Всем известная трилогия фильмов «Матрица», которая была снята братьями (тогда) Вачовски, стала отправной точкой для массовых размышлений о том, что, возможно, вокруг — всего лишь иллюзия. Через 20 лет после съемок фильма рассуждаем о теориях, заговорах и научных обоснованиях того, что все человечество живет в матрице.
От 3-мерного моделирования к идее виртуальной реальности
Книги, вышедшие в прошлом столетии, такие как «Клетка для орхидей» Герберта Френка, где описывается матрица в том виде, как она будет выглядеть в фильме, «Белая ворона» Роджера Желязны и другие произведения массовой культуры (аниме «Призрак в доспехах», фильмы «Темный город», «Открой глаза» и др.) заставили людей задуматься о том, вероятно ли, что вселенная, которую мы считаем реальностью, лишь является поддерживаемой искусственным интеллектом иллюзией? Тогда и возникли гипотезы о симуляции, описанные в научно-популярных работах и романах, таких как книга «Генератор желаний» Александра Лазаревича, работа физика Дэвида Дойча «Структура реальности».
Подоплекой развития гипотезы симуляции стали игры, положившие начало созданию виртуальных 3D-вселенных. Базой 3-мерного моделирования стала игра Doom компании idSoftware. В 1993 году компания выпустила игру Doom на одноименном псевдотрехмерном движке. Этот движок назвали так, потому что 2-мерное моделирование с информацией о высоте объектов не было еще полноценной визуализацией привычного нам трехмерного мира. Большим скачком в компьютерной графике стал движок Quakeengine, на основе которого в 1996 году idSoftware выпустит игру Quake, шутер от первого лица. Первоначальные спрайты (изображение на экране, являющееся сеткой пикселей ‒ прим. ред) были заменены на полигональные (основанные на замкнутой ломаной фигуре, проще говоря, на многоугольнике ‒ прим. ред) модели в текстурах, что сделало реальным построение прекрасных игровых миров, восхищающих нас своей детальной проработкой и реалистичностью.
Quakeengine был в состоянии обрабатывать графику игры в режиме реального времени и стал «предком» последующего поколения движков idTech 2 и 3.
Высокая реалистичность графики и создание 3-мерного мира усилили заинтересованность в вопросе, а термин «виртуальная реальность», предложенный в 1989 году Джароном Ланье, стал названием игровых миров.
Научный фундамент
Первым серьезным научным анализом данного вопроса является статья философа Ника Бострома «Are you living in a computer simulation?», опубликованная в 2003 году в журнале «PhilosophicalQuaterly». Статья стала основным фундаментом теории симуляции.
Наблюдая за тем, насколько быстро развиваются технологии, мы можем предположить, что через несколько десятков лет мощности вычислительных машин достигнут того предела, когда вычислительные объемы позволят запускать компьютерные симуляции. Основываясь на этом, Бостром предположил, что и наш мир может быть такого рода симуляцией, «поскольку их (тех, кто запустил симуляцию – прим. ред.) компьютеры будут настолько сильны, они смогут запускать много подобных симуляций», а обладание объектами виртуального мира сознанием возможно для высокоточных симуляций. Существующие технологии могут развиться до такого уровня с учетом «физических законов и инженерных ограничений».
На данном этапе развития, по мнению Ника Бострома, у нас нет «ни достаточно эффективного мощного оборудования, ни существующего программного обеспечения, чтобы создавать сознательные умы на компьютере», однако он верит в то, что развитие технологий не имеет предела, а, следовательно, в будущем и мы сможем запускать наши собственные симуляции.
Мощности компьютеров «постчеловеческой» эры развития будут поддерживаться планетами и астрономическими ресурсами. Более того, физические феномены могут быть использованы для увеличения мощностей обработки информации внутри материи. Нижним порогом вычислительной мощности Бостром считает 10^21 либо 10^42 степени операций в секунду. Верхний порог мощности задают квантовые компьютеры либо компьютеры на ядерной материи или плазме. Согласно оценкам Ллойда — это 50^50 логических операций в секунду для компьютера весом в 1 кг. Этих мощностей достаточно для эмуляции мозга человека.
Симуляция же окружающей среды требует дополнительной мощности, но «симуляция всей вселенной с точностью до квантового уровня невозможна».
Свою статью Бостром построил на трех предположениях, и хотя бы одно из них должно быть верно. Первое предположение заключается в том, что человечество погибнет до того, как эти мощности будут достигнуты. Виною тому может являться технологический прогресс: молекулярная нанотехнология, к примеру, может создать опасные для человечества организмы, которые его погубят. Возможно, мы остановимся в нашем развитии, либо совершится крах технологической цивилизации, и человечество будет жить в «примитивных человеческих обществах». Второе предположение говорит о том, что каждая постчеловеческая цивилизация вряд ли будет запускать большое количество симуляций своего эволюционного развития, так как она мало заинтересована в этом.
И третье, самое интересное для нас, и согласно выводам Бострома, наиболее вероятное, что «мы почти определенно живем в компьютерной симуляции». Почему он пришел к такому выводу? Базовый принцип его научной работы: верность одной из трех изложенных им гипотез. По мере изложения первых двух, и их объяснения, мы прослеживаем линию того, что Бостром в своих рассуждениях первые две гипотезы опровергает, следовательно, единственно-верной остается лишь третья, о которой мы сейчас говорим.
Однако стоит отметить, что наука не во всем согласна с гипотезой симуляции, и в подтверждение тому можно привести научную работу в журнале Science Advances Зоара Рингеля (Еврейский университет в Иерусалиме) и Дмитрия Коврижина (Курчатовский институт), в которой приводятся выводы о невозможности компьютерного моделирования квантовой системы из-за ограниченности физических возможностей нашей Вселенной.
Видеоигры
Доказательная база симуляции нашего мира основывается на принципах, по которым сейчас работают видеоигры на персональных компьютерах.
Представим сейчас обычную игру, подобную GTA 5, серии игр Mafia, WatchDogs, FarCry и другие, которые максимально реалистично отображают свою игровую Вселенную и поражают нас великолепной графикой. Как вы думаете, хватает ли мощностей современных компьютеров, чтобы просчитывать каждый отдельный лист на дереве, траву под ногами, людей, их мимику, волосы и тому подобное? Вряд ли. Даже самый мощный компьютер будет экономить свои вычислительные ресурсы. Экономия достигается тем, что вычисляется не каждый объект этой «Вселенной», а только то, на что направлена камера игрока. Объекты, на которые направлен угол нашего обзора, моментально прогружаются, как только мы на них начинаем смотреть, а то, что мы видели ранее, но, к примеру, отвернулись от этого, моментально очищается из памяти либо максимально упрощается, это позволяет видеть нам максимально реалистичную картину либо наиболее детальную прорисовку. То есть нас окружают лишь текстуры, без прогруженных деталей о них.
Процесс прогрузки игрового мира вы можете понаблюдать на играх подобного типа, установленных на ваших телефонах либо планшетах, так как они не настолько мощные, чтобы подгрузка могла остаться незамеченной. Люди, давно знакомые с игровым миром, могут помнить, как в некоторых ранних играх кусками прогружается карта в тот момент, когда на них вы наводили курсор, либо перед вашим взором прогружался очередной персонаж, появившийся практически на пустом месте словно из ниоткуда.
Допустим, что мы смотрим на весь игровой мир с какой-либо возвышенности, где нам предоставляется прекрасный обзор на всю карту. Тогда мы видим все объекты, но для таких ситуаций на каждый объект имеется своя упрощенная модель, если это машины, дома, люди и прочее. Согласитесь, вдали мы не видим черт лица людей, а значит и компьютеру нет необходимости вычислять каждую черту лица, можно лишь оставить упрощенную модель персонажа.
К экономии ресурсов вычислительной мощности можно еще прибавить выводы Бострома, которые могут объяснить нам, как, возможно, осуществляется эта экономия. Он полагает, что возможна симуляция «людей-теней» или «зомби», которые симулированы на том достаточном уровне, чтобы «полностью симулированные люди не замечали ничего подозрительного». На основании этого предположения можно думать о том, что мир действителен только для тех, кто обладает полным сознанием. И действительно, мы не знаем о том, что происходит в данный момент с людьми на другом конце земного шара, откуда мы можем утверждать, что они там есть?
Еще одним альтернативным вариантом является, то, что мы можем думать, что мы прожили какую-то часть своей жизни, на самом же деле нам даны лишь воспоминания о наших действиях, но мы их не проживали и не ощущали, то есть мы не обладаем тем опытом, о котором помним. Однако, белым пятном данного варианта является то, что отсутствуют объяснения того, почему нас окружают вещи, подтверждающие наличие опыта.
Квантовая механика
Попробуем разобраться в том, как наблюдение за объектом влияет на его свойства. Для этого познакомимся с экспериментами квантовой механики. В этом разделе физики наибольшую популярность имеют эксперименты с щелями.
Первый эксперимент заключается в том, что щит с одной щелью обстреливается маленькими шариками. Те шарики, которые прошли через щель, дадут на экране, о который они бьются, изображение одной полосы. В этом случае мы рассматриваем корпускулярные свойства частицы. Что касается его волновых свойств, то волна проходит сквозь щель и распространяется, ударяясь об экран, и в месте удара вершины волны мы наблюдаем изображение полосы. Если же на щите мы имеем две щели, то с шариками мы наблюдаем две полосы, образовавшиеся после обстрела. С волнами все намного сложнее, если после прохождения волн через щели вершина одной волны встречается с вершиной другой, то волны гасят друг друга, и на экране мы наблюдаем чередующиеся светлые и темные полоски, причем самая светлая находится посередине, а остальные по мере отдаления от центра экрана становятся темнее.
Все это, казалось бы, работает со всеми квантами и все в порядке. Взять, к примеру, фотон (частица света): при пропускании фотонов через одну щель мы наблюдаем одну полоску. При обстреливании фотонами щита с двумя щелями мы наблюдаем интерференционную картину, когда наиболее логичным кажется изображение с двумя полосами. Обстрел производился фотонами, которые являются частицами, т.е., можно сказать, очень маленькими шариками, однако изображение получается, как в случае с волнами. Это касается не только фотонов, но и всех известных частиц, например, электронов, протонов и других. Сторонники гипотезы симуляции склонны предполагать, что компьютер-симулятор не просчитывает движение каждой отдельной частицы, а предоставляет нам их упрощенную модель, что и вызывает «нелогичное» поведение объектов на квантовом уровне. Тогда при непосредственном наблюдении мы должны увидеть нечто такое, что подтвердило бы детальный просчет поведения объектов, так как за ним наблюдают.
В попытке разобраться в вопросе с поведением частиц при опыте с двумя щелями ученые выдвинули предположение о том, что частицы бьются друг об друга и отталкиваются в разные стороны, благодаря чему мы наблюдаем интерференционную картину. Для проверки гипотезы провели эксперимент, исключающий любую возможность столкновения частиц друг с другом: выстреливали по одному фотону, ожидая увидеть две полосы на экране, но… нет. Элементарные частицы даже в таком случае проявляли волновые свойства. Приходило на ум предположение о разделении частицы надвое, прохождении через две щели и последующем взаимодействии: около одной из щелей было решено поставить измерительный прибор для наблюдения за поведением электрона. Однако на экране ученые получили две полосы, как проявление корпускулярных свойств частиц, будто измерительный прибор влияет на ход опыта. Ничего не напоминает? Правильно: наблюдение. Факт наблюдения изменил итоги эксперимента, было получено подтверждение «расчета» поведения частицы симулятором. Надо отметить объяснение этого факта с точки зрения физики. Оно носит название принципа дополнительности Нильса Бора: если наблюдатель измеряет свойства квантового объекта как частицы, то он ведет себя как частица, если же измеряются его волновые свойства, то наблюдаются его волновые свойства.
Тогда было решено произвести наблюдение за поведением частиц не до того, как они проходят через щель, а после. Развитие технологий в 2006 году позволило ученым провести эксперимент с отложенным выбором, который является усложненной версией опыта Юнга с двумя щелями.
Этот эксперимент был предложен Джоном Арчибальдом Уилером в 1978 году. Уилер считал, что экспериментаторы могут отложить выбор свойства частицы до тех пор, пока те почти полностью не пройдут через «наблюдательное» устройство. Микрочастицы все так же пропускают сквозь барьер с двумя отверстиями, но наблюдение проводят тогда, когда частицы уже прошли сквозь отверстия, но еще не ударились о проекционный экран. Мы можем представить эту ситуацию так, как будто бы мы стояли между экраном и барьером с закрытыми глазами, и нам бы сообщили о том, моменте, когда частицы прошли через барьер, и мы можем, открыв глаза, посмотреть на них. Пройдя через барьер, частицы продолжают проявлять свои свойства волн, но в момент «открытия наших глаз» электроны (эксперимент проводился с помощью них) стали частицами. Заметьте, стали частицами именно в момент наблюдения.
Квантовая запутанность
Квантовую запутанность считают самым сильным доказательством того, что мы живем в матрице. Ее суть представляют собой две частицы, находящиеся на каком-либо расстоянии друг от друга, которые связаны между собой, имеют свой спин, и спин каждой отдельной частицы противоположен спину другой. Возьмем, например, фотон света: летя в пространстве фотон «вращается» вверх или вниз. Это «вращение», не со всем корректное определение с точки зрения физики, называют спином. Было выяснено, что до момента измерения частицы не обладают конкретным спином, то есть частицы находятся как бы в «подвешенном, неопределенном» состоянии, называемом суперпозицией неопределенности. Теперь разберемся в более точном определении: фотоны, двигающиеся в разных направлениях, из-за закона сохранения импульса имеют взаимосвязанные состояния. Именно это состояние называют квантовой запутанностью. Частицы в состоянии запутанности обладают конкретным спином, то есть если одна из частиц «вращается» сверху вниз, то другая частица всегда «вращается» снизу вверх. Неизмеренные фотоны, запутанные друг с другом, все равно не имеют конкретного спина, но «вращаются в противоположные стороны». После наблюдения за одним из фотонов определяется его спин, а другой фотон, будучи не измеренным, обладает противоположным спином. Так как неизмеренный фотон определяет, что запутанный с ним фотон был измерен? Альберт Эйнштейн предполагал, что в частицы изначально заложена информация о стороне «вращения». Однако это предположение было опровергнуто Джоном Беллом, предложившим эксперимент, который доказал неопределенность стороны «вращения» частицы до ее измерения.
В 2008 году ученые разнесли две запутанные частицы на 18 километров одну от другой и приборами отследили была ли какая-то задержка во времени установления спина парной частицы, приборы могли определить задержку реакции неизмеренной частицы в 100 тысяч раз быстрее скорости света, но задержек выявлено не было, следовательно, частицы сообщаются между собой моментально. Вернемся к Эйнштейну, утверждавшему, что мгновенной связи в обычном, реальном физическом мире не может быть. В цифровом же мире, в котором мы живем, как утверждают сторонники гипотезы симуляции, происходит совместная работа программ запутанных частиц. Одна программа отвечает за верхний спин, другая — за нижний, при наблюдении одна из программ выбирает рандомно спин и мгновенно сообщает второй программе спин второй частицы, при этом задержки отсутствуют из-за того, что программы находятся в одном процессоре, то есть отсутствует какое-либо расстояние между ними или процесс, который мог бы вызвать такую задержку.
Мнения
Как и в любом вопросе, здесь есть несколько мнений, одни из которых противоречат друг другу, а другие почти согласны с иными мнениями, но с некоторыми оговорками. Сложность заключается в том, что в теории есть такие аспекты, благодаря которым мы не можем, по сути, ни подтвердить ее, ни опровергнуть. На одном из форумов пользователем было изложено мнение о двух проблемах гипотезы: нет такого эксперимента, который бы мог с точностью подтвердить несостоятельность теории, то есть это вне пределов нашего познания, и второе, данная гипотеза то же самое, что «Бог сотворил мир», она ничего не объясняет, но позволяет в какой-то степени успокоиться относительно вопросов, на которые у нас нет ответов.
Невозможность опровергнуть теорию подтверждается анализом работы Зоара Рингела и Дмитрия Коврижина «Квантованные гравитационные реакции, проблема знака и квантовая сложность» Скоттом Ааронсоном (специалистом в области теории вычислительных систем и машин, преподавателем Массачусетского технологического института): есть нерешенные на данный момент проблемы в области квантовых вычислений, которые не позволяют подтвердить несостоятельность теории симуляции.
Однако есть опыт, который «подтверждает» реальность нашего мира: анализ пучков света на то, не является ли наш мир пикселями. Анализ был проведен в 2011 году Крейгом Хоганом, директором Центра квантовой физики лаборатории Ферми в США, который определил, что наш мир не голограмма.
В последнее время большая часть физического научного сообщества наоборот популяризует и обсуждает гипотезу, как имеющую место быть: дебаты 2016 года, проведенные Нилом Деграссом Тайсоном, Рэй Курцвейл со своими передовыми идеями, изложенными в прогнозах на будущие 80 лет, Элиезер Ютковски (американский специалист по ИИ), специалисты Силиконовой долины, изучающие данный вопрос согласно сообщению International Business Time.
Мы не можем утверждать, насколько правдива теория виртуальности нашего мира, но будущее наших технологий, вероятно, позволит и дальше исследовать дебри квантовой физики и разработать теорию, объясняющую дуализм свойств частиц, либо подтвердит гипотезу симуляции.
Лия Зайцева, редакция Include
Фотография обложки: Flickr, CC BY-SA 2.0
