Вышли из «Матрицы»: учёные объяснили, почему наша реальность не может быть компьютерной симуляцией. Является ли Вселенная компьютерной симуляцией? Размышления NS

На Code Conference 2016: есть только один шанс на миллиард, что человечество не живёт в компьютерной симуляции.

Едва ли наша реальность - основная. Гораздо более вероятно, что мир вокруг нас и мы сами - виртуальные сущности, созданные сверхразвитой цивилизацией, уровня который мы, возможно, достигнем 10 тыс. лет спустя.

Свой тезис Маск аргументирует следующим образом:

В 1970-х у нас был «Pong» - два прямоугольника и точка. Сейчас, сорок лет спустя, у нас реалистичные 3D-симуляторы, в которых одновременно сидят миллионы людей по всему миру.

Илон Маск

основатель Tesla Motors, SpaceX и PayPal

Постепенно мы учимся создавать всё более и более реалистичные копии реальности. Следовательно, рано или поздно мы придём к тому, что реальность будет неотличима от симуляции. Вполне возможно, что некая цивилизация уже проделала этот путь до нас, и наш мир - один из её многочисленных экспериментов.

Маск сделал свой аргумент ещё более жёстким: «Или мы создадим неотличимые от реальности симуляции, или цивилизация прекратит своё существование».

В ответе Маска ясно угадываются идеи шведского философа Ника Бострома , который ещё в 2003 году в своей известной работе «Мы живем в компьютерной симуляции?» (рус. пер.) предложил три версии существования человечества:

Цивилизации вымирают, не достигнув постчеловеческой стадии, на которой они могут превзойти биологические возможности человека с помощью технических изобретений и строить искусственные модели сознания.

Цивилизации, которые достигают того уровня, на котором они могут моделировать искусственную реальность по своему желанию, по какой-то причине в этом незаинтересованны;

Если пункты 1 и 2 неверны, то нет почти никаких сомнений, что мы живём в компьютерной симуляции.

В рамках этой гипотезы реальность может быть не единичной, а множественной.

Пост-люди, разработавшие нашу симуляцию, могут быть и сами смоделированы, а их создатели, в свою очередь, тоже. Может быть множество уровней реальности, а их количество может увеличиваться с течением времени.

Ник Бостром

профессор Оксфордского университета

Если гипотеза верна, мы сами через какое-то время сможем достичь стадии «творцов» виртуального мира, который станет «реальным» для его новых обитателей.

Судя по всему, именно модель Бострома заставила Илона Маска предположить, что выбор у нас невелик: или создать неотличимые от реальности симуляции, или прекратить своё существование и развитие. Тот вариант, что постчеловечеству по каким-то причинам (например, этическим) будет неинтересно создавать виртуальные миры, Маск всерьёз не рассматривает.

Сам Бостром, однако, не уверен, какой из трёх сценариев находится ближе к истине. Но по-прежнему считает, что гипотезу виртуальной реальности необходимо принимать всерьёз. Вскоре после заявления Маска философ дал свои комментарии , в которых подтвердил это ещё раз:

Важно понимать, что то, что мы находимся в симуляции, несёт не метафорический, а буквальный смысл, - что мы сами и весь этот мир вокруг нас, который мы видим, слышим и чувствуем, существует внутри компьютера, построенного некоторой развитой цивилизацией.

Спустя некоторое время на портале Motherboard появилась развёрнутая статья философа Риккардо Манзотти и учёного-когнитивиста Эндрю Смарта «Илон Маск неправ. Мы не живём в симуляции» (краткую версию статьи на русском языке опубликовала Meduza).

Симуляция - это всегда объекты материального мира, существующие в реальности. Информация не существует отдельно от атомов и электронов, виртуальные миры - от компьютеров, которые, в свою очередь, являются частью физического мира. Следовательно, мы не можем отделить «виртуальное» от «реального».

Симуляция, неотличимая от реальности, перестаёт быть симуляцией. Простой технический прогресс не делает виртуальные модели более реалистичными: нарисованное яблоко не станет более реальным, если мы добавим к нему ещё больше пикселей. Если же мы создадим яблоко, которое можно съесть - химическое и биологическое материальное яблоко, - то оно по определению перестанет быть симуляцией.

Любая симуляция нуждается в наблюдателе. Симуляция неотделима от сознания, которое её воспринимает. Но мозг, который служит источником сознания - это не вычислительное устройство. Это крайне сложная биологическая машина, которую едва ли можно воспроизвести с помощью алгоритмических компонентов. Если полноценный искусственный интеллект и будет создан, то он будет сильно отличаться от человеческого.

Оппоненты обвиняют Маска в картезианском дуализме и платоновском идеализме, который восходит к самым ранним философским спорам о природе реальности. Действительно, его гипотеза предполагает, что симуляцию каким-то образом можно отделить от материальной реальности, а также разграничить базовый, наиболее «реальный» мир - и его виртуальные эманации. Сколько бы ни было уровней симуляции, за ними всегда предполагается один, последний, который является источником всех остальных.

Но для тех, кто находится внутри симуляции, в этом делении нет никакого смысла. Если другие, более подлинные уровни реальности для нас недоступны, то бесполезно о них говорить. Всё, что мы знаем - это настоящие, а не симулированные яблоки, даже если на каком-то «более глубоком» уровне они являются симуляцией.

Этот спор напоминает старый рассказ Борхеса о стране, в которой картографы создали карту, которая по величине и всем деталям была точной копией самой этой страны (эту метафору, кстати, использовал Бодрийяр в своей знаменитой работе «Симулякры и симуляция»).

Если карта - это точное воспроизведение территории, то есть ли смысл в самом делении «карта и территория», «реальность и симуляция»?

К тому же в модели Маска снова возрождаются теологические затруднения, на которые люди (за неимением лучшего) столетиями тратили свои интеллектуальные ресурсы. Если у мира есть создатели, то почему в нём присутствует столько зла? Для чего мы живём: это всего лишь случайный эксперимент, или в нашей жизни заложен какой-то тайный замысел? Можно ли выйти на тот самый «более глубокий» уровень реальности, или мы можем только строить о нём свои предположения?

На первый вопрос, конечно, можно ответить словами агента Смита из «Матрицы», что «человечество как вид не приемлет реальность без мучений и нищеты», поэтому даже искусственная реальность должна быть именно такой. Но базовых трудностей это не снимает. К тому же здесь очень легко переключиться в конспирологическую логику, предположив, что всё вокруг - это иллюзия, плод заговора разумных машин (инопланетян, масонов, правительства США) против человечества.

Во многих отношениях гипотеза о «виртуальности» - это переодетая теология. Её нельзя доказать и невозможно опровергнуть.

Возможно, наиболее уязвимая сторона этой гипотезы - допущение о том, что сознание можно моделировать с помощью компьютерных технологий. Наши мозги не состоят из кремниевых чипов, и алгоритмические вычисления - далеко не главная их функция. Если мозг - это компьютер, то это неотлаженный компьютер со множеством противоречивых операторов и компонентов с неясным назначением. Человеческое сознание нельзя оторвать не только от материи, но и от окружения - социального и культурного контекста, в котором оно участвует.

Достоверных свидетельств того, что все эти компоненты можно технически «симулировать», пока ни у кого нет. Даже самый мощный искусственный интеллект, скорее всего, будет также далёк от человеческого сознания, как настоящее яблоко от логотипа компании Apple. Он будет не хуже и не лучше, но совершенно иным.

В оформлении статьи использован кадр из фильма Inception («Начало»).

Гипотеза о компьютерной симуляции нашей вселенной была выдвинута в 2003 году британским философом Ником Бостромом, но уже получила своих последователей в лице Нила Деграсс Тайсона и Илона Маска, которые высказались, что вероятность гипотезы равна почти 100%. В её основе лежит идея о том, что всё существующее в нашей вселенной является продуктом симуляции, наподобие экспериментов, проводимых машинами из трилогии «Матрица».

Теория симуляции

Теория полагает, что при наличии достаточного числа компьютеров, обладающих большой вычислительной мощностью, становится возможным симулировать детально весь мир, который будет настолько правдоподобным, что его обитатели будут обладать сознанием и интеллектом.

Опираясь на эти идеи, можно предположить: а что мешает нам уже жить в компьютерной симуляции? Может быть, более развитая цивилизация проводит подобный эксперимент, получив необходимые технологии, и весь наш мир является симуляцией?

Многие физики и метафизики уже создали убедительные аргументы в пользу идеи, ссылающиеся на различные математические и логические аномалии. Основываясь на этих аргументах, можно предположить существование космической компьютерной модели.

Математическое опровержение идеи

Однако, двое физиков из Оксфорда и Еврейского университета в Иерусалиме, Зохар Рингель и Дмитрий Коврижин, доказали невозможность существования подобной теории. Свои находки они опубликовали в журнале Science Advances.

Проведя моделирование квантовой системы, Рингель и Коврижин выяснили, что для симуляции всего нескольких квантовых частиц потребуются огромные вычислительные ресурсы, которые из-за природы квантовой физики будут возрастать экспоненциально с увеличением количества симулируемых квантов.

Для хранения матрицы, описывающей поведение 20 спинов квантовых частиц, потребуется терабайт ОЗУ. Экстраполировав эти данные всего на несколько сотен спинов, мы получим, что для создания компьютера с таким объёмом памяти потребуется больше атомов, чем их общее число во вселенной.

Другими словами, учитывая сложность квантового мира, который мы наблюдаем, можно доказать, что любая предложенная компьютерная симуляция вселенной потерпит неудачу.

А, может, всё-таки симуляция?

С другой стороны, продолжая философские рассуждения, человек быстро придёт к вопросу: «Возможно ли, что более развитые цивилизации специально вложили в симулятор эту сложность квантового мира, чтобы сбить нас с пути?» На это Дмитрий Коврижин отвечает:

Это интересный философский вопрос. Но он вне поля действия физики, поэтому я предпочёл бы его не комментировать.

Кадр из фильма "Матрица"

Физики из университетов Бонна и Вашингтона полагают, что они нашли способ, как можно проверить считавшуюся до сих пор чисто философской теорию, что мы живем в гигантской компьютерной симуляции Вселенной .

Как пишут на "arXiv.org" Сайлас Бин, Мартин Дж. Сэвидж и Зохре Давуди, любая имитация, в том числе и очень затратное моделирование Вселенной с помощью сверхмощного компьютера, имеет пределы. Именно эти пределы, если таковые имеются, можно узнать по их воздействию и возникающим сбоям в непрерывных физических процессах.

Способ выявления этих границ исследователи сначала проверили сами на своей модели Вселенной - но лишь на очень небольшой её части. Из-за высокой степени сложности Вселенной сейчас возможна пока только имитация 0,00000000001 миллиметра её уже измеренной части. Тем не менее, даже эта небольшая часть вряд ли отличима от всего образца. Теоретически возможно, что наша Вселенная просто огромная модель.

Теоретическое обоснование симуляция Вселенной

На основе квантовой хромодинамики (КХД), учёные определили ядерное взаимодействие между протонами и нейтронами, между ядрами и их взаимодействие друг с другом. Чтобы заменить пространственно-временной континуум, а, следовательно, структуру Вселенной , они использовали в качестве наименьшей единицы моделирования мелкую кубическую "решетку".

Это только начало, но исследователи представляют себе уже сейчас большие симуляции, в которых можно будет генерировать молекулы, клетки и однажды - сегодня эту вычислительную мощность вообразить невозможно - даже людей. Их было бы невозможно отличить от оригинала. Однако уже сейчас доступно моделирование космологических процессов и поиска пределов этой смоделированной на микро-уровне вселенной.

Является ли наша Вселенная симуляцией? Учёные предлагают для ответа провести моделирование Вселенной

Для обозначения границ потенциальной имитации, в которой мы, согласно теории, возможно, «живём», исследователи воспользовались так называемым пределом Грайзена - Зацепина - Кузьмина (GZK-эффектом). Предел ГЗК является теоретическим верхним пределом энергии космических лучей, исходящих из отдалённых источников. Высокоэнергетические частицы взаимодействуют с фоновым космическим излучением и, проходя большие расстояния, теряют энергию.

Если наша Вселенная является имитацией, то лежащая в её основе решетчатая структура придаст дополнительные свойства таким феноменам, как предел ГЗК. При этом частицы, обладающие высокой энергией, должны двигаться по осям решётки, а не разлетаться по Вселенной равномерно во всех направлениях, как это бывает в обычных наблюдениях.

Возможно ли моделирование Вселенной ?

Как ни фантастически выглядит эта теория, её уже можно проверить с помощью доступных нам сегодня технологий. Проблема может заключаться в том, что структура решетки якобы смоделированной Вселенной могла быть построена на совершенно иной основе, чем это представляют себе учёные. Кроме того, описанный эффект можно будет оценить только в том случае, если верхняя граница структуры решетки, действительно, соответствует ГЗК-пределу.

И тем не менее, стоит хотя бы один раз осуществить поиск вышеописанного эффекта, чтобы увидеть, что наша Вселенная не является результатом компьютерного моделирования, пишет

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Разговоры ученых о нереальности нашего мира ложатся на подготовленную массовой культурой почву

Гипотеза о том, что наша Вселенная - это компьютерная симуляция или голограмма, все активнее будоражит умы ученых и филантропов.

Образованное человечество еще никогда не было так уверено в иллюзорности всего происходящего.

В июне 2016 года американский предприниматель, создатель SpaceX и Tesla Илон Маск, оценил вероятность того, что известная нам "реальность" является основной - как "одну многомиллиардную". "Для нас будет даже лучше, если окажется, что то, что мы принимаем за реальность, - уже является симулятором, созданным другой расой или людьми будущего", - отметил Маск.

В сентябре Банк Америки предупредил своих клиентов, что с вероятностью 20-50% они живут в Матрице. Эту гипотезу аналитики банка рассмотрели наряду с другими приметами будущего, в частности, наступлением (то есть, если верить изначальной гипотезе, виртуальной реальности внутри виртуальной реальности).

В свежем материале New Yorker про венчурного капиталиста Сэма Алтмана говорится, что в Кремниевой долине многие одержимы идеей, что мы живем внутри компьютерной симуляции. Два техно-миллиардера якобы пошли по стопам героев фильма "Матрица" и тайно профинансировали исследования по вызволению человечества из этой симуляции. Их имена издание не раскрывает.

Стоит ли воспринимать эту гипотезу буквально?

Короткий ответ - да. Гипотеза исходит из того, что ощущаемая нами "реальность" обусловлена лишь небольшим объемом информации, которую мы получаем и которую способен обработать наш мозг. Мы ощущаем предметы твердыми из-за электромагнитного взаимодействия, а видимый нами свет - лишь небольшой раздел спектра электромагнитных волн.

Чем больше мы расширяем границы собственного восприятия, тем больше убеждаемся, что Вселенная состоит по большей части из пустоты.

Атомы состоят из пустого пространства на 99,999999999999%. Если ядро атома водорода увеличить до размеров футбольного мяча, то его единственный электрон расположится на расстоянии 23 километров. Состоящая же из атомов материя составляет всего 5% известной нам Вселенной. А 68% составляет темная энергия, о которой науке практически ничего не известно.

Иными словами, наше восприятие реальности - это "тетрис" по сравнению с тем, что в действительности представляет собой Вселенная.

Что по этому поводу говорит официальная наука?

Словно герои романа, пытающиеся прямо на его страницах постичь замысел автора, современные ученые - астрофизики и квантовые физики - проверяют гипотезу, которую еще в XVII веке выдвинул философ Рене Декарт. Он предположил, что "какой-то злокозненный гений, весьма могущественный и склонный к обману", мог заставить нас думать, что существует внешний для нас физический мир, в то время как на самом деле небо, воздух, земля, свет, очертания и звуки - это "ловушки, расставленные гением".

В 1991 году писатель Майкл Талбот в книге "Голографическая Вселенная" одним из первых предположил, что физический мир подобен гигантской голограмме. Некоторые ученые, впрочем, считают "квантовый мистицизм" Талбота псевдонаукой, а связанные с ним эзотерические практики - шарлатанством.

Куда большее признание в профессиональной среде получила книга 2006 года "Программируя Вселенную" профессора Массачусетского технологического института Сета Ллойда. Он считает, что Вселенная - это квантовый компьютер, который вычисляет сам себя. Также в книге говорится, что для создания компьютерной модели Вселенной человечеству недостает теории квантовой гравитации - одного из звеньев гипотетической "теории всего".

Наш мир и сам может быть компьютерной симуляцией. В 2012 году команда исследователей Калифорнийского университета в Сан-Диего под руководством россиянина Дмитрия Крюкова пришла к выводу, что такие сложные сети, как Вселенная, человеческий мозг и интернет имеют одинаковую структуру и динамику развития.

Эта концепция мироустройства предполагает "небольшую" проблему: что произойдет с миром, если вычислительные способности создавшего его компьютера исчерпаются?

Можно ли экспериментально подтвердить гипотезу?

Единственный подобный эксперимент поставил директор Центра квантовой астрофизики лаборатории Ферми в США Крейг Хоган. В 2011 году он создал "голометр" : анализ поведения пучков света, исходящих из лазерных излучателей этого устройства, помог ответить по меньшей мере на один вопрос - является ли наш мир двухмерной голограммой.

Ответ: не является. То, что мы наблюдаем, действительно существует; это не "пиксели" продвинутой компьютерной анимации.

Что позволяет надеяться, что в один прекрасный день наш мир не "зависнет", как это часто происходит с компьютерными играми.

Каждый, кто смотрел знаменитый фильм «Матрица», вероятно, спрашивал себя: не живём ли мы в компьютерной симуляции реальности? Двое учёных считают, что смогли ответить на этот вопрос. Зоар Рингель (Еврейский университет в Иерусалиме) и Дмитрий Коврижин (Курчатовский институт) опубликовали совместное исследование проблемы в последнем номере научного журнала Science Advances.

Пытаясь решить проблему компьютерного моделирования квантовой системы, они пришли к выводу, что такая симуляция в принципе невозможна. Создать для неё компьютер нельзя из-за физических возможностей Вселенной.

Учёные, увеличивая число частиц в симуляции, обнаружили, что вычислительные ресурсы, необходимые для моделирования, росли не линейно, а по возрастающей. И для симуляции поведения нескольких сотен электронов требуется компьютер такой мощности, что он должен состоять из гораздо большего числа атомов, чем есть во Вселенной.

Таким образом, компьютер, который мог бы моделировать окружающий нас мир, создать невозможно. Этот вывод учёных утешит не столько тех, кто сомневается в реальности Вселенной, сколько физиков-теоретиков — ведь если нельзя создать компьютер, который будет моделировать и анализировать квантовые явления, то их рабочие места никогда не займут роботы, отметил сайт Американской ассоциации содействия науке, которая издаёт журнал Science Advances.

Один из миллиарда

Не стоит удивляться тому, что серьёзные учёные обсуждают сюжет из области развлекательного кинематографа. В теоретической физике уделяется внимание и куда более причудливым теориям. И некоторые из них с точки зрения стороннего наблюдателя выглядят как чистая фантастика. Одна из интерпретаций квантовой механики (интерпретация Эверетта) предполагает существование параллельных вселенных. А некоторые решения уравнений Эйнштейна теоретически допускают путешествия во времени.

• Кадр из фильма «Матрица»

Научно обоснованную гипотезу смоделированной природы нашего мира выдвинули не писатели-фантасты. Самое известное обоснование этого высказал профессор Оксфорда Ник Бостром в своей работе «Доказательство симуляции».

Бостром не утверждал прямо, что мир вокруг нас создан при помощи вычислительной техники, но выдвинул три варианта будущего (трилемма Бострома). По мнению учёного, человечество или вымрет раньше, чем сможет достичь стадии «постчеловечества» и получить возможность создания симуляции, или, достигнув этой стадии, не станет её создавать, или же мы уже сейчас живём в компьютерной симуляции.

Гипотеза Бострома — это уже не физика, а философия, но на примере открытия Рингеля и Коврижина видно, как из физического эксперимента можно сделать философские выводы. Особенно если эта философия допускает математические расчёты и прогнозирует технологический прогресс человечества. Поэтому трилеммой интересуются не только теоретики, но и практики: самый известный апологет выкладок Бострома — Илон Маск. В июне 2016 года Маск практически не оставил шансов «реальному миру». Отвечая на вопросы журналистов, генеральный директор компаний Tesla и SpaceX заявил, что вероятность реальности нашего мира — один к миллиарду. Однако убедительных доказательств своего утверждения Маск не привёл.

• Илон Маск
• Reuters
• Brian Snyder

Теория Рингеля и Коврижина опровергает слова Маска и настаивает на полной реальности нашего существования. Но стоит отметить, что их выкладки работают только в том случае, если симуляцию реальности рассматривать как продукт компьютерных технологий.

Впрочем, Бостром предполагал, что симуляция не обязательно должна носить характер компьютерной программы, ведь симулировать реальность могут и сны.

Технологий производства сновидений у человечества пока нет, их примерные технические характеристики неизвестны. Это значит, что для них могут и не потребоваться вычислительные мощности всей Вселенной. Следовательно, вероятность появления технологий симуляции сбрасывать со счетов пока рано.

Страшный сон

Однако ни физики, ни философы такими частностями, как конкретное описание моделирования реальности, не занимаются — науке придётся делать слишком много допущений.

Пока с этим справляются писатели и режиссёры. Идея виртуальной реальности молода, но простое перечисление книг, фильмов и компьютерных игр о ней займёт не одну страницу. При этом в основе большинства из них так или иначе лежит страх перед технологиями.

Самое известное произведение подобного рода — фильм «Матрица» — показывает безрадостную картину: реальность симулируется для эксплуатации человечества, создания золотой клетки для него. И такой характер носит большинство фантастических произведений о симуляции мира, которые почти всегда оборачиваются антиутопией.

В жутком рассказе британского фантаста Харлана Эллисона «У меня нет рта, но я хочу кричать» оставшиеся в живых представители человечества существуют под тотальным контролем компьютера-садиста, который моделирует реальность для того, чтобы придумывать им новые изощрённые пытки.

Герой «Тоннеля под миром» Фредерика Пола с ужасом узнаёт, что он и вся его жизнь созданы всего лишь в рамках модели крупной аварии, в которой он ежедневно умирает страшной смертью, чтобы наутро воскреснуть со стёртой памятью.

• Кадр из фильма «Ванильное небо»

А в фильме «Ванильное небо» симуляцию реальности используют для того, чтобы больные люди в состоянии криогенной заморозки ощущали себя счастливыми, хотя их проблемы так и остаются нерешёнными.

Человечество боится симуляции реальности, иначе все эти фильмы и книги вряд ли были бы такими пессимистичными. Так что спасибо Рингелю и Коврижину за прививку оптимизма для всего человечества. Конечно, если их исследование — это не отвлекающий манёвр матрицы.