جذابترین نکته در مورد علم این است که گاهی اوقات، برای مدت کوتاهی، شما درکی عمیق از نحوه عملکرد جهان دارید که هیچکس دیگری ندارد.
چند ماه گذشته برای من اینگونه بوده است.
من بهتازگی مقالهای را منتشر کردهام که این موضوع را به اشتراک میگذارد (بهصورت پیشچاپ در arXiv در دسترس است). این مقاله خطوط کلی نظریه جدیدی از ظهور را بیان میکند، نظریهای که به دانشمندان اجازه میدهد تا علیت سیستمهای پیچیده را در مقیاسهای مختلف آنها آشکار کنند.
تبریک میگم اریک، اما، چرا علم به نظریهای در مورد ظهور نیاز دارد؟
خوشحالم که پرسیدید. زیرا تقریباً هر توضیح علّی که شما در کل زندگی خود در مورد جهان ارائه دادهاید - مانند "چه چیزی باعث چه چیزی شده است؟" - بر اساس مقیاسهای کلان بیان شده است. آنها که گاهی "کاهش ابعاد" نامیده میشوند، فقط به معنای توصیف سطح بالاتری از رویدادها، اشیاء یا رخدادها هستند. دما یک مقیاس کلان کلاسیک است. اما بیشتر چیزهای دیگر نیز همینطور هستند. اگر فرزند شما بپرسد "چرا آب گرم است؟" و شما پاسخ دهید "زیرا من شیر آب گرم را باز کردم"، این توضیحی است که کاملاً بر اساس مقیاسهای کلان ارائه شده است. "شیر آب باز شد"، مقیاس کلان. "آب"، مقیاس کلان. "گرم"، مقیاس کلان. "من"، مقیاس کلان.
در واقع، بیشتر عناصر و واحدهای علم، مقیاسهای کلان هستند. علم این نردبان عظیم فضایی و زمانی را تشکیل میدهد، نردبانی که پاهای آن محکم در فیزیک خرد قرار دارد، و هر پله آن نشاندهنده رشتهای است که به سمت بالا صعود میکند.
این امر مستلزم تنشی در قلب علم است. دانشمندان، در عمل، emergentist هستند، کسانی که طوری عمل میکنند که گویی چیزهایی که مطالعه میکنند از نظر علّی اهمیت دارند. اما دانشمندان، در اصل، reductionist هستند. اگر تحت فشار قرار گیرند، بسیاری از دانشمندان میگویند که مقیاسهای کلانی که مطالعه میکنند فقط فشردهسازیهای مفیدی هستند. به هر حال، هر مقیاس کلان (مانند دما) را میتوان به مقیاس خرد زیربنایی آن (پیکربندی و رفتار ذرات) تقلیل داد. بنابراین آنها با خوشحالی چیزهایی مانند "این ژن باعث این بیماری میشود" میگویند، علیرغم این واقعیت که یک ژن فقط مجموعهای از مولکولها است، و سپس به نوبه خود اتمها، و شاید در زیر آن رشتهها و غیره.
بنابراین چگونه آن توصیف مقیاس کلان میتواند اهمیت داشته باشد؟ چرا علیت به سادگی "به پایین تخلیه نمیشود"، و هیچ راه واقعی برای اهمیت داشتن چیزی جز فیزیک خرد وجود ندارد؟ این موضوع با اینکه به نظر میرسد مقوله علمی "ژنها" به دانش ما از جهان به گونهای میافزاید که فراتر از اتمهای زیربنایی آن است، در تضاد است.
این مشکل مرا شبها بیدار نگه میدارد. به معنای واقعی کلمه، این چیزی است که من دراز میکشم و به آن فکر میکنم. سالها پیش، در مقاله خود "وقتی نقشه بهتر از قلمرو است"، پاسخی را که امیدوارکننده و ظریف میدانستم، ترسیم کردم: تصحیح خطا. این اصطلاحی از نظریه اطلاعات است، جایی که میتوانید سیگنالها را در طول یک کانال پر سر و صدا رمزگذاری کنید تا آن نویز را کاهش دهید. تلفن شما به دلیل تصحیح خطا کار میکند.
خب، من فکر میکنم مقیاسهای کلان سیستمها اساساً رمزگذاریهایی هستند که تصحیح خطا را به روابط علّی یک سیستم اضافه میکنند. یعنی آنها عدم اطمینان در مورد "چه چیزی باعث چه چیزی میشود؟" را کاهش میدهند. و این تصحیح خطای اضافه شده دقیقاً همان چیزی است که ظهور است. بنابراین اگر یک مقیاس کلان از مقیاس خرد زیربنایی خود "ظهور کند"، به این دلیل است که به طور منحصربهفردی مقدار مشخصی از تصحیح خطا را اضافه میکند، به طوری که پاسخ واضحتری به "چه چیزی باعث چه چیزی میشود؟" در آن مقیاس کلان وجود دارد.
اگر میخواهید مقالهای محبوب در توضیح این ایده بخوانید، میتوانید این مقاله قدیمی در Quanta را بخوانید، که کار قبلی من را نشان میدهد (کار کسی که به عنوان یک مرد بسیار جوان ظاهر میشود - من در عکس مانند یک نوزاد به نظر میرسم!).
اما، در حالی که درک مفهومی وجود داشت، من همیشه احساس میکردم که کارهای بیشتری باید در مورد ریاضیات نظریه اصلی انجام شود. سوراخها و نقصهایی وجود داشت. برخی را فقط من میتوانستم ببینم، اما گاهی اوقات دیگران نیز میدیدند (همه به نظریه اصلی متقاعد نشده بودند، به دلیل نحوه عملکرد ریاضیات اولیه؛ به ویژه معیار علیت، که اطلاعات مؤثر نامیده میشود، که ما در ابتدا استفاده کردیم، و این نسخه جدید از نظریه فراتر میرود). از آن زمان، دانشمندان دیگر سعی کردهاند نظریههای جایگزینی برای ظهور ارائه دهند، اما هیچکدام به طور گسترده پذیرفته نشدهاند، معمولاً در دام تعریف آنچه مقیاسهای کلان را فشردهسازیهای موفقی میکند، میافتند (به جای اینکه واقعاً چه چیزی اضافه میکنند).
بنابراین این نسخه جدید، که به طور اساسی ریاضیات زیربنایی ظهور علّی را با استناد به علیت به صورت اصولی بهبود میبخشد، و آن را بسیار قوی میکند، و همچنین نظریه را تعمیم میدهد تا به ساختار چند مقیاسی نگاه کند، یک دهه در حال ساخت بوده است. من فکر میکنم این یک حساب اولیه از ظهور را با پتانسیل پذیرش گسترده و (مهمتر از همه) استفاده ارائه میدهد.
اکنون میتوانید پیشچاپ جدید را در arXiv پیدا کنید.
مطالب زیادی در این مقاله وجود دارد، اما برای بررسی عمیق در arXiv به صورت رایگان در دسترس است، بنابراین من فقط به یک نکته جالب اشاره میکنم که عمداً در این مقاله به آن اشاره نمیکنم، که این است که...
ظهور علّی برای تعریف اراده آزاد ضروری است.
البته، من نمیتوانم در مورد این موضوع در مقاله صحبت کنم بدون اینکه به لانه زنبورها دست بزنم. لحظهای که از "اراده آزاد" نام میبرید، همه چیز به بحث و جدل کشیده میشود. این یک موضوع فکری همهچیزخوار است که همه چیزهای جالب یا مهم دیگر را مبهم میکند. بنابراین من معمولاً به طور کامل از آن اجتناب میکنم.
این شکایت من نیست. کارها باید به روش خاصی انجام شوند، و یک نظریه ظهور پیامدهای زیادی فراتر از مفهوم اراده آزاد دارد. یک نظریه ظهور ارزش علمی عملی دارد، و این چیزی است که مسیر تحقیق باید روی آن تمرکز کند: تبدیل ظهور علّی به زبان رایج در میان دانشمندان با ارائه یک جعبه ابزار ریاضی مفید که میتوانند آن را اعمال کنند و اطلاعات مرتبط را از آن استخراج کنند (مانند اینکه چه مقیاسهایی در واقع از نظر علّی در سیستمهایی که مطالعه میکنند مرتبط هستند).
اما همچنین بدیهی است که، اگر شما به سادگی نظریه را برگردانید و خودتان را به عنوان یک سیستم در نظر بگیرید، نظریه حرفهای زیادی برای گفتن در مورد اراده آزاد دارد. پیامدهای زیادی از این موضوع به عنوان تمرینی برای خواننده تیزبین باقی مانده است، اما در اینجا یک اشاره اولیه وجود دارد:
این نسخه جدید و بهروز شده از ظهور علّی نشان میدهد که شما - بله، شما - سیستمی هستید که مقیاسهای مختلفی را نیز در بر میگیرد (مانند میکروفیزیکی تا سلولهای شما تا حالات روانی شما). مهمتر از همه، مقیاسهای مختلف به روشی تقلیلناپذیر به عملکردهای علّی شما کمک میکنند. یک تعریف علمی معتبر از اراده آزاد در این صورت یک شرط لازم خواهد داشت: اینکه شما یک توزیع نسبتاً "سنگین از بالا" از مشارکتهای علّی داشته باشید، جایی که حالات کلان روانی شما بر سلسله مراتب فضایی-زمانی تشکیل شده توسط بدن و مغز شما تسلط دارند. در این صورت، شما در اصطلاحات علّی، عمدتاً "توسط" آن مقیاسهای کلان سطح بالاتر "رانده" میشوید، به این معنا که آنها بزرگترین سهم علّی در رفتار شما هستند. این را میتوان مستقیماً با تجزیه و تحلیل پیچیدگی ظهور که در این مقاله معرفی شده است، ارزیابی کرد. احتمالاً میتوان آزمایشهایی را برای بررسی شواهد علمی برای این موضوع طراحی کرد... اما این تمام چیزی است که من خواهم گفت.
بعدش چی؟
بدیهی است که اینها موضوعات مهمی هستند. به نظر میرسد که من در چند سال آینده با استفاده از وابستگی مجدد خود به دانشگاه تافتس در مورد آنها منتشر خواهم کرد. من به عنوان یک جعبه ابزار نظری فکر میکنم ظهور علّی شایسته نوعی کاربرد و تأثیری است که چیزی مانند اصل انرژی آزاد داشته است (البته در مورد موضوعی متفاوت). و حقیقت ساده این است که شما نمیتوانید فقط ایدهها را مطرح کنید و انتظار داشته باشید که دیگران پتانسیل را ببینند و با آنها پیش بروند. شما باید خودتان توپ را به پایین زمین بیاورید تا دیگران به شما ملحق شوند. من فکر میکنم این تحقیق حتی پیامدهای مهمی برای ایمنی هوش مصنوعی دارد، زیرا چیزهایی مانند درک "چه چیزی چه کاری انجام میدهد؟" به روشهای کاهش یافته ابعاد برای باز کردن جعبههای سیاه شبکههای عصبی مصنوعی مهم خواهد بود.
اگر تعجب میکنید، در طول این مأموریت، من قصد ندارم چیزی را در مورد نوشتن چشمانداز ذاتی تغییر دهم - من سالها در اینجا نوشتم در حالی که علم مشابهی انجام میدادم. اما این تحقیق جدید ارزش اضافه شدن به صفحه من را دارد، زیرا یک چیزی که من در طول زندگیام آموختهام این است که ایدههای خوب، ایدههای واقعاً خوب، بسیار نادر هستند.
در واقع، شما فقط چند تا در طول یک عمر به دست میآورید.