Провoкaционна хипотеза: Може би Вселената представлява единна невронна мрежа

Не всеки ден се сблъскваме с изследване, което се опитва да преосмисли реалността. В провокационна статия, качена на портала arXiv, професорът по физика от Университета в Минесота Виталий Венчурин се опитва да преосмисли реалността по особен начин, предполагайки, че живеем вътре в огромна невронна мрежа, която управлява всичко наоколо. С други думи, както той е написал в статията си, „напълно е възможно , че цялата Вселена на функционално ниво представлява една невронна мрежа“.

Още отначало трябва да предупредим нашите читатели, че статиите, които се качват в arXiv, не са рецензирани от експерти и учени и отразяват на този етап единствено вижданията на авторите си. Именно тук може би е подходящо да се префразира великия Нилс Бор „Идеята определено е безумна, но дали е достатъчно безумна, за да бъде истина?“. Това все още предстои да се изясни!

В продължение на много години физиците се опитваха да съвместят квантовата механика и общата теория на относителността. Първата твърди, че времето е универсално и абсолютно, а втората, че времето е относително, свързано с пространство-времето.

В своята статия Ванчурин твърди, че изкуствените невронни мрежи могат да „демонстрират примерно поведение“ към двете универсални теории.

Тъй като квантовата механика „се явява изключително успешна парадигма за моделиране на физическите явления в широк диапазон от мащаби – пише той – широко разпространено е мнението, че на най-фундаментално ниво цялата Вселена се управлява от правилата на квантовата механика и даже гравитацията трябва да бъде съобразена с това“.

„Ние не просто говорим, че изкуствените невронни мрежи могат да бъдат полезни за анализа на физическите системи или за откриването на нови физически закони, ние говорим, че именно така всъщност работи света около нас“ – се казва в статията.

Концепцията е толкова смела, че повечето физици и експерти по машинно обучение засега се отказват да обсъждат изследването, позовавайки се на скептицизма си по повод изводите в статията.

В интервю пред сайта Futurism, Венчурин се е съгласил да разкаже повече за своята идея.

Futurism: Във вашата статия вие твърдите, че Вселената може би е невронна мрежа. Как ще обясните своите разсъждения на някой, който не разбира много от невронни мрежи или физика?

Виталий Ванчурин: На вашия въпрос мога да отговоря по два начина.

Първият начин е да започна от точния модел на невронната мрежа, а след това да продължа, обяснявайки поведението на мрежата в границите на голямото количество неврони. Аз показах, че уравненията на квантовата механика достатъчно добре описват поведението на системата в състояние близко на равновесие, а уравненията от класическата механика достатъчно добре описват, как системата се отдалечава от равновесието. Стечение на обстоятелствата? Може би, но доколкото ми е известно, квантовата и класическата механика описват как работи физическия свят.

Вторият начин е да започна от физиката. Ние знаем, че квантовата механика достатъчно добре работи в микромащабите, а общата теория на относителността достатъчно добре работи в макромащабите. Засега на нас не ни се е отдало да съгласуваме двете теории в единна система. Това е известно като проблема на квантовата гравитация. Ясно е, че на нас не ни достига нещо значимо, но което е още по-зле, ние даже не знаем, как да се отнасяме с наблюдателите. Така е известен проблемът на измерването в контекста на квантовата механика и проблема на измерването в контекста на космологията.

Тогава може да се направи предположението, че има три, а не две явления, които трябва да се обединят: квантовата механика, общата теория на относителността и наблюдателите. 99% от физиците ще ви кажат, че квантовата механика се явява основна и всичко друго трябва по някакъв начин да произлиза от нея, но никой не знае как точно да го направи. В тази статия аз разглеждам още една възможност за това, че микроскопична невронна мрежа се явява фундаменталната структура, тоест квантовата механика, общата теория на относителността и макроскопичните наблюдатели се съвместяват от нея. Засега това изглежда многообещаващо.

Кое беше това, което ви тласна към тази идея?

Отначало аз просто исках по-добре да разбера, как работи дълбокото обучение и по тази причина написах статията „Към теорията на машинното обучение“. Първоначалната идея се състоеше в използването на методите на статистическата механика за изучаване на поведението на невронните мрежи, но се оказа, че в определени граници динамиката на обучение на невронните мрежи много прилича на квантовата динамика, която наблюдаваме във физиката. В същото време аз бях в творческа отпуска и реших да изследвам идеята за това, че физическият свят всъщност се явява невронна мрежа.

Идеята определено е безумна, но дали е достатъчно безумна, за да бъде истина? Това все още предстои да се изясни.

В статията си вие сте написали, че за да се докаже неправилността на теорията е „достатъчно да се открие физическо явление, което не може да бъде описано от невронните мрежи“. Какво имате предвид? Защо това може „ по-лесно да бъде казано, отколкото да бъде направено“?

Съществуват множество „теории за всичко“ и повечето от тях би трябвало да са грешни. Съгласно моята теория, всичко, което виждате около себе си, се явява невронна мрежа и затова, за да се докаже, че това не е вярно е необходимо да се открие явление, което не може да се моделира с помощта на невронна мрежа. Но ако помислим, това е много сложна задача, защото ние много малко знаем за това как действат невронните мрежи и как всъщност работи машинното обучение. Ето защо аз преди всичко се опитах да разработя теорията на машинното обучение.

Как вашето изследване е свързано с квантовата механика и доколко то е обърнато към ефекта на наблюдателя?

Съществуват две основни направления на мисълта: интерпретацията на квантовата механика от Еверет (или тълкуването за многото светове) и интерпретацията на Бом (за скритите променливи). Аз по първата интерпретация нищо ново не мога да кажа, но мисля, че мога да внеса своя принос в теорията за скритите променливи. В квантовата механика, която аз разглеждам, скритите променливи са състоянията на отделните неврони, а обучаемите променливи (такива като вектора на изместване и матрицата на теглата) са квантовите променливи. Обърнете внимание, че скритите променливи могат да бъдат много нелокални и затова неравенствата на Бел се нарушават. Очаква се, че ще се появи приближена пространствено-времева локалност, но строго казано, всеки неврон може да е свързан с всеки друг неврон и затова системата не е задължително да бъде локална.

Можете ли по-подробно да разкажете как тази теория е свързана с естествения отбор? Как естественият отбор влияе на еволюцията на сложните структури, например биологическите клетки?

Аз казвам нещо много просто. Има структури (или подмрежи) на микроскопичната невронна мрежа, които са стабилни, а има други структури, които са по-малко стабилни. По-стабилните структури ще преживеят еволюцията, а по-нестабилните ще трябва да бъдат унищожени. Предполагам, че в най-малките мащаби естественият отбор трябва да произведе някакви структури с много ниска сложност, такива като вериги от неврони, но в по-големите мащаби структурите ще бъдат по-сложни. Аз не виждам причина, заради която този процес да бъде ограничен от определена скала на измерване и затова твърдя, че всичко което виждаме около нас (например частици, атоми, клетки, наблюдатели и т.н.) се явява резултат на естествения отбор.

Ние се заинтригувахме от вашето първо писмо, където вие казвате, че може би и вие не всичко разбирате? Какво имате предвид? Вие имате предвид сложността на невронната мрежа или нещо в по-философски смисъл?

Аз говоря единствено за сложността на невронните мрежи. Аз даже нямах време да помисля за философския подтекст от резултатите.

И накрая не мога да не ви попитам: означава ли всичко това, че живеем в симулация?

Не, възможно е да живеем в невронна мрежа, но никога няма да забележим разликата.