Трубы затрубили: гипотеза симуляции — идея о том, что мы все живем в симуляции нашей Вселенной, созданной нашими далекими потомками, живущими в «настоящей» реальности, — мертва.
В новой научной статье итальянский физик Франко Вацца, исследователь в области астрофизических симуляций, утверждает, что невозможно симулировать даже значительную часть Вселенной внутри самой себя.
Это заключение кажется интуитивно очевидным. Хотя Вселенная может казаться «больше внутри», маловероятно, что вы можете представить всю её внутри неё самой.
Все сводится к энергии. Оказывается, хотя создание информации требует определённой энергии, стирание информации требует её ещё больше — а в симуляциях стирание происходит постоянно. Даже такая простая операция, как логическое И над двумя битами, удаляет часть информации. Например: 1 И 0 — это 0, но 0 И 0 — тоже 0. Как узнать, какими были исходные биты? Никак — информация утеряна.
Мы знаем, что энтропия и информация эквивалентны. Информация — это не нечто нематериальное, не просто мысли. Информация — физична. А значит, её создание и уничтожение требует энергии. Поскольку симуляции по сути являются машинами по созданию и уничтожению информации, превращая состояние t во состояние t+1 снова и снова, каждая трансформация информации требует энергии.
Второй закон термодинамики говорит нам, что в замкнутой системе энтропия может только оставаться неизменной или расти. Это означает, что и информация может только сохраняться или увеличиваться. Если нечто вызывает уменьшение информации — как операция И выше — это возможно лишь в открытой системе, которая может экспортировать избыточную информацию наружу.
В статье утверждается, что цена такой операции весьма высока. На самом деле, симуляция нашей Вселенной потребует больше энергии, чем содержится во Вселенной. Вацца доказывает это с помощью аргументов из физики чёрных дыр.
Чёрные дыры, как известно, — это обычно коллапсировавшие звёзды, не излучающие свет не потому, что им нечего излучать, а потому что свет не может вырваться из-под их гравитационного притяжения. Чёрные дыры настолько массивны, что искривляют пространство-время вокруг себя. Часы замедляют ход по мере приближения к ним и останавливаются на горизонте событий — точке невозврата, откуда ничто не может выбраться.
Чёрные дыры также обладают энтропией, пропорциональной площади их горизонта событий. Это одно из самых странных открытий в физике, сделанное Бекенштейном в 1970-х.
Мы привыкли думать, что информация в объекте пропорциональна его объему. Например, если у меня есть сфера, полная SD-карт, я ожидаю, что объём информации возрастает с объёмом сферы. Увеличьте радиус вдвое — вместимость возрастает в 8 раз. Но для чёрных дыр — будто карты можно размещать только по поверхности. Удвоили радиус — получили лишь в 4 раза больше информации.
Многие учёные считают, что вся Вселенная устроена так же. Они полагают, что она — голографична, то есть вся информация о ней содержится на её поверхности, как будто она проецируется внутрь и лишь кажется трёхмерной — как голограмма.
Автор использует этот принцип, чтобы вычислить, сколько энергии потребуется, чтобы закодировать всю информацию в голографической Вселенной внутри другой голографической Вселенной. Оказывается, для любой системы, превышающей по массе хотя бы пару десятков блох, потребуется больше энергии, чем она сама может содержать.
Это значит, что во Вселенной попросту нет достаточно энергии, чтобы симулировать саму себя вплоть до планковской шкалы — самой мелкой, на которой мы можем измерять. Более того, во Вселенной даже не хватило бы энергии, чтобы сохранить информацию, необходимую для запуска такой симуляции.
Он также подсчитывает, сколько энергии потребовалось бы, чтобы симулировать Землю вплоть до планковской шкалы, и получает значение, эквивалентное преобразованию всей массы шарового скопления (где-то 100 000 звёзд) в энергию. Другой пример: для симуляции Земли потребовалась бы энергия, равная энергии, необходимой для разрушения всей галактики Млечный Путь — по звезде за раз.
Если не симулировать Землю на планковском уровне, а только до уровня современной физики, то задача становится немного проще. Но всё равно, физически возможному компьютеру понадобятся миллионы лет, чтобы вычислить всего одну секунду земного времени. Это потому, что скорость работы компьютера пропорциональна его рабочей температуре.
В качестве компьютера мы можем использовать чёрную дыру, ведь это — лучший шанс объединить достаточно информации для симуляции. Возможно, в будущем все суперкомпьютеры размером с Национальные лаборатории будут представлять собой чёрные дыры.
По мере ускорения работы компьютера вступает в действие принцип неопределённости Гейзенберга, определяющий, насколько быстро можно переключить один бит в другой.
«Без проблем, — скажете вы, — давайте просто всё делать параллельно».
Но это не помогает. Как прекрасно объясняется в статье Nature от 2000 года в разделе «параллельная и последовательная обработка»:
Если вы возьмете некоторое количество энергии и распределите его между параллельными процессорами, вы не получите выигрыша в скорости по сравнению с тем, чтобы использовать то же количество энергии на меньшем числе процессоров. Предельная скорость определяется временем квантового перехода носителя информации от одного бита к другому, которое зависит от доступной энергии. Гейзенберг не позволит нам вычислять быстрее без повышения рабочей температуры.
«Хорошо, — скажете вы, — пусть работает при более высокой температуре!»
Но здесь мы упираемся в физические ограничения. Самый горячий объект, который можно использовать для вычислений вокруг чёрной дыры — это аккреционный диск, то есть материя, падающая в неё у горизонта событий. Но даже у него предел около 10 миллионов Кельвинов.
Даже при такой температуре время вычислений для чёрной дыры слишком велико — даже для симуляции Земли с пониженным разрешением.
А что насчёт квантового компьютера?
Ведь вряд ли наши потомки симулируют нас на обычном компьютере?
Оказывается, это тоже не имеет значения. Все приведённые аргументы касаются битов, энергии и чёрных дыр. Они в равной степени применимы и к квантовым, и к классическим компьютерам.
Квантовые компьютеры теоретически могут решать некоторые задачи быстрее, чем классические, но они не настолько радикально отличаются, как это преподносит медиа.
А если голографический принцип ошибочен?
Ведь это всего лишь гипотеза.
Если он ошибочен, всё становится ещё хуже, а не лучше — ведь тогда у Вселенной ещё больше информации, так как она существует в трёх измерениях. Было бы легче, если бы измерений было меньше.
А если симулируются только мы, а не вся Вселенная или Земля?
Может быть, симулируются лишь наши умы и чувства, и больше ничего. Но даже в этом случае симуляторам пришлось бы воссоздать большую часть реальности, чтобы она была физически непротиворечивой — даже если симулируется только наш мозг. Такая симуляция также быстро столкнулась бы с физическими ограничениями.
Если симулируетесь только вы один, а остальные не существуют — тогда всё гораздо проще. Но тогда мы впадаем в солипсизм, а с философской точки зрения, если вы действительно верите, что симулируетесь только вы и никого больше нет, то мои слова уже не имеют значения.
Значит, мы точно не симуляция?
Единственный правдоподобный способ, при котором мы могли бы быть симулированы в другой Вселенной — это если бы та Вселенная была радикально иной, с другими законами физики, или если мы серьёзно заблуждаемся в понимании физических законов в своей собственной.
Альтернатива, которая мне кажется гораздо более правдоподобной — это то, что мы живем в настоящей реальной Вселенной, и никто нас не симулирует.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos