#引力信息论

1个月前

地心引力可能根本就是牛顿他老人家想像出来的，人们以为的引力，其实是宇宙在做数据压缩。！？听起来有点像讨论科幻电影的设定，但这就是Melvin Vopson这个物理学家，花了六年时间试图在证明的事。所以下面这篇paper在说的是他的震撼结论，那就是，人们以为一个苹果落地的时候，宇宙在做是物质运动？是时空弯曲？但其实可能只是一个看不见的计算过程正在优化它的代码。从一个简单的事实开始。如果你的硬盘里存着一千张照片，占了十个G的空间。你把它们压缩成一个zip文件，现在只占两个G。这个过程发生了什么？信息量没有变，一千张照片还是一千张照片，但存储它们需要的物理资源减少了。 Vopson的理论说，宇宙也在做同样的事情。当两个物体靠近，当行星围绕恒星旋转，当你我脚踩大地，本质上都是信息在重新排列，让整个系统的描述变得更简洁。这不是简单打打比方。Vopson从一个听起来荒谬的前提开始，开始尝试用数学来精确表达这个“物理理论“。他提出，既然兰道尔原理说计算是有能量代价的，质能方程说能量有质量，那么串联起来。是不是就是信息-能量-质量构成一个完整的等价类。姑且不说兰道尔原理中的"能量"和相对论质能方程中的"能量"是同一个物理量吗？因为前者是热力学能量，与温度和熵相关；后者是相对论能量，与时空曲率相关。两者的统一不是自我成立的，需要更深层次的论证。但Vopson在这里先做了一个大胆的本体论承诺，信息本身有质量。不是说硬盘里的数据会让硬盘变重，而是说信息作为一种物理实体，携带着极其微小但真实的质量。这个质量小到无法直接测量，但它遵循爱因斯坦的质能方程。能量可以转化为质量，质量可以转化为能量，信息也可以转能量再转质量。如果先接受这个前提，接下来的推论就像水银注地一样顺畅了。物理系统不仅有能量和质量，还有信息内容。一团分散的气体云，每个粒子的位置都需要单独记录，信息量很大。当这团气体在引力作用下收缩成一颗恒星时，就只需要记录一个中心坐标和总质量，信息量大幅减少。这个信息减少是结果吗？Vopson说非也非也，是原因！不是引力导致了收缩，而是宇宙倾向于用更少的信息描述自己，这个倾向就是万！有！引！力！不得不承认这听上去很mad，但却成功的引起了我的注意，即使是在我最不想看科学理论的美好就餐时刻。更疯狂的是他居然还导出了牛顿的万有引力公式。用信息熵的减少速率，配合一些信息论和统计物理的工具，他得到了很多人从中学就知道但现在已经糊哩糊涂的F等于G乘以两个质量除以距离平方。同样的公式，完全不同的起源。牛顿说引力是物质之间的吸引力，爱因斯坦说引力是时空的弯曲， Vopson说引力是信息优化的副产品。三个完全不同的本体论，描述同一个现象。所以。物理定律到底是什么？！是自然界遵守的规则，还是我们观察到的模式？传统答案是前者，定律是客观的、先于观察的真理。但如果Vopson是对的，定律可能只是表面现象，更深的真相是信息的逻辑。就像你在电脑上看到的图像遵循透视法则，但这个"法则"不是屏幕内部的规则，而是渲染引擎的输出结果。引力定律可能也是这样，它不是时空本身的性质，而是信息处理过程的输出。这个理论的哲学含义比技术细节更挠人。它暗示宇宙不是一个被动的物质集合，而是一个主动的计算过程。这个过程没有意识没有目的，但它，有方向，那就是朝向更高的效率。每一次物质聚集，每一次结构形成，都是这个过程的一步。恒星的诞生不是随机事件，而是必然结果，因为恒星是比气体云更高效的信息组织方式。生命的出现也不是奇迹，而是信息复杂度达到新层次的标志。你此刻正在阅读我写的东西，你的大脑正在处理我在叨叨的这些概念，这本身就是宇宙信息演化的最前沿。但理论在这里受限了。Vopson说宇宙在降低信息熵，但热力学第二定律说熵永远增加。这两个不是矛盾了吗？ Vopson说是因为它们描述不同层次，一个是微观无序，一个是宏观有序。这个解答我是不满意的，因为没有解释为什么两个层次可以有相反的趋势。还有一个更根本的问题。信息是总是相对于某种编码方式的，而同一个物理系统在不同的描述下有不同的信息量。那宇宙是在优化哪一种编码？如果说是有一个"自然的"编码方式，那这个自然性又从哪儿来？我看这些问题，可能，也许，永远，也不会有答案。但这个so far影响（/刺激）了我的食欲的理论还是有价值的。它的价值在于迫使我重新审视那些以为已经理解的概念。什么是真实的？物质真实还是信息真实？如果两者都真实，它们之间的关系是什么？能不能想象一种物理学，它不是关于粒子和力场的，而是关于比特和算法的？这样的物理学会解释什么，会遗漏什么? 从另一个更实际的角度来看待这个理论。无论宇宙是不是真的在做数据压缩，这个视角已经是有启发性的了。量子信息科学在过去二十年取得了巨大进展，部分原因就是它用信息论的工具重新审视量子力学。量子纠缠不再只是一个神秘的现象，而是一种信息资源，可以用来做量子计算和量子通信。黑洞信息悖论，困扰理论物理半个世纪，现在被框定为信息守恒问题。引力如果也能用信息语言重新表述，即使这个表述不是"真的"本体论真相，它也可能带来技术突破。而且这个理论有一个隐藏的美学吸引力你发现没？它把宇宙的演化描绘成一个优雅的叙事，从混沌到秩序，从冗余到简洁，从低效到高效。大爆炸之后的宇宙是一碗几乎均匀的能量味（熵）增汤，信息内容极低。引力不稳定性打破了这种均匀性，物质开始聚集，结构开始涌现。每一次相变，每一次对称性破缺，都是信息组织方式的升级。恒星和星系是宇宙1.0，化学和行星是宇宙2.0，生命和意识是宇宙3.0。如果这个叙事是真的，人们就不是宇宙的旁观者，而是参与者，是宇宙认识自己的方式。但这个美学叙事不免危险地容易滑向太有目的性，似乎宇宙有一个预定的方向和目标。这在科学上能成立吗？自然界是没有意图，演化没有方向，只有过程和偶然性。即使宇宙展现出从简单到复杂的趋势，这也不是设计的结果，而是初始条件加上物理定律的统计后果。 Vopson的理论如果要成立，就要解释这个趋势如何在没有设计师的情况下涌现。他用信息熵的统计性质来回答这个问题，说实话，我看不懂。然后理论对意识的含义呢。如果物理现实是信息，那意识也是信息处理过程。你此刻的主观体验，对自己思考的觉察，在这个框架下都是特定类型的信息模式。如果复杂的信息结构可以有涌现的性质。但它确实可以取消意识的神秘性，将它放回自然秩序之中。这对一些人是解放，而对另一些人是威胁。如果意识只是宇宙计算过程的一个子程序，自由意志还有空间吗？道德责任还有基础吗？这些问题被激活，但明显超出了物理学的范围。科学不仅可以改变人们对世界的理解，也改变人们对自己的理解。哥白尼说地球不是中心，达尔文说人类不是特殊创造，弗洛伊德说意识不是主人。 Vopson如果被证明是对的，他就可以加入这个去中心化的传统，告诉大家说，物质不是基础。即使他错了，他的想法也蛮刺激好玩的。这个理论现在有数学形式，有哲学吸引力，但是没有实验预言。所以这是致命的弱点。因为没有有可测试的预言，理论就无法被证实或证伪，它只是一种重新描述已知现象的方式。我想知道的是，如果引力真的是信息效应，那么在什么情况下会偏离传统引力理论？也许在极高的信息密度下，比如黑洞附近？也许在量子尺度上，信息和引力的耦合会产生可测量的效应？不管怎样，理论探讨的可能性空间还是大大滴拓展了的。在Vopson之前，信息论物理学主要应用于量子力学和热力学，引力被认为是不同的，是几何的，非信息的。现在这个边界被挑战了。即使最终证明引力不能被完全还原为信息，这个尝试本身也加深了我们对引力、信息、以及两者关系的理解。科学探索嘛，本来就是有些会成功，有些会失败。进步不是线性的真理积累，只要每一次概念空间的探索留下点什么痕迹，能指引点未来的方向就差不多够可以了。现在回到开头的问题。苹果落地的时候，宇宙在干什么？传统答案是，地球的质量弯曲了周围的时空，苹果沿着这个弯曲的测地线运动（有没有觉得眼熟）。 Vopson的答案是，苹果和地球分开时需要记录两个位置，它们靠近时只需要记录一个，宇宙选择了信息成本更低的状态。两个答案在不同的抽象层次上运作。也许真正的答案是，苹果就只是落个地而已，而我们人类在这些宇宙中能够思考宇宙的奇特存在，正在用不同的语言讲述这个简单事件的故事。每一种语言都揭示了真相的一个侧面，每一种语言也都遮蔽了其他侧面。科学的任务是找到唯一正确的语言吗，还是说在多种语言之间翻译，在翻译中发现新的真相。所以你们来说说看，宇宙是不是一个超级巨大的 LLM ！蛤？

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