མཉམ་ཞུགས་ཀྱི་འཇིག་རྟེན་ཁམས་དང་མངོན་ཐོན་གྱི་ཕྱོགས་དུས༎

The participatory universe and emergent spacetime

By Dr. Chris Fields
Allen Discovery Center, Tufts University

The classical physics of Newton and Laplace took the existence of space, time and ordinary physical objects for granted, leaving questions of fundamental ontology to the philosophers.  It also took for granted the ability of human beings to observe their surroundings, conduct experiments, communicate with each other, and reach agreement about empirical facts and theoretical explanations.  How humans were able to do these things was also left to the philosophers, and to the nascent discipline of psychology.

This straightforward division between what physics was about and what it could safely ignore began to break down in the late 19th century, as empirical observations increasingly suggested the existence of complex but invisible phenomena and ancient philosophical ideas such as atomism were imported into physical theory to fill the conceptual void.  By the late 1920s – not quite a century ago – it was also becoming evident that how observers probed this invisible world had a large effect on what they saw.  Niels Bohr, Werner Heisenberg, and others of the first generation of quantum theorists openly questioned whether the classical idea of an observer-independent “objective” reality might be rendered inadequate by the new physics.  Such questioning was resisted by more traditionally-minded physicists, most famously by Albert Einstein.  The great majority of physicists, however, chose not to worry about such issues, adding the interpretation of quantum theory to the already-long list of topics to be left to the philosophers.  An informal doctrine of “shut up and calculate” dominated the pedagogy of physics, producing several generations of skilled practitioners who largely did not care about the ontology their theories described.

Complacency about ontological issues could not, however, comfortably be maintained in one key area of physics: the intersection between quantum theory and general relativity.  Here the mathematical assumptions of two important theoretical frameworks were fundamentally at odds.  While in general relativity, spacetime is smooth and continuous at arbitrarily-small scales, in quantum theory the structure of spacetime itself becomes choppy or foamy as distances or time intervals become very small.  This conflict was rendered acute in 1982 by Alain Aspect’s experiment (which led to a Nobel Prize in 2022) that demonstrated, for the first time, quantum entanglement over macroscopic distances.  This experimental result, since confirmed many times at ever-larger scales, showed that the classical idea that spatial separation provides an ontological distinction between physical systems – an idea Einstein had championed against Bohr – was fundamentally flawed.

The most radical response to the crisis in theoretical physics was proposed not by a philosopher, but by a physicist – John Archibald Wheeler, who had studied with both Bohr and Einstein, worked on the Manhattan Project, and brought general relativity into mainstream physics through the study of black holes.  Wheeler’s proposal, first clearly enunciated in the early 1970s and elaborated over the next three decades, was that the fundamental ontology most consistent with contemporary physics is one of “observer-participants” – entities that observe and manipulate their surroundings, including each other, and by so doing jointly create a shared reality.  Concomitant with this idea were the rejection of explanatory reductionism, the primacy of “laws” in physics, the idea of the continuum on which classical notions of space and time were based, and the idea that spacetime is ontologically fundamental.

Wheeler’s status in the physics community assured that his ideas would be taken seriously.  Aspect’s experiment, coupled with Richard Feynman’s open challenge to develop a quantum theory of computation, provided the empirical and conceptual basis for Wheeler’s ideas to become transformatory.  By 2000, an ever-growing community of physicists had reformulated quantum theory, turning a mathematical formalism originally intended to describe the behavior of atoms and their constituent particles into a completely general, scale-free theory of information exchange and computation.  This quantum information theory provided a new conceptual framework with which to address problems in all domains of physics, from elementary particles to cosmology.

While many physicists remain uninterested in questions of ontology, and while quantum information theory is still a young and developing field supporting a great diversity of mutually-incompatible ideas and approaches, a strong current within the quantum information community is focused on the development of mathematically-consistent, empirically-testable models in which the spacetime described by general relativity emerges as an approximate description of the communicative behavior of large numbers of relatively simple information-processing agents.  Such models provide, in effect, rigorous examples of what “observer-participants” could turn out to be in practice.

The idea that spacetime is emergent challenges the ontological foundations not just of classical physics, but of ordinary human perception, cognition, and action.  If spacetime is not ontologically fundamental, the spatial boundaries of objects cannot be ontologically fundamental.  If spacetime is not ontologically fundamental, the temporal continuity of objects cannot be ontologically fundamental.  Objects, therefore, cannot be ontologically fundamental.  These statements apply not just to electrons or atoms, but to stars, planets, and human beings.  The classical notion of “objectivity” as observer-independence becomes unsupportable, as Wheeler himself clearly recognized.

Contemporary physics presents us, therefore, with both extraordinarily powerful theoretical, observational, and technological tools, and deep challenges to the commonsense ontology that humans develop as infants and refine through everyday experience.  It points the way toward a new conceptualization of science as being about curiosity, creativity, and communication, not just at the human scale, but at all scales.

About the author

Dr. Chris Fields is a biophysicist who has collaborated with Dr. Michael Levin and other members of the Allen Discovery Center since 2014. He is primarily interested in developing scale-free models, based on quantum information theory and abstract model of computation, that characterize the abilities of living systems to recognize objects in their environments, localize them in space and time, and interact with them as persistent individuals.

ནིའུ་ཊོན་དང་ལ་པ་ལེ་སིའི་སྔར་སྲོལ་གྱི་དངོས་ཁམས་རིག་པས་བར་སྣང་དང་དུས་ཚོད་དང་སྤྱིར་བཏང་གི་དངོས་ཁམས་དངོས་པོ་རྣམས་ཀྱི་གནས་ལུགས་ལ་གཞི་རྩའི་གནས་ལུགས་རིག་པའི་དྲི་བ་རྣམས་ནང་དོན་རིག་པའི་མཁས་པ་ཚོར་བཞག་ཡོད། དེ་བཞིན་མིའི་རིགས་ཀྱི་མཐའ་འཁོར་གྱི་གནས་ཚུལ་ལ་དོ་སྣང་བྱེད་པ་དང་། ཚོད་ལྟ་བྱེད་པ། ཕན་ཚུན་བརྡ་སྤྲོད་བྱེད་པ། མིའི་རིགས་ཀྱིས་འདི་དག་ཇི་ལྟར་བྱེད་ཐུབ་པ་དེ་ཡང་ནང་དོན་རིག་པའི་མཁས་པ་དང་སེམས་ཁམས་རིག་པའི་སློབ་ཚན་གསར་པ་དེ་ལ་ལྷག་ཡོད།

དངོས་ཁམས་རིག་པ་གང་ཡིན་པ་དང་དེས་བདེ་འཇགས་ངང་སྣང་མེད་བྱེད་ཐུབ་པའི་བར་གྱི་དབྱེ་འབྱེད་ཐད་ཀར་དེ་དུས་རབས་༡༩པའི་མཇུག་ཏུ་ཆག་འགོ་ཚུགས་པ་རེད། རྟོག་ཞིབ་ཀྱི་དོ་སྣང་གིས་མགུ་རྙོག་ཅན་ཡིན་ཡང་མཐོང་མི་ཐུབ་པའི་མངོན་ཚུལ་ཡོད་པའི་བརྡ་སྟོན་གྱི་ཡོད། རྡུལ་ཕྲན་ལྟ་བུའི་གནའ་བོའི་མཚན་ཉིད་རིག་པའི་བསམ་བློ་རྣམས་དངོས་ཁམས་གྲུབ་མཐའི་ནང་དུ་ནང་འདྲེན་བྱས་ཏེ་བསམ་གཞིག་གི་སྟོང་ཆ་སྐོང་བར་བྱས་ཡོད།

༡༩༢༠ ལོའི་མཇུག་ཏུ་དོ་སྣང་བྱེད་མཁན་ཚོས་མཐོང་མི་ཐུབ་པའི་འཛམ་གླིང་འདི་ལ་ཞིབ་འཇུག་བྱེད་སྟངས་དེས་ཁོང་ཚོས་མཐོང་བའི་དངོས་པོ་ལ་ཤུགས་རྐྱེན་ཆེན་པོ་ཐེབས་ཡོད་པ་གསལ་པོ་ཆགས་ཡོད། ནིལ་སི་བྷོར་དང་། ཝར་ནར་ཧྥེ་སེན་བྷར་གྷི། དེ་བཞིན་ཚད་རྡུལ་གྲུབ་མཐའ་མཁས་པ་ཚོའི་མི་རབས་དང་པོ་ཚོས་ཐད་ཀར་དོགས་པ་བྱེད་ཀྱི་ཡོད། དེ་ལྟ་བུའི་དྲི་བ་ལ་སྲོལ་རྒྱུན་གྱི་བསམ་བློ་ཡོད་པའི་དངོས་ཁམས་རིག་པ་བ་མང་པོས་འགོག་ཐབས་བྱས། དེའི་ནང་ནས་སྐད་གྲགས་ཆེ་ཤོས་དེ་ཨལ་བྷར་ཊི་ཨེན་སི་ཊེན་ཡིན། ཡིན་ནའང་དངོས་ཁམས་རིག་པའི་མཁས་པ་མང་ཆེ་བས་གནད་དོན་དེ་འདྲའི་སྐོར་ལ་སེམས་ཁྲལ་མ་བྱེད་པར་ཐག་གཅོད་བྱས་པ་དང་། དངོས་ཁམས་རིག་པའི་སློབ་གསོའི་ནང་ལ་“ཁ་བཙུམ་ནས་རྩིས་རྒྱག་དགོས་”ཞེས་པའི་ལུགས་མཐུན་མིན་པའི་ལྟ་གྲུབ་ཀྱིས་དབང་བསྒྱུར་བྱས་པ་དང་། ལག་རྩལ་ཅན་གྱི་ལག་ལེན་པ་མི་རབས་འགའ་ཤས་བསྐྲུན་ཡོད། ཁོང་ཚོས་ཁོང་ཚོའི་གྲུབ་མཐའ་གིས་བརྗོད་པའི་གནས་ལུགས་རིག་པ་ལ་དོ་སྣང་བྱེད་ཀྱི་མེད།

ཡིན་ནའང་གནས་ལུགས་རིག་པའི་གནད་དོན་ལ་ཡིད་ཚིམས་པ་དེ་དངོས་ཁམས་རིག་པའི་གལ་ཆེའི་ས་ཁུལ་གཅིག་ལ་བདེ་འཇགས་ངང་རྒྱུན་འཁྱོངས་བྱེད་ཐུབ་ཀྱི་མེད། དེ་ནི་ཚད་རྡུལ་གྲུབ་མཐའ་དང་སྤྱིར་བཏང་གི་འབྲེལ་བའི་གྲུབ་མཐའ་གཉིས་ཀྱི་བར་གྱི་འབྲེལ་མཐུད་དེ་རེད། འདིར་གྲུབ་མཐའི་སྒྲོམ་གཞི་གལ་ཆེན་གཉིས་ཀྱི་རྩིས་རིག་གི་ཚོད་དཔག་དེ་གཞི་རྩ་ནས་འགལ་བ་རེད། སྤྱིར་བཏང་གི་འབྲེལ་བའི་རིག་པའི་ནང་ལ་བར་སྣང་གི་དུས་ཚོད་དེ་ཚད་གཞི་ཆུང་ཆུང་ཞིག་ལ་འཇམ་པོ་དང་མུ་མཐུད་དུ་གནས་ཡོད་ཀྱང་། ༡༩༨༢ ལོར་ཨ་ལིན་ཨ་སི་པེག་ཊི་ཡི་ཚོད་ལྟའི་ཐོག་ནས་འཁྲུག་རྩོད་འདི་ཤུགས་ཆེ་རུ་བཏང་ཡོད། བརྟག་དཔྱད་ཀྱི་གྲུབ་འབྲས་འདིས་ཚད་གཞི་ཆེ་རུ་གཏོང་བའི་སྐབས་སུ་ཐེངས་མང་པོར་གཏན་འཁེལ་བྱུང་བ་དང་། ས་ཆའི་དབྱེ་འབྱེད་ཀྱིས་དངོས་ཁམས་རིག་པའི་མ་ལག་གི་བར་ལ་གནས་ལུགས་རིག་པའི་དབྱེ་བ་འདོན་སྤྲོད་བྱེད་པའི་སྔར་སྲོལ་གྱི་བསམ་ཚུལ་དེ་ཨེན་སི་ཐན་གྱིས་བོར་ལ་ཁ་གཏད་གཅོག་པའི་བསམ་ཚུལ་དེ་གཞི་རྩ་ནས་ནོར་འཁྲུལ་ཡིན་པ་སྟོན་ཡོད།

གྲུབ་མཐའི་དངོས་ཁམས་རིག་པའི་དཀའ་ངལ་ལ་ལན་འདེབས་ཆེ་ཤོས་དེ་མཚན་ཉིད་རིག་པ་བ་ཞིག་གིས་མ་ཡིན་པར་དངོས་ཁམས་རིག་པའི་མཁས་པ་ཞིག་གིས་གྲོས་འཆར་བཏོན་ཡོད། ཁུང་བུ་ནག་པོའི་ཞིབ་འཇུག ཝེ་ལར་གྱི་གྲོས་འཆར་ནི། ཐོག་མར་༡༩༧༠ལོའི་མགོ་སྟོད་དུ་གསལ་པོར་བཤད་པ་དང་ལོ་བཅུ་ཕྲག་གསུམ་གྱི་ནང་དུ་འགྲེལ་བཤད་བརྒྱབ་པ་ནི། དེང་རབས་ཀྱི་དངོས་ཁམས་རིག་པ་དང་ཆེས་མཐུན་པའི་གཞི་རྩའི་གནས་ལུགས་རིག་པ་དེ་“དོ་སྣང་བྱེད་མཁན་གྱི་མཉམ་ཞུགས་པ་”ཡིན། དེ་ལྟར་བྱས་ན་མཉམ་སྤྱོད་ཀྱི་དངོས་ཡོད་ཅིག་བསྐྲུན་ཐུབ། བསམ་ཚུལ་འདི་དང་མཉམ་དུ་འགྲེལ་བཤད་ཀྱི་ཉུང་འཕྲི་རིང་ལུགས་ཁས་མི་ལེན་པ་དང་། དངོས་ཁམས་རིག་པའི་ནང་“ཁྲིམས་ལུགས”ཀྱི་གཙོ་བོ།

དངོས་ཁམས་རིག་པའི་ཚོགས་པའི་ནང་ཝེ་ལར་གྱི་གནས་བབ་དེས་ཁོང་གི་བསམ་ཚུལ་ལ་གལ་ཆེན་པོར་བརྩི་རྒྱུ་ཡིན་པའི་ཁས་ལེན་བྱེད་ཀྱི་ཡོད། རི་ཅར་ཌི་ཕེན་མན་གྱིས་རྩིས་རྒྱག་པའི་ཚད་རྡུལ་གྲུབ་མཐའ་བཟོ་རྒྱུའི་ཁ་གསལ་གྱི་གདོང་ལེན་དང་མཉམ་དུ་ཨ་སི་པེཊ་ཀྱི་ཚོད་ལྟ་དེ་ཝེ་ལར་གྱི་བསམ་བློ་དེ་བསྒྱུར་བཅོས་གཏོང་བར་ཚོད་ལྟའི་གཞི་རྩ་དང་བསམ་གཞིག་གི་གཞི་རྩ་སྤྲད་ཡོད། 2000ལོར་དངོས་ཁམས་རིག་པའི་ཚོགས་པ་འཕེལ་རྒྱས་འགྲོ་བཞིན་པ་ཞིག་གིས་ཚད་རྡུལ་གྲུབ་མཐའ་བསྐྱར་བཟོ་བྱས་ཏེ་ཐོག་མར་རྡུལ་ཕྲན་དང་དེའི་གྲུབ་ཆའི་རྡུལ་ཕྲན་གྱི་བྱ་སྤྱོད་བརྗོད་པའི་རྩིས་རིག་གི་སྒྲིག་གཞི་དེ་སྤྱིར་བཏང་གི་ཆ་འཕྲིན་བརྗེ་རེས་དང་རྩིས་རྒྱག་གི་ཚད་གཞི་མེད་པའི་གྲུབ་མཐའ་ཞིག་ཏུ་བསྒྱུར་ཡོད། ཚད་རྡུལ་གནས་ཚུལ་གྲུབ་མཐའ་འདིས་དངོས་ཁམས་རིག་པའི་ཁྱབ་ཁོངས་ཚང་མའི་ནང་རྡུལ་ཕྲན་གཞི་རྩ་ནས་འཇིག་རྟེན་རིག་པ་བར་གྱི་དཀའ་ངལ་སེལ་བའི་བསམ་གཞིག་གི་སྒྲོམ་གཞི་གསར་པ་ཞིག་མཁོ་སྤྲོད་བྱས།

དངོས་ཁམས་རིག་པའི་མཁས་པ་མང་པོ་ཞིག་གིས་གནས་ལུགས་རིག་པའི་དྲི་བ་ལ་དོ་སྣང་བྱེད་ཀྱི་མེད། དེས་ཕན་ཚུན་མི་མཐུན་པའི་བསམ་བློ་དང་ཐབས་ལམ་སྣ་ཚོགས་ལ་རྒྱབ་སྐྱོར་བྱེད་ཀྱི་ཡོད། ཚད་རྡུལ་བརྡ་འཕྲིན་གྱི་སྤྱི་ཚོགས་ནང་དུ་གློག་རྒྱུན་ཤུགས་ཆེ་བ་ཞིག་རྩིས་རིག་དང་མཐུན་པའི་ཚོད་ལྟའི་ཐོག་ནས་ཚོད་ལྟ་བྱེད་ཐུབ་པའི་དཔེ་གཞི་གསར་པ་བཟོ་རྒྱུར་གཙོ་བོར་བལྟས་ཡོད། དཔེ་གཞི་དེ་དག་ནང་སྤྱིར་བཏང་གི་འབྲེལ་བའི་རིག་པས་བརྗོད་པའི་བར་སྣང་དུས་ཚོད་དེ་གནས་ཚུལ་བཟོ་བཅོས་བྱེད་པའི་བྱེད་པོ་མང་པོའི་བརྡ་སྤྲོད་ཀྱི་བྱ་སྤྱོད་ཀྱི་ཚོད་དཔག་འགྲེལ་བཤད་ཅིག་ཡིན་པར་ཐོན་ཡོད། དེ་ལྟ་བུའི་དཔེ་སྟོན་གྱིས་དངོས་གནས་“དོ་སྣང་བྱེད་མཁན་དང་མཉམ་ཞུགས་པ་”དེ་ཚོ་ལག་ལེན་ནང་གང་འདྲ་ཆགས་ཐུབ་པའི་དཔེ་མཚོན་དམ་པོ་སྤྲོད་ཀྱི་ཡོད།

བར་སྣང་དུས་ཚོད་འབྱུང་བཞིན་པའི་བསམ་ཚུལ་དེས་སྔར་སྲོལ་གྱི་དངོས་ཁམས་རིག་པ་ཙམ་མ་ཡིན་པར་མིའི་སྤྱིར་བཏང་གི་ཤེས་རྟོགས་དང་། ཤེས་རྟོགས། བྱ་སྤྱོད་བཅས་ཀྱི་གནས་ལུགས་རིག་པའི་གཞི་རྩ་ལ་འགྲན་སློང་བྱེད་ཀྱི་ཡོད། གལ་ཏེ་བར་སྣང་དུས་ཚོད་ནི་གནས་ལུགས་རིག་པའི་གཞི་རྩའི་ཆ་ནས་མ་ཡིན་ན། གལ་ཏེ་བར་སྣང་དུས་ཚོད་ནི་གནས་ལུགས་རིག་པའི་གཞི་རྩའི་ཆ་ནས་མ་ཡིན་ན། དངོས་པོའི་དུས་ཚོད་ཀྱི་མུ་མཐུད་དེ་གནས་ལུགས་ཀྱི་ཆ་ནས་གཞི་རྩ་ཆགས་མི་ཐུབ། དེར་བརྟེན་དངོས་པོ་རྣམས་གནས་ལུགས་རིག་པའི་ཐོག་ནས་གཞི་རྩ་ཆགས་མི་ཐུབ། བརྗོད་ཚིག་འདི་དག་གློག་རྡུལ་དང་རྡུལ་ཕྲན་ཁོ་ནར་མ་ཡིན་པར་སྐར་མ་དང་རྒྱུ་སྐར་དང་མི་ལ་ཡང་འཇུག་ཐུབ། དོ་སྣང་བྱེད་མཁན་གྱི་རང་དབང་ཡིན་པའི་སྔར་སྲོལ་གྱི་“དངོས་པོ”ཞེས་པའི་བསམ་ཚུལ་དེ་རྒྱབ་སྐྱོར་བྱེད་ཐུབ་ཀྱི་མེད་པ་ཆགས་ཡོད།

དེས་ན། དེང་སྐབས་ཀྱི་དངོས་ཁམས་རིག་པས་ང་ཚོར་རྣམ་གཞག་དང་། བརྟག་ཞིབ། འཕྲུལ་ལས་བཅས་ཀྱི་ནུས་པ་ཁྱད་པར་ཅན་གྱི་ལག་ཆ་དང་། འགྲོ་བ་མིའི་ཕྲུ་གུའི་གནས་སྐབས་ནས་འཕེལ་རྒྱས་བྱུང་བ་དང་། ཉིན་རེའི་མྱོང་བའི་ཐོག་ནས་ཡར་རྒྱས་སུ་སོང་བའི་རྒྱུན་ཤེས་ཀྱི་ཆོས་ཉིད་རིག་པ་ལ་ཁ་གཏད་ཟབ་མོ་རྒྱག་གི་ཡོད། དེས་ཚན་རིག་གི་ལྟ་ཚུལ་གསར་པ་ཞིག་གི་ཕྱོགས་སུ་ལམ་སྟོན་བྱེད་དེ། དེ་ནི་མིའི་ཚད་གཞི་ཙམ་མ་ཡིན་པར་ཚད་གཞི་ཡོངས་ཀྱི་མཚར་སྣང་དང་། གསར་གཏོད། འབྲེལ་ལམ་བཅས་ཀྱི་སྐོར་ཡིན་དགོས།