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Is Universum a Computer?

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  • Ist das Universum ein Computer?

    IIst das Universum ein Computer?

    IOswald Berthold, Fr. 200905-29

    ISeminar Geschichte der Computerentwicklung, PD Horst Zuse,

    SS09, TU Berlin

  • Ist das Universum ein Computer?

    IEinfhrung

    IVorstellung verschiedener Anstze und Theorien

    IZusammenfassung und Diskussion

    ILiteratur

  • Ist das Universum ein Computer? - Einfhrung 1

    Umfassende Frage, relevante Disziplinen (im Groben):

    IInformatik

    IPhysik

    IMathematik

    IPhilosophie

  • Ist das Universum ein Computer? - Einfhrung 2

    Historisches

    IPythagorer (Pythagoras ca. -580 bis -490): Die Essenz des

    Seins ist die Zahl

    IPlaton (ca. -427 bis -347): Ideenwelt, Existenz von

    Universalien, ideale (mathematische) Objekte

    IDescartes (1596 - 1650): Das einzig Gewisse sind Gedanken

    (s.u.) mechanistischer Ansatz

    IUhrwerk Metapher

  • Ist das Universum ein Computer? - Einfhrung 3

    Anstze

    1. Digital Physics

    2. Rechnender Raum

    3. Zellulare Automaten

    4. Kosmischer Quantencomputer

    5. Universelles Programm, Dovetailing

    6. Mathematische Existenz

  • Ist das Universum ein Computer? - Digital Physics (DP) 1

    DP ist eigentlich der Oberbegri fr den hier verhandelten

    Gegenstand.

    Beinhaltet folgende Thesen

    IUniversum ist grundlegend informationell und berechenbar

    IUniversum ist digital

    Idas Universum ist selbst ein Computer

    IResultat einer usseren simulierten Realitt

    Quasi-synonym bzw. enthaltendes Konzept ist

    Pancomputationalism, DP ohne Betonung auf Diskretheit.

  • Ist das Universum ein Computer? - Digital Physics (DP) 2

    Entstehung

    IEdwin Jaynes, 1957, verbindet Informationstheorie,

    Thermodynamik und QM

    IKonrad Zuse schlgt das Konzept des rechnenden Raumes vor,

    1967/69

    IEdward Fredkin prgt den Begri, ndert ihn aber spter in

    Digital Philosophy (Naturphilosophie ist Physik)

    Iweitere Modellierungen des Universums als Computer durch

    Stephen Wolfram, Jrgen Schmidhuber, Gerard t'Hooft

    IErweiterung in QM durch Seth Lloyd, David Deutsch, Paola

    Zizzi (CLQG)

    IVerwandte Ideen: C.F. v. Weizsckers Ur-Alternativen,

    Wheeler's it from bit, spter it from qubit, Tegmark's MUH

    [wp:Digital_physics, 20090528]

  • Ist das Universum ein Computer? - Digital Physics (DP) 3

    John A. Wheeler:

    It from bit. Otherwise put, every 'it' - every particle,

    every eld of force, even the space-time continuum itself -

    derives its function, its meaning, its very existence entirely

    - even if in some contexts indirectly - from the

    apparatus-elicited answers to yes-or-no questions, binary

    choices, bits.

  • Ist das Universum ein Computer? - Digital Physics (DP) 4

    David Chalmers:

    Wheeler (1990) has suggested that information is

    fundamental to the physics of the universe. According to

    this 'it from bit' doctrine, the laws of physics can be cast

    in terms of information, postulating dierent states that

    give rise to dierent eects without actually saying what

    those states are. It is only their position in an information

    space that counts. If so, then information is a natural

    candidate to also play a role in a fundamental theory of

    consciousness. We are led to a conception of the world on

    which information is truly fundamental, and on which it

    has two basic aspects, corresponding to the physical and

    the phenomenal features of the world.

  • Ist das Universum ein Computer? - Digital Physics (DP) 5

    ITuring Machine als grundlegendes Modell

    IChurch-Turing-These: Alles was berechenbar ist, kann

    prinzipiell durch eines der drei Modelle berechnet werden

    (Rekursion, TM, -Kalkl).

    IEs gibt also tatschlich nur die ganzen Zahlen und nur eine

    Approximation des Kontinuums

    IRaumzeit ist selbst diskret, Planck-Einheiten

  • Ist das Universum ein Computer? - Digital Physics (DP) 6

    Kritik

    Ikontinuierliche Symmetrien werden verletzt

    ILokalitt: impliziert versteckte Variablen (Bell)

    IPhysik braucht das Kontinuum: reelle Zahlen, Analysis,

    Dierentialgleichungen

    Feynmann:

    Why should it take an innite amount of logic to gure

    out what one tiny piece of space/time is going to do?

    Gibt es die reellen Zahlen und das Kontinuum wirklich?

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 1

    Konrad Zuse fragt sich 1967 (Artikel in Elektronische

    Datenverarbeitung) bzw. 1969 (Buch) und wahrscheinlich schon

    frher:

    Es scheint daher die Frage berechtigt, ob die

    Informationsverarbeitung bei diesem Zusammenspiel (von

    Mathematik, Physik und Informationsverarbeitung, Anm.)

    nur ein ausfhrende Rolle spielen kann, oder ob auch von

    dort befruchtende Ideen gegeben werden knnen, welche

    die physikalischen Theorien selbst rckwirkend

    beeinussen [Zuse69, S.1].

    Unterscheidet zwei Mglichkeiten:

    1. Entwicklung von Algorithmen fr numerische Verfahren,

    symbolische Verfahren

    2. Automatentheoretische berlegungen in die Physik

    transportieren.

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 1a

    Figure: Verechtung

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 2

    Automatentheorie

    ISchaltungsmathematik, Boolesche Logik: Aussagenkalkl

    IEndliche, autonome und zellulare Automaten

    Maschinenmodelle

    Idierenzierbare Automaten: klassische und Quanten-Physik,

    Analogrechner; Dierentialgleichungen, Genauigkeit

    (Rauschen) und Maximalwerte

    Idiskrete Automaten: Raumzeit, Digitalrechner;

    Dierenzengleichungen, begrenzter Wertevorrat (streng

    bestimmte Ungenauigkeit), Maximalwerte (Registergrsse)

    Ihybride Systeme, siehe Bild auf nchster Folie

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 2a

    Figure: Hybridmodell

    Z.B. Pulsfrequenzkodierung im Nervensystem.

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 3

    Dikretisierung von Dierentialgleichungssystemen.

    Binrer oder ternrer Wertevorrat: -1,0,1, entspricht -e, 0, +e, die

    mglichen elektrischen Elementarladungen.

    Gitterartige Raumstruktur: Orthogonale, dreieckige, sechseckige,

    . . . Gitter.

    Wie weit sind die durch das Studium der rechnerischen

    Lsungen gewonnenen Erkenntnisse auf die physikalischen

    Modelle selbst anwendbar? Ist die Natur digital, analog

    oder hybrid? Ja, ist es berhaupt berechtigt, eine solche

    Frage zu stellen? [Zuse69, S.16]

    S.16: Alle physikalischen Modelle sind grundstzlich kontinuierlich

    (inkl. Relativittstheorie). Krnigkeit durch Einfhrung von

    Teilchen. Selbst die Quantenphysik geht in ihren Gleichungen nicht

    grundstzlich vom Kontinuum ab.

    Quantencomputer S.17

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 4

    Digitalteilchen

    Betrachten das Verhalten eines digitalisierten reibungsfreien Gases

    in einer gerade Rhre.

    wir haben die Grssen p (Druck) welche in den Punkten 1,2,3,. . .

    festgelegt sind sowie v (Geschwindigkeit) welche in

    dazwischenliegenden Punkten 1',2',3',. . . festliegen.

    p 1 2 3 4 5

    v 1'2'3'4'

    4sp

    und 4sv

    sind dann die Dierenzen zw. den benachbarten

    Punkten, 4tp

    und 4tv

    zw. aufeinanderfolgenden Zeitpunkten.

    Wir erhalten folgendes Rechengesetz:

    v 4sp

    vp 4sv

    pFrage nach der grbsten Digitalisierung, welche noch funktionsfhig

    ist. (S.21)

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 5

    Simulation

    Idigital-particles.py

    1

    Iberzeugen uns von der Funktionstchtigkeit des Modells

    I4 stabile Grundformen sind die Digitalteilchen

    IDigitalteilchen als sich fortpanzende Strungen eines

    zellularen Automaten

    Ilinear ausgedehnter unendlicher Automat, der sich periodisch

    in seinem Aufbau wiederholt (zellularer Automat)

    Iv,p sind die Zustnde, dv, dp ergeben sich,

    Zustandsbergangsgesetze sind die Dierenzengleichungen

    Igibt auch instabile Formen: ein isolierter Druckimpuls

    I2 solche Impulse sind wieder stabil

    1

    le:///home/src/ca/digital-particles.py

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 6

    IDigitalteilchen sind sich gegenseitig transparent

    IEinbau nichtlinearer Elemente: Begrenzung der Werte nach

    oben/unten

    IDabei: Reaktion ndet statt, Durchgang erfolgt trotzdem, je

    nach Phasenlage der Teilchen.

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 7

    IErweiterung: von eins verschiedene

    Fortpanzungsgeschwindigkeiten: ergibt neues System mit

    Periode 34t.ISchaltgeschwindigkeit ist hher als Teilchengeschwindigkeit

    (dreifach), gilt aber nur lokal

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 8

    Begegnung

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 9

    IBei der weiteren Betrachtung verlieren Abstossung und

    Durchlauf gewissermassen ihren Sinn, hnlich wie die

    Teilchenidentitt in der Quantentheorie verloren geht.

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 10

    2-dimensionale Systeme

    IErweiterung auf den 2-dimensionalen Fall

    IRechengesetz nach Disjunktion. Sei x , y der Zustand amGitterpunkt (x , y), dann

    I x1,y x+1,y x ,y1 x ,y+1 x ,y

    Ifllt den Raum mit Einsen

    IDamit Vorzugsrichtungen der Ausbreitung, parallel zu

    Koordinatenachsen schneller als diagonal

    IAlternative K (x1,y + x+1,y + x ,y1 + x ,y+1) x ,y

    IGesetze ungengend, daher . . .

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 11

    2-dimensionale Systeme

    IVerschachtelte Anordnung von p und v Punkten

    Ip enthlt einen Wert, v ist ein Vektor mit zwei Komponenten

    IAuch dieses System ist nicht optimal: Stabilitt (Zeriessen),

    unendlich gerade Wellenfronten

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 12

    Digitalteilchen im 2-dimensionalen System

    Inurmehr p-Punkte mit 2 Komponenten x,y

    Ihierzu nurmehr die Bilder

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 13

    Digitalteilchen im 2-dimensionalen System

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 14

    Digitalteilchen im 2-dimensionalen System

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 15

    Digitalteilchen im 2-dimensionalen System

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 16

    2-dimensionale Systeme

    IEs bildet sich vielfltiges Verhalten

    Ibereinanderlaufen

    IAuslschung

    IOszillationen

    INester

    Idigitale Wirbel?

    ITeilchen fhren Halbleben ausserhalb ihrer Nullphasenpunkte,

    bei gebrochenen Winkeln der Bahnen.

    IModell schliesslich auf 3 (und mehr) Dimensionen erweiterbar.

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 17

    Betrachtungen

    IGitterpunkte stehen durch Informationsaustausch in

    Verbindung

    IZellenstruktur des Kosmos wird von Physikern verworfen (Ende

    der 1960er Jahre)

    IEinwnde

    IDiskretisierung hebt Isotropie des Raumes auf (Gitterkonstante

    klein genug Whlen, 10

    11m)

    Inicht-euklidische Geometrien schwer abbildbar

    Ivernderliche Schaltungen

    Iwachsende Automaten

    IProblem der verschiedenen Interialsysteme (aber endlich viele

    konstruierbar)

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 18

    Betrachtungen

    IBeziehung zwischen Lichtgeschwindigkeit und Interzellularer

    Geschwindigkeit. Letztere hher, aber nur lokale Bedeutung

    (QTP?).

    IBei hohen Energien kann sich der rechnende Raum verrechnen.

    ISchaltvolumen: V

    S

    = #beteiligte Schaltglieder #Schalttakte,die an einem Vorgang (Periode eines Digitalteilchens) beteiligt

    sind, s.u. bei Lloyd

    Irelatives Stillstehen von Teilchen

    Iandere Inertialsysteme mit gleichem V

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 19

    Betrachtungen

    IAutonome nite Automaten (das Universum?) enden immer in

    periodischen Zyklen.

    IQuantitative Lsung: 2

    10

    123

    mgliche Zustande des

    kosmischen Automaten

    IAusdehnung des Universums: 10

    41

    Elementarlngen, 10

    123

    Elementarkuben

    IAnzahl der Zeittakte in der Grssenordnung der rumlichen

    Ausdehnung, . . .

    Welchen Sinn hat dann die Erkenntnis, dass der

    Ablauf des Kosmos in einen periodischen Zyklus

    auslaufen muss, wenn innerhalb der betrachteten an

    sich schon sehr grossen Zeitrume eine solche

    Periode gar nicht erreichbar bzw. auch nur einmal

    durchlaufen werden kann? [Zuse69, S.55]

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 20

    Betrachtungen

    IBegri des Informationsgehalts fhrt zur Erhaltung der

    Kompliziertheit.

    IDeterminiertheit, was passiert im Schaltschritt, Umkehrbarkeit,

    Wahrscheinlichkeit

    ITabelle S.68

  • Ist das Universum ein Computer? - Rechnender Raum 21

  • Ist das Universum ein Computer? - Petri

    2 wichtige Aussagen zur Messunschrfe und zum Kontinuum

    IDer wahre Wert einer Messgrsse ist eine reelle Zahl

    (Zhlunscharfe, Oszillator)

    IDas ganze Universum ist in einem beliebigen Ausschnitt aus

    sich selbst vollstndig reprsentiert

  • Ist das Universum ein Computer? - Zellulare Automaten 1

    Zellularer Automat

    Iein Raum R (Zellularraum)

    Ieine endliche Nachbarschaft N

    Ieine Zustandsmenge Q

    Ieine lokale berfhrungsfunktion : QN Q

    Ientwickelt von Stanislaw Ulam

    Iaufgegrien von John Neumann

    IGame of Life, Langton

    IStephen Wolfram, 1d Automat, 110, NKS, Dovetailing

    Ihttp://www.wolframscience.com/nksonline/toc.html

    Ikontinuierliche Zellautomaten als periodische R-C Netzwerke

  • Ist das Universum ein Computer? - Zellulare Automaten 2

    IWolfram's Prinzip der computatorischen quivalenz: Jedes

    System im allgemeinsten Sinn kann nicht mehr berechnen als

    ein Computer

    ISchmidhuber: Kritik an Wolfram, kaum Referenz auf Zuse's

    Arbeit

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 1

    Seth Lloyd (MIT), Quanteningenieur

    IDie Behauptung, der Kosmos sei ein Computer ist

    wortwrtlich wahr (Sdw200703, S.17)

    IElementarteilchen enthalten Informationseinheiten

    Ijede physikalische Interaktion ist ein Rechenvorgang, Bits

    werden geschaltet

    IBeweis durch die Arbeiten von Maxwell, Boltzmann und Gibbs:

    Entropie proportional zur Zahl der Informationsbits die

    Teilchen in ihren Bewegungen speichern.

    IBoltzmann Entropie: S = kB

    ln

    IMit Shannon der erneute Hinweis auf den Zusammenhang mit

    der Information

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 2

    IWoher stammt die Komplexitt im Universum?

    IDekohrenz bringt Zufall in Berechnung, Determiniertheit wird

    zur Superposition

    ISchaltvolumen des Universums nicht grsser als 10

    1

    20 2400IErwartungswert der Lnge der lngsten Teilfolge eines

    vorgebenen Bitmusters in einem zuflligen ist der Logarithmus

    dieser Lnge (Aen, Schreibmaschinen)

    IWenn das aber Programme einer universellen Maschine sind

    kommen interessante Dinge heraus.

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 3

    Black hole computer

    IWissen schon: to a physicist, every physical system is a

    computer

    IProblem bei schwarzen Lchern: schlucken Information, geben

    aber nichts mehr zurck

    IAusweg: Hawking-Strahlung, diese aber informationell nur

    Rauschen

    ISusskind, Preskill, t'Hooft: Hawkingstrahlung ist nicht

    zufallsverteilt

    IQuantentheorie sagt: Information bleibt erhalten

    IEntropie-Begri: Thermodynamische Leistungsgrenze ist

    proportional der Anzahl der Bits, die durch Teilchen in einem

    Volumen reprsentiert werden.

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 4

    Black hole computer

    ILloyd: QM bedeutet diskretes Verhalten im Werte- und

    Zeitbereich

    IUmschalten eines (Qu-)Bits erfordert Minimum an Zeit

    IMargolus' Theorem: Schaltzeit ist umgekehrt proportional der

    dafr aufgewendeten Energie: t h/4EIDieses Theorem hat Konsequenzen fr Geometrie der

    Raumzeit und die Rechenleistung des Universums

    IDazu 2 Modelle

    1. beliebige Masse von 1 kg und Volumen von einem Liter, (bei

    Lloyd ultimatives Laptop (UL)

    2. Schwarzes Loch (SL)

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 5

    Black hole computer: UL

    Inutzt Masse als Energie nach E = mc2

    Iwird gesamte Energie genutzt: 10

    51

    Ops / s, gegen Ende

    langsamer

    ISpeicherkapazitt: wird Masse in Energie gewandelt, erhalten

    wir eine Temperatur von 10

    9

    Kelvin. Entropie proportional

    E/T . Anzahl der Bits: 1031

    IEin Bit kann 10

    20

    pro Sekunden umspringen

    ISchaltzeit ist annhernd so gross wie

    Signalausbreitungsgeschwindigkeit, daher parallele

    Arbeitsweise.

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 6

    Black hole computer: SL

    Iwenn alle Materie ein Computer ist, ist ein Schwarzes Loch ein

    Rechengert auf Minimalgrsse

    IEin 1 kg SL hat einen Radius von ca. 10

    27m, Proton dazu

    10

    15m

    IDurch Komprimierung wirkt Gravitation zwischen den

    Teilchen, diese werden verbunden und knnen dann weniger

    Information speichern

    IInformationsgehalt eines SL nach Hawking/Bekenstein

    proportional seiner Oberche (holograsches Prinzip), ca.

    10

    16

    Bit

    IDafr ist Schaltzeit reduziert auf 10

    35Sekunden, die gleiche

    Zeit die Licht von einem Ende des Computers zum anderen

    unterwegs ist

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 7

    Black hole computer: SL

    IInput: Materie/Energie, ins Loch

    IOutput: Hawking-Strahlung

    IStrahlung mit Wellenlnge in der Grssenordnung des

    Schwarzen Lochs (Gammastrahlung)

    IEmissionsrate umgekehrt proportional seine Grsse

    IAusser Existenz der Hwaking-Strahlung (siehe LHC-Debatte)

    ist auch die Beschaenheit der Strahlung umstritten: zufllig

    oder Rechenergebnis.

    IEntstehung verschrnkter Teilchen am Ereigniskorizont,

    Vernichtung des einen Teilchens in der Singularitt entspricht

    einer Messung, Resultat wird auf komplementres Partikel

    bertragen

    IGegenstand aktueller Debatten

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 8

    Black hole computer: SL

    IEigenschaften schwarzer Lcher hngen mit Eigenschaften der

    Raumzeit zusammen

    IIm kleinsten Massstab ist die Raumzeit blasig oder schaumig

    IVermutung: diese Zellen sind in der Grssenordnung der

    Planck-Lnge l

    p

    = ~Gc

    3

    = 1.616252 1035mIQuantenuktuationen und Gravitation kommen ins Spiel,

    Raumzeit nicht direkt beobachtbar

    IAnderes Ergebnis: Zellen wahrscheinlich grsser, sogar

    proportional des beobachteten Volumens

    IEnergie der Messgerte in einem Gebiet darf nicht zum Kollaps

    des Gebietes fhren

    Ifhrt wieder zum holograschen Prinzip

  • Ist das Universum ein Computer? - Kosmischer

    Quantencomputer 9

    Betrachtung des Universums als Ganzes

    IUniversum existiert seit endlicher Zeit?

    IDann: 10

    123

    Rechenoperationen seit seinem Bestehen

    IEnergiegehalt des Universum: 10

    72

    Joule, nach

    Margolus-Levitin 10

    106

    Operationen pro Sekunde, Alter des

    Universums in Sekunden:

    14e9 365 24 60 60 = 4.41504e + 17, wieder 10123IAnzahl der Bits im Universum: 10

    92

    nach statistischer

    Mechanik und Kosmologie, maximal 10

    124

    nach dem

    holograschen Prinzip

    IUniversum nahe seiner kritischen Dichte, Anzahl der

    Operationen maximal

    IBerechnung ist Existenz

  • Ist das Universum ein Computer? - Berechenbarkeit und

    universelles Programm

    IGibt es ein Programm das den exakten Verlauf unseres

    Universums und aller anderen mglichen Universen berechnen

    kann?

    IBerechenbare Universen einfacher als unberechenbare, kein

    Widerspruch zu experimentellen Daten der Quantenphysik.

    Daher dieses Modell vorzuziehen.

    IEs muss einen kurzen und optimal schnellen Algorithmus

    geben, der alle mglichen Universen berechnet.

  • Ist das Universum ein Computer? - Berechenbarkeit und

    universelles Programm 2

    IAlgorithmische Informationstheorie: Solomonov, Kolmogorov,

    Chaitin. kurz: Shannon und Turing verschttelt

    IKolmogorov-Komplexitt: K (s) = |d(s)| mit s beliebigeZeichenkette, d(s) minimal Beschreibung von s (MatthewEekt)

    IFr eine zufllige Zeichenkette gilt |s| = |d(s)|

    Inicht sprachabhngig, da Compiler konstanter Grsse

    Beschreibungen berfhren knnen (Compiler-Theorem)

    IGibt es unberechenbare Zahlen im Universum, dann ist es

    selbst unberechenbar

    IDierenzialrechnung kann gute Approximation

    mikrospokischen Verhaltens sein

  • Ist das Universum ein Computer? - Berechenbarkeit und

    universelles Programm 3

    IWie kurz kann das krzeste Programm sein?

    IVorstellbar, das der primre Zufall der QM einem PNG

    entspringt, beobachterabhngig ist

    IBeobachter unterliegen Unschrfe, 4x4p ~2

    und knnen

    Determiniertheit nicht dekodieren.

    IBeobachter merkt u.a. nicht, wenn Berechnung von aussen

    angehalten wird

    IAuch t'Hooft untersttzt Idee eines deterministischen

    Universums

  • Ist das Universum ein Computer? - Berechenbarkeit und

    universelles Programm 4

    Krzestes, schnellstes Programm

    IAusgabebits drfen spter gendert werden, Bitkette soll in

    endlicher Zeit konvergieren

    IN-tes Ausgabebit = 1 wenn das N-te Programm in der Liste

    aller mglichen Programme anhlt

    ISystematische Aufzhlung aller Programme und paralleles

    Durchrechnen

    IWissen zu gegebenem Zeitpunkt nicht, ob Bit N schon

    endgltig ist oder nicht (Halteproblem)

    IEs gibt ein Programm das die Aufzhlung und Ausfhrung

    durchfhrt

    IErst Lnge 1 Bit, dann 2 Bit usw.

    IJe krzer das Programm, desto huger kommt es an die

    Reihe, Wartezeit ist 2

    N+1Zyklen

  • Ist das Universum ein Computer? - Berechenbarkeit und

    universelles Programm 4

    Krzestes, schnellstes Programm: Dovetailing

    IAlgorithmischer Informationsgehalt einer Menge oft geringer

    als der ihrer einzelnen Elemente

    IProgramm P fr ein spezielles Universum von gleicher

    Geschwindigkeitsordnung wie universalter Algorithmus

    Iviele quivalente Programme

    IUniversen mit krzeren Beschreibungen weiter fortgeschritten

    ISuche nach dem Programm fr unser Universum, Weltformel

    IFolgen fr Philosophie und Theologie wegen rational

    technischem Zugang zu deren Grundfragen

    IDovetailing ist BFS, im Gegensatz zu DFS auf einem Graphen

    der mglichen Programme

  • Ist das Universum ein Computer? - Berechenbarkeit und

    universelles Programm 5

    Dovetailing und MWI

    Um eine Verbindung zwischen Dovetailing und MWI herzustellen,

    ein Zitat von j. Schmidhuber:

    An automatic by-product of the Great Programmer's

    set-up is the well-known many world hypothesis,

    (c)Everett III. According to it, whenever our universe's

    quantum mechanics allows for alternative next paths, all

    are taken and the world splits into separate universes.

    From the Great Programmer's view, however, there are no

    real splits - there are just a bunch of dierent algorithms

    which yield identical results for some time, until they start

    computing dierent outputs corresponding to dierent

    noise in dierent universes. [Schmidhuber97, 205]

  • Ist das Universum ein Computer? - Loop Quantum Gravity

    Die folgenden Themen nurmehr kurz

    IAusgangspunkt: Verwicklungen aktueller physikalischer

    Grundlagentheorie

    IProblem der Gravitation: diese lsst sich nicht ohne weiteres

    quantisieren, sie ist keine Kraft wie die anderen drei

    Grundkrfte sondern eine geoemtrische Eigenschaft der

    Raumzeit.

    ITheorie, die nicht auf der Bhne der Raumzeit agiert, sondern

    diese erzuegt

    IAnnahme von Raumzeit Zellen auf der Grssenordnung der

    Planck-Skala

  • Ist das Universum ein Computer? - Mathematical Universe

    Hyopthesis 1

    IMax Tegmark, MIT

    IERH: es gibt eine externe physikalische Realitt unabhngig

    von Beobachtern

    Ies folgt MUH: diese (unsere) externe Realitt ist eine

    mathematische Struktur

    Iaktuelle Theorien beschreiben immer nur Teile, daher TOE

    IEine mathematische Struktur ist das: abstrakte Entitten und

    Relationen zwischen diesen (z.B. Boolesche Algebra, S.27,

    Newtonsche Gravitationstheorie, GR, QFT)

  • Ist das Universum ein Computer? - Mathematical Universe

    Hyopthesis 2

    ISAS: Self aware subsstructure

    IZeit luft nicht ab, Prozesse mssen nicht ausgefhrt werden

    sondern nur deniert sein

    IRelationen werden in unendlichen Fllen durch Berechnungen

    deniert, ein f : N NICUH: die mathematische Struktur die unsere externe

    physikalische Realitt ist, ist durch berechenbare Funktionen

    deniert

    I

  • Ist das Universum ein Computer? - Comp 1

    IComputationalism (classical digital mechanism)

    1. yes doctor hypothesis, substitutability

    2. Church Thesis: Alle universalen Maschinen (rekurs.

    Funktionen, TMs, -Kalkl, . . . ) sind quivalent in Bezug aufdie Klasse der Funktionen die sie berechnen

    3. Arithmetischer Realismus (AR): arithmetische Aussagen sind

    wahr unabhngig von Menschen und Universen

  • Ist das Universum ein Computer? - Comp 2

    IUDA: Grundlagenphysik reduzierbar auf

    Grundlagenpsychologie, diese wiederum in Zahlentheorie

    einbettbar

    IAcht Schritte, Teleportationstests,

    IDovetailing wegen Halteproblem (7)

    IDovetailing und hinreichend robust expandierendes Universum

    (7)

    Iwegen Moviegraph Argument keine physikalische Aktivitt

    relevant (Traum, Entfaltung der Maschinenzustnde), nur

    Berechnung.

    Iphysical - virtual - arithmetical ununterscheidbar

    IPhysik ist ein Mass auf den konsistenen Berechnunghistorien

  • Ist das Universum ein Computer? - Comp3

    Computationalism

    According to the computational hypothesis, consciousness

    supervenes on brain activity and the important level of organization

    in the brain is its computational structure. So the same

    consciousness can supervene on two dierent physical systems

    provided that they support the same computational structure. For

    example, we could replace every neuron in your brain with a

    functionally equivalent silicon chip and you would not notice the

    dierence.

    http://groups.yahoo.com/group/Fabric-of-Reality/

    message/11020

  • Ist das Universum ein Computer? - Berechenbarkeit

    ICT-These, siehe Folie UDA

    ITuring-Maschine: klar

    IGdel:

    1. Erster Unvolstndigkeitssatz: Zahlentheorie + Aussagenlogik:

    Es gibt aussagen die sich weder beweisen noch widerlegen

    lassen (Tegmark07, S21)

    2. . . .

  • Residuum

    IBewusstsein

    Ireicht Berechenbarkeit (Denition) oder muss gerechnet

    (operational) werden oder egal?

  • Ist das Universum ein Computer? - Literatur

    ISpektrum der Wissenschaft 2005/01, S. Lloyd, Y. J. Ng: Ist

    das Universum ein Computer? (SciAm Artikel Black hole

    computers)

    ISpektrum der Wissenschaft Spezial 2007/03: Ist das

    Universum ein Computer?

    IKonrad Zuse, Rechnender Raum, Vieweg, 1969

    IJrgen Schmidhuber: A Computer Scientist's View of Life, the

    Universe and Everything, in LNCS, Foundations of Computer

    Science: Potential - Theory - Cognition

    IMax Tegmark: The Mathematical Universe, arXiv:0704.0646v2

    [gr-qc]

    IWikipedia: Stephen Wolfram, Digital physics, Entropie,

    Ludwig Boltzmann

    IBruno Marchal: The Origin of Physical Laws and Sensations,

    SANE2004

  • Fin

    EinfhrungAnstzeDigital PhysicsRechnender RaumZellulare Automatencosmic / quantumBlack hole computer

    Universelles ProgrammLQGMUHcompEndeLiteratur