December 11, 2023 în
Stephen Wolfram (2023), "Observer Theory," Stephen Wolfram Writings. writings.stephenwolfram.com/2023/12/observer-theory.
Traducere - Dorin Dumitran
Operațiunea observatorilor
În calitate de oameni, avem simțuri precum văzul, auzul, atingerea, gustul, mirosul și echilibrul. Și, prin intermediul tehnologiei noastre, avem acces și la alte câteva mii de tipuri de măsurători. Deci, cum funcționează practic toate acestea?
Marea majoritate agregă, de fapt, un număr mare de intrări mici pentru a genera un fel de ieșire "medie" - care, în cazul măsurătorilor, este adesea specificată ca un număr (real). Cu toate acestea, în câteva cazuri, există în schimb o alegere discretă între ieșiri, care se face pe baza faptului că valoarea totală a intrărilor depășește un prag (gândiți-vă la: sisteme de consens distribuit, balanțe de cântărire etc.).
Dar în toate cazurile, ceea ce se întâmplă în mod fundamental este că o mulțime de configurații de intrare diferite sunt toate echivalate - sau, mai operațional, dinamica sistemului face ca toate stările echivalate să evolueze către aceeași "stare de atracție".
Ca exemplu, să luăm în considerare măsurarea presiunii unui gaz. Există diverse moduri de a face acest lucru. Dar una foarte directă este pur și simplu de a avea un piston și de a vedea câtă forță este exercitată de gaz asupra acestui piston. De unde provine această forță? La cel mai mic nivel, este rezultatul multor molecule individuale care ricoșează pe suprafața pistonului, fiecare transferând o cantitate mică de impuls către acesta. Dacă am privi pistonul la scară atomică, am vedea că se deformează temporar în urma fiecărui impact molecular. Dar punctul crucial este că, la scară mare, pistonul se mișcă împreună, ca un singur obiect rigid - agregând efectele tuturor acelor impacturi moleculare individuale.
Dar de ce funcționează în acest fel? În esență, pentru că forțele intermoleculare din interiorul pistonului sunt mult mai puternice decât forțele asociate cu moleculele din gaz. Sau, spus mai abstract, există mai mult cuplaj și coerență "în interiorul observatorului" decât între observator și ceea ce observă.
Observăm același model de bază la nesfârșit. Există o anumită formă de transducție care cuplează elementele individuale a ceea ce este observat cu observatorul. Apoi, "în interiorul observatorului" există ceva care, în esență, agregă toate aceste efecte mici. Uneori, această agregare este "direct numerică", ca în cazul adăugării multor mici transferuri de impulsuri. Dar, uneori, este în schimb mai explicit ca o evoluție către un atractor mai degrabă decât către altul.
Luați în considerare, de exemplu, cazul vederii. O serie de fotoni cad pe celulele fotoreceptoare de pe retina noastră, generând semnale electrice transmise prin fibre nervoase către creierul nostru. În cadrul creierului există apoi efectiv o rețea neuronală care evoluează către atractori diferiți în funcție de ceea ce privim. De cele mai multe ori, o mică modificare a imaginii de intrare nu va afecta atractorul spre care se evoluează. Dar - la fel ca în cazul unei balanțe - există o "limită" la care chiar și o mică schimbare poate duce la un rezultat diferit.
Se poate trece printr-o mulțime de tipuri diferite de sisteme senzoriale și dispozitive de măsurare. Dar schema de bază pare să fie întotdeauna aceeași. În primul rând, există un cuplaj între ceea ce este detectat sau măsurat și lucrul care face detecția sau măsurarea. Destul de des, acest cuplaj implică trecerea de la o formă fizică la alta - de exemplu, de la lumină la electricitate, sau de la forță la poziție. Uneori, atunci, etapa crucială de echivalare a diferitelor intrări detaliate se realizează prin simpla "agregare numerică", cel mai adesea prin acumularea de obiecte (atomi, picături de ploaie etc.) sau efecte fizice (forțe, curenți etc.). Uneori însă, echivalarea se realizează în schimb printr-un proces mai evident dinamic.
Ar putea fi vorba de o simplă amplificare, în care, să zicem, prezența unui mic element de intrare (să zicem o particulă individuală) "răstoarnă" un sistem metastabil astfel încât acesta să ajungă într-o anumită stare finală. Sau ar putea fi mai mult ca o rețea neuronală în care există o traducere mai complicată definită de granițe greu de descris între bazinele de atracție care duc la atractori diferiți.
Dar, bine, care este punctul final al unui proces de observare? În cele din urmă, pentru noi, oamenii, este o impresie creată în mintea noastră. Bineînțeles că acest lucru ne duce la o mulțime de probleme filozofice alunecoase. Da, fiecare dintre noi are o "experiență interioară" a ceea ce se întâmplă în mintea sa. Dar orice altceva este, în cele din urmă, o extrapolare. Facem presupunerea că și alte minți umane "văd ceea ce vedem noi", dar niciodată nu putem "simți din interior".
Putem, desigur, să facem măsurători din ce în ce mai detaliate - de exemplu, ale activității neuronale - pentru a vedea cât de asemănător este ceea ce se întâmplă între un creier și altul. Dar, de îndată ce există cea mai mică diferență structurală - sau situațională - între creiere, nu putem spune cu adevărat cum anume se vor compara "impresiile" lor.
Dar, pentru scopurile noastre de a construi o "teorie generală a observatorului", vom face practic presupunerea (sau, de fapt, "aproximația filosofică") că, ori de câte ori un sistem execută suficiente echivalențe, aceasta echivalează cu faptul că el "acționează ca un observator", deoarece poate acționa ca un "front-end" care ia "complexitatea incoerentă a lumii" și o "comprimă" până la punctul în care o minte va obține o impresie definită din ea.
Desigur, există încă multe subtilități aici. Trebuie să existe "doar suficientă echivalare" și nu prea multă. De exemplu, dacă toate intrările ar fi întotdeauna echivalate cu aceeași ieșire, nu s-ar observa nimic util. Și, în cele din urmă, trebuie să existe cumva un fel de potrivire între comprimarea intrărilor realizată prin echivalare și "capacitatea" minții care derivă în cele din urmă o impresie din acestea.
O caracteristică crucială a oricărui lucru care poate fi numit în mod rezonabil o minte este că "ceva trebuie să se întâmple acolo". Nu se poate, de exemplu, ca starea internă a sistemului să fie fixă. Trebuie să existe o anumită dinamică internă - un proces de calcul pe care îl putem identifica ca fiind operațiunea continuă a minții.
La nivel informațional, am putea spune că trebuie să existe mai multă procesare de informații în interior decât flux de informații din exterior. Sau, cu alte cuvinte, dacă vrem să fim "observatori ca noi" cu sens, nu putem fi doar bombardați de informații pe care nu le procesăm; trebuie să avem o anumită capacitate de a "gândi la ceea ce vedem".
Toate acestea se întorc la ideea că o caracteristică crucială a noastră ca observatori este că suntem limitați din punct de vedere computațional. Noi facem calcule; de aceea putem avea un "sentiment interior al lucrurilor care se întâmplă". Dar cantitatea de calcul pe care o efectuăm este infimă în comparație cu calculul care are loc în lumea din jurul nostru. Experiența noastră reprezintă o versiune puternic filtrată a "ceea ce se întâmplă afară". Iar esența "faptului de a fi un observator ca noi" constă în faptul că efectuăm efectiv o mulțime de echivalări pentru a ajunge la acea versiune filtrată.
Dar ne putem imagina un viitor în care să ne "extindem mintea"? Sau poate că vom întâlni o inteligență extraterestră cu o "minte fundamental mai puțin constrânsă"? Ei bine, la un moment dat există o problemă în acest sens. Pentru că, într-un anumit sens, ideea că avem o existență coerentă se bazează pe faptul că avem "minți limitate". Pentru că, fără astfel de constrângeri, nu ar exista un "eu" coerent pe care să-l putem identifica - cu o experiență interioară coerentă.
Să spunem că ni se arată un sistem - să zicem în natură - "din exterior". Ne putem da seama dacă "există un observator acolo"? În ultimă instanță, nu, pentru că, într-un anumit sens, ar trebui să fim "în interiorul acelui observator" și să putem experimenta impresia lumii pe care acesta o are. Dar, în același mod în care extrapolăm pentru a crede că, să zicem, alte minți umane experimentează lucruri pe care le experimentăm și noi, putem extrapola pentru a spune ce am putea considera un observator.
Iar ideea centrală pare să fie aceea că un "observator" ar trebui să fie un subsistem ale cărui "stări interne" sunt afectate de restul sistemului, dar în care multe "stări externe" conduc la aceeași stare internă - și în care există o dinamică bogată "în interiorul observatorului" care, de fapt, operează doar asupra stărilor sale interne. În cele din urmă - urmând principiul echivalenței de calcul - se poate aștepta ca atât exteriorul, cât și interiorul "subsistemului observator" să fie echivalente în calculele pe care le efectuează. Dar ideea este că cuplarea de la exteriorul subsistemului la interiorul acestuia "granulează grosier" ceea ce se află în exterior, astfel încât "calculul interior" operează pe un set mult redus de elemente.
De ce ar trebui să existe astfel de "subsisteme de observator"? Probabil că, la un anumit nivel, este inevitabil din cauza prezenței unor buzunare de reductibilitate computațională în cadrul unor sisteme arbitrare ireductibile din punct de vedere computațional. Dar mai important pentru noi este faptul că însăși existența noastră - și posibilitatea experienței noastre interioare coerente - depinde de faptul că "operăm ca observatori". Și - aproape ca o "profeție care se autoîmplinește" - comportamentul nostru tinde să perpetueze capacitatea noastră de a face acest lucru cu succes. De exemplu, ne putem gândi că alegem să ne plasăm în situații și medii în care putem "prezice ce se va întâmpla" suficient de bine pentru a "supraviețui ca observatori". (La un nivel practic banal, am putea face acest lucru prin faptul că nu trăim în locuri supuse unor forțe naturale imprevizibile - sau prin a face lucruri precum construirea de noi înșine, de structuri care să ne adăpostească de aceste forțe).
Am vorbit despre observatorii care operează prin comprimarea complexității lumii în "impresii interioare" potrivite pentru mințile finite. Iar în situațiile tipice pe care le descriem ca percepție și măsurare, principalul mod în care se întâmplă acest lucru este prin echivalarea destul de directă a diferitelor stări. Dar, într-un fel, există o poveste de nivel superior care se bazează pe formalizare - și în esență pe calcul - și care este ceea ce numim de obicei "analiză".
Să presupunem că avem o structură complexă - poate un model fractal, intricate. O redare directă a tuturor pixelilor din acest model nu va fi, în cele din urmă, ceva foarte potrivit pentru o "minte finită". Dar dacă am da reguli - sau un program - pentru generarea modelului, am avea o reprezentare mult mai succintă a acestuia.
Dar acum există o problemă cu ireductibilitatea computațională. Da, regulile determină modelul. Dar pentru a ajunge de la aceste reguli la modelul real poate fi nevoie de o cantitate ireductibilă de calcul. Iar pentru a "inversa modelul" pentru a găsi regulile poate necesita și mai mult calcul.
Da, există cazuri particulare - cum ar fi modelele repetitive și modelele simple intricate - în care există o reductibilitate imediată a calculului suficient de mare pentru ca un sistem (sau un observator) limitat din punct de vedere computațional să poată "face analiza" și "obține comprimarea" destul de ușor. Dar, în general, este dificil. Și, într-adevăr, într-un anumit sens, întreaga misiune a științei este de a aborda problema și de a încerca să găsească mai multe modalități de a "reduce complexitatea lumii" la "narațiuni de nivel uman".
Ireductibilitatea computațională limitează măsura în care acest lucru poate avea succes. Dar existența inevitabilă a unor zone de reductibilitate, chiar și în cadrul ireductibilității computaționale, garantează că, în principiu, se pot face întotdeauna progrese. Pe măsură ce inventăm mai multe tipuri de dispozitive de măsurare, ne putem extinde domeniul nostru ca observatori. Același lucru este valabil și atunci când inventăm mai multe metode de analiză sau identificăm mai multe principii în știință.
Dar imaginea de ansamblu rămâne aceeași: ceea ce este esențial pentru "a fi observator" este echivalarea mai multor "stări ale lumii", fie prin perceperea sau măsurarea doar a unor aspecte specifice ale acestora, fie prin identificarea unor "narațiuni simplificate" care să le surprindă. (De fapt, percepția și măsurarea tind să facă o "compresie cu pierderi"; analiza este mai degrabă o "compresie fără pierderi", unde echivalarea nu se face efectiv între intrări posibile, ci între reguli generative posibile). (...)
Urmează Partea 3
Comments