现已出版：我的新涌现理论！

自由意志的光芒

埃里克·霍尔 3月20日

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科学最酷的一点是，有时，在短时间内，你可以深入了解世界如何运作，而其他人却不知道。

过去几个月对我来说就是这样。

我刚刚发表了一篇分享它的论文（可在 arXiv 上作为预印本获取）。它概述了一种新的涌现理论，该理论使科学家能够在其尺度上揭示复杂系统的因果关系。

恭喜埃里克，但是嗯，为什么科学需要涌现理论？

很高兴你问了。因为你一生中对世界给出的几乎每一个因果解释——比如“什么导致了什么？”——都是在宏观尺度上给出的。有时称为“降维”，它们只是指对事件、物体或事件的一些更高层次的描述。温度是一个经典的宏观尺度。但大多数其他事情也是如此。如果你的孩子问“为什么水是热的？”你回答“因为我打开了热水水龙头”，这是完全在宏观尺度上给出的解释。 “水龙头打开了”，宏观尺度。 “水”，宏观尺度。 “热”，宏观尺度。 “我”，宏观尺度。

事实上，大多数科学元素和单位都是宏观尺度的。科学形成了这个巨大的时空阶梯，它的脚牢牢地扎在微观物理学上，每一级都代表一门向上攀登的学科。

科学作为降维的“阶梯”

这导致了科学核心的紧张。实际上，科学家是涌现论者，他们的研究就好像他们研究的事物具有因果关系一样。但原则上，科学家是还原论者。如果受到追问，许多科学家会说他们研究的宏观尺度只是有用的压缩。毕竟，任何宏观尺度（如温度）都可以简化为其底层的微观尺度（粒子的配置和行为）。因此，他们会很高兴地说“这个基因导致了这种疾病”，尽管事实上基因只是一组分子，然后是原子，也许在这些字符串的下面，等等。

那么宏观描述怎么重要呢？为什么因果关系不会直接“流失”到底，而且除了微观物理学之外，没有任何真正的方法可以发挥作用？这与“基因”的科学范畴似乎正在以一种超越其基础原子的方式增加我们对世界的了解。

这个问题让我彻夜难眠。从字面上看，这就是我彻夜难眠时所思考的问题。几年前，在我的论文“ 当地图比领土更好时”中，我概述了一个我认为有前途且优雅的答案：纠错。这是信息论中的一个术语，您可以沿着噪声通道对信号进行编码以减少噪声。由于纠错，您的手机可以正常工作。

嗯，我认为系统的宏观尺度基本上是对系统因果关系添加纠错的编码。也就是说，它们减少了“什么导致什么？”的不确定性。而这种附加的纠错正是出现的意思。因此，如果宏观尺度从其底层微观尺度中“出现”，那是因为它独特地添加了一定量的误差校正，因为对“什么导致什么？”有一个更清晰的答案。在那个宏观尺度上。

如果你想要一篇解释这个想法的热门文章，你可以在Quanta阅读这篇旧文章，其中包含我早期的作品（一个看起来非常年轻的人的作品——我在照片中看起来像个婴儿！）。

但是，虽然概念上的理解已经存在，但我总觉得在原始理论的数学方面还有更多工作要做。存在漏洞和缺陷。有些只有我能看到，但有时其他人也能看到（并不是每个人都相信最初的理论，因为最初的数学是如何运作的；特别是我们最初使用的因果关系测量，称为有效信息，而这个新版本的理论超越了）。从那时起，其他科学家试图提供替代的涌现理论，但没有一个获得广泛接受，通常陷入定义宏观尺度成功压缩的因素（而不是它们实际添加的内容）的陷阱。

因此，这个新版本已经酝酿了十年，通过将因果关系公理化地扎根，使其极其稳健，从根本上改进了因果出现的基础数学，并概括了该理论以研究多尺度结构。我认为它提供了对出现的初步描述，具有广泛接受和（最重要的是）使用的潜力。

您现在可以在 arXiv 上找到新的预印本。

关联

论文中有很多内容，但可以免费在 arXiv 上深入研究，所以我只会指出一件有趣的事情，我故意不在论文中提及，那就是……

因果出现对于自由意志的定义是必要的。

当然，我不能在报纸上谈论这个问题而不捅马蜂窝。当你提到“自由意志”时，一切都会陷入争论；这是一个杂食性的知识主题，掩盖了其他所有感兴趣或重要的事情。所以我通常完全避免它。

这不是我在抱怨。事情需要以某种方式完成，涌现理论除了某些自由意志概念之外还有许多含义。涌现理论具有实用的科学价值，这就是研究路径应该关注的重点：通过提供有用的数学工具包，科学家可以应用并从中获取相关信息（例如在他们研究的系统中哪些尺度实际上是因果相关的），从而使因果涌现成为科学家之间的普遍说法。

但同样明显的是，如果你简单地扭转这个理论，把你自己想象成一个系统，这个理论就有很多关于自由意志的内容。其中的许多含义留给敏锐的读者作为练习，但这里有一个早期的提示：

这个因果出现的新版本将表明你——是的，你——是一个也跨越尺度的系统（比如微观物理、细胞、心理状态）。重要的是，不同的尺度以不可简化的方式影响你的因果运作。自由意志的一个可行的科学定义将有一个必要条件：你有一个相对“头重脚轻”的因果贡献分布，你的心理宏观状态主导着你的身体和大脑形成的时空层次结构。在这种情况下，从因果角度来说，你将主要受到那些更高层次的宏观尺度的“驱动”，因为它们是你行为的最大因果贡献者。这可以通过本文介绍的紧急复杂性分析直接评估。也许，人们可以设计实验来检查这一点的科学证据……但这就是我要说的。

接下来怎么办？

显然，这些都是重要的主题。看来我将在未来几年内利用我与塔夫茨大学重新建立的联系来发表有关它们的文章。作为一个理论工具包，我认为因果涌现值得像自由能原理这样的应用和影响（尽管是在不同的主题上）。简单的事实是，你不能只是提出想法并期望其他人看到潜力并付诸实施。在其他人加入之前，你必须自己把球传到前场。我认为这项研究甚至对人工智能安全具有重要意义，比如理解“什么做什么？”以降维的方式对于解开人工神经网络所代表的黑匣子非常重要。

如果你想知道，在这次任务期间，我不打算改变任何关于写作《内在视角》的内容——我在这里写了很多年，同时我也在做类似的科学研究。但这项新研究值得添加到我的盘子里，因为我在一生中学到的一件事是，好主意，真正的好主意，非常罕见。

事实上，你一生只能得到一些。

arXiv 论文链接

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