Kategorie FizykaNauka

Czy faktycznie żyjemy w Matrixie? Fizyk uważa, że cały wszechświat jest siecią neuronową

Sieci neuronowe to systemy obliczeniowe o budowie zbliżonej do ludzkich mózgów. W sztucznej inteligencji wykorzystuje się je w systemach, które same się „uczą”. Jednak fizyk z USA uważa, że ​​mogą one stanowić podstawę kosmosu.


Wszechświat jako wielka sieć?

Wszechświat mógłby być siecią neuronową — połączonym ze sobą systemem obliczeniowym, podobnym w budowie do ludzkiego mózgu. Przynajmniej według kontrowersyjnej teorii zaproponowanej przez jednego z fizyków.

Stworzone przez informatyków sztuczne sieci neuronowe składają się z różnych węzłów, odpowiedników neuronów biologicznych, które przetwarzają i przekazują sygnały.

Sieć może się zmieniać w miarę jej użytkowania, na przykład poprzez zwiększanie wagi, przypisywanej niektórym węzłom i połączeniom. To umożliwia „naukę” w trakcie jej działania.

Czy faktycznie żyjemy w Matrixie? Fizyk uważa, że cały wszechświat jest siecią neuronową

Na przykład, mając zestaw zdjęć kotów do przestudiowania, sieć może nauczyć się samodzielnie wyłapywać charakterystyczne cechy kota. Dzięki temu zaczyna je odróżniać je od innych zwierząt.

Jednak fizyk Witalij Vanchurin z University of Minnesota Duluth uważa, że ​wszystko, co wiemy, może być jednym z tych systemów neuronowych.

Pojęcie to zostało zaproponowane jako sposób na pogodzenie dziedzin tak zwanej fizyki „klasycznej” z dziedzinami mechaniki kwantowej. Ich pogodzenie od dawna jest sporym problemem fizyki. Jak napisał profesor Vanchurin w swoim artykule:

Nie mówimy tylko, że sztuczne sieci neuronowe mogą być przydatne do analizowania układów fizycznych lub odkrywania praw fizycznych — mówimy, że tak właśnie działa świat wokół nas. To bardzo odważne twierdzenie. Można to uznać za propozycję teorii wszystkiego i jako takie powinno być łatwo udowodnić, że jest błędna. Wszystko, czego potrzeba, to znaleźć zjawisko fizyczne, którego nie da się opisać sieciami neuronowymi. Niestety, łatwiej to powiedzieć, niż zrobić.

Odpowiedni dobór teorii jest kluczowy

Rozważając funkcjonowanie wszechświata na dużą skalę, fizycy używają określonego zestawu teorii jako narzędzi. Z reguły korzysta się z zasad „mechaniki klasycznej”, którą oparto na prawach ruchu Newtona.

Niezbędne są także teorie względności Einsteina. Wyjaśniają one związek między przestrzenią a czasem oraz jak masa zniekształca strukturę czasoprzestrzeni, tworząc efekty grawitacyjne.

Jednakże, aby wyjaśnić zjawiska w skali atomowej i subatomowej, fizycy odkryli, że działanie wszechświata lepiej wyjaśnia tak zwana „mechanika kwantowa”.

Czy faktycznie żyjemy w Matrixie? Fizyk uważa, że cały wszechświat jest siecią neuronową

W tej teorii, wielkości takie jak energia i pęd są ograniczone do dyskretnych, nieciągłych wartości (zwanych „kwantami”). Wszystkie obiekty mają właściwości zarówno cząstek, jak i fal. Najważniejsze, że wartość układu ciągle się zmienia.


Ten ostatni punkt to istota zasady nieoznaczoności Heisenberga. Oznacza to, że ​​pewne powiązane ze sobą właściwości — takie jak położenie i prędkość obiektu — nie mogą być jednocześnie dokładnie znane. To przekłada się na dodanie do tej teorii rachunku prawdopodobieństwa.

Odpowiednie narzędzia, ale niewystarczające

Chociaż wspomniane teorie dość dobrze wyjaśniają wszechświat, to fizycy od dawna starają się połączyć je razem w uniwersalną teorię. Jednakże problemem jest tutaj grawitacja, co przekłada się na tzw. problem kwantowej grawitacji.

Aby te dwie teorie się zazębiały, niezbędna jest wspólna grawitacja, która została opisana przez ogólną teorię względności. Przyjęte jest, że jest ona zakrzywieniem czasoprzestrzeni przez materię bądź energię. Prawdopodobnie musiałaby się składać z kwantów, a zatem mieć własną cząstkę elementarną (grawiton).

Niestety, efekty wywoływane przez pojedynczy grawiton na materii byłyby niezwykle słabe. To sprawia, że teorie kwantowej grawitacji wydają się niemożliwe do przetestowania i ostatecznie ustalenia, które jeśli w ogóle, są poprawne.

Czy faktycznie żyjemy w Matrixie? Fizyk uważa, że cały wszechświat jest siecią neuronową

Vanchurin próbuje pogodzić ogólną teorii względności i mechanikę kwantową w jedną fundamentalną uniwersalną teorię. Idea sieci neuronowej sugeruje, że zachowania widoczne w obu teoriach wynikają z czegoś głębszego.

W swoich badaniach profesor Vanchurin postanowił stworzyć model działania sieci neuronowych, w szczególności w systemie z dużą liczbą pojedynczych węzłów.

Mówi, że w pewnych warunkach (bliskich równowagi) zachowanie sieci neuronowej w zakresie uczenia się można w przybliżeniu wyjaśnić równaniami mechaniki kwantowej, ale w dalszej kolejności w grę wchodzą prawa fizyki klasycznej. Jak sam mówi:

Zbieg okoliczności? Może, ale o ile wiemy, mechanika kwantowa i klasyczna to dokładnie sposób, w jaki działa świat fizyczny. Pomysł jest zdecydowanie szalony, ale czy jest wystarczająco szalony, aby był prawdziwy? To się dopiero okaże!

Teoria pełna sprzeczności?

Ponadto, wyjaśnił, że jego teoria mogłaby uwzględniać tak zwane „zmienne ukryte”. Są to nieznane właściwości obiektów proponowane przez niektórych fizyków w celu wyjaśnienia niepewności nieodłącznej od większości teorii mechaniki kwantowej:

W wyłaniającej się mechanice kwantowej, którą rozważałem, ukryte zmienne to stany poszczególnych neuronów. Te zmienne dają się „trenować” (wektor odchylenia i macierz wag) i to są te zmienne kwantowe.

Czy faktycznie żyjemy w Matrixie? Fizyk uważa, że cały wszechświat jest siecią neuronową

Profesor Vanchurin zasugerował, że w takiej sieci neuronowej wszystko – od cząstek i atomów po komórki i nie tylko – wyłoniłoby się w procesie analogicznym do ewolucji/doboru naturalnego:

Istnieją struktury mikroskopijnej sieci neuronowej, które są bardziej stabilne i inne, które są mniej stabilne. Bardziej stabilne struktury przetrwałyby ewolucję, a mniej stabilne struktury zostałyby zniszczone. Spodziewam się, że w najmniejszych skalach dobór naturalny powinien wytworzyć pewne struktury o bardzo niskiej złożoności. Mowa tutaj o takich elementach jak łańcuchy neuronów, ale w większych skalach struktury byłyby bardziej skomplikowane. Nie widzę powodu, dla którego ten proces miałby się ograniczać do określonej skali długości.

Czy faktycznie żyjemy w Matrixie? Fizyk uważa, że cały wszechświat jest siecią neuronową

Dlatego twierdzi się, że wszystko, co widzimy wokół siebie, cząstki, atomy, komórki, obserwatory itp., jest wynikiem doboru naturalnego. Eksperci w dziedzinie zarówno fizyki, jak i uczenia maszynowego wyrazili sceptycyzm co do tego pomysłu. Odmawiają komentarza na temat badań. Nie są warte ich uwagi czy obawiają się sukcesu Vanchurina?


Źródła: arxiv.org, arxiv.org
Fotografie: Pixabay, Twitter