Художественное представление искажения пространства-времени в кристалле
Каков шанс, что наша Вселенная представляет собой результат компьютерной симуляции? Эта идея давно обсуждается учёными и специалистами, и они расходятся во мнениях. Ясно, что наши далёкие потомки будут обладать практически неограниченными вычислительными ресурсами и смогут создавать виртуальные миры, подобные нашему. Учитывая большое количество таких миров, остаются небольшие шансы, что именно нам повезло жить в реальном мире, а не в симуляции. Например, Илон Маск оценивает наши шансы в 0,1%, а астрофизик Нил Деграсс Тайсон — в 50%. В общем, вопрос спорный.
Сейчас двое теоретических физиков из Израиля и России выдвинули новый аргумент в пользу того, что наш мир не может быть компьютерной симуляцией. Некоторые свойства пространства-времени слишком сложно рассчитать на компьютере любой производительности.
Идею того, что наш мир представляет собой компьютерную симуляцию, аргументировал профессор Оксфордского университета Ник Бостром, сооснователь Всемирной ассоциации трансгуманистов и директор Института будущего человечества. В своей статье 2003 года он рассуждает о возможностях постчеловеческой цивилизации и исторических симуляциях, которые они будут создавать:
Представим себе историков будущего, моделирующих различные сценарии исторического развития. Это будут не сегодняшние упрощённые модели. С учётом огромных вычислительных возможностей, которыми будут располагать эти историки, в их распоряжении могут оказаться очень подробные симуляции, в которых будет различимо каждое здание, каждая географическая деталь, каждая личность. И каждый из этих индивидуумов будет наделен тем же уровнем вычислительных мощностей, сложности и интеллекта, как живой человек. Как и агент Смит, они будут созданы на основе программного обеспечения, но при этом будут обладать психическими характеристиками человека. Конечно, они могут так никогда и не осознать, что являются программой. Чтобы создать точную модель, нужно будет сделать восприятие смоделированных личностей неотличимым от восприятия людей, живущих в реальном мире.
Подобно жителям Матрицы, эти люди будут существовать в искусственном мире, считая его реальным. В отличие от сценария с Матрицей эти люди будут полностью состоять из компьютерных программ…
Эти предположения очень любопытны. Располагая достаточными вычислительными мощностями, постлюди могут создать модели исторических личностей, у которых будет полноценное сознание и которые будут считать себя биологическими людьми, живущими в более раннем времени…
Сейчас, в 2003 году, на планете живет примерно шесть миллиардов биологических людей. Очень даже возможно, что в постчеловеческую эпоху триллионы созданных на основе компьютерных программ людей будут жить в смоделированном для них 2003 году, убеждённые в том, что они биологического происхождения — точно такие же, как вы и я. Математика здесь проста, как дважды два: подавляющее большинство этих людей ошибаются; они считают, что они из плоти и крови, но на самом деле они таковыми не являются. Нет причин исключать нашу цивилизацию из этих подсчетов. Почти все шансы сводятся к тому, что мы живем в смоделированном 2003 году и что наши физические тела являются компьютерной иллюзией.
Хотя всё это больше напоминает мысленный эксперимент, но теоретические физики Зохар Рингель из Центра теоретической физики Рудольфа Пайерлса при Оксфордском университете и Рака Института физики в Еврейском университете Иерусалима, а также Дмитрий Коврижин из Центра теоретической физики Рудольфа Пайерлса при Оксфордском университете и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» выдвинули аргумент, который может доказывать невозможность создания компьютерной симуляции вроде нашего мира.
Ключевой тезис аргументации Рингеля и Коврижина — это то, что науке неизвестны способы эффективно симулировать квантовые эффекты, такие как тепловая проводимость Холла (эффект Риги — Ледюка). Это так называемые гравитационные аномалии, которые исключительно трудно наблюдать напрямую. Они отражают искажения пространства-времени в малых масштабах и проявляются при достаточно низких температурах в сильных магнитных полях.
Термомагнитный эффект Риги — Ледюка состоит в том, что при помещении проводника с градиентом температур в постоянное магнитное поле, перпендикулярное тепловому потоку, возникает вторичная разность температур, перпендикулярная магнитному полю и тепловому потоку.
Для моделирования квантовых систем используется метод Монте-Карло, но Рингель и Коврижин объясняют, что гравитационные аномалии представляют собой слишком сложный феномен, который когда-либо можно будет рассчитать. Грубо говоря, существует бесконечное количество вариантов, что делает невозможной симуляцию методом Монте-Карло из-за проблемы знака — появления формально отрицательных вероятностей. По мнению большинства физиков, проблема знака в принципе нерешаемая, поэтому более-менее сложную неравновесную систему не удастся рассчитать на компьютере любой мощности за конечное время.
С другой стороны, если решить проблему знака, то моделирование методом Монте-Карло, теоретически, станет возможным. Но Рингель и Коврижин не верят, что такие алгоритмы появятся в будущем.
Учёные говорят, что по мере увеличения размера симуляции объём необходимых вычислений будет расти линейно или экспоненциально. В случае экспоненциального роста симуляция даже нескольких сотен электронов потребует наличия компьютера, который состоит из большего числа атомов, чем содержит Вселенная. Учитывая количество атомов во Вселенной (1080) создание такого компьютера станет непостижимой и крайне невероятной задачей, пишут авторы.
Сам термин «вычислимость» предполагает, что задачу можно решить на компьютере за конечное время с использованием конечного объёма памяти. В этом смысле физики предоставили убедительную аргументацию, что наша Вселенная всё-таки невычислима. Хотя дискуссия среди учёных наверняка не прекратится на этом. Вполне возможно, что создатели симуляции — наши потомки или представители инопланетного разума — всё-таки нашли способ обойти трудности с объёмом вычислений. В конце концов, учёные ведь доказали только, что Вселенная невычислима для нас с использованием известных нам методов. То есть мы сами не может сделат аналогичную симуляцию, но это вовсе не означает, что такую симуляцию не может сделать кто-то другой, используя приближения, изменив в симуляции законы физики соответствующим образом для упрощения вычислений и используя квантовые компьютеры.
«Наша работа показывает интригующую связь между двумя на первый взгляд не связанными областями: гравитационными аномалиями и вычислительной сложностью, — говорит Зохар Рингель, соавтор научной работы. — Она также показывает, что тепловая проводимость Холла — настоящий квантовый эффект: один из таких, для которых не существует аналогов в классической физике».
Научная статья опубликована 27 сентября 2017 года в журнале Science Advances (doi: 10.1126/sciadv.1701758).
