Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Найти матрицу. В конце ХХ века сестры вачовски предложили человечеству две таблетки.

08.08.2016 в 15:52

Синяя - и всё останется, как есть. Красная - и ты узнаешь, как глубока кроличья нора. Ты обретешь способность летать, уворачиваться от пуль и делать что угодно. Правда, в мире, которого не существует. В мире, который является лишь ловкой ловушкой, детализированной симуляцией, которая разворачивается в недрах невероятного суперкомпьютера, для которого реальные люди служат лишь дешевым источником питания.


Где же правда? Что же нас окружает - реальный мир, или виртуальность? В 2003 году шведский трансгуманист Ник бостром (Nick Bostrom) развил эту идею в известной статье "живем ли мы в компьютерной симуляции? В ней философ спекулирует на тему о том, что если человечество в обозримом будущем, все-таки, не погубит само себя, то рано или поздно оно разовьется в настолько мощную цивилизацию, что будет способно моделировать реальность в больших масштабах. И что, весьма вероятно, наша текущая реальность действительно является продуктом такого умелого моделирования.

Идеи бострома подвергались критике неоднократно - детальный "Разгром" его доводов можно найти в статье Данилы Медведева "живем ли мы в спекуляции Ника бострома? Однако возможно ли разобраться в этой проблеме со строгой точки зрения, найти весомые экспериментальные доказательства тому, что наш мир, все-таки, реален? На самом деле, вполне.

Первые подобные попытки были сделаны еще до бострома: в 2001 году исследователь из MIT Сет Ллойд (Seth Lloyd) попробовал подсчитать вычислительные ресурсы, необходимые для того, чтобы симулировать вселенную в масштабах пространства и времени, доступных нашему наблюдению, и пришел к выводу, что такое невозможно в принципе.

Ллойд оценил, какое количество операций понадобится провести компьютеру, чтобы смоделировать всю вселенную начиная с момента большого взрыва, с каждым событием, которое случилось с каждой элементарной частицей за прошедшие с тех пор почти 14 миллиардов лет. Тут важна не столько сама цифра, сколько ее масштаб: энергия, необходимая для произведения таких вычислений, окажется больше энергии самой моделируемой вселенной. "Такой компьютер должен быть мощнее всего мироздания, и на работу у него уйдет время большее, чем время жизни мира, - резюмировал Ллойд. - Кому вообще может прийти в голову заняться этим? Казалось бы, точка поставлена - но это лишь на первый взгляд. В конце концов, наши сверхпотомки, искусственная матрица, суперцивилизация инопланетян - или кто еще мог бы моделировать текущую реальность - вовсе не обязаны делать эту модель идеальной. Вспомните трехмерные модели миров в современных компьютерных играх: они весьма натуралистичны, притом что являются лишь приближенной моделью, которую способны обсчитывать процессоры обычных настольных компьютеров. Не способен ли некий суперкомпьютер так же обсчитывать и нашу реальность, вместе с нами в ней, откидывая излишнюю детализацию, на таком низком уровне, который мы просто пока не в силах "Увидеть"?

Допустим, наша планета и солнечная система могут обсчитываться с максимальным разрешением, далекие звезды - похуже, ну а самые дальние галактики "Обновляются" лишь от случая к случаю. Также происходящее на доступном нам макроуровне может моделироваться весьма качественно, а вот микроуровень довольно грубо (недаром квантовый мир удивляет нас весьма условной приблизительностью, вероятностью своих причинно-следственных связей?

В самом деле, современные суперкомпьютеры и математические методы квантовой хромодинамики уже вполне позволяют обсчитывать поведение вселенной на очень небольших масштабах пространства и времени. Это, конечно, крошечный объем, зато происходящее в его пределах действительно ничем не отличимо от реальности, существующей независимо от нас и нашего сознания того, что мы привыкли считать материальным миром.

В том случае, если вычислительные мощности будут расти так же, как росли они до сих пор (известно, что один современный смартфон превосходит по производительности все возможности компьютеров Nasa, которые существовали в годы реализации "Лунной" программы Apollo) - не так уж и сложно представить, что возможности техники моделировать будут увеличиваться и, в конце концов, станут достаточными для моделирования всей нашей разумной цивилизации. Простая экстраполяция показывает, что при сохранении тех же темпов моделирование области размерами 1 х 1 м станет возможным через 140 лет.

Однако американский физик сайлас бин (Silas Beane), который занят моделированием взаимодействий протонов и нейтронов в ранней вселенной, считает, что в пределах ближайшего столетия подобные модели будут еще более совершенны и вполне смогут включать в себя и разумные существа. И они, населяя такую модель, возможно, зададутся вопросом: реален ли наш мир, или мы - лишь продукт моделирования.

Таким образом, если это так, то "Матрица" может проявиться, если мы действительно обнаружим недостатки модели, участки, где она начинает "сбоить". В 2007 году с этой идеей выступил кембриджский профессор математики Джон бэрроу (John Barrow. По его мысли, эти сбои могут проявляться небольшими неточностями в значениях фундаментальных констант, которые должны бы оставаться строго постоянными - таких, как скорость света в вакууме или постоянная тонкой структуры.

Интересно, что как раз в том же 1999 году, когда "Матрица" братьев вачовски увидела свет, появились первые наблюдательные свидетельства тому, что фундаментальные постоянные - не такие уж и постоянные. Ученые заявили тогда, что 10 млрд лет назад постоянная тонкой структуры была слегка - на тысячную долю процента - больше, чем сейчас. Правда, дополнительные проверки до сих пор не позволили строго подтвердить этот факт, но пугающий шанс остается. Возможно, просто программисты матрицы успели исправить этот "баг"?

В 2012 году бин и его коллеги предложили и более ясный подход к проверке матрицы на прочность. Дело в том, что любая компьютерная модель подразумевает разбиение реальности на участки, в пределах которых происходит обсчет - и затем соединение этих участков вместе. Примерно как картинка на экране компьютера состоит из пикселей: хватит только приблизить глаз достаточно близко, чтобы их увидеть. Проблема лишь в том, как нам разглядеть эти "Пиксели Реальности".

По расчетам британских ученых, движение частиц, смоделированное в рамках такой решетки, будет определяться размерами ее ячеек. Чем меньше эти ячейки - тем больший максимальный уровень энергии могут иметь. Кстати, астрономические наблюдения показывают, что энергия частиц космических лучей, прибывающих к нам от самых далеких галактик, действительно обрывается на определенном уровне. Эта граница известна, как предел грайзена - Зацепина - Кузьмина, и расчеты показывают, что если именно она говорит о существовании матрицы, то совершенство ее исключительно велико: размеры ячеек в такой модели будут в 10? 11 раз меньше, чем "Пиксели", которыми обсчитывают свои модели современные физики. Такая матрица слишком совершенна, чтобы выявить ее этим подходом.

Существует и другой потенциально наблюдаемый эффект от существования решетки, в рамках которой моделируется реальность. В том случае, если ткань пространства - времени гладка и не имеет "Склеек", то движущиеся по ней частицы, в том числе и те самые космические лучи, будут путешествовать по гладким траекториям. В случае если же решетка матрицы существует, расчеты показывают, что склейка ее ячеек будет заставлять смоделированные частицы словно соскальзывать и проявлять симметрию, присущую изначальной модели. В случае если, скажем, решетка составлена из кубов - будет проявляться кубическая симметрия.

Однако как проверить эти доводы - пока совершенно непонятно. А главное, непонятно главное: стоит ли их проверять? Не лучше ли выбрать красную таблетку - и пусть всё останется на своих привычных местах.