宇宙或許可以自己學(xué)習(xí)如何進(jìn)化成一個(gè)更好、更穩(wěn)定的宇宙。近日，一組科學(xué)家提出了這個(gè)十分新穎的想法。他們稱，他們正在重新構(gòu)想宇宙，正如達(dá)爾文改變我們對(duì)自然世界的看法一樣。

這個(gè)頗具爭(zhēng)議的想法試圖用數(shù)學(xué)框架來描述物理學(xué)中的各種定律——比如量子場(chǎng)論和量子引力等，來解釋這些物理定律為什么是我們看起來的樣子。結(jié)果則是一個(gè)類似于機(jī)器學(xué)習(xí)程序的系統(tǒng)。

科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)無數(shù)的物理定律，和具有固定值的量，來定義宇宙。從電子的質(zhì)量到引力，宇宙中有許多特定的常數(shù)，由于其精確性和看似無規(guī)律的值，而讓一些人覺得似乎有些隨意。

研究作者威廉·坎寧漢是量子計(jì)算創(chuàng)業(yè)公司Agnostiq的物理學(xué)家與軟件負(fù)責(zé)人。他說：“當(dāng)前，基本物理學(xué)的目標(biāo)之一是，不僅要理解物理定律，還要弄清楚這些物理定律為什么偏偏就是這樣。沒有明顯的理由可以讓一組定律優(yōu)先于另一組定律。”

自學(xué)系統(tǒng)

為了解答這個(gè)疑問，研究小組想知道我們今天所見到的宇宙模式，是不是只是宇宙曾經(jīng)的一種模式？也許，我們今天所認(rèn)識(shí)的種種定律，只是許多迭代中的一個(gè)。也許，宇宙正在持續(xù)地進(jìn)化。

為了得到一個(gè)能夠進(jìn)化的宇宙，研究人員提出了一個(gè)叫做“自訓(xùn)宇宙”的概念，意思就是一個(gè)可以自學(xué)的宇宙。在這種情況下，這個(gè)學(xué)習(xí)的過程，碰巧與機(jī)器學(xué)習(xí)算法的工作方式類似，即某一階段的反饋會(huì)影響到下一階段的發(fā)展，其目的是達(dá)到一個(gè)更加穩(wěn)定的能量狀態(tài)。

遵循這個(gè)想法，研究小組開發(fā)了一個(gè)可能的框架。根據(jù)這個(gè)框架，宇宙可以利用矩陣數(shù)學(xué)方法（一種按陣列排列的數(shù)學(xué)方法）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他機(jī)器學(xué)習(xí)原理，進(jìn)行學(xué)習(xí)。簡(jiǎn)而言之，他們想知道，宇宙是否是一臺(tái)可以學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)。

研究的另一位作者、加拿大滑鐵盧圓周理論物理研究所的物理學(xué)家李·斯莫林說：“我們嘗試改變敘述的方式，就像生物學(xué)家達(dá)爾文須改變敘述，從而加深對(duì)研究對(duì)象的理解一樣。”

達(dá)爾文式的宇宙

和飛蛾進(jìn)化出更好的偽裝類似，自訓(xùn)宇宙也可能進(jìn)化到更高的狀態(tài)——意味著，這可能是一個(gè)更加穩(wěn)定的能量狀態(tài)。根據(jù)研究人員開發(fā)的數(shù)學(xué)框架，這個(gè)系統(tǒng)只能前進(jìn)，每一次迭代都會(huì)創(chuàng)造出一個(gè)比原先更好、或更穩(wěn)定的宇宙。我們今天測(cè)量到的物理常數(shù)，僅在當(dāng)下有效，而在過去可能是不同的數(shù)值。

研究小組發(fā)現(xiàn)，某些量子引力和量子場(chǎng)論——即所謂的規(guī)范理論，旨在在愛因斯坦的狹義相對(duì)論和描述亞原子粒子的量子力學(xué)之間架起橋梁的一組理論，可以被映射或解讀為矩陣數(shù)學(xué)語(yǔ)言，創(chuàng)造出一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的模型。這種聯(lián)系表明，在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的每一次迭代或循環(huán)中，其結(jié)果可能是宇宙的物理定律。

研究小組在論文中提到，這個(gè)學(xué)習(xí)框架，代表了通向自訓(xùn)宇宙概念的第一“小步”。但是，隨著工作的不斷推進(jìn)，團(tuán)隊(duì)或許可以創(chuàng)建一個(gè)完整的宇宙模型，為了解我們的現(xiàn)實(shí)宇宙打開新的大門。

坎寧漢說：“一個(gè)令人興奮的前景是，你可以利用其中的一個(gè)模型，或許還可以提煉出一些新的事物。”可能是發(fā)現(xiàn)一種新型黑洞，或描繪一個(gè)尚未被解釋的物理系統(tǒng)，比如暗能量。

然而，也并非所有研究人員都對(duì)這個(gè)新的想法感到期待。紐約大學(xué)的哲學(xué)教授蒂姆·莫德林沒有參與這項(xiàng)研究。但是莫德林認(rèn)為，對(duì)于這一概念，不僅沒有證據(jù)可予以支持，相反卻有許多證據(jù)與之相悖，比如某些已經(jīng)測(cè)得的物理定律，在今日與大爆炸之后的瞬間，并無不同。此外，如果宇宙定律是不斷進(jìn)化的，那么莫德林認(rèn)為必須有一個(gè)更龐大的不變的定律，可以支配這種變化，但這又否定了自學(xué)系統(tǒng)的概念。

莫德林說：“我們?cè)谟^察基本定律時(shí)——比如薛定諤方程或廣義相對(duì)論，它們看起來壓根不是隨機(jī)的。你可以用非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)方式把它們表述出來，且沒有太多可調(diào)整的參數(shù)。”

澳大利亞昆士蘭大學(xué)的哲學(xué)家彼得·W·埃文斯也沒有參與這項(xiàng)研究。起初，埃文斯也對(duì)這項(xiàng)新研究持懷疑態(tài)度；但他贊同花一些時(shí)間用非正統(tǒng)的方式解決諸如“為什么宇宙是這個(gè)樣子？”等根本性問題。他認(rèn)為，這些方式，即便本身沒有結(jié)果，但或許可以引發(fā)意料之外的想法，而這些意料之外的東西或許可以為我們了解宇宙打開新思路。

這項(xiàng)新研究背后的研究人員也承認(rèn)，他們的工作目前仍處于初步階段，并非是要作為最終理論，而更多的是以新的方式思考問題的開端。最終，盡管該論文沒有就哪種模型可以用來描述我們的宇宙得出任何結(jié)論，但它也確實(shí)提出了宇宙可以學(xué)習(xí)的可能性。

坎寧漢說：“到目前為止，我們?nèi)杂性S多懸而未決的問題，當(dāng)然我們也沒辦法證明任何事情。但是，我們的真正目標(biāo)是拋磚引玉，開啟一場(chǎng)新討論。”