Почему наша Вселенная – это (не) симуляция?
Уже давно по головам бродит идея о том, что наша Вселенная является виртуальной симуляцией, созданной для неизвестной цели неизвестно кем. Характерной проблемой данной теории (не знаю, можно ли называть это теорией, но пусть будет) является невозможность ее фальсификации. То есть не очень понятно, какие факты, события или эксперименты должны данную теорию опровергать, ведь всегда можно сказать, что симуляция «немного сложней».
Невозможность фальсифицировать теорию говорит о том, что теория не является научной (называется это критерий Поппера, и пока теория симуляции критерий Поппера не проходит). И потому искать для нее доказательства бессмысленно, ведь не существует возможности ее опровергнуть (аналогичная проблема с верой в богов, теорией мультивселенных или верой в то, что «Президент-нейм – наш спаситель»).
Но критерий Поппера не является истиной в последней инстанции (потому что сам критерий Поппера не проходит критерий Поппера), и если предположить, что наш мир это виртуалка, то что наводит на такие мысли сильнее всего? Какой аргумент является самым мощным?
Дисклеймер – описанное ниже это не учебник по квантмеху, точность передачи информации о принципах квантмеха сознательно принесена в жертву популярности пояснения. Как известно, невозможно одновременно сделать пояснение понятным и точным. Конец дисклеймера.
С точки зрения чайников – самый сильный аргумент в пользу того, что наш мир симуляция это принцип неопределенности Гейзенберга, который в свою очередь построен на факте корпускулярно-волнового дуализма.
Поясню по порядку. Что такое вообще принцип неопределенности?
Если сказать просто, то принцип неопределенности состоит в том, что невозможно одновременно измерить у частицы ряд параметров, например, координаты и импульс. То есть если мы измеряем положение частицы, то уже не можем измерить скорость частицы, на момент измерения она меняется. Если быть более корректным, то чем точнее ты измеряешь один параметр, тем менее точно можно измерить другой параметр. При этом оба параметра должны быть некоммутируемы (что такое коммутируемость без алгебры не пояснить, так что пес с ним, просто запомните).
Пока мы оперируем одной частицей, принцип неопределенности хотя бы интуитивно понятен – ведь на квантовом уровне (то есть на очень маленьких расстояниях и силах) измерение ничем не отличается от воздействия. То есть на квантовом уровне наблюдатель всегда влияет на наблюдаемое, ведь чтобы измерить что-то, надо, условно, по измеряемой частице ударить другой частицей, которая потом попадет на детектор и что-то нам сообщит. Или надо заставить измеряемую частицу с чем-то провзаимодействовать, например, с детектором. Ну и понятно, что если мы таким образом измерили любой параметр, то система пришла в движение, и привет – остальные параметры уже изменились, и для их измерения нужны новые воздействия, которые опять изменят систему и так далее.
Но ведь частицы при столкновениях и взаимодействиях сохраняют параметры после столкновений. А значит, мы можем сделать чуть более сложную систему, мы можем столкнуть несколько частиц, подождать пока они разлетятся в разные стороны, и замерить у каждой из них какой-то отдельный параметр с высокой точностью, а все остальные параметры системы просто рассчитать, и так узнаем полное состояние системы до столкновения. Саенс бич. Как с бильярдными шарами. Если этот залетел в эту лузу, то тот должен был залететь в ту, а с какой силой били кием мы уже знаем. Так что, можем все измерить и посчитать? Неа. Частицы – это не бильярдные шары.
И вот тут принцип неопределенности Гейзенберга начинает сводить с ума и нарушать (как нам кажется) всё, что ему заблагорассудится. Даже если частицы разлетелись на огромные (как для частиц, так и людей) расстояния, то при попытке измерить параметры одной частицы сбрасываются некоммутируемые параметры и другой частицы. На любом расстоянии.
Не помогает никакая экранировка, как только уже не пробовали разделять между собой такие частицы (они называются квантово-запутанные), все равно измерение одной частицы влияет на другую. Хоть если использовать в качестве экрана всю планету.
Причем «передача» (в кавычках, потому что никакая это не передача) «сообщения» об измерении от одной из частиц до другой происходит или мгновенно, или, как минимум, быстрее в 100 000 раз, чем максимальная скорость прохождения сигнала в нашей Вселенной – скорости света. Которую, как мы знаем, ничто не может превысить. Скорее всего, одна частица «сообщает» другой об измерении мгновенно.
Я напоминаю, что скорость света в вакууме – это фундаментальная константа, многократно проверенная в самых разных, включая практические, условиях. Не обнаружено ни одного РЕАЛЬНОГО превышения скорости света каким-либо физическим объектом с ненулевой массой покоя и, скорее всего, обнаружено не будет. Потому что таково устройство нашего мира.
Конечно, ни о какой передаче информации при срабатывании квантовой запутанности на самом деле речь не идет, и потому теория относительности не нарушается. Потому и экранировать не удается ничего и никак – передачи информации как таковой не происходит. Никакой бозон-передатчик никуда не летит, нечего и экранировать.
Просто принцип неопределенности Гейзенберга это такое СВОЙСТВО нашего мира. Квантово-запутанные частицы остаются запутанными частицами на любых доступных нам для исследования расстояниях при любых препятствиях между ними любое доступное нам для измерения время. Это факт. А почему так? Потому что так выходит из математики. А почему так выходит? А хрен его знает.
Какие именно условия нашего мира определяют подобное поведение частиц – нам пока не известно. Каков реальный физический механизм обеспечения подобной связанности (запутанности) частиц – неясно. Ну то есть как это происходит на практике – мы не понимаем. Хотя не только наблюдаем факт в опытах, но даже уже используем в серийном исполнении и готовимся запустить в массы. Существует ли вообще какой-то механизм обеспечения запутанности в каком-то бекэнде нашей Вселенной, или обеспечение запутанности происходит по какой-либо другой явной причине – пока не выяснено.
Выходит так, что запутанные частицы могут находиться на любых расстояниях, но для нашей Вселенной они как бы «рядом», если хотя бы раз «столкнулись». Вселенная их как бы «помнит», или они «помнят» друг друга, но где хранится вся эта память и как передается – никто не знает. Крайне странная вещь.
Знаете, где я это видел? Ага. В компьютерной симуляции объекты могут находиться на любом расстоянии друг от друга, но при этом их КООРДИНАТЫ и вообще любые ПАРАМЕТРЫ могут быть записаны в одной ячейке памяти (поскольку их переинициализация происходит в рамках одного события – получения связанности), и система ДЕЙСТВИТЕЛЬНО будет изменять параметры такой ячейки памяти одномоментно, что для нас будет выглядеть как ОДНОВРЕМЕННОЕ изменение параметров частиц. Просто координаты со скоростью перезаписываются и все.
Понятно, что симуляция Вселенной, подобной нашей, потребует колоссальных вычислительных ресурсов и весьма изящных же решений и оптимизаций. Плюс мы не знаем параметров мира, в рамках которого запущена эта симуляция (они могут вообще отличаться от наших).
Поясню.
Когда вы видите, как Супермарио, футболист из футбольного-симулятора ФИФА 2020 или преторинанец в Тотал Вор 2 делают шаг, не происходит того же самого, что происходит с вами в реальном мире. Мышцы ноги не сокращаются, не тянут сухожилие, и не происходит сгибания ноги по поперечной оси коленного сустава. Не происходит и одновременной работы остальных мышц тела, которые держат равновесие всего тела, нет работы периферийной нервной системы для обеспечения работы всех этих мышц, и нет у Супермарио и ЦНС, которая принимает решение о том, куда ставить ногу. Ничего это нет – нет мышц, нет сухожилий, нет нервов и нет мозга. Потому что Супермарио, футболист и преторианец – это симуляции для внешнего наблюдателя. Просто обработчик события «шаг» ИМИТИРУЕТ перестановку ноги так, чтобы для глобальной симуляции это ВЫГЛЯДЕЛО как шаг, но на самом деле просто происходит перезапись координат объекта и отрисовка соответствующей анимации «шаг».
Аналогично в какой-нибудь из игр серии Цивилизации, вы можете после окончания игры длиной в три тысячи лет посмотреть, какой у вашей цивилизации был средний размер семьи и средняя продолжительность жизни отдельного индивида, но это не значит, что Цивилизация симулировала для вас каждое отдельное домохозяйство или жизнь отдельных граждан вашей империи. Просто использовались расчетные параметры в некоей модели. Вы в игре вообще видели только города, и видимое в симуляции население в них было в единицах (от одного до 30 с копейками). Но все внутренние вещи рассчитывались, а потом переводились в удобные и наглядные цифры для симуляции. Просто система так написана и так работала, чтобы не перегружать симуляцию и экономить ресурсы системы.
Вообще, построение правильной симуляции – это, в первую очередь, создание правильной системы ограничений детальности симуляции. Или длительности. Или объема. И квантмех очень похож на эту систему ограничений, если смотреть на него с точки зрения симуляции и срединного мира (где есть вы, я, столы, стулья и прочие объекты измеримого глазом размера).
Например, мы на данный момент можем подтвердить, что события происходят только там, где есть какой-либо наблюдатель. Очень логично, как в первых ГТА, где мир оживал только там, где находился игрок, а все остальное подгружалось при перемещении рандомно на основании статистических правил. То есть рассчитывалось по вероятностям и потом постепенно включалось в картину мира.
Понятно, что симуляция нашей Вселенной намного сложней, чем мир ГТА, но можно предположить, что и там используются программно-аппаратные решения для снижения нагрузки на систему.
Например, можно предположить, что параметры квантово-запутанных частиц находятся в единой ячейке памяти конечной длины (в таком случае в рамках этой ячейки может быть обеспечена любая работа симуляции без безмерного отжирания ресурсов системы). Перезапись и выдача данных в этой ячейке происходит по прерыванию «наблюдателя» с изменением всех параметров ячейки. Потому что это просто ряд цифр, которые аппаратный оператор перезаписывает по определенному правилу.
Потому что так физически устроено (условно говоря, микросхема нашей симуляции, которая меняет параметры ячейки, так сделана), и потому что выделенная ячейке память конечна. Это вполне может объяснить все наблюдаемые эффекты.
Чем точнее мы запрашиваем у системы один параметр ячейки, тем меньше точность всех остальных некоммутируемых параметров (тех, которые не могут быть вычислены обработчиком из первого параметра, а хранятся в ячейке отдельно и которые тоже надо отдавать по запросу «наблюдателя»). При этом все это происходит для системы мгновенно, ведь все эти данные для системы – это одна ячейка, данные в которой меняются аппаратно единой итерацией.
Объясняет данная концепция и в общем корпускулярно-волновой дуализм, на котором построен Принцип Неопределенности Гейзенберга. Ячейка памяти, описывающая квантово-запутанную систему частиц, несет в себе лишь данные о параметрах частиц. Данные эти могут связываться в блоки, которые обрабатываются ПО РАЗНОМУ В РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ разными обработчиками.
Например, есть аппаратный обработчик, который обрабатывает ячейку как «волну». А есть обработчик, который обрабатывает ту же самую ячейку как «частицу». Вот вам корпускулярно-волновой дуализм, когда один и тот же объект может показывать свойства волны, а может показывать свойства частицы, которые, с нашей точки зрения, противоречат друг другу. Свойства противоречат, а ячейка памяти нет. Тут у вас фотоэффект в частицах, а тут двухщелевой опыт и волны. Просто каждый раз прерывание вызывает разный обработчик для одной и той же ячейки памяти. И это только обработчики квантового уровня.
Можно предположить, что есть обработчики условно среднего уровня. В любой момент любая ячейка любой частицы может быть передана обработчику среднего уровня. Когда обработчик собирает от миллионов миллиардов ячеек «частиц» необходимые векторы их состояний в рамках концепции, например, «кристаллической решетки» с поправками, складывает их в объект, например, «стальной шар» и обрабатывает их состояния пакетом в рамках коллизии с объектом «стальная стена». Со всеми полагающимися эффектами вроде нагрева, частичного расплава, разлета осколков, уплотнения кристаллической решетки или ее разрыва, образования осколков и так далее.
Этот обработчик работает уже по другим правилам, и у него есть концепции жидкость, газ, аморфное тело, плазма, нейтронная жидкость, кристалл, сверхпроводимость и так далее. Причем оперируют обработчики среднего уровня не всей длиной памяти квантовой ячейки (для экономии ресурсов), а лишь ее ярлыком, встроенным в иной объект, например, объект «кристаллическая решетка», где вместо частиц выступают их ярлыки и их численные (статистические) характеристики вместо полных доступных по отдельному «квантовому запросу». А если наблюдатель захочет вдруг посмотреть на конкретную частицу повнимательней, то, конечно, система тут же по ярлыку подгрузит наблюдателю полноценную частицу со всеми параметрами частицы из ячейки памяти. И все запутанные подтянет. Задача такой системы та же – экономия ресурсов при симуляции.
Нужно будет, адаптивная симуляция способна обеспечить уровень точности каждой «частицы», как минимум, до квантового уровня, причем без дополнительной нагрузки на систему. Надо будет, способна в общих числах посчитать столкновение звезды и черной дыры на макроуровне, среднем уровне и при этом для каждой конкретной ячейки обеспечить обработку и запуск прерываний по соответствующим квантовым эффектам (из-за возникновения релятивистских скоростей и огромных температуры и давления).
Хорошо согласуются с концепцией симуляции и ограничения вроде минимальной размерности длины (и прочих параметров выводимых из постоянной Планка) и скорости света. Первое – это минимальная разрешающая способность симуляции (причем заданная математически через связь кванта энергии с его частотой), второе – ограничение на инкремент параметров внутри ячейки памяти за одну итерацию (такт симуляции).
И постоянная Планка, и скорость света, и гравитационная постоянная при этом присутствуют во всех параметрах симуляции. То есть это не ограничения в виде прозрачного конца карты в шутерах. Типа шел, шел и уперся лбом. Эти ограничения похожи на вышеописанные ограничения памяти в ячейке – это что-то в виде резиновых лент, ограничивающих трату ресурсов наблюдателем. Или ремня безопасности, который свободен, пока ты не тянешь ремень, и ограничивает тебя тем сильней, чем быстрей ты двигаешься. Чем глубже ныряешь, тем сильней тебя выталкивает, чем больше разгоняешься, тем больше проблем и ограничений.
Разгон одиночного фотона для до скорости света – тривиальная задача, у фотона нет массы покоя – только энергия. Разгон килограммового стального шара – уже непростая задача с соответствующими эффектами для наблюдателя. Нельзя будет сидеть в ракете, лететь куда-то со скоростью света и заставлять симуляцию подгружать тебе всю Вселенную подряд – видеть ты будешь все весьма странно, время у тебя будет не такое как у всех, и прочие замечательные релятивистские эффекты наблюдателя. Надеюсь, читатели поняли, что под наблюдателем понимается не человек как хомо сапиенс и даже не живое или там разумное существо, а вообще объект.
Ограничения будут ждать тебя повсюду, но границ мира ты не встретишь. Как-то так.
Те, кто играл в старые версии ГТА, знают такой эффект. Из-за того, что мир игры был разработан для подгрузки вокруг машин и людей, двигающихся с относительно небольшой скоростью по меркам игры, игрок, летя на самолете с намного большей скоростью, чем автомобиль, заставляет игру лагать. Как результат, игрок врезается на самолете в пустоту, в которой система не успела банально отрисовать объекты игры из-за нехватки ресурсов. Выглядит всрато. В нашей Вселенной так не произойдет, система ограничений вшита в код. Ограничения тут не баг, а фича.
Если ты летишь со скоростью света, то из-за релятивистских ограничений это не выглядит так, как будто ты плывешь по быстрой реке между звезд-скал и галактик-гор. Так как для нашей Вселенной скорость света плюс скорость света в сумме равна той же самой скорости света, то сетчатка твоего глаза при разгоне до скорости света начнет ДОГОНЯТЬ все фотоны, в том числе и из задней полусферы. То есть вся Вселенная (включая ту, что за твоей спиной) для тебя визуально сожмется в точку четко по оси движения. Вселенная просто подкинет тебе в глаза или на датчик детектора то, что ты УЖЕ подгрузил за своей спиной, потому что скорость света гранична (и абсолютна, ведь с+с=с). Красиво и изящно.
Как я уже сказал, это не то чтобы прозрачные стены в конце уровня, это ремни, которые натягиваются тем сильней, чем быстрее и дальше ты пытаешься уйти. При высоких скоростях твое личное время начнет замедляться тем сильнее, чем выше скорость движения. Так как время для симуляции – это просто инкремент памяти за такт, то фактически для объектов движущихся с релятивистскими скоростями происходит автоматическое урезание ресурсов. Подобный эффект хорошо известен игрокам Евы (Eve Online), которым разрабы включают замедление времени, когда игроков в одной системе становится слишком много (при этом для всего остального игрового мира, кроме систем на этом конкретном сервере, время будет нормальным). Так и в реальности, просто в нашей Вселенной этот процесс уже автоматизирован и вшит в код самой симуляции. Для Вселенной пройдут годы, для тебя – мгновения (то есть меньше итераций), чтобы ты много ресурсов не сожрал.
Аналогичное происходит, если собралось слишком много ячеек памяти в месте с одними координатами, и их надо одновременно обрабатывать (помним про связанность, ага). Чем больше масса в нашей Вселенной, тем медленнее течет рядом с ней время. Спутник ГПС на орбите Земли и ГПС в твоем телефоне имеют временной рассинхрон из-за разного течения времени – причина масса Земли, то есть большое число ячеек памяти для обработки возле тебя и меньшее возле спутника ГПС.
Но вернемся к кораблю, который решил нагрузить систему, разогнавшись до большой скорости.
Самое веселое, что к твоем кораблю по мере приближения к скорости света начнет применяться обработчик… от квантового уровня. Ты начнешь превращаться в волну, постепенно «вытягиваясь» в тонкий и длинный объект. Таковы правила системы. Потому что аппаратно перемещение на скорости света поддерживается системой только для волн и частиц – для экономии ресурсов опять-таки. В частицу тебя не сжать, а вот в волну превратить – почему бы и нет. Потому на 20% скорости света с тобой почти всей окей, а на 99% ты уже волна, и вся Вселенная перед тобой точка, и время для тебя почти остановилось. Вселенная как бы стягивает тебя ремнями и экономит на тебе ресурсы как может.
Подобные ограничения в играх сейчас вводятся на программном уровне – разрабы вручную следят за количеством полигонов в определенных локациях или ограничивают их число в генераторах игровых миров (если применяется процедурная генерация). Чтобы система не лагала для игрока. В нашей же Вселенной лаг аппаратно встроен в систему – на орбите черной дыры время тебе замедлят по дефолту, хотя особых графониевых спецэффектов ты не увидишь.
Кроме того, Вселенная у нас расширяется, и по мере течения времени части Вселенной, которые далеко от тебя, начинают как бы отваливаться. Потому что скорость света ограничена, а время идет. Есть области, в которые нам с Земли уже не попасть никогда. И свету оттуда уже не попасть к нам. Эти области навсегда пропадают для тебя, и чем дальше по времени от Большого Взрыва, тем большее число таких областей отвалится друг от друга. Называется это «бесконечное удаленное». Изолированные области опять-таки экономят ресурсы на обработку за счет отсутствия необходимости для частей симуляции передавать данные в другую часть симуляции постоянно. Возможно, изолированность позволит так же экономить ресурсы на хранении пакетов взаимно связанных частиц, с которых начался наш рассказ. Подобный эффект тоже хорошо известен всем игрокам в разных вариациях игровых миров – как правило, игра отрисовывает всё только до определенной дальности, а потом идут упрощенные объекты, а еще дальше туман.
Я еще много мог бы приводить таких совпадений, только их научная ценность, как уже было сказано, минимальна, хотя большинство указанных фактов научно подтверждены – как-то: граничность скорости света или существование принципа неопределенности. Теория компьютерной симуляции не фальсифицируема, а значит, перебирая интерпретации, мы будем находить лишь подтверждения этой теории. Так как теория не сформулировала, что бы могло ее опровергнуть, то любой факт или будет отброшен, или будет подтверждать теорию. Это не наука, это феноменология.
Это текст – скорее пример того, что в массовом сознании теория симуляции может получить много научных, а еще больше наукообразных аргументов в пользу своей правоты.
Что неизбежно, на самом деле, с учетом того, что мы УЖЕ применяем принцип неопределенности Гейзенберга на практике – все квантовое шифрование на нем построено. При этом, как уже было сказано, физически руцями пояснить, как именно работает принцип квантовой связанности, мы не можем. Теория «скрытых переменных» не выведена (вот та самая идея «бек-офиса», в котором считаются все эти частицы).
Пояснение Копенгагенской интерпретации выглядит как «теорема Евклида», которая на самом деле аксиома. Вот вам алгебра, вот так она выглядит, если смотреть на нее из срединного уровня, а почему она так выглядит на самом деле, хрен знает. Но алгебра работает, поверьте. И она действительно работает. Проверили.
Почему?
Потому что. Магия. Симуляция. Божественное вмешательство.
Мне теория симуляции категорически не нравится, так как она не дает ответа на вопрос «а кто симуляции запустил?» и «как возникли те, кто создал симулятор, и настроил\запустил симуляцию?». Потому что эта «теория» опять-таки для пояснения нашего мира и существ, которые задумались почему так, предлагает концепцию, появление еще более сложных миров, объектов (симулятор) или существ (бог, автор симуляции), которые все создали.
Но не отвечает на вопрос «а кто тогда создал еще более сложных их?». Почему возникновение таких сложных объектов возможно само по себе, а для возникновения более простых объектов как мы уже нужна симуляция, параметры, ограничения и прочая лабуда.
Что же до нелогичности квантмеха, то вполне возможно, что квантмех логичен, просто и понятен, но не для мозга сформированного в рамках срединного мира.
Кто сказал, что алгебре вообще нужно иметь ответ на вопрос «а как этот механизм работает на практике»?
Никто такого не говорил, просто мы так привыкли считать.
На заставке: Постер фильма «13-й этаж»
