Teoria konstruktorów - Constructor theory

Teoria konstruktorów to propozycja nowego sposobu wyjaśniania w fizyce fundamentalnej w języku teorii ergodycznej , po raz pierwszy naszkicowana przez Davida Deutscha , fizyka kwantowego z Uniwersytetu Oksfordzkiego w 2012 roku. Teoria konstruktorów wyraża prawa fizyczne wyłącznie w kategoriach, fizyczne przemiany, czyli zadania , są możliwe, a które są niemożliwe i dlaczego. Wpuszczając takie kontrfaktyczne twierdzenia do fundamentalnej fizyki, umożliwia wyrażanie nowych praw fizycznych, takich jak konstruktorska teoria informacji.

Przegląd

Podstawowymi elementami teorii są zadania — abstrakcyjne specyfikacje przekształceń jako pary atrybutów wejścia-wyjścia. Zadanie jest niemożliwe, jeśli istnieje prawo fizyki, które zabrania jego wykonywania z dowolnie dużą dokładnością, a możliwe jest inaczej. Kiedy jest to możliwe, można zbudować dla niego konstruktora, znowu z dowolną dokładnością i niezawodnością. Konstruktor to jednostka, która może spowodować wykonanie zadania, zachowując możliwość jego ponownego wywołania. Przykładami konstruktorów są silnik cieplny (konstruktor termodynamiczny), katalizator (konstruktor chemiczny) czy program komputerowy sterujący zautomatyzowaną fabryką (przykład konstruktora programowalnego).

Teoria została opracowana przez fizyków Davida Deutscha i Chiarę Marletto . Łączy idee z różnych dziedzin, w tym termodynamiki , mechaniki statystycznej , teorii informacji i obliczeń kwantowych .

Mechanika kwantowa i wszystkie inne teorie fizyczne są uważane za teorie pomocnicze , a informacja kwantowa staje się szczególnym przypadkiem superinformacji .

Konstruktorowa teoria życia Chiary Marletto opiera się na teorii konstruktora.

Motywacje

Według Deutscha, obecne teorie fizyki oparte na mechanice kwantowej nie wyjaśniają odpowiednio, dlaczego niektóre transformacje między stanami bytu są możliwe, a inne nie. Na przykład kropla barwnika może rozpuścić się w wodzie, ale termodynamika pokazuje, że odwrotna przemiana, polegająca na zlepianiu się barwnika, jest praktycznie niemożliwa. Nie wiemy na poziomie kwantowym, dlaczego tak się dzieje. Teoria konstruktorów zapewnia ramy wyjaśniające oparte na samych transformacjach, a nie na komponentach.

Informacja ma tę właściwość, że dane stwierdzenie mogło powiedzieć coś innego, a jedna z tych alternatyw nie byłaby prawdziwa. Mówi się, że nieprawdziwa alternatywa jest „ kontrfaktyczna ”. Konwencjonalne teorie fizyczne nie modelują takich kontrfaktów. Jednak związek między informacją a takimi fizycznymi ideami jak entropia w systemie termodynamicznym jest tak silny, że czasami są one identyfikowane. Na przykład, pole powierzchni czarnej dziury „s horyzont zdarzeń jest miarą zarówno entropii otworu i informacji w nim zawartych. Teoria konstruktorów jest próbą wypełnienia tej luki, zapewniając model fizyczny, który może wyrażać kontrfakty, dzięki czemu prawa informacji i obliczeń mogą być postrzegane jako prawa fizyki.

Zarys

W teorii konstruktorów transformację lub zmianę określa się jako zadanie . Konstruktor jest fizycznym podmiot, który jest w stanie wykonywać daną czynność kilkakrotnie. Zadanie jest możliwe tylko wtedy, gdy istnieje konstruktor zdolny do jego wykonania, w przeciwnym razie jest to niemożliwe. W pracy z teorią konstruktorów wszystko wyraża się w zadaniach. Właściwości informacji są następnie wyrażane jako relacje między zadaniami możliwymi i niemożliwymi. Kontrfakty są więc twierdzeniami fundamentalnymi, a właściwości informacji można opisać prawami fizycznymi. Jeśli system ma zestaw atrybutów, zestaw permutacji tych atrybutów jest postrzegany jako zestaw zadań. Średnich obliczeń jest systemem, którego atrybuty permutacji zawsze produkować możliwie zadanie. Zbiór permutacji, a więc i zadań, jest zbiorem obliczeniowym . Jeżeli możliwe jest skopiowanie atrybutów ze zbioru obliczeniowego, nośnik obliczeniowy jest również nośnikiem informacji .

Informacja, czy dane zadanie, nie zależy od konkretnego konstruktora. Każdy odpowiedni konstruktor będzie służył. Ta zdolność informacji do przenoszenia w różnych systemach fizycznych lub nośnikach jest opisana jako interoperacyjność i wynika z zasady, że połączenie dwóch nośników informacji jest również nośnikiem informacji. Media zdolne do wykonywania obliczeń kwantowych nazywane są mediami superinformacyjnymi i charakteryzują się określonymi właściwościami. Ogólnie rzecz biorąc, niektóre zadania kopiowania w ich stanach są zadaniami niemożliwymi. Twierdzi się, że daje to początek wszystkim znanym różnicom między informacją kwantową a klasyczną.

Bibliografia

Bibliografia

Zewnętrzne linki