形式化证明:自指描述是非平衡稳态系统的热力学必然
作者:方见华
单位:世毫九实验室
前置公理(标准设定)
A1. 系统状态的马尔可夫毯划分
设遍历随机动力学系统的状态空间做 particular partition(特殊划分),分解为三个统计耦合的子空间:
\mathcal{X} = \mathcal{\Omega} \times \mathcal{B} \times \mathcal{I},\quad \mathcal{B} = \mathcal{S} \times \mathcal{A}
各子空间定义:
• \Omega \in \mathbb{R}^{n_\omega}:外部隐状态(环境未观测自由度);
• \mathcal{B}:马尔可夫毯,由感官态\mathcal{S} \in \mathbb{R}^{n_s}和主动态\mathcal{A} \in \mathbb{R}^{n_a}构成;
• \mathcal{I} \in \mathbb{R}^{n_i}:内部态,承载系统生成模型的变分统计参数。
马尔可夫条件:给定毯态\mathcal{B},外部态\Omega与内部态\mathcal{I}严格条件独立,即\Omega \perp\!\!\!\perp \mathcal{I} \mid \mathcal{B}。
A2. 非平衡稳态(NESS)条件
系统存在唯一的遍历稳态概率密度p(\omega,b,i),满足连续时间主方程:
\partial_t p(\omega,b,i) = 0
且严格满足非平衡约束:总熵产生率\dot{S}_{\text{tot}} > 0,破缺细致平衡,系统不会自发弛豫到热力学平衡态(可长期维持定态,不被环境耗散消亡)。
A3. 主动推理的双向因果耦合
毯态的演化由系统与环境的双向耦合决定:
1. 感官映射:s = \phi(\omega,a) + \epsilon_s,感官态由外部状态与系统主动态共同生成,\epsilon_s为零均值高斯感官噪声;
2. 主动动力学:a = \alpha(i) + \epsilon_a,主动态由内部态编码的策略输出,\epsilon_a
形式化证明:自指描述是非平衡稳态系统的热力学必然