Metazákon, který je nadřazený všem: může teorie informace ukázat směr ke skutečné „teorii všeho”?

Zeeya Merali
Scientific American


© physics.ox.ac.uk
Fyzik David Deutsch, který spolu s Chiara Marlettou pracuje na potenciální “teorii všeho”.


„Když jste vyloučili všechno, co je nemožné,” jak prohlásil fiktivní detektiv Sherlock Holmes, „pak cokoliv zbývá, ať je to sebeméně pravděpodobné, musí být pravda.” Toto rčení tvoří základní princip „teorie konstruktéra” – kandidáta na „teorii všeho”, kterou v roce 2012
poprvé navrhl David Deutsch, kvantový fyzik na Oxfordské univerzitě. Jeho cílem bylo najít rámec, který by mohl zahrnovat všechny fyzikální teorie, které určí soubor zastřešujících „metazákonů”, které popisují, co se ve vesmíru může stát a co není dovoleno. V odborné práci z 23. května [2014], zveřejněné na serveru fyziky arXiv, zaznamenala teorie konstruktéra svůj první úspěch k dosažení tohoto cíle, pomocí sjednocení dvou oddělených teorií, které se v současné době používají k popisu zpracování informací jak v makroskopických, klasických systémech, tak  i v subatomických, kvantových objektech.

Vědci v oblasti výpočetní techniky v současné době používají teorii vyvinutou ve čtyřicátých letech 20. století americkým matematikem a kryptografem Claudem Shannonem, která popisuje, jak mohou být klasické informace kódovány a efektivně přenášeny přes kanály obsahující šum – například jaký největší objem dat lze teoreticky přenést optickými vlákny, aby byla stále čitelná. Současně se fyzici snaží vytvořit kvantové počítače, které by mohly v zásadě využívat pozoruhodných aspektů subatomické sféry, což by jim umožnilo provádět určité úkoly mnohem rychleji než dnešním klasickým strojům.

Ovšem principy definované Shannonovou teorií nelze aplikovat na zpracování informací pomocí kvantových počítačů. Ve skutečnosti, jak poznamenává Deutsch, fyzici nemají jasnou definici toho, co vlastně „kvantová informace” je, nebo jak souvisí s klasickou informací. Jak uvedl, „pokud chceme dosáhnout pokroku v hledání nových algoritmů pro kvantové počítače, musíme pochopit, co kvantová informace skutečně je”! „Algoritmy pro kvantové počítače, které byly zatím objeveny, byly nečekané překvapení objevené naším tápáním, protože nemáme žádnou počáteční teorii, která by nás vedla.“

Deutsch v roce 2012 načrtl teorii konstruktéra, která podle jeho názoru může poskytnout zásadní základ pro velkolepé sjednocení všech teorií jak v klasické, tak i kvantové oblasti. Tato nejnovější práce je prvním krokem k tomuto většímu cíli – ukázka toho, jak lze klasickou a kvantovou informaci použít ke sjednocení dvou fyzikálních teorií. Podle teorie konstruktéra jsou nejzákladnějšími prvky reality bytosti – „konstruktéři” – které plní určité úkoly, doprovázené souborem zákonů, které definují, jaké úkoly může  konstruktér ve skutečnosti provést. Například varná konvice s napájecím zdrojem může sloužit jako konstruktér, který může provádět úlohu ohřívání vody. „Jazyk teorie konstruktéra nám poskytuje  přirozenou cestu, jak popsat nejzákladnějších principy, které musí být dodržovány všemi podpůrnými teoriemi, jako třeba princip zachování energie,” vysvětluje Chiara Marletto, také oxfordský kvantový fyzik, který je spoluautorem této nové práce. „Prostě řeknete, že úkol tvorby energie z ničeho není proveditelný.”

Dean Rickles, filozof fyziky na univerzitě Sydney, který se nepodílel na vývoji téo teorie, je fascinován jejím potenciálem sjednotit přírodní zákony. „Je to velmi zajímavé nové pojetí teorie všeho,” říká Rickles. „V podstatě vše, co je možné v našem vesmíru, by mohlo být napsáno ve velké knize, která obsahuje pouze úkoly [a v této] velké knize budou také zakódovány všechny fyzikální zákony”.

Aby mohli vyvinout popis informací, Deutsch a Marletto se zaměřili na jeden klíčový úkol, který je možný v klasických systémech, ale nemožný v kvantových systémech: schopnost vytvářet kopii. Fyzikové od osmdesátých let 20. století vědí, že je nemožné vytvořit identickou kopii neznámého kvantového stavu. Deutsch a Marletto ve své nové práci definují klasické informační médium jako takové, ve kterém mohou být všechny stavy přesně zkopírovány. Poté následuje určení toho, které úkoly musí být v takovém systému možné, aby byly v souladu se Shannonovou teorií.

Tito dva spolupracovníci dále definují pojem „superinformačního” média, které kóduje zprávy, jež určují konkrétní fyzické stavy – v tomto případě ten, ve kterém je kopírování nemožné. Zjistili, že určitá podskupina jejich superinformačního média vykazuje vlastnosti spojené se zpracováním kvantových informací. „Zjistili jsme, že s tímto omezením v účinnosti, které vám říká, co nemůžete dělat v superinformačním médiu – úkol kopírování – skončíte u objevu podivné nové schopnosti zpracování informací, která je vlastností kvantových systémů,” říká Marletto.

Tým dokázal, že když platí toto omezení kopírování, začne se objevovat řada dalších vlastností: měření stavu superinformačního média ho nevyhnutelně naruší – což je vlastnost, která je běžně spojována s kvantovými systémy. Protože je zakázáno vytvářet přesnou kopii určitých souborů stavů v superinformačním médiu, vyvolává to určitou nejistotu ve výsledku měření.

Tým také ukázal, že provázání – strašidelná vlastnost, která spojuje kvantové objekty dohromady tak, že konají v tandemu bez ohledu na to, jak moc jsou od sebe vzdáleny – také vzniká přirozeně, jakmile je zavedeno toto omezení kopírování. Podle Marlettoa je rozhodující vlastností systému, který obsahuje dva provázané stavy, skutečnost, že informace uložená v kombinovaném systému obsahuje více, než informace, kterou lze získat, když zkoumáme každého člena dvojice pouze jednotlivě. Kvantový celek je více, než součet jeho částí.

Deutsch a Marletto ve své práci demonstrují, že informace mohou být zakódovány ve dvou superinformačních médiích takovým způsobem, že je nemožné vyvolat je odděleně pomocí měření jednotlivých subsystémů – to znamená, že provázání je nevyhnutelné. Stejně tak v klasickém médiu není provázání možné. „Co je přitažlivé na tomto formalismu je způsob, jakým vykrystalizují  společné rysy kvantové mechaniky,” říká Patrick Hayden, kvantový fyzik na Stanfordské univerzitě, a dodává: „Mám opravdový respekt vůči tvůrčímu myšlení, které stojí za teorií konstrutéra a jejím ambicím.” Hayden nicméně poznamenal, že existují konkurenční pokusy jiných vědců, kteří se snaží vyvinout hlubší porozumění kvantové mechaniky, včetně myšlenek založených na kopírování; zatím je příliš brzy na to určit, které se případně ukáží, pokud nějaké, jako nejlepší vystižení skutečnosti.

Rickles souhlasí s tím, že fyzici budou potřebovat čas, aby ověřili, zda tato teorie – která ještě neprošla recenzním řízením – opravdu umožňuje sjednocení klasické a kvantové teorie informací. Pokud by to však bylo potvrzeno, podpořilo by to Deutschovo snažení v honbě za dlouho hledanou teorií kvantové gravitace, která by spojila v současnosti neslučitelnou kvantovou teorii a obecnou relativitu. „Je to poprvé v historii vědy, kdy víme, že naše nejhlubší teorie nejsou platné, takže je zřejmé, že potřebujeme hlubší teorii,” říká Deutsch.

Rickles se domnívá, že teorie konstruktéra má potenciál předepisovat metazákony, které obecná teorie relativity a kvantová teorie musí dodržovat. „Metazákony jsou stabilnější bytosti, přežívají vědecké revoluce,” říká. „Mít po ruce takové principy nám poskytuje lepší pochopení povahy reality. Řekl bych, že je to značná výhoda.”

 

Komentář: Více informací o teorii informací a o tom, jak se může týkat našeho každodenního života, naleznete v nové knize Pierra Lescaudrona a Laury Knight-Jadczyk, Proměny země a lidsko-vesmírné spojení.


NS komentář:
Recenze knihy „Proměny Země a lidsko-vesmírné spojení“ na našich stránkách.

A také úryvek ze souvisejícího článku Základem vesmíru může být informace, nikoliv energie nebo hmota:

Perry se přiblížil k tomu, aby uznal existenci projektanta přírody, ale je tu podezření, že materialisticko/ateistická ideologická korektnost, která sužuje vědu, ho odradila od vyvození jasného závěru. Centrálnost informací pro přírodu naznačuje, že na druhém konci se nachází mysl – forma je koneckonců jen to, co je o věci srozumitelné – ale ještě důležitější je, že informace naznačuje mysl na  začátku stvoření.

Formy mohou existovat v myslích a ve věcech, ale existence formálních a konečných příčin v přírodě předem předpokládá mysl, která řídí přirozené procesy ke skutečně srozumitelným cílům. Jak napsal Tomáš Akvinský ve své Páté cestě, stejně jako odvodíme lukostřelce, když vidíme namířený šíp letět vzduchem, je rozumné odvodit mysl, která namíří přírodní procesy podle pravidelnosti a fyzikálních zákonů.

Informace, chápané jako formální a konečná příčina, jsou tím, co činí přírodu skutečnou. A informace předpokládá konstruktéra.

David Ray Griffin, ovlivněný filosofem a matematikem Alfredem Whiteheadem, nazývá tento zdroj informací kosmickou myslí.

Pro ty kteří ovládají anglický jazyk můžeme doporučit podcast rádia Sott.net, Bytí jako (svaté) přijímání: proč je teorie informace skvělejší než si myslíte:

Informace je víc, než si většina lidí myslí. Samozřejmě získáváme informace z knih, zpráv, klábosením a googlením. Informace je také základem počítačových programů a DNA v našich buňkách. Ale současně je mnohem mnohem víc. Ve skutečnosti může tvořit základní aspekt reality tak jak jí známe: od částic a energie ve fyzice, až po tvar našich těl a dokonce samotných procesů pozorování, myšlení a volby.

Matematik, filozof a zastánce inteligentního plánu William Dembski ve své knize Bytí jako přijímání [Being As Communion] předkládá to, co označuje za metafyziku informace a argumentuje, že informace a inteligence sahají od samého základu až po vrchol kosmu. Myšlenky teorie informace silně souznějí s myšlenkami procesuálního filozofa Alfreda Whiteheada a také Jordana Petersona.

  •  
  • 53
  •  

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.