С развитием информационных технологий мир довольно успешно покоряет теория симуляции. Сама идея того, что наш мир кто-то создал, знакома нам из религиозных учений. Сотворён ли наш мир Богом, либо некоей сверхмогущественной цивилизацией - по существу значения не имеет. Более подробно по этой теме я высказался в статье «Если завтра учёные докажут, что наш мир - симуляция, потеряем ли мы смысл в жизни?».
Но когда человечество достигнет такого уровня технологического развития, что мы сами сможем создать симуляцию собственной виртуальной вселенной?
На самом деле, это дело не совсем далёкого будущего. Начало будет положено в тот момент, когда обработка огромных массивов данных будет возложена на квантовые вычислительные мощности (квантовые суперкомпьютеры), после чего мощности на основе классических процессоров будут конкретизировать данные и выдавать конечный результат.
В нашей вселенной квантовые параметры изначально являются неопределёнными, поэтому точно рассчитать те или иные модели квантовый компьютер не способен. Однако он способен выдать вероятность развития событий, а этого уже достаточно для того, чтобы классический компьютер, мощностью в миллионы раз меньше, смог конкретизировать (уточнить) полученную информацию.
Точность искусственно созданного мира, его детализация и проработка будут зависеть от количества энергии, затраченной на единицу объёма в компьютерной системе. И тут нас ждёт первое ограничение по максимальной мощности процессоров, а, следовательно, и детализации виртуального мира.
Количество энергии, которым можно оперировать на единицу объёма пространства, определяется радиусом Шварцшильда. И если в конкретном объёме эквивалент Массы-Энергии будет превышен, то вся система коллапсирует в чёрную дыру.
Второе ограничение – это скорость распространения информации во вселенной, которая ограничена скоростью света. Даже частицы при квантовой телепортации или квантовой запутанности, хоть и изменяют свои состояния мгновенно (даже несмотря на расстояние), но считать эти изменения быстрее скорости света всё равно невозможно.
Всё это накладывает довольно жесткие ограничения на будущую компьютерную симуляцию.
То есть каких бы высот технологического прогресса ни достигла наша цивилизация, в нашей вселенной мы упрёмся в физический порог вычислительной мощности на единицу объёма пространства, за которой последуют либо коллапс всей системы, либо слишком сильные искажения и задержки.
Так, например, при расчётах квантовых эффектов используется метод Монте-Карло, и только одни гравитационные аномалии уже представляют собой слишком сложный феномен для расчёта даже на квантовых компьютерах запредельных мощностей. Исследователи, проводившие эти эксперименты, убеждены, что столь сложную систему не удастся вычислить на компьютере любой мощности даже за триллион лет.
Ещё одно ограничение - это оперативная память. Квантовые процессы настолько сложны в расчётах, что для хранения данных всего 20 спинов (квантовых состояний) элементарных частиц требуется 1 терабайт ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, оно же "RAM" ). Причём количество требуемого ОЗУ вырастает не линейно, а в геометрической прогрессии, и для хранения 1000 квантовых состояний элементарных частиц уже понадобится использовать всю известную материю во вселенной для ОЗУ (все атомы, электроны, прочие элементарные частицы и всю энергию Вселенной).
Так что симулировать нашу вселенную на квантовом уровне - это задача, решение которой стоит за пределом физических свойств нашей же вселенной.
Другое дело - симулировать вселенную до разрешения атомных кристаллических решёток. Это уже вполне теоретически реализуемая концепция, но всё же очень отдалённая по времени.
Количество энергии, необходимое для создания такой симуляции, будет находиться на пределе коллапса системы. Для квантового компьютера – это эквивалент энергии массы в 800 миллионов тонн на объём, занимаемый протоном.
Кажется, что это астрономическое количество энергии, но такая энергия достигается при коллапсе сверхмассивных звёзд, итогом которого является рождение чёрной дыры.
Чёрная дыра размером с протон будет образована при достижении плотности эквивалента энергии в 846 миллионов тонн. Следовательно, это и есть энергетический предел квантовых компьютеров, после которого их джёт коллапсирование в чёрную дыру.
Остаётся только один вопрос: а как всё это запитать необходимой энергией?
Я попытался найти на это ответ в статьях «Сегодня мы знаем, каким будет источник энергии будущего...» и «Когда человечество станет цивилизацией ПЕРВОГО типа по Шкале Кардашёва?».
Даже будучи сверхразвитой цивилизацией, мы сможем симулировать вселенную с детализацией лишь до размеров атома, более высокое разрешение - недостижимо. Симуляция на уровне известных квантовых эффектов требует в сотни раз больше материи и энергии, чем существует в нашей вселенной.
Если ограничиться просто реалистичной картиной мира с разрешением на уровне сетчатки человеческого глаза, то тут всё гораздо проще. Особенно если округлить физические константы нашего мира. Допустим, рассчитывать число «ПИ» с достаточным округлением.
Например, для расчёта радиуса Земли, с погрешностью в 10 тысяч раз меньше толщины человеческого волоса, понадобится 15 знаков после запятой, а для расчёта точного радиуса вселенной (46 млрд световых лет), с погрешностью в один атом водорода, – 40 знаков.
На данный момент вычислено 31,4 триллиона знаков после запятой числа «ПИ».
Симуляция с высоким разрешением (до уровня человеческого зрения), то есть без излишеств, возможна в ближайшие 50 лет. Прогресс будет определяться развитием квантовых вычислительных мощностей, которые на сегодня находятся в экспериментально зачаточном состоянии.
Невозможность симулировать квантовые процессы нашей вселенной совершенно не означают, что наше собственная вселенная не является симуляцией. Если наша вселенная - это симуляция (даже компьютерная), то те, кто её создал, живут во вселенной с более сложными физическими законами, которые физически позволяют симулировать наш мир с подобном разрешением.
В следующей статье поговорим о симуляции разумных существ.
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Если Вам нравится контент и тематика канала, вы всегда можете отблагодарить меня, нажав кнопку "палец вверх" (нравится) и оставив комментарий. Так вы помогаете продвижению канала. Спасибо, друзья!
Ссылки на источники - в закреплённом комментарии.