Наша реальность с вероятностью в 50% является компьютерной симуляцией

Не часто бывает так, что при обсуждении законов физики комик вызывает у астрофизика мурашки по коже. Однако именно это и сделал Чак Найс, американский радиоведущий и стендап-комик в недавнем эпизоде подкаста StarTalk.

Ведущий шоу Нил Деграсс Тайсон объяснил свое рассуждение насчет симуляции - идею о том, что мы можем быть виртуальными существами, живущими в компьютерной симуляции, пишет Live Science.

Если это действительно так, симуляция, скорее всего, будет создавать восприятие реальности по запросу, а не постоянно моделировать всю реальность. Прям как в видеоиграх, оптимизированных для визуализации только тех частей сцены, которые видны игроку.

"Может быть, именно поэтому мы не можем путешествовать быстрее скорости света, потому что если бы у нас была такая возможность, мы бы смогли попасть в другую галактику", - сказал Найс, заставив Нила прервать его: "Но только перед тем, как мы сможем ее запрограммировать".

Такие разговоры могут показаться легкомысленными. Но это только первое впечатление.

Некоторые пытались найти способы, с помощью которых можно выявить, являемся ли мы виртуальными существами в то время, как другие старались определить эту возможность. Теперь же новый анализ утверждает, что вероятность существования человечества в базовой реальности на самом деле равна нашей жизни в симуляции.

В то же время исследование показывает, что если бы люди когда-нибудь развили способность имитировать сознательные существа, шансы в подавляющем большинстве увеличились бы в пользу человека - виртуального обитателя чужого компьютера (нюанс к такому выводу состоит в том, что нет единого мнения насчет того, что такое "сознание", не говоря уже о том, как его можно симулировать).

В 2003 году Бостром представил технологически развитую цивилизацию, которая обладает огромными вычислительными возможностями и нуждается лишь в незначительной части этого ресурса для моделирования новой реальности.

Учитывая этот сценарий, его аргумент показал, что по крайней мере одно утверждение в следующей трилемме должно быть верным. Во-первых, люди почти всегда погибают, прежде чем достичь стадии симуляции. Во-вторых, даже если люди и дойдут до этой стадии, они вряд ли будут заинтересованы в моделировании своего собственного прошлого. Ну и, в-третьих, вероятность того, что мы живем в симуляции, близка к единице.

До него научно-фантастический боевик "Матрица" уже внес свой вклад в популяризацию концепции симулирования реальности. Идея также высказывалась апологетами западных и восточных философских традиций; от аллегории пещеры Платона до сна бабочки Чжуан Чжоу. А совсем недавно Илон Маск придал идее дополнительный импульс.

"Вероятность того, что мы находимся в базовой реальности, составляет один к миллиарду", - сказал он на конференции в 2016 году.

Астроном Дэвид Киплинг из Колумбийского университета согласен с его заявлением в том случае, если предположения о первой и второй трилемме ложны. Чтобы лучше разобраться в аргументе Бострома, Киппинг решил прибегнуть к байесовским рассуждениям. Этот тип анализа использует теорему Байеса, названную в честь Томаса Байеса, британского математика, жившего в XVIII веке.

Байесовский анализ позволяет вычислить вероятность того, что что-то произойдет (так называемая "апостериорная" вероятность), предварительно сделав предположения об анализируемом событии (присвоив ему "априорную" вероятность).

Киппинг начал с того, что превратил трилемму в дилемму. Он свел первое и второе утверждение в одно, потому что в обоих случаях конечным результатом является отсутствие симуляции. Таким образом, дилемма смогла противопоставить гипотезу об отсутствии матрицы предположению о реальной симуляции.

"Мы просто присваиваем априорную вероятность каждой из этих моделей и исходим из принципа безразличия, который является предположением по умолчанию, когда у нас нет никаких данных", - говорит Киппинг.

Следующий этап анализа требовал осмысления "порождающих" реальностей - тех, которые могут порождать другие реальности и "непорождающих" - тех которые этого делать не могут.

Если бы физическая гипотеза была верна, то вероятность того, что мы живем в "непорождающей" Вселенной, было бы легко вычислить: она составила бы 100 процентов. Затем Киппинг показал, что даже в гипотезе симуляции большая часть моделируемых реальностей была бы непорождающей.

Это происходит из-за того, что по мере порождения одной симуляцией других симуляций вычислительных ресурсов, доступных каждому последующему поколению, будет все меньше, и в итоге мы дойдем до такой точки, когда у подавляющего большинства реальностей не будет необходимой вычислительной мощности, чтобы моделировать последующие реальности, способные размещать в себе мыслящие существа.

Соедините все это в байесовскую формулу, и вы получите следующий ответ: апостериорная вероятность того, что мы живем в базовой реальности, почти такая же, как и апостериорная вероятность того, что мы являемся симуляцией с коэффициентами, склоняющимися всего лишь на малую долю в пользу базовой реальности.

Эти вероятности резко изменились бы, если бы внутри нее люди создали симуляцию с сознательными существами, потому что такое событие изменило бы шансы, которые мы прежде давали физической гипотезе.

"Эту идею можно исключить сразу же и останется только гипотеза симуляции. В тот день, когда мы изобретем такую технологию, расчетные шансы на то, что мы реальны, уменьшатся с показателя чуть больше 50, и теперь мы уже почти наверняка будем нереальны, опять же, в соответствии с этими расчетами. Это будет очень странное торжество по поводу нашей гениальности", - отметил Киппинг.

Вывод из анализа Киппинга состоит в том, что, учитывая текущие данные, Маск ошибается относительно вероятности один к миллиарду, которую он приписывает нам, живущим в базовой реальности. Бостром согласен с результатом, однако с некоторыми оговорками.

"Это не противоречит доводам в пользу симуляции, в которых лишь утверждается что-то о дисфункции, о том, что одно из трезв предположений в трилемме верно", - говорит он.

Но Бостром не согласен с решением Киппинга приписать равные априорные вероятности физической гипотезе и гипотезе моделирования в начале анализа.

"Ссылка на принцип безразличия здесь довольно шаткая. С таким же успехом можно было бы применить его к моей трилемме, что дало бы каждой из них по 1/3 шанса", - заявил Бостром.

Такие мелочи имеют значение, потому что у нас нет доказательств, обосновывающих одно утверждение и опровергающих другое. Эта ситуация изменится в том случае, если будут найдены доказательства симуляции.

Можно ли обнаружить сбой в матрице? Хоуман Оухади, специалист по вычислительной математике из Калифорнийского технологического института, задумался над этим вопросом.

"Если симуляция обладает бесконечной вычислительной мощностью, то мы никак не сможем понять, что живем в виртуальной реальности, потому что она может вычислять все, что мы захотим, с той степенью реализма, которую пожелаем", - утверждает он.

Давайте вспомним о видеоиграх, многие из которых основаны на умном программировании, чтобы минимизировать вычисления, необходимые для построения виртуального мира.

По мнению Оухади, найти потенциальные парадоксы помогут 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 такую волновую функцию бессистемно переходить в одно из многих возможных состояний. У физиков нет единого мнения о том, реален ли этот процесс перехода, или это просто отражение изменений в наших знаниях о системе.

"Если это просто чистая симуляция, то никакого перехода нет. Все решается, когда мы на нее смотрим. А остальное просто симуляция, как в видеоиграх", - подчеркивает Оухади.

С этой целью Оухади и его коллеги разработали пять концептуальных вариаций двухщелевого эксперимента, каждая из которых предназначена для выявления симуляции. Но он признает тот факт, что на данном этапе невозможно узнать, смогут ли такие эксперименты принести какой-то результат. Эти пять экспериментов - всего лишь предположения.

Зохре Давуди, физик из Мэрилендского университета также придерживалась идеи, что симуляция с конечными вычислительными ресурсами может себя разоблачить. Свою работу она посвятила сильному ядерному взаимодействию, которое является одной из четырех фундаментальных сил в природе.

Уравнения с описанием сильных взаимодействий, которые удерживают вместе кварки, образующие протоны и нейтроны, настолько сложны, что их невозможно решить аналитическим путем. Чтобы понять сильные взаимодействия, физики вынуждены заниматься численным моделированием.

В отличие от предполагаемых суперцивилизаций, обладающих неограниченными вычислительными возможностями, они вынуждены полагаться на облегченные способы решения, чтобы такие симуляции можно было рассчитать. В таких целях они обычно считают пространственно-временной континуум дискретным, а не постоянным.

Самый серьезный результат, которого исследователи сумели добиться на основе этого подхода - это моделирование ядра гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов.

"Естественно, возникает мысль о том, что если сегодня смоделировать ядро атома, то лет через 10 можно сделать ядро побольше, а лет через 20-30 можно будет смоделировать молекулу. И кто знает, может, через полвека удастся сделать нечто размером в пару сантиметров. А лет через 100, может быть, мы сумеем сделать даже человеческий мозг", - говорит Давуди.

Однако Давуди считает, что скоро классические компьютеры упрутся в стену.

"В ближайшие 10-20 лет мы действительно увидим предел возможностей наших классических моделей физических систем", - отметила она.

Таким образом, она обращает внимание на квантовые вычисления, в основе которых лежат суперпозиции и другие квантовые эффекты. Они помогают решать вычислительные задачи, которые невозможно решить на основе классического подхода.

"Если появится квантовая вычислительная техника в том смысле, что мы получим возможность производить масштабные и надежные вычисления, тогда у нас начнется совершенно другая эпоха симуляции. Я начинаю думать о том, как выполнить моделирование физики сильного взаимодействия и атомных ядер, будь у меня рабочий квантовый компьютер", - добавила Давуди.

Все эти факторы заставили ее задуматься о гипотезе симуляции. Если наша реальность является симуляцией, то симулятор, вероятно, тоже дискретизирует пространство-время, чтобы сэкономить вычислительный ресурс.

Сигнатуры такого дискретного пространства-времени потенциально можно было бы увидеть в тех направлениях, откуда приходят высокоэнергетические космические лучи. Они имели бы предпочтительное направление в небе из-за нарушения так называемой осевой симметрии.

По словам Давуди, телескопы пока не наблюдали никаких отклонений от этой осевой инвариантности. И даже если такой эффект будет замечен, это не станет однозначным доказательством того, что мы живем в симуляции. Сама базовая реальность может обладать подобными свойствами.

Киппинг, несмотря на результаты своего исследования, беспокоится, что дальнейшая работа над гипотезой симуляции находится на тонком льду.

"Возможно, мы никак не сможем проверить, живем мы в симуляции или нет. Если это нельзя опровергнуть, то как мы можем утверждать, что это действительно научно?", - отмечает он.

У него есть более очевидный ответ: принцип "бритвы Оккама", который говорит, что в отсутствие других доказательств самое простое объяснение наверняка является правильным.

Гипотеза симуляции сложна, она предполагает нагромождение одних реальностей на другие, а также существование объектов, которые никак не могут сказать, что они находятся внутри симуляции.

"Поскольку это чрезмерно сложная и тщательно продуманная модель, то с точки зрения принципа "бритвы Оккама", ей нельзя отдавать предпочтение в сравнении с простым и естественным объяснением. Может быть, мы все-таки живем в базовой реальности, несмотря на "Матрицу", Маска и странные законы квантовой физики", - подытожил Киппинг.