Cum își construiesc observatorii realitatea percepută
Viziunea noastră asupra lumii este determinată în cele din urmă de ceea ce observăm din ea. Luăm ceea ce este "acolo, în lume" și, de fapt, "construim realitatea noastră percepută" prin operațiunea noastră de observatori. Sau, cu alte cuvinte, în măsura în care avem o narațiune despre "ceea ce se întâmplă în lume", aceasta este ceva ce provine din operațiunea noastră ca observatori.
Și, de fapt, în cadrul Proiectului nostru de Fizică suntem conduși la o versiune extremă a acestui lucru - în care ceea ce este "acolo în lume" este doar întregul ruliad și, de fapt, tot ceea ce este specific realității noastre percepute trebuie să provină din modul în care operăm ca observatori și, prin urmare, din modul în care eșantionăm ruliadul.
Dar, cu mult înainte de a ajunge la acest ultim nivel de abstractizare, există o mulțime de moduri în care natura noastră de observatori "construiește" realitatea noastră percepută. Gândiți-vă la orice substanță materială - cum ar fi un fluid. În ultimă instanță, este alcătuită din o mulțime de molecule individuale care "își fac treaba". Dar observatorii ca noi nu văd acele molecule. În schimb, noi agregăm lucrurile până la punctul în care putem descrie sistemul ca fiind un fluid, care funcționează conform "narațiunii" definite de legile mecanicii fluidelor.
Dar de ce funcționează lucrurile în acest fel? În cele din urmă, este rezultatul poveștii repetate a interacțiunii dintre ireductibilitatea computațională subiacentă și limitarea computațională a noastră, ca observatori. La nivelul cel mai de jos, mișcarea moleculelor este guvernată de reguli simple de mecanică. Dar fenomenul ireductibilității computaționale implică faptul că elaborarea consecințelor detaliate ale "executării acestor reguli" implică o cantitate ireductibilă de muncă de calcul - ceea ce este ceva ce noi, în calitate de observatori limitați computațional, nu putem face. Iar rezultatul este că vom sfârși prin a descrie comportamentul detaliat al moleculelor ca fiind pur și simplu "aleatoriu". Așa cum am discutat pe larg în altă parte, aceasta este originea fundamentală a celei de-a doua legi a termodinamicii. Dar, pentru scopurile noastre aici, punctul important este că este ceea ce îi face pe observatorii ca noi să "construiască realitatea" unor lucruri precum fluidele. Limitarea noastră computațională în calitate de observatori ne face incapabili să urmărim tot comportamentul detaliat al moleculelor și ne lasă "mulțumiți" să descriem fluidele în termenii "narațiunii" definite de legile mecanicii fluidelor.
Proiectul nostru de fizică implică faptul că este același tip de poveste cu spațiul fizic. Pentru că, în proiectul nostru de fizică, spațiul este, în cele din urmă, "făcut" dintr-o rețea de relații (sau conexiuni) între "atomi spațiați" discreți - care se actualizează progresiv în ceea ce sfârșește prin a fi un mod ireductibil din punct de vedere computațional. Dar noi, în calitate de observatori limitați computațional, nu putem "decodifica" toate detaliile a ceea ce se întâmplă și, în schimb, ajungem la o simplă narațiune "agregată", care se dovedește a corespunde unui spațiu continuu care funcționează în conformitate cu legile relativității generale.
Modul în care atât noțiunile coerente de "materie" (sau fluide), cât și de spațiu-timp apar pentru noi, ca observatori, poate fi considerat ca o consecință a echivalării pe care o facem ca observatori. În ambele cazuri, "dedesubt" există o complexitate imensă și ireductibilă din punct de vedere computațional. Dar noi ignorăm cea mai mare parte a acesteia - tratând efectiv comportamente detaliate diferite ca fiind echivalente - astfel încât, în cele din urmă, ajungem la o "narațiune simplă" (comparativ), mai potrivită pentru mințile noastre finite. Dar ar trebui să subliniem că ceea ce "se întâmplă cu adevărat în sistem" este ceva mult mai complicat; doar că noi, în calitate de observatori, nu suntem atenți la acest lucru, astfel încât realitatea noastră percepută este mult mai simplă.
Bine, dar cum rămâne cu mecanica cuantică? Într-un anumit sens, aceasta este un test extrem al descrierii noastre a modului în care funcționează observatorii și a măsurii în care funcționarea observatorilor "construiește realitatea percepută".
Cazul mecanicii cuantice
În cadrul proiectului nostru de fizică, structura de bază (hipergraful) care reprezintă spațiul și tot ceea ce se află în el este rescrisă progresiv în conformitate cu reguli bine definite. Dar punctul crucial este că, în orice etapă, pot exista o mulțime de moduri în care această rescriere poate avea loc. Iar rezultatul este că există un întreg arbore de posibile "stări ale universului" care pot fi generate. Având în vedere acest lucru, de ce ne gândim vreodată că în univers se întâmplă lucruri definite? De ce nu ne gândim pur și simplu că există un arbore infinit de istorii ramificate pentru univers?
Ei bine, totul are de-a face cu natura noastră de observatori și cu echivalarea pe care o facem. La un nivel imediat, putem să ne imaginăm că ne uităm la toate aceste posibile traiectorii de ramificare diferite pentru evoluția universului. Iar punctul cheie este că, chiar dacă provin din căi diferite ale istoriei, două stări pot fi pur și simplu identice. Uneori va fi evident că sunt aceleași; alteori ar putea fi necesar să se determine, să zicem, dacă două hipergrafe sunt izomorfe. Dar ideea este că pentru orice observator (cel puțin unul care nu reușește să se uite la "detalii de implementare" arbitrare), stările vor fi considerate inevitabil echivalente.
Dar acum există un aspect mai important. Chiar dacă "din exterior" ar putea exista un întreg graf de istorii cu multiple ramificări și fuziuni pentru univers, observatorii ca noi nu pot urmări acest lucru. Și, de fapt, tot ceea ce percepem este un singur fir al istoriei. Sau, spus altfel, credem că avem un singur fir de experiență - ceva strâns legat de credința noastră că (în ciuda schimbării "elementelor de bază" din care suntem făcuți) suntem cumva persistenți în timp (cel puțin pe durata existenței noastre).
Dar, din punct de vedere operațional, cum trecem de la toate aceste ramuri subiacente ale istoriei la firul nostru unic perceput al istoriei? Ne putem gândi la stările de pe diferite fire ale istoriei ca fiind legate între ele prin ceea ce numim un graf bifurcat[1], care unește stările care au strămoși comuni imediați. Și, în limita mai multor fire, ne putem gândi la aceste stări diferite ca fiind dispuse în "spațiul bifurcat". (În termenii tradiționali ai mecanicii cuantice, această dispunere definește o "hartă a încurcăturilor cuantice" - fiecare bucată de strămoș comun reprezentând o încurcătură între stări).
În spațiul fizic - fie că ne uităm la moleculele dintr-un fluid sau la atomii din spațiu - ne putem gândi că operăm ca observatori care sunt suficient de mari din punct de vedere fizic pentru a cuprinde multe elemente discrete subiacente, astfel încât ceea ce observăm în cele din urmă este doar un fel de rezultat agregat, mediu. Și este cam același tip de lucru în spațiul bifurcat: noi, ca observatori, tindem să fim suficient de mari în spațiul bifurcat pentru a fi răspândiți pe un număr imens de ramuri ale istoriei, astfel încât ceea ce observăm este doar un rezultat agregat, o medie a rezultatelor din toate aceste ramuri.
Există o mulțime de complexitate detaliată în ceea ce se întâmplă pe diferite ramuri, la fel cum există în ceea ce se întâmplă cu diferite molecule sau diferiți atomi din spațiu. Iar motivul este că există în mod inevitabil o ireductibilitate computațională sau, în acest caz, mai exact, o ireductibilitate multicomputațională. Dar, în calitate de observatori limitați de calcul, noi percepem doar rezultate agregate care "fac media" între "aleatorismul aparent subiacent" pentru a oferi un singur fir de experiență coerent.
Și, în mod efectiv, aceasta este ceea ce se întâmplă în tranziția de la comportamentul cuantic la cel clasic. Chiar dacă există mai multe posibile fire detaliate ("cuantice") ale istoriei pe care un obiect le poate urma, ceea ce percepem corespunde unei singure secvențe "agregate" ("clasice") coerente de comportament.
Iar acest lucru este în mod obișnuit valabil chiar și la nivelul observației noastre tipice de molecule și procese chimice. Da, există multe fire posibile ale istoriei pentru, să spunem, o moleculă de apă. Dar majoritatea observațiilor noastre agregă lucrurile până la punctul în care putem vorbi despre o formă definită pentru moleculă, cu "legături chimice" definite etc.
Dar există o situație specială care, de fapt, se profilează în discuțiile tipice despre mecanica cuantică. Ne putem gândi la aceasta ca la rezultatul unor măsurători care nu "agregă fire de istorie pentru a obține o medie", ci mai degrabă fac ceva asemănător cu o balanță, care "înclină" întotdeauna într-o parte sau alta. În limbajul calculului cuantic, am putea spune că aranjăm lucrurile pentru a putea "măsura un singur qubit". În ceea ce privește echivalarea stărilor, am putea spune că echivalăm o mulțime de stări de bază cu stări canonice specifice (cum ar fi "spin up" și "spin down").
De ce obținem un rezultat și nu altul? În cele din urmă, putem considera că totul depinde de detaliile noastre ca observatori. Pentru a vedea acest lucru, să pornim de la întrebarea corespunzătoare în spațiul fizic. Ne-am putea întreba de ce observăm un anumit lucru care se întâmplă. Ei bine, în proiectul nostru de fizică, totul despre "ceea ce se întâmplă" este determinist. Dar mai există totuși "arbitrarul" locului în care ne aflăm în spațiul fizic. În principiu, vom observa întotdeauna aceleași legi ale fizicii, dar particularitățile a ceea ce vom observa depind de locul în care ne aflăm, să spunem pe suprafața Pământului față de spațiul interstelar, etc.
Există o "teorie" pentru "locul în care ne aflăm"? Într-un anumit sens, da, deoarece putem să ne întoarcem în trecut și să vedem de ce moleculele care ne alcătuiesc au ajuns în locul în care au ajuns. Dar ceea ce nu putem avea, o "teorie externă", este doar moleculele care ajung să ne alcătuiască pe "noi", așa cum ne trăim "din interior". În viziunea noastră asupra fizicii și a universului, acesta este, într-un anumit sens, singurul lucru "în ultimă instanță subiectiv": unde este "situată" experiența noastră internă.
Și ideea este că, în esență - chiar dacă este mult mai puțin familiar - același lucru se întâmplă la nivelul mecanicii cuantice. Așa cum "se întâmplă" să ne aflăm într-un anumit loc în spațiul fizic, tot așa ne aflăm într-un anumit loc în spațiul bifurcat. Privind în urmă, putem urmări cum am ajuns aici. Dar nu există o modalitate a priori de a determina "unde se va situa experiența noastră particulară". Și asta înseamnă că nu putem ști care va fi "mediul local bifurcat" - și astfel, de exemplu, care va fi rezultatul măsurătorilor "de tip echilibru".
La fel ca în discuțiile tradiționale despre mecanica cuantică, mecanica efectuării măsurătorii - pe care o putem considera ca echivalând efectiv multe ramuri de bază ale istoriei - va avea un efect asupra comportamentului ulterior și asupra măsurătorilor ulterioare.
Dar să spunem că ne uităm doar la nivelul grafului multidirecțional subiacent - sau, mai precis, la graful cauzal multidirecțional care înregistrează conexiunile cauzale între diferite evenimente de actualizare. Atunci putem identifica o rețea complicată de interdependență între evenimente care sunt separate temporal, spațial și ramificat. Iar această interdependență pare să corespundă exact cu ceea ce se așteaptă de la mecanica cuantică.
Cu alte cuvinte, chiar dacă graficul cu mai multe căi este complet determinat, arbitrarul "locului în care se află observatorul" (în special în spațiul bifurcat), combinat cu interdependența inevitabilă a diferitelor aspecte ale graficului (cauzal) cu mai multe căi, pare să fie suficient pentru a reproduce caracteristicile nu tocmai pur probabiliste ale mecanicii cuantice.
Atunci când se fac observații în spațiul fizic, este obișnuit să se facă o măsurătoare într-un loc sau timp, apoi să se facă o altă măsurătoare într-un alt loc sau timp și, de exemplu, să se vadă cum sunt legate între ele. Dar, în realizarea efectivă a acestui lucru, observatorul va trebui să se deplaseze dintr-un loc în altul și să persiste de la un timp la altul. Iar în abstract nu este evident că acest lucru este posibil. De exemplu, s-ar putea ca un observator să nu fie capabil să se deplaseze fără să se schimbe - sau, cu alte cuvinte, "mișcarea pură" nu va fi posibilă pentru un observator. Dar, de fapt, acest lucru este ceva ce noi, în calitate de observatori, presupunem despre noi înșine. Și, într-adevăr, așa cum am discutat în altă parte, aceasta este o parte crucială a motivului pentru care percepem că spațiu-timpul funcționează conform legilor fizicii pe care le cunoaștem.
Dar ce se întâmplă în spațiul bifurcat? Avem mult mai puțină intuiție pentru acesta decât pentru spațiul fizic. Dar noi încă credem efectiv că mișcarea pură este posibilă pentru noi, ca observatori, în spațiul bifurcat. S-ar putea ca, la fel ca un observator din spațiul fizic, să zicem, în apropierea unei singularități spațio-temporale, un observator să fie "sfărâmat" atunci când încearcă să se "miște" în spațiul bifurcat. Dar convingerea noastră este că, de obicei, nu se întâmplă așa ceva. La un anumit nivel, a fi în locații diferite în spațiul bifurcat corespunde, probabil, alegerii unor baze diferite pentru stările noastre cuantice sau, efectiv, definirii diferite a experimentelor noastre. Și, cumva, credința noastră în posibilitatea mișcării pure în spațiul bifurcat pare să fie legată de credința noastră în posibilitatea de a alege secvențe arbitrare în seturile de experimente pe care le facem.
[1] Ceea ce numim grafice branhiale oferă un alt tip de rezumat, bazat pe captarea relațiilor dintre stări pe diferite ramuri ale unui sistem cu mai multe căi. ( în https://www.wolframphysics.org/technical-introduction/the-updating-process-for-string-substitution-systems/the-concept-of-branchial-graphs/ ).
Urmează Partea 4
Comments