Чи ми живемо у симуляції? Ймовірність 50 на 50

Аніл Анатасвамі

Рідко коли комік може здивувати астрофізика під час обговорення наукових тем. Але саме це вдалося Чаку Найсу у недавньому епізоді подкасту «StarTalk». Його співрозмовник, відомий вчений і популяризатор науки Ніл Деграсс Тайсон, саме пояснював гіпотезу симуляції – твердження, згідно з яким ми можемо бути віртуальними істотами, що живуть у комп’ютерній програмі. Якщо це справді так, то ця програма могла б створювати відчуття реальності «на вимогу», як це відбувається у комп'ютерній грі, яка відкриває перед гравцем лише частину карти, щоб зекономити обчислювальні ресурси. «Можливо, саме тому ми й не можемо рухатися швидше, ніж світло, адже інакше ми могли б долетіти до іншої галактики», – сказав Найс. На це Тайсон йому з усмішкою відповів: «Вони, мабуть, ще не встигли це запрограмувати й тому встановили цей ліміт».

Такі розмови можуть здаватися несерйозними, але відтоді як філософ Нік Бостром з Оксфордського університету опублікував свою статтю про аргумент симуляції у 2003 році, філософи та науковці не перестають думати, чи можна його якось перевірити. Хтось намагається знайти підказки, що світ – це симуляція, а інші прагнуть вирахувати ймовірність тго, що ми віртуальні істоти. Новий аналіз цієї проблеми доводить, що шанси, що ми живемо у «базовій» (несимульованій) реальності, становлять десь 50%. Але якщо люди колись створять віртуальну реальність зі свідомими істотами, то шанси, що наш світ – це теж симуляція у чиємусь комп’ютері, одразу різко збільшаться (хоча треба зважати, що серед науковців немає згоди про те, що таке свідомість, не кажучи вже про те, як можна її штучно відтворювати).

У 2003 р. Бостром уявив собі технологічно розвинену цивілізацію з неймовірно потужними комп’ютерами, які здатні моделювати реальність зі свідомими істотами. Відштовхуючись від цього сценарію, він сформулював трилему, в якій принаймні одне припущення має бути вірним: 1. людство вимре ще перед тим, як досягне цієї технологічної стадії; 2. навіть якщо люди досягнуть цієї стадії, їх не цікавитиме симуляція їхнього далекого минулого; 3. можливість, що ми живемо у віртуальній реальності, прямує до одиниці.

Ще до Бострома свій внесок у популяризацію гіпотезу симуляції зробив науково-популярний фільм «Матриця». Але ідея, що фізичний світ може не бути справжньою реальністю, має дуже давні корені як у західній, так і в східній філософії. Це, зокрема, «Міф про печеру» Платона або сон про метелика, який описав давньокитайський філософ Чжуан-цзи. Олії у вогонь недавно підлив ще й Ілон Маск, який на конференції 2016 року сказав, що шанси, що ми живемо у справжній реальності, становлять лише один до мільярда.

«Маск правий, якщо припустити, що перших два твердження з трилеми Бострома хибні, – каже астроном Девід Кіппінг з Колумбійського університету. – Але на якій підставі ми можемо це припускати?».

Для цього Кіппінг вирішив звернутися до теореми Баєса, яка дозволяє прорахувати ймовірність події («апостеріорна ймовірність»), спираючись на обставини, які пов’язані з цією подією («апріорна ймовірність»). Для цього він переформулював трилему Бострома у дилему, з’єднавши перші два припущення, адже з них випливає однаковий висновок, що наш світ не є симуляцією. Звідси випливають лише два твердження: або ми живемо у симуляції, або ні. «Оскільки у нас немає додаткової інформації про жодну з цих опцій, ми наділили їх однаковою апріорною ймовірністю 50/50», – стверджує Кіппінг.

Далі Кіппінг припустив, що можуть існувати два види реальності – ті, які породжують інші (віртуальні) реальності (parous), і ті, які їх не породжують (nulliparous). Якщо фізична гіпотеза правильна, то шанси, що ми у другому виді, становлять 100%. Але навіть якщо правильна перша, то більше шансів, що ми теж є у ньому. Кіппінг стверджує, що коли симуляції відбруньковують інші симуляції, то обчислювальні ресурси цих нових реальностей зменшуються й вони не мають достатньо можливостей, щоб симулювати нові реальності зі свідомими істотами.

Якщо це підставити у теорему Баєса, то можна зробити висновок, що апостеріорна ймовірність того, що ми живемо у базовій реальності, є майже такою самою, як і апостеріорна ймовірність симуляції, але шанси ледь-ледь зміщуються у бік базової реальності.

Однак, якщо б люди створили віртуальну реальність зі свідомими істотами у ній, то ймовірність того, що наш світ теж є симуляцією, сильно б зросла. «Якби це сталося, то ми б узагалі могли відкинути гіпотезу базової реальності й сміливо припускати, що і ми теж нереальні й живемо всередині комп’ютерної програми», – стверджує Кіппінг.

Із його аналізу випливає, що Ілон Маск помиляється щодо шансів, згідно з якими ми живемо у базовій реальності і які становлять вже не 1 до 1.000.000.000, а лишень 1:2. Бостром погоджується із цим результатом, але йому не імпонує ідея надати однакові стартові шанси фізичній та симуляційній гіпотезам. «Принцип рівнозначності тут є радше хистким. Можна або наділити однаковою ймовірністю кожну із трьох моїх альтернатив, або викроїти простір можливостей як завгодно й отримати будь-який результат», – вважає філософ.

Поки у нас немає хоч якоїсь інформації, будь-яке міркування про природу реальності буде саме «хистким». Але це могло б змінитися, якби ми знайшли якісь докази матриці. Тож чи може вона себе якось виявляти?

Хуман Овхаді, математик з Каліфорнійського технологічного інституту, вже міркував над цією проблемою. «Якщо симуляція спирається на безмежну обчислювальну силу, то не існує способу, як її можна виявити, адже такий процесор міг би відтворювати абсолютно все з будь-яким ступенем реалізму. Детектувати її можна лише тоді, якщо у неї обмежені обчислювальні ресурси», – стверджує Овхаді. Подумайте ще раз про відеоігри, розробники яких використовують різні хитромудрі трюки, щоб зекономити операційні можливості комп’ютера.

На думку Овхаді, такі «трюки» у нашому світі можуть проявляти себе як квантові парадокси. Зокрема, квантові системи можуть існувати у суперпозиції різних станів, яка описується хвильовою функцією, що при спостереженні випадково колапсує лише до одного стану. Серед фізиків немає єдності, чи це колапсування відбувається насправді, чи є лише висновком, який випливає із неповноти наших знань про систему. За словами Овхаді, «якщо Всесвіт – це симуляція, то ніякого колапсу хвильової функції насправді не відбувається. Як і в комп'ютерній грі, в якій ігровий світ відтворюється лише там, де присутній гравець, колапсування хвильової функції також може свідчити про те, що реальність створюється лише там, де ви дивитесь на неї».

Овхаді та його колеги запропонували п’ять концептуальних інтерпретацій експерименту з двома щілинами, кожна з яких мала б спіткнутися об симуляцію. Але він визнає, що тепер ще неможливо перевірити жодну з цих інтепретацій і, за його словами, вони є лише припущеннями.

Зоврех Даводі, фізик з Університету Меріленду у м. Колледж-Парк, теж переконана, що симуляція з обмеженими обчислювальними можливостями повинна себе якось виявити. Даводі досліджує сильну взаємодію – одну з чотирьох фундаментальних сил природи, що утримує кварки всередині атомних ядер. Рівняння, які описують цю взаємодію, настільки складні, що їх неможливо аналітично розв’язати, тож фізики використовують спрощені симуляції, які, зокрема, припускають, що час і простір дискретні, а не безперервні. Найбільший результат, якого вдалося досягнути, – це симуляція ядра атома гелію, який складається з двох протонів і двох нейтронів.

«Звісно, можна припустити, що якщо ви сьогодні маєте змогу симулювати невелике атомне ядро, то через 10 років ви зможете зробити це з більшим ядром, через 20-30 років ви це зробите вже з молекулою. Через 50 років ви зможете відтворити кілька дюймів матерії, а через 100 років, можливо, цілий людський мозок», – каже Даводі.

Вона вважає, що класичні комп’ютери скоро досягнуть межі своїх можливостей: «через 10-20 років ми, найімовірніше, дійдемо до обмеження можливостей симуляції фізичних систем за допомогою класичних комп’ютерів». Утім, задачі, які недоступні класичним комп’ютерам, на її думку, зможуть розв’язувати квантові комп’ютери, які відкриють цілу нову еру у віртуальній реальності. «Я вже починаю думати, як симулювати сильну взаємодію та атомні ядра за допомогою квантових комп’ютерів», – каже Даводі.

Якщо наша реальність – це симуляція, то комп’ютер, який її створює, теж, ймовірно, дисктретизує час і простір для спрощення обчислень (якщо, звісно, він використовує ті самі механізми, що й теперішні фізики). Ознаки дискретного часу і простору, що нагадує клітини шахівниці, потенційно можна спостерігати у спектрах розсіювання високоенергетичних космічних променів. Навіть якщо це буде доведено, звідси, утім, не випливатиме однозначно, що наш Всесвіт – це симуляція, адже базова реальність теж може мати аналогічні властивості.

Кіппінг вважає, що, найімовірніше, «гіпотезу симуляції так ніколи й не вдасться фальсифікувати. А якщо вона не фальсифікується, то й науковою її теж не можна вважати».

Але є ще один спосіб міркувати про цю проблему – лезо Оккама. Згідно з цим логічним принципом, якщо немає додаткової інформації, то найправдоподібнішим слід вважати найпростіше пояснення. Гіпотеза симуляції складна, адже вона припускає, що одні реальності нанизані на інші й у всіх цих реальностях живуть віртуальні істоти, які не знають, що вони несправжні. «Оскільки ця модель дуже складна, то її потрібно відкинути на користь простого фізичного пояснення», – каже Кіппінг. Тож, можливо, незважаючи на дивні закони квантової механіки, наш світ таки справжній.