Физики проверят является ли вселенная компьютерной симуляцией
Наш мир, на первый взгляд, может показаться очень сложным и непонятным, но даже несмотря на то, что наука раскрыла не все тайны устройства Вселенной, точно можно заявить о закономерности и рациональности ее «кухни». Философы прошлых столетий также догадывались о закономерности всесущего, а потому имели представление о выдуманности нашего мира. Так Рене Декарт в своих «Размышлениях о первой философии» выдвинул гипотезу того, что наш мир – обманчив, что на самом деле его создал «злой гений», и все окружающее: небо, земля, вода и огонь – лишь его творения, которых на самом деле не существует. Особенное развитие гипотеза начала обретать в прошлом веке, когда были открыты основные законы физики и постулаты космологии, а также созданы первые электронно-вычислительные машины.
Математичность мира - теорема Геделя
Если тебе кажется, что мир так прекрасен и рационален, потому что (случайно) смог описываться формулами, то я хочу разочаровать обрадовавшихся перфекционистов: математика – инструмент, созданный для манипуляции полученными знаниями. Проще говоря, не математика совпала со всеми физическими и другими законами так, что для любого явления нашлась своя формула, а, естественно, наоборот – математику создали на основании законов, потому это инструмент (или язык). Существует теорема Геделя, которая объясняет, что не все в этом мире очевидное – доказуемо. Также отсюда мы можем сделать вывод о том, что сама по себе математика – неполноценна, и не может объяснить всего в этом мире. Например, нет формул, объясняющих поведение Наполеона или кризис среднего возраста. Для этих вещей существует психология и история – гуманитарные науки, в которых математика не используется.
Мы бы могли заявлять о таковом менее смело, если бы не существовало живых существ, которые и порождают нематематические аксиомы. Все поведение неживой материи во Вселенной по описаниям идей физикализма – предсказуемо, потому что с большим количеством закономерностей мы уже справились, можно объяснить инстинкт как животных, так и человека, основные биологические формулы, но опять же, нельзя объяснить поведение разума, выходки и поступки человека. Другая точка зрения заявляет, что человек – все-таки существо предсказуемое, потому что на это указывает кипа исследований. Даже некоторые гениальные на первый взгляд мысли: о солепсизме или схожих философских идеях возникали не только в головах великих ученых и мыслителей, но и наших, просто мы им не придавали значение. Таким образом, мы действуем одинаково, не так очевидно, как роботы, потому что сами себе придумали понятие «выбора». Невозможно определить существование или отсутствие выбора как такового, как и персонаж игры может воспринимать наши действия за собственные решения. Такая идея преследовала всю трилогию Матрицы: люди не умели делать верный выбор, а потому в конце была создана иллюзия выбора, которая давала веру в самостоятельность каждого индивидуума. Гипотеза детерминизма как раз рассказывает о предсказуемости всего на свете – это не судьба, а именно возможность предопределения поведения чего-либо. Детерменизм проявляется везде во Вселенной: мир родился, и в этот же миг были предсказаны все этапы его эволюции – от формирования галактик, до смерти. Нам, конечно, не известна причина смерти Вселенной, но у нас есть все данные для того, чтобы вскоре выяснить ее. Математика и физические законы как раз и помогают нам делать 100%-е предсказания мира. Никогда мы не узнаем одного – существует ли «судьба» или предсказание абсолютно всех событий.
Математичность мира — невероятный результат эволюции или продуманный закон
Так получилось, что наш мир хорошо описывается через инструментарий математика. Явления природы, движение автомобиля, падение груши со стола — все это завязано на формулах.
Кроме этого, всегда и везде работают одни и те же физические законы. Физика может описать падение ложки со стола как здесь и сейчас, так и через неделю совершенно в другом месте.
Возьмем, например, золотое сечение. Оно настолько часто встречается в природе, что в случайность такой точности поверить довольно сложно. Оно есть в подсолнухе, яйце, ракушке, ящерице и даже молекуле ДНК. Есть он в живописи и в музыке, и в поэзии. Особенно часто такая математичность встречается в архитектуре древних построек.
Мощность вычислений
В 2017 году в журнале Scientific Advances вышла статья, которая попыталась опровергнуть теорию виртуальности Вселенной. Главным ее тезисом является предположение, что невозможно создать настолько мощную машину, которая бы смогла «потянуть» Вселенную. Считаю это невероятно глупой мыслью и вот почему: во-первых, мы не можем себе представить тот мир, в котором была создана наша симуляция. Даже если отталкиваться от оригинальной статьи Ника Бострома, то мы является предками тех существ, которые в будущем создадут нас. Опираясь опыт прошлых лет, можно видеть, насколько сильно развились технологии в последние два десятилетия: от 2D-платформеров мы перешли к супер-реалистичным симуляторам с потрясающей графикой, которая в некоторых местах может показаться нам идентичной реальности. А потому заявлять о невозможности создания такой мощности странно, ведь, вероятно, наш мир по сравнению с реальным может быть настолько примитивен, что в понимании постлюдей требуемые технические требования соответствуют даже «калькулятору».
Во-вторых, гвоздем тому опровержению является то, что, вероятно, наша Вселенная была создана в мире с совершенно другими физическими законами. Остается только догадываться, что там может быть. Таким образом, нельзя говорить об ограниченности мощностей в принципе, ведь в понимании тех сущностей, создавших нас, понятие неограниченности может иметь смысл.
Если все-таки речь об ограниченности разрешающей способности мощностей того мира уже началась, то стоит прибегнуть к альтернативному взгляду: солипсизм в понимании одиночной игры и солипсизм в понимании многопользовательской игры. Солипсизм – доктрина об индивидуальности сознания как единственной и объективной; очень похожа на идеализм. У тебя возникало такое чувство, что во всем мире реален только ты, и только ты способен воспринимать окружающее? Такие мысли посещали меня с раннего детства, а по дороге в школу я представлял себя главным персонажем одиночной игры, который окружен ботами и виртуальным миром, а мной играет какой-то видеоблогер и записывает летсплей. Жутковато, особенно, когда ты находишься в толпе.
С позиции одиночной игры солипсизм похож с описанным выше опытом: ты – действующее лицо, окруженное неодушевленными строчками кода. Мир существует лишь в твоем поле зрения; за ним все исчезает для оптимизации нагрузки. В таком случае требуется намного меньше мощности, ведь, например, крупная структура в виде галактики Андромеды не будет существовать, пока ты ее не видишь.
Многопользовательская игра устроена схожим образом, только вместо одного используется несколько компьютеров, способных обрабатывать получаемый поток информации. Что существует для одного, может не существовать для другого.
Возможные методы оптимизации вычислительных процессов канут при осознании, насколько нерациональна симуляция. Просто представьте себе, что каждая частица этого мира описана внушительной системой уравнений, которые в сумме составляют общую картину Вселенной. Нет необходимости описывать поведение бозона в коробке от хлопьев, потому что мы его не видим: нам достаточно видеть коробку и хлопья. В качестве реального примера можно представить симуляцию поведения шашки динамита при взрыве: мы видим ударную волну, при высокой детализации поведение отдельных молекул в заданных областях. Но молекула – не частица, да и ее присутствие в симуляции имеет смысл. Автор такой симуляции явно изобретает велосипед, либо наблюдает за развитием изучения квантовой физики.
Философия солипсизма с точки зрения виртуальности нашего мира позволяет «залатать» большое количество дыр гипотезы: «Это существует только тогда, когда я знаю об этом». Подробнее ознакомиться с концепцией можно на приятном примере: серии «Создатель» из Смешариков, в которой Бараш возомнил себя центром Вселенной, ее творцом, тем самым бессознательно заставив Нюшу, которая боялась пропасть, возиться в зоне его видимости.
Еще одним интересным методом сократить нагрузку на вычислительную машину является ограниченность видимой части мира: мы видим не всю Вселенную, а лишь ее часть – Метагалактику, которая окружена световым горизонтом. Световой горизонт – крайняя область пространства, от которой до наблюдателя может дойти свет; свет дальше не может преодолеть скорость расширения Вселенной, а потому никогда не может добраться до нас. Радиус обозримой части составляет примерно 46,5 млрд световых лет. Может быть, сама скорость света позволяет контролировать потребляемую симуляцией мощность, потому что дальше нам видеть не нужно. Подобный подход продемонстрирован в Майнкрафте, где можно выбирать дальность прорисовки мира: количество чанков.
Виды виртуальных миров
Рассматривая возможные варианты смоделированных вселенных, стоит задать себе один вопрос: а зачем ее вообще создавать? Предположив, какие потребности могут быть у базовой цивилизации, мы можем определить, какой мир они создадут. Например, это может быть историческая «симуляция», созданная постчеловеческой цивилизацией для того, чтобы узнать природу своих предков, или экспериментальная «симуляция», нацеленная на получение каких-либо научных результатов. Также наш мир может быть и развлекательной моделью подобно Sims или Grand Theft Auto. В «симуляции» осознанных персонажей может быть как один, так и множество (все), включая не только весь человеческий род, но и остальных жителей Вселенной, если таковые имеются, а также животных, если они обладают сознанием или разумом. Также модель может не содержать в себе персонажей, оставаясь без осознанных существ — вопрос того, обладает ли человек сознанием, заслуживает отдельного разговора. В общих чертах действительно напоминает какую-то игру: singleplayer с NPC (подобие солипсизма) или multiplayer, где человек является чьим-то героем и управляется непосредственно игроком базовой цивилизации или обладает свободой воли. В «симуляции» может и не быть свободы воли, а все действия ее персонажей детерминированы начальными условиями, т.н. «судьбой».
Ник Бостром и доказательство симуляции
В современном представлении идея вымышленности нашего мира заключена в гипотезе симуляции как основополагающая мысль, заключенная на последних научных данных. Свое начало она берет в 2003 году со статьи шведского философа и профессора Оксфордского университета Ника Бострома «Доказательство симуляции», где главным тезисом выступала идея создания нашего мира постчеловеческой цивилизацией для того, чтобы проследить историю всего, в том числе нас – предков. На первый взгляд, эта идея очень интересна: вместо поиска манускриптов и документов можно было создать рациональную модель, основанную на полученных ранее данных, и проследить за поступками древних людей.
Ну и в конце-то концов, все мы знаем самую знаменитую визуализацию гипотезы симуляции – трилогию Матрицы. Конечно, там сюжет вертится вокруг идеи того, что все люди порабощены машинами, которые создали для первых райский мирок с иллюзией выбора, но основная мысль такая же – мы живем в виртуальном мире.
В этой статье я рассмотрю модель построения виртуального мира и по ходу событий выскажу «за» и «против» тех или иных доводов. Не старайтесь воспринимать содержание этого материала всерьез, а лишь направьте стрелку своего мировоззрения в нужное русло. Ну и конечно: смотрите первоисточники.
Признаки, которые указывают на реальность или виртуальность нашего мира
Дискретность
Виртуальный мир обладает дискретностью — это следует из свойств вычислительных устройств. Общая картина строится из дискретных элементов, будь то пиксель в растровой графике или вексель в трехмерной. А есть ли какие-то дискретные элементы у Вселенной? Это нам не ясно, но то, что нам уже известно, лишь усложняет решение данного вопроса. С одной стороны квантовая механика и Общая теория относительности предполагают, что в них пространство-время и протекающие процессы неразрывны в расстоянии и во времени, с другой стороны, некоторые типы квантовой гравитации квантуются, но они имеют слабую силу перед двумя ранее упомянутыми теориями.
Вдобавок, квантовая физика очень противоречива, а потому говорить о даже частичной дискретности Вселенной еще рано. Мы, конечно, можем предположить, что Вселенная описываема квантовым компьютером.
Интерфейсное восприятие и сознание
В 2015 году исследователь когнитивных функций Дональд Хоффман предложил модель названную «интерфейсной теорией восприятия», основной идеей которой является предположение о том, что наше сознание специально дезориентировано на реальность. По принятой теории выживаемость организма выше, если у него лучшее восприятие реальности, соответственно, за такое количество поколений, которое пережила современная цивилизация, сознание ее индивида должно воспринимать окружающий мир очень объективно. Но Хоффман совместно с математиком Четаном Пракашем провел несколько сотен тысяч компьютерных моделирований эволюционного развития осознанных существ. Они пришли к выводу, что случаи, в которых продукты эволюции воспринимают реальность объективнее своих предков, очень редки. Если на некоторых этапах развития степень осознанности существа была выше среднего значения, то этот случай мгновенно пресекался. На самом деле такой вывод очень просто объяснить. Организм, в первую очередь, должен быть заточенным под ту «реальность», которая способствует его выживаемости и выживаемости его рода — а такая «реальность» требует восприятия, обработка информации через которое затрачивает минимальное количество ресурсов. Цели необходимой для выживаемости «реальности» не соответствуют действительной энергоемкой реальности.
Дональд Хоффман
Сам Дональд Хоффман сравнивает такое восприятие с пользовательским интерфейсом персонального компьютера, использование которого максимально упрощается для оптимизации работы с ним: вместо File Commander мы используем рабочий стол с иконками — то есть вместо нужного файла в корневой папке мы мгновенно получаем доступ к нему через упрощенный интерфейс, пропуская истинные свойства файла и тратя намного меньше как собственной энергии и времени, так и энергии, потребляемой системой. Таким образом основой продуктивной работы является эффективное использование устройства, которое может позволять нам оставаться неосведомленными о структуре устройства. Наше восприятие реальности может стать не только подоплекой к рассматриваемому в данном материале вопросу, но и к другим философским и естественнонаучным вопросам.
Здесь мы переходим к понятию сознания, и первый вопрос по этой теме напрашивается следующий: «Материя или сознание?». Вероятно, правильным ответом на вопрос будет «ни то, ни другое», ведь сознание существует неотрывно от материи — мы не можем представить себе ничего, не имея материальный образ. В какой-то степени это даже упрощает моделирование сознания. С другой стороны это сознание может быть иллюзией или, наоборот, специальной системой, существующей отдельно от мира и характеризующей для виртуального наблюдателя окружающую симуляцию.
Недавно популярным стало направление квантовой биологии — науки, которая пытается описать живые организмы квантовомеханическими законами. В ее состав, кстати, входит и квантовая нейробиология, которая рассматривает так называемую квантовую природу сознания. Это группа гипотез, в основе которых лежит предположение о том, что сознание возможно объяснить лишь с помощью квантовой механики, явлений суперпозиции, квантовой запутанности и т.п. Пожалуй, первым популярным предположением о квантовой природе сознания стала работа уважаемого сэра Роджера Пенроуза «Новый ум короля», где автор излагает свои идеи про квантовое сознание и квантовый искусственный интеллект. Пятью годами позднее, в 1994 году Стюарт Хамерофф разрабатывает «теорию квантового нейрокомпьютинга», т.н. «теорию Хамероффа-Пенроуза», которая утверждает, что активность мозга рассматривается как квантовый процесс. Квантовая природа сама по себе из определения не поддается объективному объяснению и моделированию. Компьютеры попросту неспособны анализировать абстрактную информацию. Если квантовая теория и теория квантового сознания верны, то, вероятно, гипотеза симуляции не имеет шансов быть достоверной.
Сложность создания «симуляции»
Затрагивая данный аспект, я не имею в виду огромную по нашим меркам мощность вычислительного устройства, требуемую для описания такого количества информации — для базовой цивилизации описание Вселенной может представляться забавой по типу крестиков-ноликов, ресурсы устройства для моделирования которой будут достаточны. Профессор Массачусетского технологического института Сет Ллойд в своей книге «Программируя Вселенную» утверждает, что Вселенная является одним большим квантовым компьютером, производящим все ее содержимое. С учетом полного понимания законов физики, говорит Ллойд, и согласно закону Мура, через 600 миллионов лет мы сумеем полностью смоделировать Вселенную. Это утверждение, по моему мнению, ошибочно, так как вряд ли Вселенная за 600 млн лет перестанет расширяться (причем ускоренно), следовательно количество пространства для темной энергии будет только больше. Предположив, что темная энергия — это энергия вакуума, т.е. кипящий бульон из виртуальных частиц, будет справедливым утверждение о том, что нам потребуется еще больше мощностей для описания дополнительной информации о поведении этого бульона. Также наверняка верным будет предположение о том, что закон Мура не сможет соблюдаться такой большой промежуток времени.
Сет Ллойд
Ранее считалось, что Вселенную можно смоделировать на классическом компьютере, но в 2017 году в Science Advances вышла статья «Quantized gravitational responses, the sign problem, and quantum complexity», в которой утверждается и проверяется то, что квантовые явления, которые имеют место в нашей Вселенной, могут описываться только на квантовом компьютере. Если природа разума тоже квантовая, то и ее описание возможно произвести только на квантовом компьютере.
Возвращаясь к утверждению Ллойда стоит также задать себе очень философский вопрос: а возможно ли вообще до конца понять природу Вселенной со всеми ее законами? Существует ли это одно уравнение или их система, способная описать все на свете: от поведения виртуальных частиц до того, с какого слова я начну следующее предложение? Сможем ли мы когда-нибудь действительно создать 100%-описываемую Вселенную? Но этот вопрос уже уходит за границы нашей темы, т.к. возможности базовой цивилизации для описания нашего мира могут быть неограниченными. Намного важнее задать вопрос о том, а возможно ли описать все на свете математическим языком и смоделировать это? Вероятно, вы знаете теорему Геделя. Сможем ли мы когда-нибудь объяснить природу разума, смоделировать историю прошлого и будущего? Если обратиться к оригинальной работе Бострома, то мы можем предполагать, что базовая цивилизация действительно смогла учесть такие вещи как разум и сознание, а следовательно, описать историческую симуляцию и запустить ее. Если Вселенная — «симуляция», то, вероятнее всего, она математична, но если Вселенная — математична, то она не обязательно смоделирована. Помните, что красивые математические формулы следуют из того, что математика – человеческий язык, созданный для описания природы.
Компьютерная симуляция – новая религия
Из области науки мы, через раздел о нюансах моделирования Вселенной, переходим к абсолютно умозрительным заключениям, а именно тому, что мы вряд ли когда-нибудь придем к полному пониманию всех процессов природы. С момента того, как я узнал об этой гипотезе, я задумывался, почему все прицепились именно к компьютерам, к цифровой «симуляции»? Похожий «бум» был после открытий Ньютона в области механики, когда все вокруг начали объяснять природу только гравитационным взаимодействием. Мир тогда пронизывали шестеренки.
Вопрос о том, «симуляция» мы или нет, не имеет никакого объективного смысла и, по моему мнению, бесполезен для науки, хотя я хочу верить в то, что я ошибаюсь. Тем не менее это непаханое поле для фантастов и философов. Гипотеза симуляции нефальсифицируема — она отправляется на полку к мыслям о Боге и жизни после смерти. Буду рад вашим идеям и изъяснениям на этот счет.
Художественное представление искажения пространства-времени в кристалле
Каков шанс, что наша Вселенная представляет собой результат компьютерной симуляции? Эта идея давно обсуждается учёными и специалистами, и они расходятся во мнениях. Ясно, что наши далёкие потомки будут обладать практически неограниченными вычислительными ресурсами и смогут создавать виртуальные миры, подобные нашему. Учитывая большое количество таких миров, остаются небольшие шансы, что именно нам повезло жить в реальном мире, а не в симуляции. Например, Илон Маск оценивает наши шансы в 0,1%, а астрофизик Нил Деграсс Тайсон — в 50%. В общем, вопрос спорный.
Сейчас двое теоретических физиков из Израиля и России выдвинули новый аргумент в пользу того, что наш мир не может быть компьютерной симуляцией. Некоторые свойства пространства-времени слишком сложно рассчитать на компьютере любой производительности.
Идею того, что наш мир представляет собой компьютерную симуляцию, аргументировал профессор Оксфордского университета Ник Бостром, сооснователь Всемирной ассоциации трансгуманистов и директор Института будущего человечества. В своей статье 2003 года он рассуждает о возможностях постчеловеческой цивилизации и исторических симуляциях, которые они будут создавать:
Представим себе историков будущего, моделирующих различные сценарии исторического развития. Это будут не сегодняшние упрощённые модели. С учётом огромных вычислительных возможностей, которыми будут располагать эти историки, в их распоряжении могут оказаться очень подробные симуляции, в которых будет различимо каждое здание, каждая географическая деталь, каждая личность. И каждый из этих индивидуумов будет наделен тем же уровнем вычислительных мощностей, сложности и интеллекта, как живой человек. Как и агент Смит, они будут созданы на основе программного обеспечения, но при этом будут обладать психическими характеристиками человека. Конечно, они могут так никогда и не осознать, что являются программой. Чтобы создать точную модель, нужно будет сделать восприятие смоделированных личностей неотличимым от восприятия людей, живущих в реальном мире.
Подобно жителям Матрицы, эти люди будут существовать в искусственном мире, считая его реальным. В отличие от сценария с Матрицей эти люди будут полностью состоять из компьютерных программ…
Эти предположения очень любопытны. Располагая достаточными вычислительными мощностями, постлюди могут создать модели исторических личностей, у которых будет полноценное сознание и которые будут считать себя биологическими людьми, живущими в более раннем времени…
Сейчас, в 2003 году, на планете живет примерно шесть миллиардов биологических людей. Очень даже возможно, что в постчеловеческую эпоху триллионы созданных на основе компьютерных программ людей будут жить в смоделированном для них 2003 году, убеждённые в том, что они биологического происхождения — точно такие же, как вы и я. Математика здесь проста, как дважды два: подавляющее большинство этих людей ошибаются; они считают, что они из плоти и крови, но на самом деле они таковыми не являются. Нет причин исключать нашу цивилизацию из этих подсчетов. Почти все шансы сводятся к тому, что мы живем в смоделированном 2003 году и что наши физические тела являются компьютерной иллюзией.
Хотя всё это больше напоминает мысленный эксперимент, но теоретические физики Зохар Рингель из Центра теоретической физики Рудольфа Пайерлса при Оксфордском университете и Рака Института физики в Еврейском университете Иерусалима, а также Дмитрий Коврижин из Центра теоретической физики Рудольфа Пайерлса при Оксфордском университете и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» выдвинули аргумент, который может доказывать невозможность создания компьютерной симуляции вроде нашего мира.
Ключевой тезис аргументации Рингеля и Коврижина — это то, что науке неизвестны способы эффективно симулировать квантовые эффекты, такие как тепловая проводимость Холла (эффект Риги — Ледюка). Это так называемые гравитационные аномалии, которые исключительно трудно наблюдать напрямую. Они отражают искажения пространства-времени в малых масштабах и проявляются при достаточно низких температурах в сильных магнитных полях.
Термомагнитный эффект Риги — Ледюка состоит в том, что при помещении проводника с градиентом температур в постоянное магнитное поле, перпендикулярное тепловому потоку, возникает вторичная разность температур, перпендикулярная магнитному полю и тепловому потоку.
Для моделирования квантовых систем используется метод Монте-Карло, но Рингель и Коврижин объясняют, что гравитационные аномалии представляют собой слишком сложный феномен, который когда-либо можно будет рассчитать. Грубо говоря, существует бесконечное количество вариантов, что делает невозможной симуляцию методом Монте-Карло из-за проблемы знака — появления формально отрицательных вероятностей. По мнению большинства физиков, проблема знака в принципе нерешаемая, поэтому более-менее сложную неравновесную систему не удастся рассчитать на компьютере любой мощности за конечное время.
С другой стороны, если решить проблему знака, то моделирование методом Монте-Карло, теоретически, станет возможным. Но Рингель и Коврижин не верят, что такие алгоритмы появятся в будущем.
Учёные говорят, что по мере увеличения размера симуляции объём необходимых вычислений будет расти линейно или экспоненциально. В случае экспоненциального роста симуляция даже нескольких сотен электронов потребует наличия компьютера, который состоит из большего числа атомов, чем содержит Вселенная. Учитывая количество атомов во Вселенной (10 80 ) создание такого компьютера станет непостижимой и крайне невероятной задачей, пишут авторы.
Сам термин «вычислимость» предполагает, что задачу можно решить на компьютере за конечное время с использованием конечного объёма памяти. В этом смысле физики предоставили убедительную аргументацию, что наша Вселенная всё-таки невычислима. Хотя дискуссия среди учёных наверняка не прекратится на этом. Вполне возможно, что создатели симуляции — наши потомки или представители инопланетного разума — всё-таки нашли способ обойти трудности с объёмом вычислений. В конце концов, учёные ведь доказали только, что Вселенная невычислима для нас с использованием известных нам методов. То есть мы сами не может сделать аналогичную симуляцию, но это вовсе не означает, что такую симуляцию не может сделать кто-то другой, используя приближения, изменив в симуляции законы физики соответствующим образом для упрощения вычислений и используя квантовые компьютеры.
«Наша работа показывает интригующую связь между двумя на первый взгляд не связанными областями: гравитационными аномалиями и вычислительной сложностью, — говорит Зохар Рингель, соавтор научной работы. — Она также показывает, что тепловая проводимость Холла — настоящий квантовый эффект: один из таких, для которых не существует аналогов в классической физике».
Научная статья опубликована 27 сентября 2017 года в журнале Science Advances (doi: 10.1126/sciadv.1701758).
Художественное представление искажения пространства-времени в кристалле
Каков шанс, что наша Вселенная представляет собой результат компьютерной симуляции? Эта идея давно обсуждается учёными и специалистами, и они расходятся во мнениях. Ясно, что наши далёкие потомки будут обладать практически неограниченными вычислительными ресурсами и смогут создавать виртуальные миры, подобные нашему. Учитывая большое количество таких миров, остаются небольшие шансы, что именно нам повезло жить в реальном мире, а не в симуляции. Например, Илон Маск оценивает наши шансы в 0,1%, а астрофизик Нил Деграсс Тайсон — в 50%. В общем, вопрос спорный.
Сейчас двое теоретических физиков из Израиля и России выдвинули новый аргумент в пользу того, что наш мир не может быть компьютерной симуляцией. Некоторые свойства пространства-времени слишком сложно рассчитать на компьютере любой производительности.
Идею того, что наш мир представляет собой компьютерную симуляцию, аргументировал профессор Оксфордского университета Ник Бостром, сооснователь Всемирной ассоциации трансгуманистов и директор Института будущего человечества. В своей статье 2003 года он рассуждает о возможностях постчеловеческой цивилизации и исторических симуляциях, которые они будут создавать:
Представим себе историков будущего, моделирующих различные сценарии исторического развития. Это будут не сегодняшние упрощённые модели. С учётом огромных вычислительных возможностей, которыми будут располагать эти историки, в их распоряжении могут оказаться очень подробные симуляции, в которых будет различимо каждое здание, каждая географическая деталь, каждая личность. И каждый из этих индивидуумов будет наделен тем же уровнем вычислительных мощностей, сложности и интеллекта, как живой человек. Как и агент Смит, они будут созданы на основе программного обеспечения, но при этом будут обладать психическими характеристиками человека. Конечно, они могут так никогда и не осознать, что являются программой. Чтобы создать точную модель, нужно будет сделать восприятие смоделированных личностей неотличимым от восприятия людей, живущих в реальном мире.
Подобно жителям Матрицы, эти люди будут существовать в искусственном мире, считая его реальным. В отличие от сценария с Матрицей эти люди будут полностью состоять из компьютерных программ…
Эти предположения очень любопытны. Располагая достаточными вычислительными мощностями, постлюди могут создать модели исторических личностей, у которых будет полноценное сознание и которые будут считать себя биологическими людьми, живущими в более раннем времени…
Сейчас, в 2003 году, на планете живет примерно шесть миллиардов биологических людей. Очень даже возможно, что в постчеловеческую эпоху триллионы созданных на основе компьютерных программ людей будут жить в смоделированном для них 2003 году, убеждённые в том, что они биологического происхождения — точно такие же, как вы и я. Математика здесь проста, как дважды два: подавляющее большинство этих людей ошибаются; они считают, что они из плоти и крови, но на самом деле они таковыми не являются. Нет причин исключать нашу цивилизацию из этих подсчетов. Почти все шансы сводятся к тому, что мы живем в смоделированном 2003 году и что наши физические тела являются компьютерной иллюзией.
Хотя всё это больше напоминает мысленный эксперимент, но теоретические физики Зохар Рингель из Центра теоретической физики Рудольфа Пайерлса при Оксфордском университете и Рака Института физики в Еврейском университете Иерусалима, а также Дмитрий Коврижин из Центра теоретической физики Рудольфа Пайерлса при Оксфордском университете и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» выдвинули аргумент, который может доказывать невозможность создания компьютерной симуляции вроде нашего мира.
Ключевой тезис аргументации Рингеля и Коврижина — это то, что науке неизвестны способы эффективно симулировать квантовые эффекты, такие как тепловая проводимость Холла (эффект Риги — Ледюка). Это так называемые гравитационные аномалии, которые исключительно трудно наблюдать напрямую. Они отражают искажения пространства-времени в малых масштабах и проявляются при достаточно низких температурах в сильных магнитных полях.
Термомагнитный эффект Риги — Ледюка состоит в том, что при помещении проводника с градиентом температур в постоянное магнитное поле, перпендикулярное тепловому потоку, возникает вторичная разность температур, перпендикулярная магнитному полю и тепловому потоку.
Для моделирования квантовых систем используется метод Монте-Карло, но Рингель и Коврижин объясняют, что гравитационные аномалии представляют собой слишком сложный феномен, который когда-либо можно будет рассчитать. Грубо говоря, существует бесконечное количество вариантов, что делает невозможной симуляцию методом Монте-Карло из-за проблемы знака — появления формально отрицательных вероятностей. По мнению большинства физиков, проблема знака в принципе нерешаемая, поэтому более-менее сложную неравновесную систему не удастся рассчитать на компьютере любой мощности за конечное время.
С другой стороны, если решить проблему знака, то моделирование методом Монте-Карло, теоретически, станет возможным. Но Рингель и Коврижин не верят, что такие алгоритмы появятся в будущем.
Учёные говорят, что по мере увеличения размера симуляции объём необходимых вычислений будет расти линейно или экспоненциально. В случае экспоненциального роста симуляция даже нескольких сотен электронов потребует наличия компьютера, который состоит из большего числа атомов, чем содержит Вселенная. Учитывая количество атомов во Вселенной (1080) создание такого компьютера станет непостижимой и крайне невероятной задачей, пишут авторы.
Сам термин «вычислимость» предполагает, что задачу можно решить на компьютере за конечное время с использованием конечного объёма памяти. В этом смысле физики предоставили убедительную аргументацию, что наша Вселенная всё-таки невычислима. Хотя дискуссия среди учёных наверняка не прекратится на этом. Вполне возможно, что создатели симуляции — наши потомки или представители инопланетного разума — всё-таки нашли способ обойти трудности с объёмом вычислений. В конце концов, учёные ведь доказали только, что Вселенная невычислима для нас с использованием известных нам методов. То есть мы сами не может сделат аналогичную симуляцию, но это вовсе не означает, что такую симуляцию не может сделать кто-то другой, используя приближения, изменив в симуляции законы физики соответствующим образом для упрощения вычислений и используя квантовые компьютеры.
«Наша работа показывает интригующую связь между двумя на первый взгляд не связанными областями: гравитационными аномалиями и вычислительной сложностью, — говорит Зохар Рингель, соавтор научной работы. — Она также показывает, что тепловая проводимость Холла — настоящий квантовый эффект: один из таких, для которых не существует аналогов в классической физике».
Научная статья опубликована 27 сентября 2017 года в журнале Science Advances (doi: 10.1126/sciadv.1701758).
Вы никогда не задумались, что все, что вы ощущаете вокруг является просто хорошо отлаженной, невероятно сложной, но программой? Наверняка вы слышали про серию компьютерных игр "The Sims" - симулятор реальной жизни. Что, если мы находимся в более улучшенной версии подобной игры?
Дискретность Вселенной
Виртуальный мир обладает дискретностью. Общая картина строится из дискретных элементов. В растровой двухмерной графике такой единицей является пиксель, а в трехмерной – вексель. Если представить, что наш мир является компьютерной моделью, то в виде элементов можно представить элементарные частицы – но как бы не так, ведь каждая элементарная частица имеет возможность участвовать во взаимодействиях, а потому изменяться. Такой способностью не обладают дискретные элементы даже в теории. И я сейчас говорю про изменение характеристик в целом: частица может взаимодействовать и превращаться в другие частицы, пиксель же ни во что другое превратиться не может, так как является самостоятельным элементом.
Но на этом я решил не останавливаться, а потому хочу предложить выбрать в качестве примитивнейшего элемента квантовую пену – гипотетический строительный материал вещества. Она неизменна и из нее состоят элементарные частицы. Также вся квантовая физика может рухнуть при доказательстве теории струн, но даже если последняя верна, мы не можем рассматривать струны в качестве части дискретного мира, так как по своим свойствам струны весьма изменчивы: она меняет свою форму и кривизну, если рассматривать структуру струны в масштабе браны. Это опять же противоречит свойствам дискретных элементов.
Но что, если представить такую картину: человек видит плоскую картинку, состоящую из дискретных элементов aka пикселей, а все объекты являются лишь набором кода? Элементарные частицы – операторы кода, которые обладают своими характеристиками и возможностью изменчивости. Каждое тело в нашем мире состоит из кода – этих самых частиц. Аналогия такая: мир состоит из операторов кода или же элементарных частиц, которые мы не видим, как код игры не видят ее персонажи.
Нефальсифицируемость гипотезы
Гипотеза симуляции так и останется гипотезой, так как ее невозможно ни доказать, ни опровергнуть. Она схожа с идеями существования бога или подобных вещей, не имеющих доказательной базы – это просто мысли, которые появляются и исчезают. Нет никакого смысла разбирать данную гипотезу с точки зрения науки: будь то математика или физика, потому ее отвергло научное сообщество. Большой смысл идея о симулированной Вселенной имеет в философии, где рассматриваются недоказуемые идеи с точки зрения смысла.
Человек в очередной раз сталкивается с идеей, которая никогда не найдет решения. Даже я сам не могу для себя определить точку зрения в этом вопросе. Да и по факту, это не имеет смысла, так как ответа никогда не найдется. Все же, рассуждать на эти темы очень интересно, особенно с нейтральной и скептической позиции, рассматривая все «за» и «против», делая выводы, решая определенные задачи, которые помогут сформировать критический взгляд на бытие. И кто знает, может быть я на самом деле являюсь единственным существом в этой Вселенной, а окружившие меня боты пытаются убедить в собственной неиндивидуальности, приняв матрицу, погрузившись в нее, что, тем самым, приведет меня к поражению.
Рене Декарт в молодости
Реален ли окружающий мир? — даже человек с нормальной психикой и отсутствием синдрома дереализации порой воспринимает мир, как вымышленный или игрушечный и задает себе подобный вопрос. Еще в древности на основании этого переживания сложилось философское положение о том, что наш мир представляет собой чью-то идею или фантазию, модель, которая подстраивается под восприятие наблюдателя, формируя материю и сознание. Еще до нашей эры светлейшие умы человечества думали над тем, существует ли что-то в нашем мире в действительности или все нами обозримое находится лишь в пределах нашего сознания. Философ Рене Декарт еще в XVI веке предположил, что весь мир — обман злого гения, который управляющет нашими чувствами и восприятием, создавая для человека вымышленный им мир.
Я мыслю, следовательно, я существую. Есть только одна вещь, в которой я могу быть уверен, и это мой собственный разум.
— Рене Декарт, «Рассуждения о методе», 1637 год.
В современном мире предположение о нереальности нашего мира называется «Гипотезой симуляции» или «Simulation hypothesis» и скорее относится к футурологии и трансгуманистической теории. С развитием цифровых технологий она обрела всемирную известность благодаря культовой трилогии «Матрицы», но наиболее полное научное развитие произошло в 2001 году в виде «Аргумента о симуляции», выдвинутого шведским ученым, профессором Оксфордского университета Ником Бостромом. В своей работе «Are You Living In a Computer Simulation?», вышедшей в Philosophical Quarterly в 2001 году Бостром рассматривает предпосылки для идеи моделирования мира, анализирует необходимые для этого вычислительные мощности, оценка которых в его работе представляется достаточно обоснованной, а также демонстрирует формулу для расчета вероятности произвольным образом выбранному человеку оказаться в «симуляции». Главная идея Бострома состоит в том, что «если мы не считаем, что мы сейчас живем в компьютерной симуляции, то у нас нет оснований верить, что наши потомки станут запускать множество исторических симуляций». Работа ученого получила огромную популярность и дала начало научному рассмотрению вопроса реальности нашего мира.
Ник Бостром
В данном материале будут рассмотрены основные тезисы гипотезы. Для начала я бы хотел пояснить, что отечественная локализация термина «Simulation hypothesis», переведенная как «Гипотеза симуляции», трактуется неверно, т.к. слово «симуляция» в русском языке не тождественна англоязычному «simulation» и несет негативный окрас. Вероятно, это пошло от неверного перевода оригинальной статьи в Википедии. Для удобства я сохраню такое название полного термина на протяжении всей статьи, но, упоминая т.н. «симуляцию» буду помечать ее в скобках или использовать синонимы. Также для понимания материала я предлагаю ознакомиться читателю с основными терминами этой гипотезы:
Постчеловеческая цивилизация — цивилизация потомков человека, эволюционное развитие которых изменило их до такой степени, что их нельзя считать людьми. Обладает высокоразвитыми вычислительными технологиями, технологиями искусственного интеллекта и другими;
«Симуляция» — компьютерная программа, моделирующая разум и сознание людей, а также физическое окружение, с которым они взаимодействуют;
Историческая «симуляция» — «симуляция», моделирующая человеческое общество прошлого;
Базовая цивилизация — цивилизация, существующая не в «симуляции», а в реальном мире.
Как бы это забавно не звучало, но суть всей гипотезы в великолепном изложении, понятном даже ребенку, заключена в одной серии Смешариков.
Квантовая теория и компьютерные игры — где связь?
Квантовая теория — очень занятный раздел физики, изучающие крайне малые объекты (размер меньше, чем 10 в степени -20 метров). К примеру, согласно ее законам фотон, частица света, может находиться в двух состояниях одновременно, т.е. он находится в суперпозиции. Фотон ведет себя как волна, если на него не смотрят и становится частицей при появлении наблюдателя. Такой феномен получил название корпускулярно-волновой дуализм. Только причем тут видеоигры?
Проведем эксперимент и включим, к примеру, GTA 5 - "бегалку" с открытым миром. Потрясающая графика, отличная физика и в целом неплохая игра. Только если начать очень быстро перемешаться по виртуальному миру, то графика будет подгружаться с небольшой задержкой. Как будто бы процессор избавляет себя от лишней работы и лишний раз не прогружает дальние объекты. Как только пользователь начинает смотреть на остальной мир, все начинает загружаться. Аналогия с корпускулярно-волновой теорией напрашивается сама собой.
Читайте также: