Wszechświat mógłby się uczyć, jak ewoluować w lepszy, stabilniejszy kosmos. Jest to pomysł zaproponowany przez zespół naukowców, którzy twierdzą, że wyobrażają sobie wszechświat na nowo, tak jak Darwin odmienił nasze spojrzenie na świat przyrody.
Kontrowersyjny nowy pomysł próbuje wyjaśnić, dlaczego prawa fizyki są takie, jakie widzimy, przy użyciu ram matematycznych do opisania różnych proponowanych teorii w fizyce, takich jak kwantowe teorie pola i kwantowa grawitacja. Rezultatem jest system podobny do programu uczenia maszynowego.
Naukowcy odkryli wiele praw fizycznych i wielkości o ustalonych wartościach, które definiują wszechświat. Od masy elektronu po siłę grawitacji, istnieje wiele określonych stałych we wszechświecie, które niektórym wydają się arbitralne, biorąc pod uwagę ich dokładne i pozornie pozbawione wzoru wartości.
„Jednym z celów fizyki fundamentalnej w dzisiejszych czasach jest nie tylko zrozumienie, czym są prawa fizyki, ale także dlaczego są takie, jakie są, dlaczego przyjmują takie formy” – powiedział autor William Cunningham, fizyk i kierownik ds. oprogramowania w firmie Agnostiq zajmującej się obliczeniami kwantowymi. „Nie ma tak naprawdę oczywistego powodu, dla którego jeden zestaw praw miałby być preferowany nad innym”.
System samouki
Aby odpowiedzieć na to pytanie, grupa zastanawiała się, czy sposób, w jaki widzimy dzisiejszy wszechświat, jest tylko jednym z dotychczasowych. Być może prawa, które widzimy dzisiaj, to tylko jedna z wielu iteracji. Być może wszechświat ewoluuje.
Aby wszechświat ewoluował, badacze zaproponowali koncepcję zwaną wszechświatem autodydaktycznym – wszechświatem, który sam się uczy. W tym przypadku uczenie się przebiegałoby podobnie jak w przypadku algorytmu uczenia maszynowego, w którym sprzężenie zwrotne na jednym etapie wpływa na następny, mając na celu osiągnięcie bardziej stabilnego stanu.
Idąc za tym pomysłem, grupa opracowała możliwą strukturę, dzięki której wszechświat mógłby się uczyć, korzystając z matematyki macierzowej – sposobu wykonywania matematyki ułożonej w rzędy i kolumny – sieci neuronowe i inne zasady uczenia maszynowego. Krótko mówiąc, badali, czy wszechświat może być uczącym się komputerem.
Wszechświat darwinowski
Podobnie jak ćma może ewoluować, aby mieć lepszy kamuflaż, wszechświat autodydaktyczny może ewoluować do wyższego stanu – co w tym przypadku może oznaczać taki, który jest w bardziej stabilnym stanie energetycznym. Zgodnie z matematycznymi ramami, które naukowcy opracowali, system ten może tylko iść naprzód, z każdą iteracją tworząc lepszy lub bardziej stabilny wszechświat niż poprzednio. Stałe fizyczne, które mierzymy dzisiaj, są ważne tylko teraz i mogły mieć inne wartości w przeszłości.
Zespół odkrył, że niektóre kwantowe teorie grawitacji i kwantowe teorie pola znane jako teorie teorie cechowania (gauge theories) – klasa teorii, które mają na celu stworzenie pomostu pomiędzy Einsteinowską teorią szczególnej względności i mechaniką kwantową do opisu cząstek subatomowych – mogą być odwzorowane lub przetłumaczone w języku matematyki macierzowej, tworząc model systemu uczenia maszynowego. To połączenie pokazało, że w każdej iteracji lub cyklu systemu uczenia maszynowego, wynikiem mogą być fizyczne prawa wszechświata.
Ramy uczenia się, opisane w ich pracy opublikowanej w bazie danych preprintów arXiv, reprezentują pierwsze „małe kroki” do tego pomysłu, według grupy. Jednakże, przy dalszej pracy, zespół może stworzyć pełnowartościowy model wszechświata, który może otworzyć nowe drzwi do zrozumienia naszego kosmosu.
„Jedną z ekscytujących perspektyw jest to, że można użyć jednego z tych modeli i być może odkryć coś nowego” – powiedział Cunningham. Może to być odkrycie fizyki dla nowego typu czarnej dziury lub nowe prawo opisujące układ fizyczny, który nie został jeszcze wyjaśniony, na przykład ciemna energia.
Jednak nie wszyscy badacze są tak podekscytowani nowym pomysłem. Tim Maudlin, profesor filozofii na Uniwersytecie Nowojorskim, który nie był zaangażowany w nowe prace, twierdzi, że nie ma dowodów na tę koncepcję i jest wiele przeciwko niej, na przykład, że niektóre prawa fizyki, które zostały zmierzone, są dziś takie same jak krótko po Wielkim Wybuchu. Ponadto .Dodatkowo, jeśli prawa wszechświata ewoluują, Maudlin uważa, że musi istnieć większy niezmienny zestaw praw, który rządzi tą zmianą, co zaprzecza idei samouczącego się systemu.
„Kiedy patrzymy na podstawowe prawa – takie jak równanie Schrödingera czy ogólna teoria względności – wcale nie wyglądają na przypadkowe” – powiedział Maudlin. „Można je zapisać matematycznie w bardzo ściśle określony sposób, przy niewielkiej liczbie regulowanych parametrów”.
Peter W. Evans, filozof z University of Queensland w Australii, który nie brał udziału w nowych badaniach, również początkowo nie był przekonany do nowej pracy; ale Evans zgadza się na poświęcenie czasu na niekonwencjonalne podejście do radykalnych pytań, takich jak „Dlaczego wszechświat jest taki, jaki jest?” Takie podejście, nawet jeśli samo w sobie nie jest owocne, może prowadzić do nieoczekiwanych pomysłów, które mogą otworzyć nowe drzwi do poznawania wszechświata”, powiedział.
Naukowcy zajmujący się nowym badaniem przyznają, że ich praca jest tylko wstępna i nie jest ostateczną teorią, ale raczej jest sposobem na rozpoczęcie myślenia o rzeczach w nowy sposób. Ostatecznie, chociaż artykuł nie prowadzi do żadnych wniosków na temat tego, jakiego dokładnie modelu można by użyć do opisania naszego Wszechświata, stwarza możliwość, że wszechświat mógłby się nauczyć.
„Myślę, że pod koniec tego wszystkiego pozostaje wiele otwartych pytań i na pewno nie byliśmy w stanie niczego udowodnić” – powiedział Cunningham. „Ale tak naprawdę chcieliśmy rozpocząć dyskusję”.
