Das Universum könnte ein selbstlernender Computer sein. Folgendes bedeutet das

Ein Problem hat sich für die klügsten Köpfe der Physik als unmöglich erwiesen.

Albert Einstein und Stephen Hawking – die berühmtesten Physiker des 20. Jahrhunderts – haben beide Jahrzehnte damit verbracht, ein einziges Gesetz zu finden, das erklären könnte, wie die Welt auf der Skala von Atomen und auf der Skala von Galaxien funktioniertStandardmodell beschreibt die Physik des sehr Kleinen. Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Physik des sehr großen. Das Problem? Die beiden Theorien erzählen unterschiedliche Geschichten über die grundlegende Natur der Realität. Einstein beschrieb das Problem vor fast einem Jahrhundert in seine Nobelvorlesung von 1923 und sagt dem Publikum, dass ein Physiker, der nach sucht, „eine integrierte Theorie nicht mit der Annahme zufrieden sein kann, dass es zwei verschiedene Felder gibt, die ihrer Natur nach völlig unabhängig voneinander sind.“ Schon auf seinem Sterbebett arbeitete Einstein an einem Wegalle Gesetze der Physik unter einer vereinheitlichenden Theorie zu vereinen.

Hawking schließlichgab auf.

Jetzt nimmt Stephon Alexander, Professor für Physik an der Brown University, die Herausforderung an. In a Vordruck, der noch nicht begutachtet wurde, Alexander und mehrere Mitarbeiter, darunter der Technologe Jaron Lanier und der Physiker Lee Smolin, stellen das Problem etwas anders. Anstatt sich auf die Gesetze der Physik zu konzentrieren, fragen sie, warum die physikalische Welt von bestimmten Gesetzen regiert wird undSie schreiben, dass die Physiker zwar „diese Aufgabe“, die Gesetze der Physik zu entdecken, noch nicht abgeschlossen haben, „wir aber anscheinend genug wissen, um ein paar Schritte zur Beantwortung einer tieferen Frage zu unternehmen.“

Das Standardmodell und die Allgemeine Relativitätstheorie haben tatsächlich viel gemeinsam

Was Physiker wissen ist, dass zwei Theorien – das Standardmodell und Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie – leistungsstarke, empirisch fundierte Erklärungen der Physik auf den Skalen bieten, die sie erklären sollen. Es stellt sich heraus, dass die Theorien einige grundlegende mathematische Qualitäten teilen,auch.

Laut Alexander basieren beide auf Eichtheorien und Symmetrieprinzipien, die mathematisch beschreiben, wie sich Objekte bewegen und interagieren können. Forscher, die in der Tradition der Stringtheorie arbeiten, haben sich bei ihren Bemühungen, die beiden Theorien zu vereinen, auf diese Ähnlichkeiten verlasseneinige Partikel als eindimensionale Objekte, die man Strings nennt, neu vorzustellen. Aber es gibt einen Haken. Dieser Ansatz führt zu „einem großen Reichtum an Gesetzen“, die mathematisch möglich sind. Dieses „Multiversum von Theorien“, wie Alexander es nennt, umfasst das Standardmodell und allgemeineRelativität – und viele weitere Theorien, die anscheinend unsere physikalische Welt beschreiben könnten, obwohl sie in einem zu kleinen Maßstab existieren, um getestet zu werden.

Nach der Stringtheorie sind physikalische Merkmale wie die Masse oder elektrische Ladung eines Produkts das Ergebnis der Schwingung der Saite in vielen Dimensionen, einschließlich vieler hypothetischer Dimensionen, die in sehr kleinem Maßstab existieren.Brain Greene schrieb in Smithsonian. Die Bestimmung der Form dieser Dimensionen wäre der Schlüssel zum Verständnis, wie diese Strings die physikalische Realität darstellen, aber die Mathematik bietet keine klare Antwort. Während frühe String-Theoretiker eine Handvoll möglicher Formen dieser winzigen zusätzlichen Dimensionen identifizierten, die Liste der mathematisch möglichen Formen wuchs in die Millionen, dann in die Milliarden und schließlich in „Zahlen, die so groß sind, dass sie nie genannt wurden“, so Greene.

„[S]tring-Theorie beantwortet nicht die Warum-Frage“, Alexander erzählteNeuer Wissenschaftler im September. „Es fehlt ein Mechanismus, um auszuwählen, welcher der Spielautomaten von 10⁵⁰⁰ mögliche Universen ist unser Universum."

Seine Idee ist, dass die physikalische Welt, wie wir sie heute kennen, nicht die einzig wahre Realität ist, sondern das Ergebnis vieler Iterationen des Universums, die eine Anordnung von Gesetzen versuchten, die nicht funktionierten. Nach Alexanders Erzählung unser Universum wahrscheinlichhat übernahm die Eigenschaften vieler möglicher Universen. Es fand sich schließlich „in einer Konfiguration … die stabil war“ und erlaubte ihm, sich „auf konsistente Weise aufzubauen“.

Er vergleicht diesen Prozess des Versuchens, Scheiterns und erneuten Versuchens mit einem Arcade-Spiel mit einer sehr großen Tasche voller Viertel. „Wenn du unendlich viele [Leben] hast, spielst du, stirbst du, du spielst, du spielst weiter, dusterben, aber du darfst weiterspielen, oder? Ich denke, das ist eine Art Idee “, sagte er.

Das Universum ist immer in der Lage, es „weiter zu versuchen“. In dieser Hinsicht „lernt“ das Universum, was funktioniert und was nicht, während es sich entwickelt. Da das Universum keinen Lehrer hat, sondern seine Lektionen im Laufe der Zeit lernt, haben die Forschernenne es „autodidaktisch“.

Die Antwort könnte ein ursprüngliches „Meta-Gesetz“ sein

Wie könnte das möglich sein? Alexanders Antwort ist elegant: ein „Metagesetz“, das lange vor den Gesetzen der Physik existierte, die wir als Standardmodell und allgemeine Relativitätstheorie kennen. Es ist dieses Metagesetz, das die Fähigkeit beinhaltet, Dinge auszuprobierenund lernen. Verwirrenderweise ist das Metagesetz das Universum selbst, zumindest in gewisser Hinsicht.

„Das Seltsame hier ist, dass die Hardware die Software und die Software die Hardware ist“, erklärt Alexander. Allgemeine Relativitätstheorie und das Standardmodell entstanden später, als das Universum die Stabilität fand, nach der es suchte. Er vergleicht die Ideezu Darwins Evolutionstheorie.

„In der Biologie gab es früher ein ‚Warum diese Arten?‘-Problem: Erklären Sie, warum Hunde und Katzen existieren, während Einhörner und Werwölfe nicht existieren“, schrieben die Forscher im Pre-Print. Sie erklären, dass Darwin eine Handvoll eingeführt hatPrinzipien des Lebens im Allgemeinen, die es ermöglichen zu verstehen, wie eine bestimmte Art entstanden ist, zum Beispiel die Idee, dass Arten entstehen, weil Individuen, die gut an ihre Umwelt angepasst sind, bessere Chancen haben, wertvolle Eigenschaften an ihre Nachkommen weiterzugebenDieser erste Blick auf diese zugrunde liegenden Prinzipien war eine gigantische Leistung, aber es war nicht das Ende der Geschichte. Forscher haben 160 Jahre damit verbracht, Details auszufüllen, und sie sind immer noch nicht fertig.

Alexander und seine Kollegen behaupten nicht, das physikalische Äquivalent der Evolution entdeckt zu haben. Sie beschreiben ihren Beitrag als „kleine, kleine Schritte“ zu einer vollständigen Theorie. Für Alexander war es wichtig, eine formale Version der Theorie vorzuschlagen inum zu sehen, ob es der Prüfung anderer theoretischer Physiker und der empirischen Arbeit von Experimentalisten standhält.

"Wir müssen uns auf etwas festlegen, damit wir spielen können und versuchen können, einige Berechnungen anzustellen und die Idee zu erkunden", sagte er.

Wie würde ein autodidaktisches Universum funktionieren?

Die Idee, dass sich das Universum nach anderen Regeln entwickelt hat, ist nicht ganz neu. Der Philosoph Charles Sanders Pierce die Prinzipien der natürlichen Auslese angewendet zur Kosmologie im Jahr 1893, weniger als vier Jahrzehnte danachÜber die Entstehung der Arten wurde veröffentlicht. Alexander und seine Kollegen wurden von Fortschritten in der theoretischen Physik, Informatik und Wissenschaftsphilosophie inspiriert, um die viel mutigere Behauptung aufzustellen, dass das Universum seine Gesetze lernt und sich nicht nur entwickelt, um eine größere Fitness in seiner Umgebung zu erreichen.

Das Argument beruht auf drei grundlegenden Elementen: Matrixmodelle, Quantenmesstheorien und lernende Maschinen.

Das Team begann mit der Erkenntnis, dass physikalische Theorien als Matrixmodelle verstanden werden können. Das heißt, die Theorien könnten als Gleichungen geschrieben werden.oder sie könnten als Zahlentafeln mit vielleicht Milliarden Spalten und Zeilen begründet werden. Eine so riesige Matrix könnte alle möglichen Gesetze enthalten, die das Universum regieren könnten. Erkenntnisse aus der Informatik weisen den Weg von dort.

"Die Mathematik der Matrixtheorie scheint einige der Bestandteile einer bestimmten Art von neuronalen Netzen zu haben", sagte Alexander in aNeuer Wissenschaftler Interview.

"Vielleicht gibt es einige Eingaben und einige Ausgaben, und das Universum passt die Gewichte so an, dass [es] am Ende das Standardmodell lernt ... und die Schwerkraft", sagte er.Interessante Technik | wissenschaft-x.com. „Das ist die Grundidee.“ Hier bezieht sich „Gewicht“ auf die spezifischen mathematischen Beziehungen, die bestimmen, wie die Eingaben, die in ein neuronales Netz gehen, transformiert werden, um seine Ausgaben zu erzeugen.

Wenn Alexander Recht hat, sind wir Menschen mit ziemlicher Sicherheit nicht in der Lage, alles zu sehen, was das Universum gelernt hat. „Es mag andere Ecken des Universums geben, in denen andere interessante Dinge passiert sind, die aus unserer Sicht völlig radikal sind“, sagte er, und weist darauf hin, dass es keinen Grund zu der Annahme gibt, dass das Universum eine Vorliebe dafür hatte, Gesetze zu lernen, die das Entstehen von Leben und Bewusstsein ermöglicht haben.

„Was mich betrifft, war es ein Teil der Entwicklung“, sagte er. „Wir sind diejenigen, die behaupten, dass das großartig ist.“

Die Bestätigung der autodidaktischen Theorie des Universums würde die Möglichkeit einer Theorie von allem, wie sie sich Einstein oder Hawking vorgestellt haben, nicht unbedingt ausschließen, aber Alexanders Überzeugung unterstreichen, dass Physiker Ideen erforschen sollten, die weit über das hinausgehenGrenzen traditioneller Grenzen. Die Antworten auf diese Fragen liegen möglicherweise nicht in dem, was wir derzeit als „Physik“ bezeichnen.

Greene sagt, dass die direkte Beobachtung von Strings einen Teilchenbeschleuniger „von der Größe der Galaxie“ erfordern würde. Alexanders Hoffnung, die er in seinem neuen Buch detailliert beschreibtAngst vor einem schwarzen Universum: Ein Leitfaden für Außenstehende in die Zukunft der Physik, ist bescheidener – aber alles andere als garantiert. „Experten sollten sich mit Leuten in anderen Bereichen an der Erkundung beteiligen.“