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从动力学到信息论的因果观

已有 8415 次阅读 2009-7-18 22:22 |个人分类:未分类|系统分类:科研笔记

下午睡了一觉,醒来时已经是黄昏,后在学校里散了会步,细细揣摩最近看到的科学网上李亚辉等人的一些帖,觉得对因果又有了新的理解。当然未必正确,但姑且作为一种可能性记在这里:

在古典的动力学世界里,我们看到一件事发生,就觉得必然有原因,就要去追问原因是什么。因又有因,如此在因果链上向源头追溯,最后就要面对“第一因”或者“第一推动力”的问题。可能有一果多因的现象或一因多果的现象,但都不违背这个线性的机制。到后来庞加莱发现了非线性动力学,非线性系统的稳定性成为一个人们在古典框架里没有办法解释的事情。

到后来出了波尔兹曼的统计力学。波尔兹曼说,宇宙的每一步,都有很多种可能性,只不过我们落入的,每次都是最可能(最大熵,最多微观态)的那种可能性。由于宇宙中微粒及其多,因此这种最大的可能性比次大的可能性还要大很多,例如在有限的宇宙寿命中,也不能看到帕斯卡之类的定律被违背一次。因此,决定论式的动力学可以看做是对这个统计系统的有效拟合。也就是说,因果链仍然是稳固和合法的,只是波尔兹曼提醒我们,因果链的每一步,都建立在统计的基础上,我们看到的因果,只是诸多可能性中的一种可能。只不过因为这种可能的概率太高,以至于我们很容易把它看做必然。

根据sync一书的讲法,协同,也是一个概率因果问题。只不过波尔兹曼的相空间中的均匀分布被转化成了时间中的频率协同,都是熵最大的结果,也就是最可能的结果。

再后来就有了信息论。

从历史沿革来看,当然是动力学—>统计力学—>信息论>,但如果我们把信息论的观点看做是基石,去理解统计力学以致动力学,会如何呢?将会导致一种新的世界观。

以对因果的理解为例。有一种可能性是这样:最基层的宇宙就是一个真随机系统,根本没有序、方向、因果、时空、可重复的规律。为什么我们能看到因果?因为这是我们的信息编码系统处理的结果。为什么这个因果律如统计力学指出的那样,是建立在概率的基础上的?答曰,这个概率不是宇宙演化的概率,而同样是我们信息处理的产物。最可能比次可能还要可能很多,的根本原因在于是我们的信息编码系统的处理方式,而不是什么“客观”规律。这就是为什么我们总是能“看到”最可能的可能。

那么,为什么我们的信息处理系统不直接将万物编制成决定论的动力学式的,而会带入概率呢?如果是永远可信赖的可重复的动力学,这样一个必然的世界岂不是令人放心很多?对于这一点我的猜想是:从某种程度上说,我们的心智(也即是信息编码系统)已经“尽力”了。请考虑它面对的是一个什么样的系统。它要处理的是真随机系统。这个系统没有任何规律,永远不会以可预测的方式重复。我们的心智要从这个系统中制造出稳定的时空和因果,甚至可重复的时间,其实是一项极其艰巨的任务。幸而我们做到了,这就是我们被称为智能的原因。

概率性的因果,及其副产品熵,是心智处理真随机系统遗留的痕迹。真随机系统的信息是无穷大,我们的心智在这里面忽略了大部分的信息,制造出因果,重复,两次踏入流淌的河水,识别昨日之我与今日之我,在一个恒变的,如赫拉克利特所言流动的火般的世界里识别出秩序、生命和智能(我们自己),我们越是编码,就制造出越稳固的因果和规律,就越将有秩序的世界从“噪音”中创造出来,就越吃惊于“噪音世界”的熵增。

信息处理,必然留下种种痕迹。例如,power law的出现,就展示了心智的“边界”,依次叠加的信息,到了无穷层次后,一跃成为不可分解之物,无论怎么求导,都不可消解。

本来就是真随机,无所谓生、死、爱、恨、因果、时空,这些都是滤波过滤信息的结果。我们看到的结构,不是真随机信息的结构,是滤波的结构。无中生有的秘密,就在于信息编码。



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2 鲍得海 王振东

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