Лічбавая фізіка

Лічбавая фізіка, у фізіцы і касмалогіі — сукупнасць тэарэтычных поглядаў, што сыходзяць з дапушчэння, што Сусвет па сутнасці апісваецца інфармацыяй і, такім чынам, можа вылічацца. З дадзеных здагадак вынікае тое, што Сусвет можа разумецца як вынік працы некаторай камп’ютарнай праграмы або як нейкі від лічбавай вылічальнай прылады (ці, па меншай меры, прылады, матэматычна ізаморфнай такому прыстасаванню).

Лічбавая фізіка заснавана на адной або некалькіх ніжэйпрыведзеных гіпотэзах (пералічаных у парадку ўзрастання ступені смеласці здагадак). Сусвет, ці рэальнасць:

 па сутнасці інфармацыйны (хоць не кожная інфармацыйная анталогія павінна быць лічбавай);
 па сутнасці вылічаецца;
 па сутнасці з’яўляецца лічбавым;
 з’яўляецца велічэзным камп’ютарам;
 вынік сімуляцыі.

 Гісторыя 

Відавочна, што кожны камп'ютар павінен быць сумяшчальны з прынцыпамі тэорыі інфармацыі, статыстычнай тэрмадынамікі і квантавай механікі. Фундаментальная сувязь паміж гэтымі абласцямі была прапанавана Эдвінам Джэйнсам ў двух работах па статыстычнай механіцыJaynes, E. T., 1957, «Information Theory and Statistical Mechanics», Phys. Rev 106: 620.Jaynes, E. T., 1957, «Information Theory and Statistical Mechanics II», Phys. Rev. 108: 171.. Акрамя таго, Джэйнс старанна прапрацаваў інтэрпрэтацыю тэорыі імавернасцей як абагульненне арыстоцелеўскай логікі, якае выглядае добра прыдатнай для таго, каб звязаць фундаментальную фізіку і лічбавыя камп'ютары, бо яны распрацаваны для выканання аперацый класічнай логікі і алгебры логікіJaynes, E. T., 1990, «Probability Theory as Logic», in Fougere, P.F., ed., Maximum-Entropy and Bayesian Methods. Boston: Kluwer..

Гіпотэза аб тым, што Сусвет з'яўляецца лічбавым камп'ютарам, упершыню была выказана Конрадам Цузэ ў кнізе Rechnender Raum («Вылічаючая прастора», перакладзеная на англійскую мову як Calculating Space). Тэрмін «лічбавая фізіка» выкарыстоўваўся Эдвардам Фрэдкінам, які потым аддаў перавагу тэрміну «лічбавая філасофія»Гл. сайт Фрэдкіна па лічбавай філасофіі . Сярод тых, хто разглядаў Сусвет як гіганцкі камп'ютар, былі Стывен ВальфрамСайт кнігі A New Kind of Science, Юрген Шмідхубер Schmidhuber, J., «Computer Universes and an Algorithmic Theory of Everything». і Нобелеўскі лаўрэат Герард 'т ХоафтG. 't Hooft, 1999, «Quantum Gravity as a Dissipative Deterministic System», Class. Quant. Grav. 16: 3263-79.. Гэтыя аўтары лічылі, што несумненна імавернасная прырода квантавай фізікі не абавязкова несумяшчальная з ідэяй вылічальнасці. Квантавая версія лічбавай фізікі нядаўна была прапанавана Сэтам Лойдам Lloyd, S., «The Computational Universe: Quantum gravity from quantum computation», Дэвідам Дойчам і Паолай ЦыцыZizzi, Paola, «Spacetime at the Planck Scale: The Quantum Computer View»..

Падобнымі ідэямі з'яўляюцца тэорыя протаальтэрнатыў Карла Фрыдрыха фон Вайцзэккера, панкамп'ютацыяналізм, вылічаная тэорыя Сусвету, тэорыя «рэчыва з інфармацыі» («it from bit») Джона Уілера і гіпотэза матэматычнага сусвету («Канечны ансамбль») Макса Тэгмарка.

 Лічбавая фізіка 

 Агляд 

Лічбавая фізіка мяркуе, што існуе — па меншай меры, у прынцыпе — праграма, якая вылічае ў рэальным часе эвалюцыю Сусвету. Гэты камп'ютар можа быць, напрыклад, гіганцкім клетачным аўтаматам (Цузэ, 1967) або універсальнай машынай Цьюрынга, як выказаў здагадку Шмідхубер (1997). Яны звярталі ўвагу на тое, што існуе вельмі кароткая праграма, якая можа вылічыць усе магчымыя вылічымыя Сусветы асімптатычна аптымальным шляхам.

Былі спробы атаясаміць адзінкавыя фізічныя часціцы з бітамі. Напрыклад, калі элементарная часціца, такая як электрон, пераходзіць з аднаго квантавага стану ў іншы, то гэта можа разглядацца як змена значэнні біта, напрыклад, з 0 на 1. Адзінкавага біта дастаткова для апісання адзінкавага квантавага пераходу дадзенай часціцы. Паколькі Сусвет, здаецца, складаецца з элементарных часціц, паводзіны якіх могуць быць цалкам апісаныя іх квантавымі пераходамі, то маецца на ўвазе, што ён можа быць цалкам апісана з дапамогай біт інфармацыі. Кожны стан інфармацыйны і кожная змена стану з'яўляецца зменай інфармацыі (патрабуе маніпуляцыі адным ці некалькімі бітамі). Не прымаючы да ўвагі цёмную матэрыю і цёмную энергію, якія на дадзены момант дрэнна зразумелыя, вядомы Сусвет складаецца з прыкладна 1080 пратонаў і прыкладна такой жа колькасці электронаў. Адсюль вынікае, што Сусвет можа быць прасімуляваны на камп'ютары, здольным захоўваць і маніпуляваць 1090 бітамі. Калі такая сімуляцыя ў рэчаіснасці мае месца, то звышцьюрынгавыя вылічэнні з'яўляюцца немагчымымі.

Петлявая квантавая гравітацыя падтрымлівае лічбавую фізіку ў тым, што яна лічыць прастору-час квантуемай. Паола Цыцы сфармулявала асэнсаванне гэтай ідэі ў тым, што называецца «вылічальная петлявая квантавая гравітацыя», або ВПКГ («computational loop quantum gravity», CLQG)Zizzi, Paola, «A Minimal Model for Quantum Gravity»Zizzi, Paola, «Computability at the Planck Scale». Іншыя тэорыі, якія аб'ядноўвалі аспекты лічбавай фізікі з петлявой квантавай гравітацыяй, былі вылучаны Аналізай Марцуіёлі і Марыё Разэцці Marzuoli, A. and Rasetti, M., 2002, «Spin Network Quantum Simulator», Phys. Lett. A306, 79-87.Marzuoli, A., and Rasetti, M., 2005, «Computing Spin Networks», Annals of Physics 318: 345—407. і Фларыянам Джырэлі і Этэрай ЛівінамGirelli, F.; Livine, E. R., 2005, «Reconstructing Quantum Geometry from Quantum Information: Spin Networks as Harmonic Oscillators» Class. Quant. Grav. 22: 3295-3314..

 Протаальтэрнатывы Вайцзэкера 

Тэорыя протаальтэрнатыў фізіка Карла Фрыдрыха фон Вайцзэккера ўпершыню была прадстаўлена ў кнізе Einheit der Natur («Адзінства прыроды»; 1971) (перакладзеная на англійскую ў 1980 годзе як «The Unity of Nature») і ў наступным распрацоўвалася ў кнізе «Zeit und Wissen» («Час і пазнанне»; 1992). Гэтая тэорыя з'яўляецца разнавіднасцю лічбавай фізікі, бо аксіяматычна мяркуе, што квантавы свет складаецца з адрознення паміж эмпірычна назіранымі, двайковымі альтэрнатывамі. Вайцзэккер выкарыстаў сваю тэорыю для ўстанаўлення трохмернасці прасторы і для ацэнкі энтрапіі падаючага ў чорную дзірку пратона.

 Панкамп'ютэцыяналізм, або Тэорыя вылічымага Сусвету 

Панкамп'ютэцыяналізм (таксама «пан-камп'ютэцыяналізм», «прыродны камп'ютэцыяналізм») — гэта погляд на Сусвет як на вялікую вылічальную машыну ці, хутчэй, сетку вылічальных працэсаў, якая вылічае наступны стан фундаментальных фізічных законаў (дынамічна развівае) з бягучага стануPapers on pancompuationalism.

 Лічбавая або інфармацыйная фізіка 

Не кожны інфармацыйны падыход да фізіцы (або анталогіі) з'яўляецца абавязкова лічбавым. Паводле Лучана ФлародзіFloridi, L., 2004, «Informational Realism» , in Weckert, J., and Al-Saggaf, Y, eds., Computing and Philosophy Conference, vol. 37.", «інфармацыйны структурны рэалізм» ёсць варыянт структурнага рэалізму, які падтрымлівае анталагічнае абавязацельства свету, які складаецца з паўнаты інфармацыйных аб'ектаў, якія дынамічна ўзаемадзейнічаюць адзін з адным. Такія інфармацыйныя аб'екты павінны разумецца як вымушаючыя афардансы.

Лічбавая анталогія і панкамп'ютэцыяналізм таксама з'яўляюцца незалежнымі. У прыватнасці, Джон Уілер адстойваў першы, але нічога не казаў пра другі.

З аднаго боку, панкамп'ютэцыяналісты, такія, як Лойд (2006), якія канструявалі Сусвет як квантавы камп'ютар, могуць дагэтуль падтрымліваць аналагавую ці гібрыдную анталогію, а з другога боку, інфармацыйныя анталогія, такія як Сайрэ і Фларыды, не прымаюць ні лічбавую анталогію, ні пазіцыю панкамп'ютэцыяналістаў Гл. даклад Фларыды «Informational Nature of Reality» на канферэнцыі E-CAP у 2006 годзе..

 Крытыка 

Крытыкі лічбавай фізікі, уключаючы фізікаў, якія працуюць у вобласці квантавай механікі, пярэчаць супраць яе па шэрагу прычын.

 Неперарыўнасці фізічных сіметрый 

Адно з пярэчанняў заключаецца ў тым, што існуючыя цяпер мадэлі лічбавай фізікі несумяшчальныя з існаваннем некаторых неперарыўных прыкмет фізічных сіметрый, напрыклад, сіметрыі кручэння, трансляцыі прасторы, сіметрыі Лорэнца і электраслабай сіметрыі, якія з'яўляюцца цэнтральнымі для цяперашняй фізічнай тэорыі.

Абаронцы лічбавай фізікі заяўляюць, што такія неперарыўныя сіметрыі — усяго толькі зручныя (і вельмі добрыя) прыбліжэнні дыскрэтнай рэальнасці. Напрыклад, разважанні, якія прыводзяць да сістэм прыродных адзінак і высновы аб тым, што планкаўская даўжыня з'яўляецца мінімальнай значнай адзінкай даўжыні, прапануюць, што на пэўным узроўні прастора сама па сабе квантаванаяJohn A. Wheeler, 1990, «Information, physics, quantum: The search for links» in W. Zurek (ed.) Complexity, Entropy, and the Physics of Information. Redwood City, CA: Addison-Wesley..

 Гл. таксама 
 Конрад Цузэ
 Квантавыя вылічэнні
 Галаграфічны прынцып
 Машына Цьюрынга

 Спасылкі 
 Luciano Floridi, «Against Digital Ontology» , Synthese, 2009, 168.1, (2009), 151—178.
 Edward Fredkin:
 Introduction to Digital Philosophy 
 Gontigno, Paulo, «Hypercomputation and the Physical Church-Turing thesis»
 Petrov, Plamen, and Joel Dobrzelewski, 1998. Сайт «Digital Physics» 
 Juergen Schmidhuber:
 Дамашняя старонка, 1996—2007
 Computer Universes and Algorithmic Theory of Everything
 «Zuse’s Thesis: The Universe is a Computer»
 Konrad Zuse, PDF-скан  працы Цузэ.
 Digital physics . Mountain Math Software.
 The Oxford Advanced Seminar on Informatic Structures 
 Wired: God is the Machine
 Gualtiero Piccinini. Computation in Physical Systems. Абмяркоўвае метафізічныя асновы лічбавай фізікі ў раздзеле 3.4.

Катэгорыя:Тэарэтычная фізіка
Катэгорыя:Тэорыя алгарытмаў