28.08.2023
Физик Джордж Эллис хочет доказать, что физика совместима со здравым смыслом, и поэтому он отвергает положение о каузальной замкнутости физического уровня организации. Для этого Эллис привлекает нисходящую причинность, когда более высокие уровни организации влияют на поведение составляющих более низких уровней организации:
‘В реальном мире только сочетание физики и контекста (логический, социальный, психологический и инженерный, включая ценности и политику) может быть причинно завершенным (causally complete), потому что только все это вместе определяет, какие компьютерные программы будут написаны и какие данные использованы, следовательно, какие потоки электронов будут протекать в микросхемах.’
Рассмотрим ход этой мысли на примере транзистора. На низшем уровне организации находятся ядра и электроны, которые описываются уравнением Шрёдингера. Для практического рассмотрения протекающих процессов вводится ряд приближений, что приводит к иерархии моделей. В приближении Борна-Оппенгеймера разделяются движения ядер и электронов. Затем электроны делятся на валентные и свободные, что позволяет перейти к зонной теории. Для полупроводников свойства сильно зависят от дефектов кристаллической структуры и для контроля дефектов используется легирование (электронная и дырочная проводимость). Важно отметить, что вопрос интерпретации квантовой механики на этом пути не встает; поэтому этот вопрос будет далее проигнорирован.
Полупроводники в устройстве транзистора позволяют использовать его в качестве переключателя и тем самым открывают дорогу для построения логических схем. Упомяну еще один эффект. При протекании тока выделяется тепло, которое должно рассеиваться через решетку кристалла. Для описание этого явления необходимо ввести в рассмотрение колебания решетки кристалла (фононы) и взаимодействие между электронами и фононами.
Такое рассмотрение приводит Джорджа Эллиса к выводу, что обсуждаемые эффекты связаны с возникаемостью (emergence) и что невозможно обойтись исходным уравнением для низшего уровня организации (ядра и электроны). Для более высоких уровней организации необходимы эффективные теории, которые не сводятся к базовому уравнению для ядер и электронов. Можно сказать, что с точки зрения Эллиса макросистему невозможно свести к микросистеме. Более того, эффективные теории более высоких уровней организации задают граничные условия и ряд параметров для моделей, используемых на более низком уровне. Это в свою очередь считается доказательством нисходящей причинности — более высокие уровни организации влияют на поведение ядер и электронов.
Эллис переносит идею выше на биологию и на весь мир. В результате получается величественная картина мира, в которой все уровни организации вносят свой посильный вклад в причинно-следственные связи: причинные стрелки поднимаются снизу вверх, а затем опускаются сверху вниз. Эллис со страстью физика упорядочивает и систематизирует терминологию, основу которой он взял у философов. Важно отметить, что нисходящая причинность в картине мира Эллиса исключает появления эпифеноменов.
Эллис прав с точки зрения использования уравнений физики на практике. В этом смысле пример с транзистором и компьютером неплохой. Исходные фундаментальные уравнения физики быстро заменяются уравнениями эффективных теорий, используемых для описания более высоких уровней организации. При этом возникает иерархия моделей, которая далее используется на том или ином уровне при разработке новых изделий. Я бы еще добавил к этому эксперименты и испытания, которые расширяют уровень знаний.
Тем не менее, остается непонятным можно ли использовать практику использования уравнений физики для построения картины мира. Рассмотрим этот вопрос на примере микросхемы. Для разработки и изготовления микросхемы, а также для написания программного обеспечения необходимо общество — нет возражений. Но давайте временно ограничим картину мира рассмотрением работы изготовленной микросхемы или для определенности компьютерного блока, который занят решением вычислительной задачи. Компьютер включен, программное обеспечение загружено — что и как происходит после этого.
Мое видение картины мира связано с картиной-представлением (Bildtheorie) Больцмана о физической теории:
‘это ментальная конструкция механических моделей, работа которых ясна нам по аналогии с механизмами, которые мы держим в своих руках, и у которых есть много общего с естественными феноменами, чтобы помочь нашему пониманию последних.’
Другими словами, картина мира для меня включает воображаемый мир, который соотносится с рассматриваемым объектом (в данном случае компьютерным блоком). Картина мира должна быть понятна и для этого она заполняется взаимодействующими объектами. С другой стороны, картина мира связана с экстраполяционизмом, поскольку практические ограничения не действуют на воображение. При рассмотрении картины мира мы выходим за границы науки и практики как таковой. Ведь компьютер уже стоит на столе и работает; в это внесли свою лепту ученые, инженеры, программисты, менеджеры, инвесторы. Важно не забыть про маркетинг и отдел продажи, поскольку их деятельность в немалой степени отвечает за марку компьютера на моей столе.
Картина мира таким образом принадлежит спекулятивной философии. Вопрос связан с выбором объектов для воображаемой картины мира с целью достижения понимания происходящего. По Эллису картина мира работающего блока компьютера состоит как минимум из ядер, электронов, решеток кристаллов, дефектов, валентных зон и зон проводимости, дырок, фононов, транзисторов и программного обеспечения. Более высокие уровни организации возникают из ядер и электронов (причинные стрелки снизу вверх), а затем они начинают влиять на движение ядер и электронов (причинные стрелки сверху вниз). В целом такое представление согласуется со здравым смыслом, но на уровне картины мира остается непонятым.
Рассмотрим соотношение между ядрами, электронами и кристаллической решеткой. В моей картине мира кристаллическая решетка соответствует средним позициям движущихся ядер, которые они заняли в силу достижения наиболее устойчивого состояния. Взаимодействия между ядрами и электронами таковы, что появляются коллективные явления, то есть, движения частиц, которые выглядят организованными (например, фононы). Тем не менее, кристаллическая решетка и фононы в моей картине мира не является дополнительными объектами, это просто результат коллективного взаимодействия ядер и электронов. В этом смысле предыдущее движение ядер и электронов влияет на их дальнейшее движение.
То же самое получается с дефектами, зонами, дырками и другими компонентами, которые обеспечивают работу транзистора. Без всякого сомнения такая картина мира связана с начальным и граничными условия для компьютерного блока. Но я не могу представить каким образом нисходящая причинность приводит к дополнительным динамическим граничным условиям, которые влияют на поведение ядер и электронов. Как говорят, рад бы попасть в рай картины мира Эллиса, но грехи редукционизма туда не пускают.
Информация
George Ellis and Barbara Drossel. How downwards causation occurs in digital computers. Foundations of Physics 49, no. 11 (2019): 1253-1277.
George F. R. Ellis, The causal closure of physics in real world contexts. Foundations of Physics 50, no. 10 (2020): 1057-1097.
Обсуждение
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/331796.html
30.01.2018 Джордж Эллис: Механизмы нисходящий причинности
В первый раз увидел, что известный физик активно поддерживает идею возникаемости и нисходящей причинности. Статья Джорджа Эллиса Нисходящая причинность и возникаемость: комментарии к механизмам вышла в номере журнала Interface Focus Королевского общества, который полностью посвящен проблемам нисходящей причинности (top-down causation). Редакторы этого номера журнала: физик Джордж Эллис (George F. R. Ellis), биолог Денис Нобл (Denis Noble) и философ Тимоти О’Коннор (Timothy O’Connor).
Эллис в статье предлагает следующую классификацию нисходящей причинности:
- Алгоритмическая нисходящия причинность (пример компьютер).
- Нисходящая причинность посредством неадаптивного информационного контроля (пример термостат).
- Нисходящая причинность посредством адаптивного отбора (пример дарвиновская эволюция).
- Нисходящая причинность посредством адаптивного информационного контроля (ассоциативное научение животных).
- Интеллектуальная нисходящия причинность (пример воздействие человеческого разума на физический мир).
В каждом разделе Эллис разбирает примеры, описывает механизмы и предлагает математические модели.
Далее Эллис разбирает причинность по Аристотелю (объяснение в рамках четырех причин) и предлагает расширить обычное причинное объяснение, принятое в физике, на объяснение, аналогичное подходу Аристотеля.
Особое внимание Эллис уделяет причинному воздействию разума людей, которое, с его точки зрения, связано с использованием разумом символов. Интересно отметить, что Эллис считает, что математики не изобретают, а открывают математические объекты, и что посредством человеческого разума открытые математические объекты в рамках нисходящей причинности воздействуют на физический мир.
Эллис также пробует совместить мир физики и нисходящую причинность. На этом пути он прибегает в квантому индетерминизму и к тому факту, что из законов физики невозможно предсказать создание, например, Моны Лизы.
В заключение статьи Эллис рассматривает важность использования принципа нисходящей причинности в медицине и в образовании.
G. F. R. Ellis. Top-down causation and emergence: some comments on mechanisms. Interface Focus (2012) V 2, N 1, p. 126-140.
Интересно сравнить статью Эллиса со статьей
Пол Дэвис: Физика нисходящей причинности
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/176472.html
18.09.23 Обсуждение вопроса staerum ‘Что такое эмерджентность?‘
Мой ответ: Это современный философский камень, который используется в философии для решения всех проблем.
В ветке с snormer: Так получится, что возникаемость связана с незнанием. Мы чего-то не можем и поэтому называем то, что не можем возникаемостью.
Начнем с алгоритмов. Есть алгоритмы, результат которых нельзя предсказать, без выполнения этих алгоритмов. Стивен Вольфрам называет этот случай принципом вычислительной несводимости (computational irreducibility). Последний сводится к утверждению, что во многих случаях невозможно уменьшения числа вычислительных операций, в этом случае предсказание будущего работы алгоритма становится принципиально невозможным. Под возникаемостью в случае клеточных автоматов и нейросети вы имеете в виду этот случай?
trita: Когнтитивный диссонанс редукционизма.