我們的宇宙可能是一個巨大的神經網路！

小深

我们周围的现实是否像神经网络一样运作？一个类似矩阵的计算机系统，其运作方式与人脑相似？一篇物理学论文认为，以这种方式观察宇宙，可以揭示难以捉摸的“万物理论”。这个想法确实很疯狂，但它真的疯狂到可以成为现实吗？
这位科学家在利用统计力学探索机器学习的工作原理时提出了这一理论。他发现，计算机学习的机制在某些情况下与量子力学的动力学相似。计算机神经网络通过模拟生物神经元的节点工作，处理和传递信号。随着网络学习新信息，它会发生变化，赋予某些节点更高的优先级，使其能够以某种方式连接信息片段，以便下次能够知道，例如，“斑马”的关键特征是什么。
我们不仅仅是说人工神经网络可以用于分析物理系统或发现物理定律，我们还说这就是我们周围世界实际运作的方式，从这个角度来看，它可以被视为万物理论的提案，因此应该很容易证明它是错误的。




他的想法可以实现现代物理学的另一个目标——调和描述宇宙宏观运作方式的经典物理学与研究原子和亚原子层面存在的量子力学。这位物理学家认为，如果将宇宙本质上视为一个神经网络，那么它在特定条件下的行为既可以用量子力学的奇特方程来解释，也可以用经典物理学定律来解释。
神经网络的学习动力学确实可以表现出量子力学和广义相对论所描述的近似行为。认为它支持我们这个世界中一些明显的机制，例如自然选择。在神经网络中，粒子、原子，甚至我们人类，这些“观察者”都会通过类似自然选择的过程出现。在网络的微观层面上，一些结构会变得更加稳定，而另一些结构则会变得不那么稳定。稳定的结构会在进化过程中存活下来，而不稳定的结构则会消亡。
在最小尺度上，我预计自然选择应该会产生一些非常低复杂度的结构，例如神经元链，但在更大的尺度上，这些结构会更加复杂，如果正确的话，那么我们现在所说的原子和粒子，实际上可能是从一些非常低复杂度的结构开始的长期进化的结果，而我们现在所说的宏观观察者和生物细胞，可能是更长时间进化的结果。
一种新的科学理论，它为我们呈现了一种截然不同的宇宙叙事。其核心思想是，宇宙并非一个任意的物理系统，而更像是一个不断演化的计算系统或生物系统——其特性与复杂的自适应系统（例如生物体或大脑）惊人地相似。如果这种描述被证明是正确的，我认为毫不夸张地说，这是科学和哲学史上最深刻的范式转变。如果属实，它将提出新的存在主义问题，迫使我们彻底重新思考现实的本质，以及关于宇宙是否具有功能或“目的”的观念。
宇宙类似于有机体或大脑的想法并不新鲜。这一概念至少可以追溯到公元前500年，由阿那克萨哥拉首次提出。这位前苏格拉底时期的希腊哲学家提出，一种智慧的宇宙力量，或称“Nous”，引导着宇宙朝着更有组织、更有目的性的状态发展。今天，我们或许可以将“Nous”描述为自组织原则。虽然阿那克萨哥拉宇宙理论的具体内容包含与现代科学不一致的概念，但我们对现实本质理解的突破，为以下观点注入了新的活力：整个世界在结构和功能上可能与其在进化过程中产生的生物体和信息网络非常相似。。

宇宙或许会思考，与我们的神经系统一样，宇宙也具有高度互联的层级结构。据估计，可探测的2000亿个星系并非随机分布，而是在引力的作用下聚集成簇，再由更大的星系团连接起来，这些星系团通过“星系丝相互连接。当我们将视野拉远，将宇宙视为一个整体时，由这些星系团和星系丝组成的“宇宙网”与“连接组”惊人地相似。“连接组”指的是大脑的完整连接图，由神经元及其突触连接构成。大脑中的神经元也形成簇，这些簇又聚集成更大的簇，并通过称为轴突的细丝连接起来，轴突在整个认知系统中传输电信号。
宇宙网与连接组之间的相似性并非表面现象，他引用了一位物理学家和一位神经科学家进行的一项严谨研究，该研究分析了两者的共同特征，并基于共同的数学特性，得出结论，这两个结构“极其相似”。鉴于这些惊人的相似性，霍森菲尔德推测宇宙本身是否能够思考。
当然，思考需要的不仅仅是某种特定的结构。一个死去的大脑就像一块石头一样没有思想。与思考相对应的信息处理是通过神经元信号传导实现的，即电信号从大脑的一个区域传递到另一个区域。宇宙可能沿着这些星系丝传递着什么信号？它们是否能够孕育某种宇宙智慧？
然而，宇宙的浩瀚也带来了限制。霍森费尔德解释说，即使以光速在宇宙中发送信号，也需要800亿年，而仅信号到达我们最近的星系就需要1100万年。考虑到宇宙的浩瀚规模及其不断膨胀的现实，似乎不可能进行某种类似于大脑内部正在进行的全球信息处理的宇宙级信息处理。
虽然听起来很疯狂，但宇宙拥有智慧这一观点与我们目前所知的一切相符。但霍森费尔德推测“隐藏连接”是否能够实现更快的信号传递。在名为“万物互联”的章节中，她解释了量子纠缠或其他形式的“非局域连接”等机制如何实现更远距离的计算。
一个非局域连接的宇宙在很多方面都是合理的，如果这些推测正确，宇宙中可能充满了连接看似遥远空间的微小门户。物理学家福蒂尼·马科普洛和李·斯莫林估计，我们的宇宙可能包含多达10的360次方个这样的非定域连接。而且，由于这些连接本身就是非定域的，它们随着宇宙膨胀也就无关紧要了。相比之下，人类大脑的连接数量只有区区10的15次方个。
尽管这在很大程度上只是推测，但它可能有助于解释最近观测到的宇宙两端结构之间神秘的同步性。例如，《天体物理学杂志》2019年的一项研究描述了数百万光年之外星系运动之间无法解释的一致性——由于距离太远，它们之间不可能产生任何引力影响。同样，2014年，欧洲天文台宣布，他们发现了极其遥远的超大质量黑洞的旋转之间存在奇异的排列方式，以及遥远类星体之间也存在类似的一致性。如果这还不够奇怪的话，类星体的旋转似乎也与它们所处的更大宇宙结构的运动保持一致。正如《科学》杂志所述，“类星体似乎会调整自身的方向以匹配宇宙的大尺度结构。”这些令人毛骨悚然的同步现象似乎表明，宇宙不同区域的系统之间存在着非局域连接，而且这些连接数量之多，远非巧合。如果真是这样，那么宇宙或许可以成为霍森费尔德所设想的宇宙尺度计算的合适基底。虽然听起来很疯狂，但宇宙拥有智慧这一观点与我们目前所知的一切相符。”但她在文章结尾处特意指出，该理论目前尚无法验证，因此它更像是纯粹的哲学，而非科学。或者说，事实确实如此？
霍森费尔德将宇宙的结构组织描述为类似大脑，而万楚林则认为，世界实际上是一个神经网络，在微观尺度上存在着一个相互连接的“节点”网络，其规模相当于我们头骨内的神经元网络。这个网络不仅使宇宙能够进化，还能学习，而这一假设或许有朝一日能够得到验证。
一个可行的假设是，在最基本的层面上，整个宇宙的动态是由一个经历学习演化的微观神经网络描述的。
但这种观点是否比之前的宇宙模型更具解释力或预测力呢？正是基于这一范式，万楚林得以展示如何调和广义相对论和量子力学——这是物理学中的一个重大难题，也是“万物理论”的目标。现代物理学最大的谜团之一是，我们不知道引力是如何与奇异的量子力学世界相互作用的。万楚林已经证明，利用神经网络的数学原理，你可以得到一个极限下的量子行为，以及另一个极限下的经典行为。
这代表了一种新的“万物理论”，它涵盖了涌现的现象——例如有意识的观察者——这些现象源于现实的计算性及其进化、学习和变得更加复杂的趋势。这与还原论的万物理论不同，后者只关注粒子和力如何相互作用，而不是宇宙作为一个整体计算系统的本质。这种自然观截然不同，因为它解释了复杂性的出现是达尔文进化过程的结果，而这种进化过程发生在现实的基本层面。生物进化只是这一过程的延伸，并以层级化的方式在更大的尺度和更高的组织层次上持续进行。
“……如果整个宇宙是一个神经网络，那么类似自然选择的过程可能在从宇宙学、生物学到亚原子尺度的所有尺度上发生……神经网络的某些局部结构比其他局部结构更能抵御外部扰动。因此，更稳定的结构更有可能存活下来，而较不稳定的结构更有可能被消灭。我们没有理由期望这个过程会在某个固定的时间停止，或局限于某个固定的尺度，因此演化必须无限期地持续下去，并且在所有尺度上……原子和粒子实际上可能是从一些非常低复杂度的结构开始的长期演化的产物，而我们现在所说的宏观观察者和生物细胞可能是更漫长演化的产物。”
如果宇宙像神经网络一样运作，那么这种通过自然选择更稳定的网络取代较不稳定网络来演化的想法就完全说得通了，因为它将利用诺贝尔奖得主、生物学家杰拉尔德·埃德尔曼提出的、具有影响力的神经科学理论——神经达尔文主义——所描述的机制。尽管整个世界能够进化和学习的想法听起来很激进，但提出这种可能性的人并不只有范丘林一人。
2021年，一些知名科学家发表了一篇类似的论文，名为《自学宇宙》，其中包括物理学家李·斯莫林和计算机科学家杰伦·拉尼尔。这篇论文引发了诸如“与微软合作的物理学家认为宇宙是一台自学计算机”之类的耸人听闻的标题。该论文提出，宇宙可能拥有一种与生俱来的学习、适应和进化的能力，其方式类似于生物体。这种观点与传统的万物理论不同，后者通常将宇宙视为一个由不变定律支配的惰性系统。相比之下，斯莫林和拉尼尔认为，宇宙的定律可能在其诞生后的某个时间出现，并且随着宇宙的发展以及对其自身结构、动态和可能性的深入了解，这些定律可能会发生变化或演变。
与范楚林的论文一样，作者们认为宇宙与神经网络有许多关键特征相同，并且他们还强调宇宙遵循达尔文机制演化，这些机制既是进化过程，也是学习过程，创造了信息、复杂性和层级结构。如果他们的宏大观点正确，那么这个新兴的万物理论就有能力将物理学和生物学统一起来。已经有无数的论文探​​讨如何将宇宙视为一个巨大的神经网络，或者如何将物理学中的不同概念与机器学习中的一些概念非常相似，甚至等同，而且这些方法实际上效果非常好。这真的有点令人毛骨悚然。。

宇宙是一个自组织系统，通过达尔文机制演化和学习，这一观点似乎是宇宙学中新兴时代精神的一部分。新书《时间的起源》揭示，物理学家斯蒂芬·霍金认为，他一生中大部分时间所捍卫的还原论范式是错误的。最终，霍金认为主流叙事未能解释“宇宙如何能够创造出如此适宜生命生存的环境”。
霍金得出结论：宇宙是一个不断发展的系统，遵循达尔文进化论原则，推动世界走向更高层次的复杂性，这可以解释像你我这样的观察者的存在。最终，我们都开始以一种更接近于生物学的方式来思考物理学……（我们的理论）引领了一种新的物理哲学，它摒弃了宇宙是由先验存在的无条件定律所支配的机器这一观点，而是将宇宙视为一种自组织实体，其中涌现出各种模式，其中最普遍的模式我们称之为物理定律。我们正在见证的是对现实本质的日益深入的理解。
宇宙是一个大脑、一个神经网络，或者一个类似于有机体的自组织复杂自适应系统，这一观点促使我们重新审视我们对宇宙的理解以及我们与宇宙的关系。如果宇宙真的是一个活生生、不断演化的实体，那么地球上生命和意识的出现就绝非“偶然”现象，而是宇宙演化过程的自然而然的体现，这个过程不断产生更高层次的组织、知识和意识。作为能够塑造自身环境的意识存在，我们并非仅仅是被动的观察者，而是宇宙不断发展的积极参与者，而宇宙正朝着更加互联互通、更加复杂的方向发展。
在牛顿力学框架盛行的时代，宇宙被认为是一个巨大的钟表。在19世纪，热力学刚刚兴起时，宇宙被比作一台发动机。当计算机普及时，科学家们开始将宇宙比作一台计算机或一个模拟系统。如今，在人工智能和机器学习的时代，我们称宇宙为一个巨大的神经网络。这很容易让人将我们对宇宙的所有描述都视为仅仅是人类的推测，这些推测最终将被证明同样错误。但我认为这种说法是错误的。随着科学知识的积累以及我们对宇宙的动态和因果结构的了解越来越多，我们对现实本质的理解也越来越深刻。。