在任何可能的宇宙中,沒有智慧能夠知曉一切

一項數學理論限制了物理實體對過去、現在或未來的瞭解程度

在20世紀科學湧現的知識洪流深處,人們發現了關於我們所能知曉的事物的鐵定限制。維爾納·海森堡發現,例如,提高關於物體位置的精度,不可避免地會降低對其動量確定性的程度。庫爾特·哥德爾證明,在任何足夠先進以至於有用的形式數學系統中,都無法使用該系統來證明其包含的每個真命題。艾倫·圖靈證明,一般來說,人們無法確定計算機演算法是否會停止。

大衛·H·沃爾珀特是美國宇航局艾姆斯研究中心一位接受過物理學訓練的計算機科學家,他提出了自己版本的知識限制。由於這個限制,他得出結論,宇宙超出了任何可能存在於宇宙之內的智慧的掌握。具體而言,在過去的兩年裡,他一直在完善一項證明,即無論什麼物理定律支配著宇宙,都不可避免地存在著宇宙的居民無法透過實驗瞭解或透過計算預測的事實。夏威夷大學希洛分校的物理學家菲利普·M·賓德認為,該理論暗示,尋求統一規律的研究人員不可能期望得到比“幾乎所有事物的理論”更好的理論。

沃爾珀特的工作旨在建立一個對諸如測量數量、觀察現象、預測系統未來狀態或記住過去資訊等過程進行正式、嚴謹描述的框架——這種描述足夠通用,以至於獨立於物理定律。他觀察到,所有這些過程都具有一個共同的基本結構:必須配置某些東西(無論是實驗裝置還是執行模擬的計算機);必須指定關於宇宙的問題;並且必須提供答案(正確或錯誤)。他透過定義一類他稱之為推理裝置的數學實體來模擬這種通用結構。


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推理裝置作用於一組可能的宇宙。例如,我們的宇宙,意味著我們宇宙在所有時間和空間中的整個世界線,可能是由與我們宇宙相同的規則所允許的所有可能的此類宇宙集合中的一個成員。在沃爾珀特的分析中,不需要指定這些規則的任何內容。重要的是,各種可能的推理裝置在每個宇宙中提供對問題的答案。在一個類似於我們宇宙的宇宙中,推理裝置可能涉及一套數字秤,您將在明天中午站在上面,問題與您當時的質量有關。人也可能是推理裝置或推理裝置的一部分。

沃爾珀特證明,在任何這樣的宇宙系統中,都存在著系統內任何推理裝置都無法確定的量。因此,皮埃爾-西蒙·拉普拉斯在19世紀初假設的“ демоn ”(給 демоn 宇宙中每個粒子的確切位置和速度,它將計算出宇宙的未來狀態)如果 демоn 必須是宇宙的一部分,就會受阻。

研究人員之前已經證明了關於特定物理系統不可計算性的結果。沃爾珀特指出,他的結果更為普遍,因為它幾乎沒有對物理定律做出任何假設,並且除了推理裝置必須存在於所討論的宇宙中之外,它對推理裝置的計算能力沒有限制。此外,該結果不僅適用於對物理系統未來狀態的預測,也適用於對當前狀態的觀察和對過去狀態記錄的檢查。

該定理的證明類似於哥德爾不完備性定理和圖靈停機問題的結果,它依賴於說謊者悖論的變體——要求拉普拉斯的 демоn 預測關於宇宙未來狀態的以下是/否事實:“宇宙是否不會是你的答案為“是”的宇宙?”對於尋求真實的是/否答案的 демоn 來說,這就像試圖確定“這個陳述是假的”的真假一樣。知道整個宇宙的確切當前狀態,知道所有支配宇宙的定律,並擁有無限的計算能力,對 демоn 真實地說出它的答案是什麼毫無幫助。

然而,從某種意義上說,這種悖論的存在並不完全是驚天動地的。正如麻省理工學院的計算機科學家斯科特·阿倫森所說:“你對宇宙的預測從根本上受到你自己是你正在預測的宇宙的一部分的約束,這對我來說似乎總是很明顯的——我懷疑如果我們能問拉普拉斯本人,他也會說不是這樣。”不過,阿倫森確實承認,“詳細闡述一個想法背後的所有假設,以正式符號重新表達一切,並仔細思考其含義通常是一個有用的練習”,正如沃爾珀特所做的那樣。畢竟,魔鬼,或者說 демоn ,就藏在細節裡。

編者注:這篇文章最初以標題“不可能的推論”印刷。

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