką siecią

Nad naturą Wszechświata od tysięcy lat zastanawiają się filozofowie, a od stulecia także fizycy. Napisano na ten temat tomy rozpraw i prac naukowych. Witalij Wanczurin z wydziału fizyki University of Minnesota twierdzi, że wszystko, co obserwujemy (i czego zaobserwować nie możemy), jest siecią neuronową (patrz ramka). Pracę na ten temat opublikował w serwisie ArXiv, w którym publikacje umieszczane są przed recenzją naukową.

„To odważne stwierdzenie. Nie postulujemy, że sztuczne sieci neuronowe mogą być użyteczne w analizowaniu systemów fizycznych i odkrywaniu praw fizyki, twierdzimy, że w taki sposób działa świat wokół nas. W tym względzie [twierdzenie] może być uważane za propozycję teorii wszystkiego”, pisze w pracy.

Teoria wszystkiego

„Teoria wszystkiego” jest hipotetyczną teorią, która w spójny sposób opisywać będzie wszystkie zjawiska fizyczne i przewidywać wyniki eksperymentów. Filozofowie od starożytności spekulowali, że lista praw opisujących świat powinna być krótka. Rzeczywiście, z czasem okazywało się, że z pozoru niezwiązanymi ze sobą zjawiskami rządzą fundamentalne siły – na przykład pływy morskie, spadanie ciał i orbity planet są wynikiem działania tej samej siły – grawitacji (Galileusz, Kepler, Newton).

W XIX wieku odkryto też, że elektryczność i magnetyzm są ściśle ze sobą powiązane, a wiele sił natury jest przejawem oddziaływań elektromagnetycznych między cząstkami materii. W początkach ubiegłego wieku zaś stwierdzono, że wiązania chemiczne są przejawami (również elektromagnetycznych) zjawisk kwantowych. W 1929 roku Paul Dirac stwierdził wręcz, że „podstawowe prawa fizyczne, potrzebne do matematycznego opisania większości fizyki i całości chemii, są już całkowicie poznane”.

Wanczurin sam przyznaje, że filozoficzne konsekwencje jego teorii go przerastają. Czy żyjemy w wielkiej symulacji? „Nie, żyjemy w sieci neuronowej. Ale nigdy nie dowiemy się, jaka jest różnica”, twierdzi fizyk

Jednak próby połączenia grawitacji z elektromagnetyzmem nigdy się nie powiodły. Matematycznie nikomu nie udało się ich „skleić”. W ogólnej teorii Einsteina upływ czasu jest względny (zależy od prędkości obserwatora oraz zakrzywienia czasoprzestrzeni spowodowanego przez grawitację), w świecie kwantów płynie jednorodnie. Teoria kwantowa w ogóle nie uwzględnia istnienia grawitacji. A żadna z tych dwu teorii nie wyjaśnia, dlaczego czas w ogóle płynie.

Kot w pudełku

Na domiar złego fizyka kwantowa obciążona jest kłopotliwą dla filozofów własnością. Z jej praw wynika, że cząstka nie znajduje się w żadnym konkretnym położeniu ani stanie, można określić tylko ich prawdopodobieństwo. Dopiero obserwacja (czyli interakcja z otoczeniem) sprawia, że równania opisujące cząstkę przyjmują określoną wartość, a cząstka znajduje się w określonym położeniu lub stanie. Prowadzi to do znanych paradoksów: każdy chyba słyszał o kocie Schrödingera, który jednocześnie jest żywy i martwy, póki nie zajrzymy do zamkniętego pudełka. Fizyka kwantowa nie daje odpowiedzi na pytanie o status ontyczny kota przed otwarciem pudełka ani na to, czy obserwując świat, rzeczywiście kształtujemy rzeczywistość.

Nie jest to wcale błahe pytanie. Zamiast kota można wyobrazić sobie naukowca, który obserwuje kota Schrödingera w laboratorium, jego zaś obserwuje z zewnątrz jego przyjaciel (ten eksperyment znany jest jako „przyjaciel Wignera”, od pomysłodawcy eksperymentu, fizyka Eugene’a Wignera). Dla zewnętrznego obserwatora naukowiec i kot w laboratorium stanowią powiązany układ, który również znajduje się w stanie będącym „złożeniem dwóch stanów naraz”: przyjaciel Wignera, który obserwuje pudełko z kotem, stanowi część układu obserwowanego przez przyjaciela i – zanim pudełka nie otworzy – także jest w stanie nieokreślonym. Ale przecież na co dzień nie obserwujemy ludzi w „nieokreślonych stanach” fizycznych.

Fizykę kwantową trapi jeszcze problem nielokalności, bowiem własności powstających razem cząstek, są ze sobą skorelowane – jeśli zmierzy się własność jednej, automatycznie określa to własność drugiej cząstki, niezależnie od ich odległości. Zjawisko to zachodzi natychmiast, choć wedle teorii względności prędkość światła, czyli fal elektromagnetycznych, jest maksymalną prędkością we Wszechświecie. Z tego też powodu Einstein był sceptykiem teorii kwantowej, a zjawisko splątania nazywał „upiornym oddziaływaniem na odległość”.

Sprzeczności te sugerują, że albo teoria względności, albo teoria kwantowa są niepoprawnym opisem świata. Któreś z nich musi odejść, mawiają fizycy.

W sieci wszystko jest możliwe

Wanczurin twierdzi, że teorię, która to wszystko tłumaczy, znalazł. To twierdzenie tak śmiałe, że jego pracy nie chciał skomentować żaden fizyk (ani specjalista od uczenia maszynowego), z którym skontaktował się portal „Futurism”. Ale fizyk odpowiedział na pytania portalu i swoją teorię przybliża.

Wanczurin wspomina, że na pomysł wpadł wcześniej, gdy próbował stworzyć ogólną teorię sieci neuronowych i zauważył, że matematyczne równania opisujące ich uczenie przypominają równania opisujące zjawiska kwantowe. Twierdzi, że teraz wyszedł od dokładnego modelu sieci neuronowych i próbował opisać matematycznie zachowanie sieci złożonych z dużej liczby neuronów. Wykazał, że równania mechaniki kwantowej dobrze opisują zachowanie sieci bliskich stanom równowagi, zaś równania mechaniki klasycznej – sieci od stanu równowagi oddalonych. Doprowadziło go to do hipotezy, że Wszechświat może być jedną wielką siecią neuronową, a prawa fizyki – opisem jej działania.

Krytycy podchodzą do teorii Wanczurina co najmniej ostrożnie, co zauważyła na Twitterze futurystka Amy Webb

Jego praca przewiduje też, że tajemnicze splątanie dwóch cząstek jest po prostu skutkiem ukrytych zmiennych określających stan węzłów sieci neuronowych, więc żadne oddziaływanie z prędkością ponadświetlną nie zachodzi.

Wanczurin twierdzi, że obserwując, zadajemy pytania, a odpowiedzi udziela Wszechświat. Gdy pytania zadają różni obserwatorzy, ich rzeczywistości są ze sobą fizycznie powiązane, a z sieci powiązań wyłania się wspólna rzeczywistość (podobny postulat wysuwa fizyk Markus Müller, patrz ramka). Ponieważ pewne struktury będą w takich sieciach stabilniejsze niż inne, stabilne będą się rozprzestrzeniać. Wszystko, co obserwujemy: cząstki elementarne, atomy, komórki organizmów i my sami, to wynik selekcji naturalnej. Działającej oczywiście w neuronowej sieci.

Wanczurin sam przyznaje, że filozoficzne konsekwencje jego teorii go przerastają. Czy w takim razie żyjemy w wielkiej symulacji? „Nie, żyjemy w sieci neuronowej. Ale nigdy nie dowiemy się, jaka jest różnica”, twierdzi fizyk.

Nie jest zresztą pierwszy – w 2017 sugerowała to praca „Quantum fields as deep learning” Jae-Weona Lee, która rozwijała wcześniejszą o trzy lata pracę Pankaja Mehta and Davida J. Schwaba.

Sieć neuronowa

W technologii informacyjnej sieć neuronowa to sprzęt albo oprogramowanie wzorowane na działaniu neuronów w ludzkim mózgu, czyli struktury składające się z elementów obliczeniowych (neuronów) połączonych ze sobą (synapsami). Każdy neuron przeprowadza własne proste obliczenia, a sieć, którą tworzą, zwielokrotnia potencjał tych obliczeń. Do pierwszej warstwy trafiają nieprzetworzone dane wejściowe. Każda kolejna warstwa otrzymuje dane będące wynikiem przetworzenia danych w warstwie poprzedniej. To, co wytwarza ostatnia warstwa, to tzw. dane wyjściowe. Połączenia między neuronami można odpowiednio dostosować, by wykonać określone zadanie. Sztucznych sieci neuronowych używa się m.in. do transkrypcji mowy na tekst, prognozowania pogody, klasyfikacji obrazów czy rozpoznawania twarzy.

Na początku były ciągi bitów

Wszechświat jako sieć neuronowa nie jest najbardziej ekstrawaganckim pomysłem w fizyce. Austriacki fizyk Markus Müller w swoich pracach naukowych dowodzi, że Wszechświat może być zupełnie przypadkowy, a prawa fizyki mogą wyłaniać się ze statystycznych praw rządzących obserwacjami. Z teorii informacji wynika, że dla każdego z obserwatorów prawdopodobieństwo wystąpienia ciągów bitów ma taki sam rozkład prawdopodobieństwa. Choć w szczegółach pomiary (ciągi bitów) mogą się różnić, obserwatorzy będą zgodni co do właściwości fizycznych świata (rozkładu prawdopodobieństwa takich ciągów). Co ciekawe, z teorii Müllera także wyłania się „nielokalność”, czyli możliwość splątania kwantowego.

Skip to content