整个宇宙可能是一个神经网络

我们并不是每天都能看到一篇试图重新定义现实的论文。

但在今年夏天上传到arxiv上的一份具有挑衅性的预印本中，明尼苏达大学德卢斯分校(University Of Minnesota Duluth)的物理学教授维塔利·万丘林(Vitaly Vanchurin)试图以一种特别令人大开眼界的方式重新构建现实-这表明我们生活在一个巨大的神经网络中，这个网络支配着我们周围的一切。换句话说，他在论文中写道，这是一种“整个宇宙在其最基本的层面上是一个神经网络的可能性”。

多年来，物理学家一直试图调和量子力学和广义相对论。第一种假设认为时间是普遍的和绝对的，而后者则认为时间是相对的，与时空结构联系在一起。

在他的论文中，万丘林认为人工神经网络可以表现出这两种普遍理论的“近似行为”。他写道，由于量子力学“是在广泛尺度上模拟物理现象的一个非常成功的范例”，“人们普遍认为，在最基本的层面上，整个宇宙都受到量子力学规则的支配，甚至引力也应该以某种方式由此产生。”

“我们不仅仅是说人工神经网络可以用来分析物理系统或发现物理规律，我们是在说这就是我们周围的世界实际上是如何运作的，”论文的讨论中写道。在这方面，它可以被认为是万物理论的建议，因此很容易证明它是错误的。

这个概念是如此大胆，以至于我们联系到的大多数物理学家和机器学习专家都拒绝对这一记录发表评论，理由是对论文的结论持怀疑态度。但在与未来主义的问答中，万丘林陷入了争议-并告诉了我们更多关于他的想法。

未来主义：你的论文认为宇宙可能从根本上是一个神经网络。你会如何向一个对神经网络或物理学不太了解的人解释你的推理呢？

第一种方法是从精确的神经网络模型入手，然后在大量神经元的限制下研究网络的行为。我已经说明的是，量子力学方程很好地描述了系统在平衡附近的行为，而经典力学方程很好地描述了系统如何进一步远离平衡。巧合？也许是这样，但就我们所知，量子力学和经典力学正是物理世界的运作方式。

第二种方法是从物理开始。我们知道量子力学在小尺度上工作得很好，广义相对论在大尺度上工作得很好，但到目前为止，我们还不能在一个统一的框架内协调这两个理论。这就是众所周知的量子引力问题。显然，我们错过了一些重要的东西，但更糟糕的是，我们甚至不知道如何对待观察员。这就是量子力学背景下的测量问题和宇宙学背景下的测量问题。

然后，有人可能会争辩说，需要统一的不是两种现象，而是三种现象：量子力学、广义相对论和观察者。99%的物理学家会告诉你，量子力学是主要的，其他一切都应该以某种方式出现在量子力学中，但没有人确切地知道如何做到这一点。在这篇文章中，我考虑了另一种可能性，即微观神经网络是基本结构，其他一切，即量子力学、广义相对论和宏观观察者，都是从它产生的。到目前为止，情况看起来相当有希望。

首先，我只是想更好地理解深度学习是如何工作的，所以我写了一篇题为“走向机器学习理论”的论文。最初的想法是应用统计力学的方法来研究神经网络的行为，但事实证明，在一定的限制下，神经网络的学习(或训练)动力学与我们在物理学中看到的量子动力学非常相似。当时我正在休假(现在仍然是)，我决定探索物理世界实际上是一个神经网络的想法。这个想法绝对是疯狂的，但如果它疯狂到足以成为事实呢？这还有待观察。

你在论文中写道，要证明这一理论是错误的，“所需要的就是找到一种神经网络无法描述的物理现象。”您这是什么意思？为什么这样的事情“说起来容易做起来难”？

嗯，有很多“万物理论”，其中大多数肯定是错的。在我的理论中，你在你周围看到的一切都是一个神经网络，所以要证明它是错误的，所有需要做的就是找到一种不能用神经网络建模的现象。但如果你仔细想想，这是一项非常艰巨的任务，因为我们对神经网络是如何运作的，以及机器学习实际上是如何工作的知之甚少。这就是为什么我一开始就试图发展机器学习理论。

你的研究与量子力学有什么关系，它涉及到观察者效应吗？

埃弗雷特(或多个世界)对量子力学的解释和玻姆(或隐藏变量)的解释有两条主线。我对多个世界的解释没有什么新的看法，但我认为我可以为隐藏变量理论做出一些贡献。在我考虑的浮现量子力学中，隐藏变量是单个神经元的状态，而可训练变量(如偏差向量和权重矩阵)是量子变量。请注意，隐藏变量可以是非常非局部的，因此违反了贝尔不等式。一个近似的时空局部性有望出现，但严格地说，每个神经元都可以连接到其他每个神经元，因此系统不需要是局部的。

你介意详述一下这一理论与自然选择的关系吗？自然选择如何影响复杂结构/生物细胞的进化？

我说的话很简单。微观神经网络有一些结构(或子网络)比较稳定，还有一些结构不太稳定。更稳定的结构将在进化中幸存下来，而不稳定的结构将被消灭。在最小的尺度上，我预计自然选择应该会产生一些非常低复杂性的结构，比如神经元链，但在更大的尺度上，这些结构会更复杂。我看不出为什么这个过程应该被限制在一个特定的长度范围内，因此，我们所看到的我们周围的一切(例如粒子、原子、细胞、观察者等)都是如此。是自然选择的结果。

我对你的第一封电子邮件很感兴趣，因为你说你自己可能不会理解所有的事情。你这么说是什么意思？你指的是神经网络本身的复杂性，还是更具哲理性的东西？

是的，我只是指神经网络的复杂性。我甚至没有时间去思考这个结果可能会有什么哲学上的影响。

我需要问一问：这个理论是否意味着我们生活在一个模拟环境中？

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