为什么物理学存在?

作者:Brian Tomasik

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摘要

为什么物理学存在?是什么使逻辑规则成为支配物理可能性的"正确"规则?而"存在"到底意味着什么?这类谜题似乎是哲学中最难解的,无法用那些可以解释建立在这些假设之上的更高层次问题的解释方法来解答。我没有令人满意的答案,而且不清楚人类是否能够产生有效的答案,假设这些问题本身是连贯的。面对这些问题有助于提醒我们,随着进一步的洞见,我们对现实的基本假设可能会发生多大的变化。

另请参阅"为什么宇宙存在? - 参考书目"。

目录

引言

"存在的问题是哲学中最晦涩的。" --威廉·詹姆斯,1911年

似乎大多数哲学难题都可以通过科学来解决或消解。理解认知科学并将我们自己想象成生物计算机有助于理解自由意志、意识、时间、连续统一体悖论、数学的本质等等。

但有一组谜题似乎完全神秘,不仅因为我们缺乏可靠的解释,而且因为我们无法想象任何解释会是什么样子。这些问题包括

很难用语言完全捕捉到这些问题的奇怪之处。有时当我思考这些问题时,感觉就像站在帝国大厦屋顶的边缘。感觉就是如此奇怪,竟然有一个宇宙包含着东西,包括我称之为"自己"的这团东西。这是怎么回事?这怎么可能?这种情况真实存在是什么样子?在某个时候,这些问题就变得不连贯了,因为我们缺乏概念来谈论这种情况的奇怪之处。

我发现有趣的是,有些人似乎不太考虑这个问题,甚至可能根本不考虑,而只是把现实视为理所当然。当然,这并不奇怪,因为进化出来的生物如果大部分时间都在思考为什么任何东西存在,很可能活不长。我自己也只是偶尔思考这个问题,大多数时候我都太专注于日常生活,以至于感觉不到"日常生活"这种东西存在的奇怪之处。

是有而非无吗?

许多哲学争论可以通过解释所假设的实体实际上并不存在来消解,至少在某种本体论的基本意义上不存在(自由意志、属性二元论意识、时间的基本"流动"、堆的"真实"边界、柏拉图式的数学对象等)。当然,这是可能的——我会说是很可能的——所有人类对基本现实的概念至少有些混乱,这种混乱影响了我们提出的为什么有而不是无的问题。

话虽如此,当我们问物理学为什么存在以及如何存在时,我们似乎必须指向某些东西。笛卡尔在很多方面都错了,但我思故我在似乎是他更有说服力的论点之一,尽管我同意批评者的观点,认为应该修改为:"思考正在发生。因此,某些东西存在。"即使这可能也站不住脚,因为从根本上说,不清楚如何解释"存在"意味着什么等概念。事实上,如果我们能做到这一点,也许为什么任何东西存在的问题就不那么令人困惑了。但即使在本体论和概念上彻底改革之后,我思论证似乎仍然是合理的。换句话说,似乎确实是有而不是无,即使我们完全错误地思考它,物理学的存在也不完全是虚幻的,尽管请参见这个后面的章节以了解相反的观点。

不充分的解释

上帝

有神论是宇宙存在的经典解释,但它的问题很明显:它只是把谜题往后推了一步,变成了"为什么上帝存在?"。唯一的效果是使假设更加复杂。Jonathan Wallace和Eliezer Yudkowsky有帮助地将这类非解释称为"语义停止符"。

如果"上帝"是一个非常简单的机制,从优雅的初始条件生成宇宙,那么它在解释上可能会有帮助。即使这样,上帝也不会完全回答这个问题,而只会减少需要解释的内容。

物理学本身

Lawrence Krauss的《无中生有的宇宙》认为物理学可以在没有上帝的情况下解释宇宙的起源。虽然宇宙起源的物理解释非常有趣,并且可能与终极问题相关,但它们还没有回答全部谜题。

David Albert和其他人已经指出了这一点。Sean Carroll总结了这场辩论:

大致来说,围绕"为什么有而不是无?"这个问题有两种不同的问题潜伏着。一个问题是,在某个足够灵活以允许"东西"或"无东西"可能存在的物理定律框架内(其中"东西"可能包括空间和时间本身),椭圆星系NGC 4150为什么现实的实际表现似乎包含所有这些东西?另一个问题是,为什么我们有这个特定的物理定律框架,或者甚至有所谓的"物理定律"?Lawrence(再次大致地说)解决了第一个问题,而David关心第二个问题,双方都花了很多精力坚持自己的问题是"正确的",而不是承认它们是不同的问题。现代物理学没有解释为什么我们有这些定律而不是一些完全不同的定律,尽管物理学家有时会这样说——如果他们更认真地对待哲学家,他们可能会避免这个错误。

宇宙一直存在

有些人接受宇宙被创造的奇怪性。毕竟,无中不能生有,而且一切都必须有解释。从这个出发点,人们可能会得出结论,宇宙从未被创造,这必然意味着它一直存在。这是一个"一直是乌龟"的说法。

在这种情况下,对于任何特定事件,我们可能都能指出其原因。但为什么有而不是无这个问题的精神仍然没有得到解决。无限回归的基本令人困惑之处与我们假设时间始于一个无时间数学对象的明确端点(大爆炸)一样有力。

三难困境

上述立场类似于闵希豪森三难困境中的立场:

  1. 上帝是一种公理方法——一个不可分析的基本答案。
  2. 物理学创造自身是一种循环方法。
  3. 宇宙一直存在是一种无限回归。

没有一个是真正令人满意的。

模态实在论只能让我们部分理解

Carroll的文章提到了模态实在论的解释:我们的宇宙存在是因为所有可能的宇宙都存在。这似乎有一些帮助,因为至少它减少了为什么这个宇宙存在而不是其他宇宙存在的任意性。似乎最简单的两种情况是什么都不存在或一切都存在。

Max Tegmark的数学宇宙假说可以被视为回答了是什么使数学抽象具体实现的问题,认为只有抽象存在。

但在下面,仍然存在一些谜题,例如:

这个问题是可解的吗?

以下是我对物理学存在的问题是否可以回答的一些粗略、没有根据的猜测:

答案 概率
存在一个解决方案,人类可以找到它 15%
存在一个解决方案,它对人类思维来说太深奥了,但超级智能可以用物理上现实的计算资源找到它 10%
存在一个解决方案,理论上的图灵机可以计算出来,但实际宇宙的资源不足以允许这样做 2.5%
存在一个解决方案,但没有图灵机能够找到它 5%
这个问题有意义但没有答案 5%
这个问题基于如此多的混淆,以至于即使善意解释也没有意义 47.5%
我无法想象的其他情况 15%

也许存在解释本身就没有意义,因为解释是从初始条件开始,然后转向后来的条件,但在这种情况下,我们试图解释第一个初始条件。我的大脑思考这个问题时感到头晕并不意味着我的大脑正在追踪一个实际可以回答的问题。如果我自己转得太快,我的大脑也会感到头晕,但那种头晕并不意味着我因此就发现了宇宙的某个基本奥秘。

为什么这个问题很重要

这个问题不仅仅是打发时间的闲暇之举,而可能会具体影响我们如何对待利他主义。一般来说,你感到困惑的领域往往是最容易出现Robin Hanson所说的"观点地震"的领域——这些洞见会打破你之前对现实的理解,从而使你更有效地实现现有目标,或者表明你的目标需要调整,因为它们之前是基于混淆的。

我怀疑详细研究为什么物理学存在并不是最优先的利他主义任务,因为它似乎不太容易解决;世界各地的人类基本上一直在思考这个谜题。但我认为我们应该思考这个问题,并用它来更新我们对人类理解能力和局限性的直觉。宗教有时谈到人类知识的有限性,与上帝无限的洞察力相比。虽然我不会把上帝带入画面,但那种宗教思想确实捕捉到了一个有用的提醒,即我们有多少不知道。

我认为主要的启示是要记住,后人类的本体论可能与当今的物理学有多么不同。也许存在着比我们意识到的更多(可能是无限多)的痛苦(或应该大致理解为痛苦的东西),存在于我们甚至无法理解的其他领域。即使这是真的,我们的后代也不清楚是否能够确定这一点。但至少他们可能会开发出更复杂的方法来处理这种类型的本体论不确定性。(可惜,请注意,这并不意味着我们的后人类后代存在是件好事,因为我认为他们更有可能采取增加痛苦而不是减少痛苦的行动,比如如果可能的话扩大多重宇宙的规模。)

也许根本不存在"存在"这回事?

Scott Aaronson:

查找表物理存在有什么区别——为什么它的抽象数学存在还不够? (当然,在这个滑坡的最底端是Max Tegmark,准备欢迎你进入他的数学多重宇宙!)

拒绝意识的难题的自然延伸是拒绝存在的难题。也许没有"现实流体"来区分真实和仅仅可能。这似乎是一个合理和一致的立场,但正如下面讨论的,其含义非常奇怪。虽然我对意识的消除主义很满意,但我还没有准备好跨越"存在"的消除主义这座桥。(也许未来的我会嘲笑我现在对此的犹豫。)

Marvin Minsky似乎持有这种观点:

在我看来,你不应该问"是什么创造了一切?"你应该说,"这个'存在'这个词可能意味着什么[...]?"我认为最好的答案是,它可能是毫无意义的。可能有很多可能的宇宙,它们中的任何一个都没有什么特别之处。

他继续说:"你无法分辨你是否在一个存在的[宇宙]中[...]。"

我同意一个包含反思自身的有机体的宇宙的逻辑结构是相同的,无论该宇宙是否被赋予了"现实流体",但在我看来,是否存在"现实流体"这样的东西仍然是一个不同的问题。这看起来像是一个非经验的、最终形而上学的问题,因为Minsky是对的,没有办法"观察"我们是否存在。相反,我们只需要理清一些基本概念,弄清楚我们到底在谈论什么,尽管我们对形而上学的直觉肯定会受到经验观察的影响。

附录:没有客观测度的Tegmark终极集合

本节的大部分内容受到了我多年来在LessWrong上读到的片段的启发,特别是来自Wei Dai。我花了很长时间才真正理解为什么这些想法是有意义的。

我之前的理解

在~2015年之前,我对Tegmark的第四级多重宇宙的理解如下:有大量的宇宙(即数学结构),但在宇宙上有一些人类学测度,决定我们应该期望发现自己在哪个宇宙中。例如,更简单的宇宙具有更高的测度,这解释了为什么我们的宇宙相对简单。我们可以通过将宇宙上的测度作为我们的先验,然后根据我们观察到的关于我们特定宇宙的情况进行更新来进行科学研究。更简单的宇宙具有更高的测度这一点证明了奥卡姆剃刀的合理性。

尽管所有可能性都在某处以某种测度实现,但我们仍然可以通过(无时间地)影响结果实现的测度来对多重宇宙产生影响。例如,假设我决定做一些看似好的行动。一个认为第四级多重宇宙意味着徒劳的人会抱怨说,在一个宇宙中,好的行动有好的后果,但在另一个宇宙中,它有坏的后果,所以我们无法让多重宇宙变得更好。作为回应,相信宇宙测度的人可以解释说,我们应该致力于让好的结果发生在更高测度的宇宙中。例如,你应该尝试好的行动,因为在更高测度(更简单)的宇宙中,这样做会产生好的后果,而偶然的坏后果只发生在较低测度的宇宙中。从测度加权效用的角度来看,这比做一个在某些偶然宇宙中有好的副作用的坏行动要好。

但正如正文中所指出的,这种观点的问题在于,它要求终极集合中存在某种宇宙测度。但那个测度可能是什么?为什么是这个测度而不是另一个?假设一个测度引入了自由参数,而我们试图通过转向第四级多重宇宙来消除这些参数。

我新的理解

如果我们可以不需要一个客观的、上帝赋予的测度呢?在Bostrom的人类学框架中这是不可能的,因为如果我们认为自己是根据测度从观察者集合中抽取的观察者,那么必须有某种测度来决定我们成为这个观察者而不是那个观察者的可能性。但事实上,这都是幻想。没有根据测度从分布中抽取观察者。根本就不存在离散的观察者。只有多重宇宙,所有可能性都在逻辑空间中展开,它们就是它们的样子,不需要符合某种测度。(事实上,给所有数学结构分配一个测度似乎是一个无望的数学任务,除非将它们的集合限制为可计算的比特串或更容易处理的东西。)

但这不会使行动变得徒劳吗?没有测度,你精心设计的行动的好结果就不再比坏结果有更多的权重。为了解决这个问题,让我们转向认识论。

除了使行动免于徒劳之外,第四级多重宇宙中测度的另一个功能是进行科学:测度作为宇宙的先验概率,这样我们就可以假设我们在更简单的宇宙中,然后根据证据更新我们的概率。如果宇宙没有测度,我们就没有先验概率,而且我们似乎也无法根据证据进行更新,因为怪异观察者问题在第四级多重宇宙中最为棘手。

解决这个问题的方法是用谨慎取代认识论。你不是假设自己不是玻尔兹曼大脑,因为你是那个观察者的概率很低,而是你只是不像玻尔兹曼大脑那样行动,因为有更多不是玻尔兹曼大脑的你的副本,以好的方式控制它们有更大的利他主义影响潜力。但在第四级多重宇宙中,我们说的"更多"副本是什么意思,因为涉及的无限结构太大而无法处理?(事实上,宇宙学家即使在~II级多重宇宙中也难以处理这个问题。)

我的猜测是,在第四级多重宇宙中没有客观的方法来计算副本。也许未来的数学家会收敛到一种自然的方法,但我对此表示怀疑,因为这个问题似乎太难了。b然而,我们似乎仍然有"更常见"和"不太常见"的直观概念。我们可以尝试将这些形式化为我们归因于多重宇宙的发明的测度。在比特串的多重宇宙中,人们归因于它的一个常见测度是,最多到一个比例常数,2-(Kolmogorov复杂度)。事实上,这是Solomonoff归纳的典型奥卡姆先验。所以在某种意义上,认识论中的奥卡姆剃刀——我们都认为是接近真理的问题——实际上是一个构建我们想给不同可能世界多少权重的过程。(后现代主义者得到了证实!关于哪些先验更好,没有真理,只有社会建构。)

同样的想法也适用于我们的行动。我们发明一个第四级多重宇宙的测度来说明我们对不同宇宙的关心程度,然后我们选择测度加权效用更高的行动。如果我们愿意,我们可以从认识论继承这个测度,在这种情况下,我们可能想要解决认识论隐含的测度和我们的道德信念之间的矛盾。Paul Christiano:"但我确实认为,在我们不喜欢所罗门夫归纳作为道德价值分配者的程度上,我们也应该拒绝它作为经验的先验"。就我个人而言,我发现所罗门夫先验对认识论来说很好,但在道德上令人厌恶,因为它表明一个由比一位长的程序生成的宇宙只有一半重要。我的伦理冲动是,所有宇宙都应该同等重要,只要这在涉及的疯狂巨大的无限宇宙中可以保持连贯。

所以还有一些问题需要解决,但至少现在清楚发生了什么。测度不是多重宇宙的客观特征,而是我们归因的东西,以表达我们对某些可能性相对于其他可能性的"(谨慎隐含的)信念程度"c或"关心程度"。基本上我们所做的是将本来需要解释宇宙客观测度的自由参数移到伦理和社会建构的领域,在那里任意性就变成了关于我们的选择而不是关于现实本身。

也许这种方法也可以理解量子力学中的测度,其中玻恩规则说我们关心量子分支的程度与它们的模平方成正比。

最后一个问题是:"你"的"副本"是什么?我所说的"你"是指一块特定的时空连接的物质。我所说的"副本"是指另一块物理学,其排列方式与你目前的身体和环境足够相似,以至于它倾向于做基本相同的选择,倾向于有基本相同的体验等。例如,借用Eliezer Yudkowsky的一个激发性例子,如果你在地球上有一个计算器,在另一个星球上有一个相同的计算器,如果你在两个计算器上都按"8 * 8",两个都会返回"64",因为它们是彼此的副本。在经典宇宙中,我们可以指望大致相同的物理系统产生大致相同的输出。但在量子世界中,给定的物理系统以某种测度产生所有可能的输出。所以不再保证所有副本都以相同的方式行事。我们可以用类似的方式解决这个难题,就像我们解决计数副本的含义一样:注意到如果我们选择一个偏好简单性的测度,那么相似的输入系统应该倾向于产生相似的输出选择,只有在偶然的世界中才不是这样。所以除非你是一个偶然的副本,否则你的大多数测度加权副本确实表现得和你一样,因此所有你的副本做出相同选择的想法在测度加权意义上大致是正确的。这里有一个过于简化的例子来说明这一点。假设99%的时间(以99%的测度),你的身体+环境表现得很经典,1%的时间(这是不切实际的高),量子效应会干扰。如果你的身体+环境有100万个副本,那么如果你在99%表现经典的副本中,那么大约99% * (100万) = 990,000个其他副本的行为方式与你相同。

这里描述的观点意味着一种激进程度的认识论相对主义。例如,基要派基督徒并不是错的(除非他们的信念在逻辑上是矛盾的);他们只是比非基督徒更关心多重宇宙中我们存在于由圣经所描述的上帝创造和监督的星球上的那部分宇宙。有科学头脑的人拒绝基督教是因为与之一致的宇宙具有高的Kolmogorov复杂度,但这只反映了有科学头脑的人更关心更简单宇宙的偏见。预设主义者是对的:"不可能有一套中立的假设可以用来与非基督徒推理。"辩论中的双方只是对模态实在主义多重宇宙中哪些宇宙更重要持有不同的偏好。同样,穆斯林、拉埃尔教徒和飞行面条怪物的信徒也不是错的——他们只是最关心自己偏好的宇宙类型。所有逻辑上一致的宗教——或任何类型的信念——在模态实在主义多重宇宙中的某处(而且无限多次)都是正确的。

在"理解确定性多重宇宙中的德意志概率"中,Hilary Greaves提出了我认为(??)是类似的结论,只是在量子多重宇宙领域而不是更大的模态实在主义多重宇宙:

我认为主观不确定性是不可能的,但我提供了一种替代解释,使埃弗雷特主义者能够在没有不确定性的情况下生活:我们可以在埃弗雷特主义者应该关心她所有未来分支的基础上证明埃弗雷特主义决策理论的合理性。出现在决策理论表示定理中的概率可以被解释为理性主体关心每个未来分支的程度。
[...]
我建议我们应该接受玻恩规则本身作为某种原始规则;这一建议得到了这样一个观察的支持:没有任何远程合理的替代方案。

另见Garrabrant (2014):

我目前的信念认为存在一个Tegmark 4(或更大)多重宇宙,但没有有意义的"现实流体"或"概率"测度。我们都在这个无限的多重宇宙中,但没有任何意义上某些部分比其他部分更存在或更可能。

[...]

我更关心简单的宇宙而不是复杂的宇宙,所以我已经做出决定以最大化由简单性加权的效用。结果完全一样,我不需要相信简单的事物更多地存在,因为我已经相信简单的事物更重要。

无论如何,这一切都非常令人费解和非主流,所以我不确定应该多认真地对待它。但它确实似乎是一个理解现实的一致框架。

(另见Facebook上关于这个话题的讨论。)

脚注

  1. 在物理世界的背景下,也许我们可以说当物质以某种方式排列时,给定的高级对象"存在"。例如,当原子排列成椅子的形状而不是其他形状时,椅子就存在了。然而,这并没有解释物理学本身存在意味着什么。  (返回)
  2. 我认为多重宇宙太大了,以至于我们永远无法对其进行合理的功利主义计算或为其组成部分分配合理的归一化测度,这是很有可能的。关于上帝(即多重宇宙)超出人类理解(或者可能超出我们宇宙中可以建造的任何物理代理的理解)的宗教观念可能适用于这里:

    上帝无限地比人更好更伟大。因此我们可以建立所有我们想要的小理论模型,我们可以试图将上帝强行塞进这些模型,但最终上帝不会"适合"。他总是超出我们的掌握。他对我们来说太高不可攀,太深不可测。我们无法将上帝装进盒子里。有限的人类思维跨度永远无法包含无限的[Max Tegmark的 ;) ]圣经上帝。

      (返回)

  3. 测度更高的宇宙通常有更多测度加权的我们的副本,这意味着我们通常可以在那些宇宙中产生更大的影响,这意味着我们通常应该"表现得好像"那些宇宙是真实的,因此我们对那些宇宙有更多谨慎隐含的"信念"。  (返回)