元胞自动机（五）
提议中，CA 可以提供这种不那么迂回的方式。我们在这里看到了一条路径，从 CA 可作为一种现象学启发式来预测现实某些方面的行为，到声称 CA 建模在某种意义上可能比任何非离散模型更接近底层物理。替代方案，如上面 (CA4) 中预期的那样。
我们现在准备进入最后一步，带我们进入物理学的思辨形而上学。在过去的五十年里，不同的科学家（参见 Zuse 1982；Fredkin 1993；Wolfram 2002）提出了一个大胆的猜想：物理宇宙从根本上来说是一个离散的计算结构。我们世界上的一切——夸克、树木、人类、遥远的星系——都只是 CA 中的一个模式，就像生命中的滑翔机一样。
人们可能会质疑这种关于整个世界的主张的意义：用康德的话说，这种东西从来没有在经验中给予我们。 Floridi 2009 反对这种数字本体论，不是通过捍卫现实的连续图景，而是通过论证世界并不是离散性和连续性等概念可以有意义地应用的正确类型。相反，按照康德的方式，这些关注的是我们建模现实的方式，或者“存在的呈现方式”。相反，如果有人认为一定存在关于世界的离散性与连续性的事实（如 Berto & Tagliabue 2014 年所论，基于基数和一般分体学的考虑[参见条目分体论]），那么下一个问题是：基础物理学（的哲学）对此有何看法？可以公平地说，这个问题是开放的。诺贝尔奖获得者 t Hooft (1997) 等学者认真探索了离散主义观点，并基于所谓的因果集合论（参见 Dowker 2003；Malament 2006）的方法将现实世界时空的几何结构视为普朗克长度（
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cm) 是离散的。同源策略将时空视为由多形体组成，通常是四面体的多维对应物（参见 Ambjorn 等人，2004 年）；添加这样的多重单纯形计算函数的主张使我们已经接近 CA。相反，其他学者则反对数字世界的想法。 Deutsch (2005) 和 Hardy (2005) 拒绝接受量子概率和量子计算证明时空离散结构的观点，并声称量子力学比经典物理学更符合世界连续的观点。因此，尽管我们处于推测领域，但我们仍然可以挑出两个主要原因来调查世界是一个离散 CA 这一具有争议性的主张。首先，为支持该观点而提出的论据本身可能在哲学上很有趣。其次，CA世界的本体论结构可以与现有的形而上学帐户进行富有成效的比较。让我们依次讨论每一点。
自然作为 CA 的图景得到了认识论迫切需要的支持，即拥有物理世界的精确计算模型（例如，参见物理系统计算条目中对本体泛计算主义的讨论）。虽然这肯定是所涉及的论点之一，但它不是唯一的论点，也可能不是最有力的论点。正如皮奇尼尼指出的那样，即使是有同样愿望的人“也可能会质疑为什么我们应该期望大自然来实现它”（Piccinini 2010：第 3.4 节）。
Ilachinski 提出了一个不同的“认识论论证”（Ilachinski 2001：661-2）。让我们再考虑一下规则110的时空图：
图7
图7
让我们想象一下，我们忽略它是由一个简单的局部规则的迭代生成的，甚至忽略它是一个自动机。然后，伊拉钦斯基说：
注意到该图形由散布在或多或少静态背景上的某些粒子状物体组成，您要做的最简单（最自然？）的事情（...）就是开始对各种“粒子”及其“相互作用”进行编目”。（……）你几乎肯定不会有这样的想法：底层物理实际上是由一个非常简单的局部确定性规则组成的（……）。这个外星的二维世界与我们的世界有何不同？ （伊拉钦斯基 2001：662）。
这凸显了 CA 如何生成我们认为物理上真实的情况。但人们可能会认为这仅仅是一个建议：我们不能先验地排除我们的宇宙在其底层的存在，CA并不意味着它实际上是一个CA。
探索这一假设的更坚实基础来自于对当代物理学理论不满的一些独立原因。我们将把自己限制在我们所谓的概念抱怨上，而不是与科学实践更密切相关的抱怨，例如量子力学和相对论还原为万有理论的失败。我们将研究以下三个问题：（i）无穷大问题，（ii）透明本体的必要性，（iii）信息的物理作用。
至于抱怨（i）：虽然无穷大和无穷小量为我们提供了强大的工具来建模和推进对物理世界的预测，但应从这一事实中得出什么本体论结论仍然存在争议。自从发现芝诺悖论（见条目）以来，时空的连续性以及其他基本物理变量一直困扰着哲学家和科学家。用物理学家理查德·费曼的话来说：
令我困扰的是，根据我们今天所理解的定律，计算机需要进行无数次逻辑运算才能弄清楚无论空间区域多么微小，也无论空间区域多么微小。时间。 这么小的空间里怎么会发生这一切？为什么需要无穷无尽的逻辑才能弄清楚一小块时空会做什么？因此，我经常做出这样的假设：最终物理学将不需要数学陈述，最终机制将被揭示，定律将变得简单，就像棋盘一样具有所有明显的复杂性。 （费曼 1965）
理论物理学家解决这个问题的一种方法是沿着爱德华·弗雷德金的“有限自然假说”推测现实的一个基本层面：
有限性质是一种假设，即最终物理的每一个量，包括空间和时间，都将是离散的和有限的；任何小体积的时空中的信息量都是有限的，并且等于少数可能性之一。 （……）我们的立场是，有限自然意味着物理学的基本基础以类似于某些称为元胞自动机的专用计算机的工作方式运行。 （弗雷德金 1993：116）
如果元胞自动机是满足这一假设的模型，那么“在我们今天所知的物理定律之下，可能存在一个简单的程序，所有已知的定律（……）都从中出现”（Wolfram 2002：434）。正如我们在上面所看到的，如果目前对于物理现实从根本上来说是连续的还是离散的问题没有达成一致，那么至少有限自然假说似乎是一个不比许多思辨形而上学图片更容易证伪的预测（参见 Fredkin 1990）。不幸的是，尽管我们尝试在 CA 理论中重新捕捉场论（例如，参见 Svozil 1987，Lee 1986），但在 CA 框架内对当今连续物理学的推导还没有达成一致意见；因此可以肯定地说，没有一方在这方面具有明显的优势。
至于抱怨（ii）：采用 CA 观点作为基本离散世界模型的一个原因是对透明本体的渴望。以一位唯物主义哲学家为例，对他来说，物理学的任务是在一些基本物理属性和关系的基础上提供对现实的终极描述。正如即将出版的 Beraldo-de-Araújo 和 Baravalle 中所论述的那样，数字本体可能在其基础上采用不同的计算模型：通过分析 CA 的本体论承诺（与传统图灵机相比），他们得出结论，CA 非常接近于支持物理主义的传统形式。从这个角度来看，基于 CA 的物理学可以提供一个简洁而优雅的本体论图景：可以用一阶形式理论来描述，包括标准分体学的公理（参见条目）（甚至是分体拓扑学的公理，如所呈现的，例如， in Casati, Varzi 1999），其定理可以在有限时间内计算（参见 Berto, Rossi, Tagliabue 2010： 73–87）。此外，CA 更容易调和不同物理定律表面上相互矛盾的性质，例如微观定律的可逆性和热力学第二定律的不可逆性（例如参见 Wolfram 2002：441–457；Berto、Rossi、Tagliabue 2010） ：43-46）。关于第二定律是否为我们提供了物理现实的基本特征，或者它是时间反转不变性并作用于低熵宇宙初始状态的基本原理的副产品，目前尚未达成一致（参见Albert 2000）如果世界是离散的并且时间可逆性是基本的，那么像 Berto、Rossi、Tagliabue (2016) 那样的可逆 CA 可能不仅仅是实现某种程度的计算工具。通过可逆性实现计算效率。
至于第(iii)点，关于信息的物理作用：CA可以适应许多科学家（Wheeler 1990，Ilachinski 2001）和哲学家（Chalmers 1996）所接受的推测性假设，即信息不仅仅是信息的一个方面。物质世界，但从某种意义上说，是最基本的。例如，弗雷德金的有限自然假说不仅强调物理学信息方面的重要性，而且“它坚持认为信息方面是最微观层面上物理学的全部”（参见 Fredkin 1993）。
发展这一想法的一种方式是所谓的“来自比特”理论（再次参见 Wheeler 1990）。用 David Chalmers 的话说，这种方法“源于对物理理论中基本物理状态被个体化为信息状态的观察”（Chalmers 1996：302）。物理学对如何完成特定的功能角色保持沉默，因此“这些信息状态的任何实现都将服务于物理理论的目的”（Chalmers 1996：302）。 “来自比特”的方法对查尔默斯特别有吸引力，因为他是一位致力于感受感受性是内在的、不可还原的属性的心灵哲学家，因为它允许简单的统一：我们需要内在属性来理解意识体验，并且我们需要构成世界物理学的信息状态的内在属性。如果我们声称所有信息状态都基于现象或原现象属性，那么我们“就可以摆脱廉价而优雅的本体论，并一次性解决两个问题”（Chalmers 1996：305）。 CA 中的细胞状态符合要求：如果我们将它们解释为原始现象属性，我们就获得了某种计算中性一元论的内在结构（有关历史介绍，请参阅中性一元论条目）。
尽管单独存在争议，但将这三点放在一起支持了一个简单而优雅的形而上学图景，该图景并非明显错误或不连贯。
假设实际的物理世界是一个巨大的、离散的自动机，是否可以得出哲学上有趣的结论？第一个已经与生命相关地进行了部分探索：如果自然是一个 CA，那么它必须是一个通用 CA，因为通用计算机（例如，您可能正在阅读这篇文章的计算机）毫无争议地存在于物理中。世界。那么，考虑到停止问题，它的进化在算法上是不可约的。尽管有机会设计近似预测工具，但我们仍然面临着一个宇宙，它的演化是不可预测的，其原因与通常诉诸标准物理学（例如量子效应或随机涨落）所提出的原因截然不同：它是不可预测的，只是因为它的不可预测性。计算复杂度。
第二个哲学主题是 CA 世界与当代最著名和最具争议的形而上学论文之一，即大卫·刘易斯的休谟附带性 (HS) 之间的联系。使用内德·霍尔的描述（参见大卫·刘易斯形而上学条目中有关休谟附带性的部分），我们可以将 HS 表述为关于我们世界结构的这四种主张的集合：
(HS1)
有细节（时空点）。
(HS2)
它们是简单的细节，或者完全由简单的细节组成，没有其他细节作为组成部分。
(HS3)
这些简单元素具有各种完全自然的一元属性。
(HS4)
它们彼此之间存在着不同的时空关系。
如果我们用“细胞”代替“时空点”，HS 就非常接近 CA 本体：细胞排列在格子中，彼此之间具有各种时空关系（例如，作为邻域），并且具有一元属性（状态）可以被认为是完全自然的，即可以解释任何其他属性的基本属性。因此，CA 宇宙是刘易斯 HS 的表面抽象模型，可以有效地用来说明刘易斯的原始观点，即还原论观点：
捍卫休谟附带性的目的不是支持反动物理学，而是抵制这样的哲学论点：天地间的事物比物理学梦想的还要多。 （刘易斯 1994：474）。
然而，CA 理论自然提出的本体论与刘易斯的观点之间存在两个差异。首先，对于刘易斯来说，时空本质上是一个连续的、四维流形，是永恒论的（参见时间条目中关于永恒论的部分和时间部分条目中关于四维论的讨论作为介绍），而在一个标准的 CA 驱动的本体，它不是。其次，刘易斯将自然法则简化为细节，而正如我们在上面第 2 节中所看到的，CA 规则始终作为模型的进一步规范包含在内。
第一个分歧可能不是很大。例如，CA世界与永恒论的概念是兼容的。世界的下一个状态是在任何时间步骤计算的想法可以被视为一种纯粹的启发式装置，一种更正确的永恒主义描述的“捷径”，在这种描述中，细胞的状态一劳永逸地“卡在”它们的时空中（我们在将本节中的第一张图片描述为微观宇宙的完整时空演化时自己这样做了）。
关于自然法则的第二个分歧可能是一个棘手的问题。根据 Lewis 1973 的说法，自然法则是在最能描述我们世界的演绎系统中发现的真正概括（其中“最佳”基本上指的是强度和简单性之间的最佳权衡；有关介绍，请参阅自然法则条目以及关于这场辩论的进一步细节）：自然法则伴随着细节及其属性的四维排列。相反，CA的标准描述并不认为时空演化是理所当然的：它以自动机的初始条件为给定，并通过CA转换函数生成系统随时间的演化。细节取决于法律，反之亦然。 CA 世界不是预先设计好的，但只要法则适用于细节，它就会不断增长（Wolfram 2002：484-486 中也提出了类似的观点）。
另一方面，人们可以以刘易斯的方式尝试性地将 CA 定律解释为包含在最能描述 CA 行为的演绎系统中的概括。让我们最后一次考虑一下规则 110 中的微观宇宙：
图7
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仅用两个公理即可获得适用于该时空图的演绎系统，一个公理说明系统的初始条件，另一个表述为表达 CA 转移规则的条件。如果这个条件是嵌入在最能描述我们的玩具宇宙的演绎系统中的真实概括，那么规则 110 就可以算作这个宇宙中的刘易斯自然定律，正如预期的那样。
4.结束语
尽管一些 CA 主题相对而言还没有被哲学家触及（例如，空间和时间的本质（参见 Wolfram 2002：481-496）、人工智能中知识的表示（参见 Berto、Rossi、Tagliabue：15-26），信息和能量之间的关系（参见 Fredkin & Toffoli 1982）），存在许多与 CA 相关的概念挑战。虽然在某些情况下，CA 的贡献确实被从业者高估了，但在其他情况下，CA 被证明是重要现象的有用模型。
作为最后的评论：从纯科学的角度来看，NKS 论证还剩下什么？让我们再过一遍：
(NKS1)
对 CA 进化的观察导致了一项科学发现：“非常简单的规则产生高度复杂的行为”（Wolfram 2002：39）。
(NKS2)
这一发现——“新直觉”——有望解释新旧现象并揭示重要规律。
(NKS3)
因此，我们当前科学实践的核心（基于“旧直觉”）应该从根本上改变以适应这一发现。
即使承认这两个前提的真实性（即，即使承认麻烦的计算等价原理），能否得出预期的结论也值得怀疑。当然，CA 为一系列现象提供了新的直觉和解释——Wolfram 非常成功地将他的“发现”应用于生物学、计算机科学、物理学、金融。然而，没有证据表明我们许多最好的科学解释很快就会被简化为 CA 框架，而且事实上复杂性本身的许多方面仍然位于 CA 范式之外，看不到统一。范式转变通常需要新范式来解释旧范式所做的相同现象，甚至更多。 CA 是一个很有前途的领域，但 (NKS3) 的实现还需要许多发展。
