Когато през септември 2016 година инвестиционното подразделение Merrill Lynch към Bank of America разпрати доклад до своите клиенти, съдържащ процента 50% вероятност да живеем в матрична архитектура, пазарите не реагираха с паника. Причината бе простичка: банковите аналитици стъпваха върху трудовете на шведския философ Ник Бостром от Оксфордския университет и изявленията на космолози, чиито изчисления отдавна сочат към неприятни пробойни в теорията за чисто материалния произход на Вселената. Зад философския блясък обаче стои чисто практичен и студен изчислителен въпрос: възможно ли е хардуер, бил той и квантов, да поддържа подобно ниво на детайлност без срив във физичните константи.
Математическата подреденост и липсата на хаос
Ако разгледаме физичния свят без сантимент, прави впечатление плашещата оптимизация на всички процеси. Скоростта на светлината във вакуум – точно 299 792 458 метра в секунда, нито метър повече или по-малко. Защо съществува абсолютна горна граница за пренос на информация във Вселената? Във физиката това е фундаментална константа, но в компютърните науки това се нарича ограничение на честотата на процесора или максимална скорост за рендериране на графичен масив.
Теоретичният физик Джеймс Гейтс от Университета в Мериленд, работейки върху уравненията на суперсиметрията и струнната теория, открива нещо, което трудно се обяснява с класическата еволюция на материята. В уравненията, описващи поведението на кварките и лептоните, той засича коригиращи грешките кодове – блок от алгоритми, абсолютно идентичен с тези, разработени от Клод Шенън за защита на цифровия сигнал в уеб браузърите. В архивно гробище от физични формули изведнъж изплува двоична структура от нули и единици. Това все още не е окончателно доказателство за програмен код, но оставя отворен въпроса защо фундаменталните математически закони на природата съвпадат с инженерните решения за пренос на данни.
Физическата резолюция на пространството
Квантовата механика отдавна смущава привържениците на непрекъснатата материя. Когато разложим материята до нейните най-малки градивни елементи, откриваме, че тя не е гладка. Съществува така наречената Планкова дължина – приблизително 1.6 по 10 на минус 35-а степен метра. Под тази скала понятията за разстояние и обем губят физически смисъл. Пространството престава да бъде непрекъснато и започва да се държи като дискретна мрежа.
Физикът Макс Тегмарк от Масачузетския технологичен институт отбелязва, че точно така работи всяка компютърна симулация. За да спести ресурси, една програма не изчислява безкрайна гладкост, а разделя екранното пространство на пиксели. Квантуването на енергията, при което електроните прескачат от орбита на орбита без да преминават през междинното пространство, е пряко аналогично на обновяването на състоянието на дадена променлива в следващия тактов честотен цикъл.
Допълнително потвърждение на тази логика откриваме в прочутия експеримент с двата прореза. Фотонът се държи като вълна от вероятности, докато не бъде извършено измерване. В момента на наблюдаване вълновата функция се срива и обектът придобива конкретна позиция. В игровата индустрия това се нарича мързеливо рендериране – обектът се генерира на екрана само тогава, когато играчът завърти камерата към него. Системата не хаби ресурс да изчислява това, което никой не гледа.
Логистиката на Ник Бостром и трилемата на прогреса
През 2003 г. Ник Бостром публикува в списание Philosophical Quarterly своята трилема, стъпваща върху елементарна статистическа вероятност. Според него поне едно от следните три твърдения е истина:
Първо, цивилизациите измират, преди да достигнат технологичен етап, позволяващ създаването на постчовешки симулации.
Второ, цивилизациите, достигнали такъв етап, губят интерес към стартирането на задвижвани от предци симулации поради етични или технически причини.
Трето, ние почти със сигурност живеем в компютърна симулация.
Ако първите две твърдения са неверни, броят на виртуалните светове с осъзнати обитатели неизбежно ще надхвърли милиарди пъти броя на единствения реален, базов свят. От чисто математическа гледна точка, вероятността произволно избрано съзнание да се падне в първичния реален свят е нищожно малка.
Тази аргументация беше прегърната от технологичния елит в Силициевата долина. Илон Мъск публично заяви през 2016 г., че шансът да сме в базовата реалност е едно на милиарди, позовавайки се на бързината, с която компютърната графика се разви от елементарния Pong до триизмерни фотореалистични среди за по-малко от четиридесет години. Допълнително, финансови магнати като Юрий Милнър, чрез своите инициативи, заделят десетки милиони долари за изследвания на границите на физичните константи, надявайки се да засекат сбои в изчислителната система.
Противоречията: Термодинамика и изчислителен капацитет
Това изглежда логично, но има един физически и термодинамичен проблем, който ентусиастите на тема симулации често пренебрегват. За да се симулира с пълна квантова прецизност дори един грам материя с всичките му атомни взаимодействия, са необходими повече изчислителни клетки, отколкото съществуват атоми в самия току-що симулиран грам, ако се използват познатите физични закони.
Изследователи от Оксфордския университет публикуваха през 2017 г. материал в списание Physical Review X, показвайки, че симулирането на квантовия ефект на Хол изисква сума от изчислителни ресурси, която расте експоненциално с всеки добавен електрон. За симулирането на система от едва неколкостотин електрона би бил нужен компютър, изграден от повече атоми, отколкото съдържа видимата Вселена. Освен ако базовият свят, в който се намира суперкомпютърът, не се подчинява на съвсем различни, много по-комплексни физични закони от нашите, симулацията на цяла Вселена среща непреодолима стена от енергийни и физически лимити.
Така се оформя парадоксът. От една страна имаме дискретна структура на пространството, ограничение на скоростта на информацията и кодове за коригиране на грешки на квантово ниво. От друга страна стои термодинамичният закон за запазване на енергията, който прави мащабното симулиране на физическата реалност невъзможно в рамките на нашия тип физика. Дали тези ограничения са доказателство за софтуерна оптимизация, или просто показват границите на настоящето ни разбиране за материята, остава открит въпрос.
