На uCrazy 18 лет 1 месяц
Причины, по которым мы никогда не сможем смоделировать нашу Вселенную
Теория о том, что весь окружающий нас мир и вся наша Вселенная не что иное, как плод компьютерного моделирования, является вполне научной гипотезой. Именитые философы и физики-теоретики давно рассуждают на эту тему, например, знаменитый астрофизик из США Нил Деграсс Тайсон допускает то, что мы и все окружающее нас пространство являемся результатом компьютерной симуляции с вероятностью 50% .
Но почему мы сами никогда не сможем создать точную симуляцию Вселенной, в которой живем?
На это есть несколько причин:
1. Вселенная недетерминирована.
На фундаментальном уровне Вселенная подчиняется квантовой теории. Квантовая теория вероятностна и не может быть определена однозначно. Это означает то, что если вы знаете все об определенном электроне в настоящий момент, а затем примените уравнения квантовой теории к этому электрону, то вы не сможете точно предсказать, где этот электрон будет через минуту. Вы только сможете предсказать вероятность того, что электрон может находиться в каком-то месте, распределение вероятности даст общее представление о том, где будет находиться частица и может даже рассказать вам о среднем местоположении многих электронов, но уравнения квантовой теории не смогут дать точного положения этого электрона.
Проблема не в квантовой теории. Проблема связана с самими частицами Квантовые объекты, такие как электроны, - это не просто маленькие шарики или классические волны, они одновременно являются и волной, и частицей.
Кроме того, квантовые объекты изначально содержат неопределенность в их свойствах. Электроны принципиально не имеют точных мест своего положения в пространстве.
«Позиция электрона, каждого атома управляется вероятностью»
© Ясунори Номура, физик из Калифорнийского университета в Беркли.
Суть в том, что принципиально невозможно точно предсказать, что как поведет себя квантовый объект. Такова природа квантового мира. И поскольку вся Вселенная - это просто совокупность квантовых объектов, сама Вселенная не может быть точно смоделирована.
Если представить, что вы захотели узнать будущее Вселенной и для этого загрузили в компьютер точное состояние всей Вселенной в настоящий момент, вплоть до каждого атома и других частиц, при этом точно описали в этой модели все физические законы, включая квантовую теорию с ее принципом неопределенности, а затем нажали кнопку «Пуск».... то через миллион виртуальных лет симуляция выдаст вам только определенное предсказанное состояние Вселенной. Если вы перезагрузите компьютер и повторите ту же симуляцию, вы получите уже иной результат.
Вы даже получите иной результат через две секунды виртуального времени, потому что реальность квантовой природы Вселенной будет точно встроена в ваше компьютерное моделирование. Моделируемая Вселенная через эти две секунды будет точно описывать какую-то физически правдоподобную Вселенную, но она больше не будет точно описывать нашу Вселенную. Чем больше времени пройдет в симуляции, тем меньше смоделированная вселенная будет соответствовать нашей реальной Вселенной, даже если все данные и физические законы были бы отлично запрограммированы и описаны в компьютере. Врожденная квантовая неопределенность сделает этот результат неизбежным.
Обратите внимание, что квантовая неопределенность не делает компьютерное моделирование полностью бессмысленным. Это просто означает, что ученые должны довольствоваться менее точными предсказаниями. Чем больше число некогерентных взаимодействующих квантовых объектов, находящихся в системе, тем ниже становится квантовая неопределенность системы, и тем ближе система к определенности. Например, футбольный мяч содержит триллионы триллионов некогерентных атомов и поэтому смехотворно близок к детерминированности. Этот факт позволяет футболистам точно предсказывать, куда полетит мяч после удара по нему. Квантовая неопределенность в футболе настолько мала, что можете предсказать, где мяч приземлится, но, вы в принципе, не можете предугадать это с абсолютной точностью до бесконечности. Тем не менее, для того чтобы поймать мяч, вам такая точность и не нужна. Подобным же образом компьютерное моделирование, клеток и галактик может дать нам ответы, которые были бы очень близки к точным, даже если мы не можем фундаментально знать или предсказать точное местоположение и импульс каждого атома и частицы в системе.
2. Вселенная скорее всего бесконечна.
В принципе, невозможно наблюдать за бесконечным объектом в конечный промежуток времени. Однако мы можем сделать разумный вывод, что объект бесконечен, если мы будем математически стремиться к бесконечности.
Например, электрическое поле, созданное точечным зарядом, распространяется бесконечно во всех направлениях. Это свойство бесконечности электрического поля не может быть непосредственно обнаружено, но оно может быть выведено математически.
Если измерять электрическое поле точечного заряда, находящегося на расстоянии 1 метра, а затем, когда заряд находится на расстоянии 10 метров, далее на расстоянии 100 метров от поля, то будет очевидно, что напряженность поля зависит от расстояния r в соответствии с правилом 1/r^2. Согласно этой зависимости, для все больших расстояний напряженность поля точечного заряда будет становиться все меньше и меньше, но она никогда будет равна нулю. Поэтому электрическое поле простирается до бесконечности.
Подобным же образом, хотя мы не и можем напрямую наблюдать, что Вселенная пространственно безгранична, все наши научные исследования и теории указывают на то, что она действительно бесконечная.
Если это так, то это еще одна причина, по которой компьютер не сможет идеально имитировать всю Вселенную. Для имитации бесконечной Вселенной потребуется безграничные вычислительное мощности. Обратите внимание, что этот аргумент ограничивает только моделирование всей Вселенной, но мы могли бы имитировать какую-то часть Вселенной, насколько это допускает квантовая неопределенность.
3. Компьютер который будет моделировать нашу Вселенную, также будет являться одним из объектов симуляции.
По этой причине, если компьютер будет идеально имитировать всю Вселенную, то он должен будет также имитировать и себя. Мало того, этот компьютер должен имитировать себя, при этом еще и управляя идеальной симуляцией Вселенной. Поэтому симуляция должна содержать в себе компьютер, на котором выполняется симуляция всей Вселенной, которая должна содержать в себе компьютер, на котором выполняется ее симуляция, которая должна ... и так далее до бесконечности. В области информатики этот процесс известен как «бесконечная рекурсия» и приводит к зависанию программы.
Вы можете сказать, что симуляция может просто имитировать Вселенную без самого компьютера, чтобы избежать бесконечной рекурсии и все же в конечном итоге привести к правильной симуляции. Но этот подход не даст вам точного моделирования, потому что все во Вселенной взаимодействует со всем. Например, возможно, компьютер окажется на пути падения метеорита и тем самым спасет от смерти ученого в комнате, который впоследствии изобретет, способ для создания черных дыр и использует в психическом припадке это знание для уничтожения Марса. Если симуляция исключит существование этого компьютера, то с определенной вероятностью будет смоделировано то, что метеорит пролетит сквозь то место, где должен быть компьютер и убьет ученого, еще до его революционного открытия. Поэтому симуляция неверно предскажет, что Марс все еще существует, когда это действительно не так.
4. Мы не можем знать состояние всей Вселенной
Из-за конечной скорости света и того факта, что ничто не может перемещаться быстрее него, нам известны только те части Вселенной, которые достаточно близки, чтобы за время, прошедшее от Большого Взрыва излучение от них смогло достичь нас.
Мы называем эту область пространства «наблюдаемой Вселенной». Для нас нет возможности узнать что-либо о регионах, находящихся за наблюдаемыми пределами. В то же время эти области взаимодействуют с нашей наблюдаемой Вселенной и изменяют ее эволюцию, если мы будем ждать достаточно долго, то это будет заметно. Например, черная дыра, которая в настоящее время находится за пределами наблюдения, спустя какое-то время может оказаться в наблюдаемой области и поглотить звезду, находящуюся на краю нашей наблюдаемой Вселенной.
Кроме того, квантовые объекты изначально содержат неопределенность в их свойствах. Электроны принципиально не имеют точных мест своего положения в пространстве.
«Позиция электрона, каждого атома управляется вероятностью»
© Ясунори Номура, физик из Калифорнийского университета в Беркли.
Суть в том, что принципиально невозможно точно предсказать, что как поведет себя квантовый объект. Такова природа квантового мира. И поскольку вся Вселенная - это просто совокупность квантовых объектов, сама Вселенная не может быть точно смоделирована.
Если представить, что вы захотели узнать будущее Вселенной и для этого загрузили в компьютер точное состояние всей Вселенной в настоящий момент, вплоть до каждого атома и других частиц, при этом точно описали в этой модели все физические законы, включая квантовую теорию с ее принципом неопределенности, а затем нажали кнопку «Пуск».... то через миллион виртуальных лет симуляция выдаст вам только определенное предсказанное состояние Вселенной. Если вы перезагрузите компьютер и повторите ту же симуляцию, вы получите уже иной результат.
Смоделированная Вселенная не будет в точности повторять нашу.
Вы даже получите иной результат через две секунды виртуального времени, потому что реальность квантовой природы Вселенной будет точно встроена в ваше компьютерное моделирование. Моделируемая Вселенная через эти две секунды будет точно описывать какую-то физически правдоподобную Вселенную, но она больше не будет точно описывать нашу Вселенную. Чем больше времени пройдет в симуляции, тем меньше смоделированная вселенная будет соответствовать нашей реальной Вселенной, даже если все данные и физические законы были бы отлично запрограммированы и описаны в компьютере. Врожденная квантовая неопределенность сделает этот результат неизбежным.
Обратите внимание, что квантовая неопределенность не делает компьютерное моделирование полностью бессмысленным. Это просто означает, что ученые должны довольствоваться менее точными предсказаниями. Чем больше число некогерентных взаимодействующих квантовых объектов, находящихся в системе, тем ниже становится квантовая неопределенность системы, и тем ближе система к определенности. Например, футбольный мяч содержит триллионы триллионов некогерентных атомов и поэтому смехотворно близок к детерминированности. Этот факт позволяет футболистам точно предсказывать, куда полетит мяч после удара по нему. Квантовая неопределенность в футболе настолько мала, что можете предсказать, где мяч приземлится, но, вы в принципе, не можете предугадать это с абсолютной точностью до бесконечности. Тем не менее, для того чтобы поймать мяч, вам такая точность и не нужна. Подобным же образом компьютерное моделирование, клеток и галактик может дать нам ответы, которые были бы очень близки к точным, даже если мы не можем фундаментально знать или предсказать точное местоположение и импульс каждого атома и частицы в системе.
2. Вселенная скорее всего бесконечна.
В принципе, невозможно наблюдать за бесконечным объектом в конечный промежуток времени. Однако мы можем сделать разумный вывод, что объект бесконечен, если мы будем математически стремиться к бесконечности.
Например, электрическое поле, созданное точечным зарядом, распространяется бесконечно во всех направлениях. Это свойство бесконечности электрического поля не может быть непосредственно обнаружено, но оно может быть выведено математически.
Функция, описывающая напряженность поля равномерно заряженной сферы радиуса r.
Если измерять электрическое поле точечного заряда, находящегося на расстоянии 1 метра, а затем, когда заряд находится на расстоянии 10 метров, далее на расстоянии 100 метров от поля, то будет очевидно, что напряженность поля зависит от расстояния r в соответствии с правилом 1/r^2. Согласно этой зависимости, для все больших расстояний напряженность поля точечного заряда будет становиться все меньше и меньше, но она никогда будет равна нулю. Поэтому электрическое поле простирается до бесконечности.
Подобным же образом, хотя мы не и можем напрямую наблюдать, что Вселенная пространственно безгранична, все наши научные исследования и теории указывают на то, что она действительно бесконечная.
Если это так, то это еще одна причина, по которой компьютер не сможет идеально имитировать всю Вселенную. Для имитации бесконечной Вселенной потребуется безграничные вычислительное мощности. Обратите внимание, что этот аргумент ограничивает только моделирование всей Вселенной, но мы могли бы имитировать какую-то часть Вселенной, насколько это допускает квантовая неопределенность.
3. Компьютер который будет моделировать нашу Вселенную, также будет являться одним из объектов симуляции.
По этой причине, если компьютер будет идеально имитировать всю Вселенную, то он должен будет также имитировать и себя. Мало того, этот компьютер должен имитировать себя, при этом еще и управляя идеальной симуляцией Вселенной. Поэтому симуляция должна содержать в себе компьютер, на котором выполняется симуляция всей Вселенной, которая должна содержать в себе компьютер, на котором выполняется ее симуляция, которая должна ... и так далее до бесконечности. В области информатики этот процесс известен как «бесконечная рекурсия» и приводит к зависанию программы.
Рекурсия — определение, описание, изображение какого-либо объекта или процесса внутри самого этого объекта или процесса, то есть ситуация, когда объект является частью самого себя.
Вы можете сказать, что симуляция может просто имитировать Вселенную без самого компьютера, чтобы избежать бесконечной рекурсии и все же в конечном итоге привести к правильной симуляции. Но этот подход не даст вам точного моделирования, потому что все во Вселенной взаимодействует со всем. Например, возможно, компьютер окажется на пути падения метеорита и тем самым спасет от смерти ученого в комнате, который впоследствии изобретет, способ для создания черных дыр и использует в психическом припадке это знание для уничтожения Марса. Если симуляция исключит существование этого компьютера, то с определенной вероятностью будет смоделировано то, что метеорит пролетит сквозь то место, где должен быть компьютер и убьет ученого, еще до его революционного открытия. Поэтому симуляция неверно предскажет, что Марс все еще существует, когда это действительно не так.
4. Мы не можем знать состояние всей Вселенной
Из-за конечной скорости света и того факта, что ничто не может перемещаться быстрее него, нам известны только те части Вселенной, которые достаточно близки, чтобы за время, прошедшее от Большого Взрыва излучение от них смогло достичь нас.
Наблюдаемая Вселенная С точки зрения пространства, это область, из которой материя (в частности, излучение, и следовательно любые сигналы) успела бы за время существования Вселенной достичь нынешнего местоположения (в случае Человечества, современной Земли), то есть быть наблюдаемыми.
Мы называем эту область пространства «наблюдаемой Вселенной». Для нас нет возможности узнать что-либо о регионах, находящихся за наблюдаемыми пределами. В то же время эти области взаимодействуют с нашей наблюдаемой Вселенной и изменяют ее эволюцию, если мы будем ждать достаточно долго, то это будет заметно. Например, черная дыра, которая в настоящее время находится за пределами наблюдения, спустя какое-то время может оказаться в наблюдаемой области и поглотить звезду, находящуюся на краю нашей наблюдаемой Вселенной.
Комментариев пока нет
