北京時(shí)間 4 月 9 日消息，近代物理學(xué)出現(xiàn)停滯不前的處境，幾十年以來(lái)，我們沒(méi)有任何重大的新物理理論突破，我們是否需要一種全新的方式來(lái)理解宇宙呢？目前，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)物理學(xué)教授維塔利?萬(wàn)庫(kù)瑞稱，如果我們將世界當(dāng)作一個(gè)正在學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，那么我們就可以更好地理解量子引力、量子計(jì)算和人類意識(shí)。據(jù)悉，萬(wàn)庫(kù)瑞從事多年的宇宙學(xué)、量子引力和機(jī)器學(xué)習(xí)研究。
20 世紀(jì)的物理學(xué)家應(yīng)該得到很大的贊譽(yù)，他們提出了兩個(gè)突破性發(fā)現(xiàn)：量子力學(xué)和廣義相對(duì)論，在經(jīng)典物理學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的幫助下，物理學(xué)家有一個(gè)很好的起點(diǎn)，他們?cè)谟钪鎸W(xué)等領(lǐng)域取得了驚人的進(jìn)步。誰(shuí)會(huì)想到科學(xué)家可以用量子力學(xué)來(lái)描述大爆炸前宇宙膨脹期間的變化，然后用廣義相對(duì)論的規(guī)則來(lái)研究大爆炸后的宇宙狀況？但如果你做對(duì)了（感謝阿列克謝?斯塔羅賓斯基、艾倫?古斯等人），將獲得非常具體的預(yù)測(cè)，這些預(yù)測(cè)之后先被宇宙背景探索者證實(shí)，又獲得普朗克實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，但是這段輝煌時(shí)期到此結(jié)束了。我們?nèi)匀徊恢朗鞘裁打?qū)動(dòng)了宇宙膨脹，或者是什么暗能量或者暗物質(zhì)，顯然，我們遺漏了一些重要的因素，許多研究人員認(rèn)為，我們需要一個(gè)新的理論框架來(lái)統(tǒng)一 20 世紀(jì)的重大發(fā)現(xiàn)，無(wú)論它是基于弦理論、量子信息還是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，新的理論框架都很可能具有革命性的。
無(wú)論它是基于弦理論、量子信息還是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，新的理論框架都很可能具有革命性的。
我們現(xiàn)在能做些什么來(lái)加速這一革命性的發(fā)現(xiàn)嗎？科學(xué)家建議稱，當(dāng)前如果長(zhǎng)時(shí)間陷入“局部最小值”，我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)入任何人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者任何學(xué)習(xí)系統(tǒng)，只要增加“步長(zhǎng)”，在科學(xué)研究的背景下，“局部最小值”代表無(wú)法取得漸進(jìn)的進(jìn)展，增加的“步長(zhǎng)”代表科學(xué)研究范圍的擴(kuò)大。在某種程度上，該情況已經(jīng)發(fā)生了，一些物理學(xué)家正在引入新的數(shù)學(xué)概念，連接物理學(xué)的不同領(lǐng)域，拓展跨學(xué)科合作，但這還不是在所有層面上都發(fā)生的。大多數(shù)科學(xué)家不愿意在他們的“舒適區(qū)”之外進(jìn)行研究，原因很簡(jiǎn)單 —— 這意味著更多的工作需要更少的認(rèn)可，這就是真正的問(wèn)題所在，有利于個(gè)體研究者的策略與有利于整個(gè)文明的策略是對(duì)立的。
我們?cè)噲D增加“步長(zhǎng)”并找到一條走出“局部最小值”的方法，采用了一個(gè)非常大膽的想法，即整個(gè)宇宙是一個(gè)宇宙版的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它的目的和其他任何神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣，學(xué)習(xí)它的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，或者換句話講，理解它的環(huán)境。這可能是微不足道的，但更重要的是，它表明，要想學(xué)習(xí)有效，就必須在所有尺度上發(fā)生 —— 從亞原子到宇宙學(xué)。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，科學(xué)家首先開發(fā)了一種學(xué)習(xí)熱力學(xué)的方法（包括平衡和非平衡學(xué)理論），然后將其應(yīng)用于廣泛的尺度上描述自然現(xiàn)象（包括量子物理學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)）。
近期，一篇名為《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的世界》的論文指出，我們周圍觀察到的量子、經(jīng)典效應(yīng)和引力效應(yīng)可能不是基本的，而是宇宙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的突發(fā)行為，如果是正確的，那么它告訴我們一些關(guān)于自然如何運(yùn)行的非常深刻的原理。
該觀點(diǎn)也可以被看作是一種嘗試來(lái)協(xié)調(diào)量子力學(xué)和廣義相對(duì)論 ——“量子引力問(wèn)題”，換句話講，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能是量子力學(xué)和廣義相對(duì)論統(tǒng)一過(guò)程中缺失的環(huán)節(jié)，在最小尺度上，宇宙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處于平衡狀態(tài)，這在量子力學(xué)中可以很好地描述，但在最大的尺度上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仍然距離平衡狀態(tài)很遠(yuǎn)，廣義相對(duì)論可以更好地描述平衡狀態(tài)。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可能會(huì)揭示觀察者的問(wèn)題，量子力學(xué)中的“測(cè)量問(wèn)題”和宇宙學(xué)中的“測(cè)量問(wèn)題”，但要做到這一點(diǎn)，我們必須首先更好地理解宏觀觀察，或者還有意識(shí)，在這方面，生物學(xué)家的意見可能是絕對(duì)必要且有用的。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能是量子力學(xué)和廣義相對(duì)論統(tǒng)一過(guò)程中缺失的環(huán)節(jié)。
這是否意味著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將為 21 世紀(jì)的科學(xué)研究提供一個(gè)改進(jìn)的理論框架？現(xiàn)在下結(jié)論還為時(shí)過(guò)早，但令人鼓舞的是，越來(lái)越多的物理學(xué)家、生物學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在認(rèn)真考慮這種可能性，例如：最初并不清楚薛定諤方程何時(shí)能正確地描述平衡狀態(tài)下的學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)，但后期我們證明，當(dāng)神經(jīng)元的數(shù)量發(fā)生改變時(shí)，該情況就會(huì)發(fā)生。這也為建造人工量子計(jì)算機(jī)打開了一扇大門，也就是在一臺(tái)能夠進(jìn)行量子計(jì)算的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這是我們目前正在與機(jī)器學(xué)習(xí)專家討論的問(wèn)題。
利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的想法最初源自生物學(xué)，但是，如果宇宙是一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，那么我們可能使用機(jī)器學(xué)習(xí)展開研究探索，例如：生物進(jìn)化分析，生物學(xué)家正在研究類似的理論，目前看來(lái)頗有希望。
我們可以將宇宙視為一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，這僅僅是漫長(zhǎng)而激動(dòng)人心的探索旅程的開始。
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