Хипотезата, че заобикалящият ни свят представлява изкуствено създадена среда, отдавна е излязла извън рамките на спекулативната философия. Развитието на теоретичната физика, квантовата механика и теорията на информацията позволява да се разгледа този въпрос не през призмата на предположенията, а чрез строги апаратни и термодинамични ограничения.
В съвременната наука численото моделиране служи като стандартен инструмент за познание. Физиците и космолозите редовно се сблъскват с обекти, които не могат да бъдат изследвани по пряк път: еволюцията на звездите, взаимодействието на черните дупки или поведението на ранната Вселена след Големия взрив не могат да бъдат възпроизведени във физическо пространство.
Вместо това изследователите формулират фундаменталните закони под формата на математически уравнения, задават начални условия и изчисляват поведението на материята на компютри. Сравняването на получените резултати с показанията на уредите позволява да се потвърдят или опровергаят научните теории.
Ако приложим същия аналитичен метод в обратна посока и разгледаме хипотетичната възможност за създаване на изкуствена Вселена, пред разработчиците неизбежно ще възникнат обективни физически пречки. Изчисляването на материалния свят изисква колосални енергийни разходи, а структурата на наблюдаваните природни закони изключва случайно или развлекателно предназначение на такава система.
Животът като симулация, свободна интерпретация
Термодинамичните и квантови ограничения на пълния модел
В дискусиите за моделираната реалност често се чува твърдението, че непрекъснатото нарастване на изчислителната мощност рано или късно ще позволи възпроизвеждането на света във всякакви мащаби. Този извод обаче противоречи пряко на законите на термодинамиката.
За да се създаде пълноценен математически модел на физическата реалност, алгоритъмът трябва да изчислява поведението на материята на четири основни нива на взаимодействия: гравитационно, електромагнитно, силно ядрено и слабо ядрено.
Електромагнитните сили определят химичните реакции, агрегатните състояния на веществата, структурата на молекулите, както и всички канали за предаване на сензорна информация: зрение, слух, осезание, вкус и обоняние. Гравитацията определя формата на пространство-времето и управлява движението на масивните тела. Изчисляването на тези взаимодействия за макроскопични обекти изисква огромни, но като цяло крайни изчислителни ресурси.
Фундаментална пречка възниква в областта на квантовата механика, която описва поведението на микросвета.
В квантовата физика елементарните частици не притежават фиксирани координати и скорости в интервалите между измерванията. Състоянието на частицата се определя от вълнова функция, която определя вероятността за откриване на обекта в дадена точка от пространството. До момента на физическото взаимодействие частицата се намира в състояние на квантова суперпозиция, множествено вероятностно разпределение.
Ситуацията се усложнява многократно от явлението квантова заплетеност, при което състоянията на няколко частици се оказват взаимно свързани. За точното описание на система от заплетени частици е необходим обем памет, който нараства експоненциално с добавянето на всеки нов елемент.
Вселената
Колко атома има във Вселената?
В наблюдаемата част на Вселената се съдържат приблизително 1080 атома. Всеки атом се състои от ядро и електрони, а протоните и неутроните в ядрата съдържат фундаментални кварки. За да се изчисляват непрекъснато квантовите състояния на цялата тази маса от вещество в реално време в продължение на милиарди години, е необходим практически безкраен източник на енергия.
В изчислителната физика важи фундаменталният принцип на Ландауер. Той гласи: всяка логическа операция върху информацията, съпроводена с изтриване или промяна на поне един бит, неизбежно изисква разход на енергия и е съпроводена с отделяне на топлина. Това не е инженерна задача, която може да се заобиколи чрез усъвършенстване на микросхемите, а пряко следствие от втория закон на термодинамиката.
Енергийният разчет показва: изчислителен комплекс, способен едновременно и непрекъснато да проследява квантовите състояния на всеки субатомен елемент в пространство с диаметър 93 милиарда светлинни години, би изисквал повече енергия, отколкото се съдържа в цялата известна ни материя.
Невъзможно е да се създаде затворена физическа система, в която изчисленията надвишават по маса и енергия самата тази система. Оттук следва еднозначен извод: тоталната, непрекъсната симулация на цялата Вселена на субатомно ниво е физически неосъществима.
Енергийната бариера при моделирането на реалността. Сравнение на енергийните количества (в логаритмична скала), необходими за симулиране на системи с различен мащаб. Изчислението на квантовите състояния на всички субатомни частици във Вселената (около 10⁹⁵ Дж) многократно надвишава сумарния еквивалент на масата и енергията на целия наблюдаем космос според формулата на Айнщайн E=mc² (около 10⁶⁹ Дж). Това прави непрекъснатата симулация на материалния свят термодинамично невъзможна, като оставя място само за локални изчисления около наблюдателя
Изчисления при поискване: принципът на хардуерната оптимизация
Ако едновременното изчисляване на целия обем на пространството е невъзможно, хипотетичната изкуствена система може да съществува само при условие на строга икономия на ресурсите. В програмирането за тази цел се използва методът на отложените изчисления или изчисленията при поискване.
При този подход средата не изчислява подробните физически свойства на обектите, които никой не наблюдава. Дълбоките слоеве на земната кора, молекулната структура на далечните звезди и вътрешната структура на закритите обекти не се изчисляват в реално време на субатомно ниво. За тях се поддържат само общи, приблизителни и усреднени параметри.
Подробното изчисление се активира единствено в точката на контакт със съзнателен наблюдател или измервателен уред:
Докато в лабораторията детекторите са изключени, физическата система се намира в съкратено математическо описание. В момента на включването на сензорите и извършването на измерването алгоритъмът оперативно включва изчислителните мощности и изчислява конкретни квантови показатели само за фиксирания участък. След приключване на наблюдението детайлността отново се намалява до базовите усреднени формули.
Този подход е масово използван в игрите
Тази модел изисква несравнимо по-малко енергия, тъй като подробните квантови уравнения се решават локално и за кратко време.
Научната гледна точкаОт гледна точка на научната методология тази оптимизирана схема не може да бъде опровергана експериментално: всеки опит да се провери дали материята съществува в момента, когато липсва наблюдение, сам по себе си представлява наблюдение и принуждава системата да извърши изчисление.
Признаването обаче на локалността на изчисленията поставя фундаменталния въпрос за определянето на целите. Ако ресурсите на хипотетичните създатели са ограничени от законите на физиката и изискват прилагането на толкова сложна оптимизация, тогава каква задача решава тази система?
Механика на динамичната оптимизация на изчислителните ресурси. Сравнение на изчислителната натовареност при хипотетично непрекъснато изчисляване на цялата Вселена (горната червена линия) и при използване на метода на изчисления по заявка (синята крива). При липса на наблюдение системата поддържа само опростено математическо описание на обектите с минимален разход на енергия. При появата на човека изчислението се активира
Защо наблюдаемият свят не е създаден за забавление
Сред привържениците на хипотезата за моделираната реалност е широко разпространено предположението, че системата има забавен или исторически характер. Твърди се, че технологично развитите цивилизации на бъдещето създават виртуални светове с цел игри, драматични сценарии или изучаване на собственото си минало.
Анализът на свойствата на наблюдаваната Вселена опровергава това предположение.
Всяка система, създадена за забавление, се гради около драматургията, непредсказуемостта и ангажираността на участниците. В нея неизбежно присъстват сюжетни обрати, чести критични събития, нарушаване на монотонността и намеса на оператора за промяна на хода на събитията. В игралната среда законите на света са гъвкави: те се приспособяват към възприятието, за да се изключат скуката или необратимите безизходни ситуации.
Реалността
В реалността се наблюдава обратната картина:
Инвариантност на фундаменталните закони. Скоростта на светлината във вакуум, константата на Планк, гравитационната константа и масата на елементарните частици са строго неизменни. Спектралният анализ на светлината от обекти, отдалечени на милиарди светлинни години, доказва: в ранната Вселена физичните закони са действали със същата точност, както и днес в земните лаборатории. Абсолютната сила на законите за запазване. Законът за запазване на енергията, импулса и електрическия заряд се спазват безупречно. В природата не е регистриран нито един потвърден случай на локално отменяне на физичните правила с цел постигане на външен ефект. Термодинамичната необратимост. Времето има ясно изразена посока, определяна от нарастването на ентропията. Биологичните увреждания са необратими, грешките на живите организми водят до гибел, а натрупването на дефекти в сложните системи се подчинява на законите за деградация на материята без възможност за връщане към предишното състояние. Доминиране на монотонните процеси. По-голямата част от физичните явления в космоса представляват повтарящи се цикли: термоядрените реакции в сърцевината на звездите продължават милиарди години според неизменни хидродинамични формули, планетите се движат по строги орбити, а биологичният живот изисква непрекъснато рутинно изразходване на енергия за основното оцеляване.Свят, притежаващ такава математическа строгост, е абсолютно неефективен като развлекателен продукт. Той съдържа колосални обеми информация, излишна за забавление, и не показва никакви следи от външна намеса.
Тези свойства са характерни единствено за условията на научния експеримент. Основното изискване на всеки фундаментален експеримент е чистотата на условията, стабилността на измервателната база и пълната липса на намеса от страна на експериментатора в работата на системата след нейното стартиране. Всяка произволна промяна на константите обезценява научния резултат.
Трудният проблем на съзнанието като обект на моделиранеАко приемем, че физическият свят функционира като изследователски полигон, възниква необходимостта да се определи какво точно се изследва в него.
Трудният проблем със съзнанието
В естествознанието моделирането се прилага само когато обектът на изследване не може да бъде изследван пряко. За високоразвития разум законите на гравитацията или на ядрените сили са тривиални, те са заложени в самата структура на програмния код. Единственият феномен във Вселената, чието произход не се обяснява пряко с физически закони, е съзнанието.
В съвременната философия на разума съществува разграничение между функционалните задачи и трудния проблем на съзнанието.
Функционалните процеси обясняват механиката на работата на нервната система:
Как светлината възбужда рецепторите на ретината на окото. Как този сигнал се кодира в нервни импулси и се предава към зрителната кора на мозъка. Как мозъкът класифицира полученото изображение и изпраща команди към мускулите.Тези механизми са сложни, но принципно разбираеми в рамките на биохимията и електрофизиологията. Това е описание на предаването на данни.
Трудният проблем за съзнанието се формулира по друг начин: защо обработката на тези данни е съпроводена със субективно вътрешно преживяване?
ОсобеноститеФизиката обяснява регистрирането от окото на електромагнитна вълна с дължина 700 nm, но не обяснява защо този процес поражда субективното усещане за червения цвят. Биологията описва свиването на мускулите при увреждане на тъканта, но не дава отговор на въпроса защо увреждането на рецепторите се съпровожда от мъчително усещане за болка, а не просто от автоматично отдръпване на крайника.
Субективните вътрешни усещания във философията се наричат квалиа. Науката все още не може да регистрира възникването на квалиа с уреди. Човекът знае за съществуването на субективния опит единствено от собствения си опит.
Дали какъв е произходът на съзнанието?
При изследването на други живи същества науката се сблъсква с епистемологична безизходица: невъзможно е да се докаже с инструменти, че друг човек или животно наистина изпитва болка, а не просто реагира на дразнителя чрез сложна съвкупност от физиологични реакции. Томографите регистрират електрическата активност на невроните, нивото на оксигенация на кръвта или отделянето на хормони, но не и самото преживяване.
Проверката на хипотезите за възникването на съзнанието в реалния биологичен свят е невъзможна поради етични ограничения: не може умишлено да се влияе върху развитието на жив субект, лишавайки го от основни чувства или възприятия в името на научния интерес.
В рамките на изолирана математическа среда тези ограничения отпадат. Моделирането позволява целенасочено да се променят параметрите на света и да се проверяват фундаментални въпроси на невробиологията и философията на ума:
Изолиране на естетическите категорииЕкспериментаторите могат да отгледат популация в условия, при които хармоничните звукови колебания са физически изключени.
Ако при достигане на зрелост на тези същества за първи път им се възпроизведе сложна мелодия, ще възникне ли у тях емоционална реакция? Това би позволило точно да се определи дали възприятието на красивото е основно свойство на сложните невронни структури или изключително продукт на социалното учене.
Изолиране на болевия стимулМоже да се създаде среда, в която околните същества при наранявания не издават звуци и не проявяват стрес. Ако изолиран субект, поставен в такива условия, се нарани, ще бъде ли реакцията му съпроводена с вътрешно страдание или ще се ограничи до механично фиксиране на нараняването?
Подобен експеримент би дал отговор на централния въпрос: възниква ли субективният опит неизбежно при усложняването на обработката на информацията от материята, или съзнанието представлява само поведенчески механизъм, формиран от външните условия на средата.
В търсене на отговор на този фундаментален въпрос създаването и поддържането на изчислителен модел на Вселената става напълно оправдано от научна гледна точка.
Съзнанието независимо ли е от субстрата?
Принципът на субстратната независимост и автентичността на битието
Ако нервната система на човека регистрира термично увреждане, сигналът се предава към кората на големия мозък, предизвиквайки остро усещане за болка. Това преживяване е напълно реално за субекта, независимо дали импулсът преминава по въглеродно-протеинови влакна или се реализира чрез промяна в състоянията на логическите клетки на изчислителния уред.
По същия начин мисловните процеси, научното търсене, привързаността, чувството за отговорност или преживяването на радост не губят значението си поради естеството на средата, в която функционират. Феноменът на съзнанието притежава абсолютна стойност в рамките на системата: самият факт на наличието на непрекъснат субективен опит прави съществуването на наблюдателя безусловно.
Ако материалният свят представлява мащабна лабораторна среда, създадена за изучаване на съзнанието, то самият факт, че сме способни да мислим, да чувстваме и да изследваме законите на тази среда, доказва: експериментът функционира успешно. Вътрешният опит на човека е достоверен, а търсенето на отговори за законите на вселената запазва научния и практическия си смисъл при всякаква архитектура на основната реалност.