Нечасто комик вызывает у астрофизика мурашки по коже, обсуждая законы физики. Но комик Чак Найс сумел это сделать в недавнем выпуске подкаста StarTalk . Ведущий шоу Нил де Грасс Тайсон только что объяснил аргумент о симуляции - идею о том, что мы можем быть виртуальными существами, живущими в компьютерной симуляции. Если это так, симуляция, скорее всего, будет создавать восприятие реальности по запросу, а не имитировать всю реальность все время - так же, как видеоигра, оптимизированная для визуализации только тех частей сцены, которые видны игроку. «Может быть, поэтому мы не можем путешествовать со скоростью, превышающей скорость света, потому что если бы мы могли, мы бы смогли попасть в другую галактику», - сказала Найс, соведущая шоу, побудив Тайсона радостно прервать его. «Прежде чем они смогут его запрограммировать», - сказал астрофизик, обрадовавшись этой мысли. « Итак, программист поставил этот предел ».
Такие разговоры могут показаться легкомысленными. Но с тех пор, как Ник Бостром из Оксфордского университета написал в 2003 году основополагающую статью о аргументе моделирования.философы, физики, технологи и, да, комики боролись с идеей, что наша реальность является симулякром. Некоторые пытались определить способы, которыми мы можем различить, являемся ли мы симулированными существами. Другие пытались рассчитать вероятность того, что мы виртуальные сущности. Теперь новый анализ показывает, что шансы того, что мы живем в базовой реальности, то есть в существовании, которое не моделируется, в значительной степени равны. Но исследование также демонстрирует, что если бы люди когда-либо развили способность имитировать сознательные существа, шансы в подавляющем большинстве увеличились бы в пользу нас, являющихся виртуальными обитателями чужого компьютера. (Предостережение к такому выводу заключается в том, что нет единого мнения о том, что означает термин «сознание», не говоря уже о том, как его можно моделировать.)
В 2003 году Бостром представил технологически развитую цивилизацию, которая обладает огромной вычислительной мощностью и нуждается в небольшой части этой мощности для моделирования новых реальностей с сознательными существами в них. Учитывая этот сценарий, его аргумент о моделировании показал, что по крайней мере одно утверждение в следующей трилемме должно быть истинным: во-первых, люди почти всегда вымирают, не дойдя до стадии моделирования. Во-вторых, даже если люди дойдут до этой стадии, они вряд ли будут заинтересованы в моделировании своего собственного прошлого. И в-третьих, вероятность того, что мы живем в симуляции, близка к единице.
До Бострома фильм «Матрица» уже внес свой вклад в популяризацию концепции симулированной реальности. И эта идея имеет глубокие корни в западных и восточных философских традициях, от аллегории пещеры Платона до мечты Чжуан Чжоу о бабочке . Совсем недавно Илон Маск придал дополнительный импульс идее о том, что наша реальность - это симуляция: « Вероятность того, что мы находимся в базовой реальности, составляет один к миллиарду », - сказал он на конференции 2016 года.
«Маск прав, если вы предполагаете [предположения], что первая и вторая трилеммы ложны», - говорит астроном Дэвид Киппинг из Колумбийского университета. "Как вы можете это предположить?"
Чтобы лучше понять аргумент Бострома о моделировании, Киппинг решил прибегнуть к байесовским рассуждениям. В этом типе анализа используется теорема Байеса, названная в честь Томаса Байеса, английского статистика и министра XVIII века. Байесовский анализ позволяет вычислить шансы того, что что-то произойдет (так называемая «апостериорная» вероятность), сначала сделав предположения относительно анализируемого объекта (присвоив ему «априорную» вероятность).
Киппинг начал с превращения трилеммы в дилемму. Он объединил предложения один и два в одно утверждение, потому что в обоих случаях конечный результат - отсутствие моделирования. Таким образом, дилемма противопоставляет физическую гипотезу (нет моделирования) гипотезе моделирования (есть базовая реальность - и есть моделирования). «Вы просто присваиваете априорную вероятность каждой из этих моделей», - говорит Киппинг. «Мы просто принимаем принцип безразличия, который является допущением по умолчанию, когда у вас нет никаких данных или склонностей»
Таким образом, каждая гипотеза получает априорную вероятность равную половине, как если бы кто-то подбросил монетку, чтобы принять решение о ставке.
Следующий этап анализа требовал размышлений о «родственных» реальностях - о тех, которые могут порождать другие реальности, - и о «нерожавших» реальностях - о тех, которые не могут моделировать дочерние реальности. Если бы физическая гипотеза была верна, то вероятность того, что мы живем в нерожавшей Вселенной, было бы легко вычислить: она составила бы 100 процентов. Затем Киппинг показал, что даже в гипотезе симуляции большая часть симулируемых реальностей будет нерожавшей. Это связано с тем, что по мере того, как симуляции порождают все больше симуляций, вычислительные ресурсы, доступные каждому последующему поколению, сокращаются до такой степени, что подавляющее большинство реальностей не будет иметь вычислительной мощности, необходимой для симуляции дочерних реальностей, способных вместить сознательные существа.
Подсоедините все это к байесовской формуле, и вы получите ответ: апостериорная вероятность того, что мы живем в базовой реальности, почти такая же, как апостериорная вероятность того, что мы являемся симуляцией, при этом шансы склоняются в пользу базовой реальности только на smidgen.
Эти вероятности резко изменились бы, если бы люди создали симуляцию с сознательными существами внутри нее, потому что такое событие изменило бы шансы, которые мы ранее приписывали физической гипотезе. «Вы можете сразу исключить эту [гипотезу]. Тогда остается только гипотеза моделирования », - говорит Киппинг. «В тот день, когда мы изобретаем эту технологию, шансы на то, что мы реальны, чуть выше 50–50, почти наверняка не реальны, согласно этим расчетам. В тот день это будет очень странное празднование нашего гения ».
Результатом анализа Киппинга является то, что, учитывая текущие данные, Маск ошибается в отношении шансов один к миллиарду, которые он приписывает нам, живущим в базовой реальности. Бостром согласен с результатом - но с некоторыми оговорками. «Это не противоречит аргументу о моделировании, который только утверждает что-то о дизъюнкции», - утверждает он, - идея о том, что одно из трех утверждений трилеммы истинно.
Но Бостром не согласен с решением Киппинга приписать равные априорные вероятности физической гипотезе и гипотезе моделирования в начале анализа. «Использование принципа безразличия здесь довольно шатко, - говорит он. «С таким же успехом можно было бы применить его к трем моим первоначальным альтернативам, которые тогда дали бы им по одной трети шанса каждой. Или можно каким-то другим образом разделить пространство возможностей и получить любой желаемый результат ».
Такие придирки действительны, потому что нет никаких доказательств, подтверждающих одно утверждение над другими. Эта ситуация изменится, если мы найдем доказательства симуляции. Так могли бы вы обнаружить сбой в Матрице?
Хуман Оухади , эксперт по вычислительной математике Калифорнийского технологического института, задумался над этим вопросом. «Если симуляция обладает бесконечной вычислительной мощностью, вы не сможете увидеть, что живете в виртуальной реальности, потому что она может вычислить все, что вы хотите, с желаемой степенью реализма», - говорит он. «Если этот объект может быть обнаружен, вы должны исходить из того принципа, что [он имеет] ограниченные вычислительные ресурсы». Подумайте еще раз о видеоиграх, многие из которых полагаются на умное программирование, чтобы минимизировать вычисления, необходимые для построения виртуального мира.
По мнению Оухади, наиболее многообещающим способом поиска потенциальных парадоксов, создаваемых такими сокращениями, являются эксперименты по квантовой физике. Квантовые системы могут существовать в суперпозиции состояний, и эта суперпозиция описывается математической абстракцией, называемой волновой функцией. В стандартной квантовой механике акт наблюдения заставляет эту волновую функцию случайным образом коллапсировать до одного из многих возможных состояний. Физики расходятся во мнениях относительно того, является ли процесс коллапса чем-то реальным или просто отражает изменение наших знаний о системе. «Если это просто симуляция, коллапса не будет», - говорит Оухади. «Все решено, когда вы смотрите на это. Остальное - это просто симуляция, как когда вы играете в эти видеоигры ».
С этой целью Оухади и его коллеги работали над пятью концептуальными вариациями эксперимента с двумя щелями, каждая из которых предназначена для сбивания с толку симуляции . Но он признает, что на данном этапе невозможно узнать, могут ли такие эксперименты работать. «Эти пять экспериментов - всего лишь предположения», - говорит Оухади.
Зохре Давуди, физик из Университета Мэриленда в Колледж-Парке, также высказал идею о том, что моделирование с ограниченными вычислительными ресурсами может проявить себя. Ее работа сосредоточена на сильных взаимодействиях или сильном ядерном взаимодействии - одной из четырех фундаментальных сил природы. Уравнения, описывающие сильные взаимодействия, которые удерживают кварки с образованием протонов и нейтронов, настолько сложны, что их невозможно решить аналитически. Чтобы понять сильные взаимодействия, физики вынуждены проводить численное моделирование. И в отличие от любых предполагаемых суперцивилизаций, обладающих безграничной вычислительной мощностью, они должны полагаться на сокращенные пути, чтобы сделать эти симуляции вычислительно жизнеспособными - обычно рассматривая пространство-время как дискретное, а не непрерывное.
«Естественно, вы начинаете спрашивать, если бы вы смоделировали атомное ядро сегодня, может быть, через 10 лет, мы могли бы создать более крупное ядро; возможно, через 20 или 30 лет мы сможем создать молекулу », - говорит Давуди. «Кто знает, может быть, через 50 лет вы сможете сделать что-то размером с несколько дюймов материи. Может быть, лет через 100 мы сможем создать [человеческий] мозг ».
Однако Давуди считает, что классические компьютеры скоро наткнутся на стену. «Возможно, в ближайшие 10-20 лет мы действительно увидим пределы наших классических моделей физических систем», - говорит она. Таким образом, она обращает внимание на квантовые вычисления, которые полагаются на суперпозиции и другие квантовые эффекты, чтобы сделать решаемыми определенные вычислительные проблемы, которые были бы невозможны с помощью классических подходов. «Если квантовые вычисления действительно материализуются в том смысле, что это крупномасштабный и надежный вариант вычислений для нас, то мы вступаем в совершенно другую эру моделирования», - говорит Давуди. «Я начинаю думать о том, как выполнять моделирование физики сильного взаимодействия и атомных ядер, если бы у меня был жизнеспособный квантовый компьютер».
Все эти факторы заставили Давуди задуматься о гипотезе моделирования. Если наша реальность является симуляцией, то симулятор, вероятно, также дискретизирует пространство-время, чтобы сэкономить на вычислительных ресурсах (при условии, конечно, что он использует те же механизмы, что и наши физики для этой симуляции). Сигнатуры такого дискретного пространства-времени потенциально можно было бы увидеть в направлениях, откуда приходят космические лучи высокой энергии: они имели бы предпочтительное направление в небе из-за нарушения так называемой вращательной симметрии.
По словам Давуди, телескопы «еще не наблюдали никаких отклонений от этой инвариантности вращения». И даже если бы такой эффект можно было увидеть, он не стал бы однозначным доказательством того, что мы живем в симуляции. Сама базовая реальность могла иметь аналогичные свойства.
Киппинг, несмотря на собственное исследование, опасается, что дальнейшая работа над гипотезой моделирования идет по тонкому льду. «Возможно, невозможно проверить, живем ли мы в симуляции или нет», - говорит он. «Если это невозможно опровергнуть, то как вы можете утверждать, что это действительно наука?»
Для него есть более очевидный ответ: бритва Оккама , которая говорит о том, что при отсутствии других доказательств наиболее простое объяснение с большей вероятностью будет правильным. Гипотеза моделирования является сложной, предполагая, что реальности вложены в реальности, а также моделируемые сущности, которые никогда не могут сказать, что они находятся внутри моделирования. «Поскольку это такая чрезмерно сложная, тщательно продуманная модель, во-первых, с точки зрения бритвы Оккама, она действительно не заслуживает одобрения по сравнению с простым естественным объяснением», - говорит Киппинг.
Может быть, мы все-таки живем в базовой реальности - несмотря на Матрицу, Маска и странную квантовую физику.
Анил Анантасвами - автор книг «Грань физики», «Человек, которого не было» и, совсем недавно, « Через две двери одновременно: элегантный эксперимент, раскрывающий загадку нашей квантовой реальности».
