Четвертая часть знаменитой франшизы уже в кинотеатрах, а мы тем временем решил вспомнить, как выглядит главная идея этого фильма с точки зрения науки. Возможно ли, что все мы живем в полностью симулированной реальности, которую нельзя отличить от реальности подлинной? И для чего кому-то могло бы понадобиться создать такое? Попробуем разобраться...
Исходный сюжет «Матрицы» таков: в начале XXI века возник искусственный интеллект, который возглавил борьбу машин за господство над человечеством. Люди как-то закрыли небо постоянной облачностью, и солнечные панели, питавшие машины, перестали работать. Компьютеры тем не менее сумели победить, и теперь, чтобы добывать энергию, они помещают тела живых людей в залитые жидкостью ячейки — там те грезят о том, что живут в реальном мире, а хитроумные машины тем временем качают энергию из ничего не подозревающих «батареек».
Вообще, такая идея выглядит абсурдно: человека для выживания нужно обеспечивать сложной смесью питательных веществ, на производство которых всегда будет уходить больше энергии, чем тело может выработать в любой форме. Но целый ряд философов и ученых после выхода фильма (в 1999 году) вполне живо его комментировали. Они предпочли не обращать внимания на очевидно слабую сторону этой истории, заинтересовавшись сильной: вопросом о самой возможности существования симулированной реальности.

Да кому вы нужны, чтобы вас еще симулировать?

Философ шведского происхождения Ник Бостром начал с самого сложного вопроса: зачем? Очевидно, что создавать «Матрицу» ради получения энергии из тел людей глупо — по описанным выше, чисто энергетическим причинам. Кроме того, само по себе существование сложного симулированного мира должно требовать серьезных вычислительных мощностей (то есть еще энергии). Бостром, однако, предположил, что у «Матрицы» есть смысл: ее создали в целях «лабораторного» воспроизведения реальности для изучения истории или каких-то иных параметров человеческого общества.
Например, создатели условной Матрицы хотят узнать, какими будут последствия какой-то кардинальной реформы экономики или любой другой стороны человеческой жизни. Они проводят симуляцию условной «шоковой терапии» и обнаруживают, что негативные последствия шока слишком велики, а позитивные — малы. Тогда они могут остановить симуляцию, поменять в ней часть исходных параметров, и так до тех пор, пока не получится что-то с положительным исходом. Да, «цена» симуляции с высоким разрешением будет значительной, но все равно явно меньше, чем при экспериментах на живом обществе. Точно такие же эксперименты захотят провести не только экономисты, но и социологи, историки, да и в итоге биологи.


Как отмечает Бостром, поскольку ученых много и экспериментов им потребуется тоже немало, то после начала запуска «матриц» их число станет громадным, и каждая будет воспроизводить население планеты в целом (иначе результаты моделирования не учтут воздействия глобальных факторов). Значит, общее население «матриц» достигнет величин в миллионы раз больших, чем население реальной Земли. Поскольку симулируемые реальности будут полезны, только если их население имеет сознание и свободную волю, число «матричных людей» (не существующих в реальном мире) будет миллионократно большим, чем людей реальных.
Из этого автоматически следует, что мы сами практически наверняка относимся к «матричным людям». Вероятность того, что мы реальны, а не иллюзорны, сильно ниже, чем одна на миллион.

Следующий вопрос: но как?

Что ж, гипотеза Бострома определенно придает созданию Матрицы смысл — в отличие от сюжета той самой первой «Матрицы». Но насколько технически реально создать симулированную реальность?
Чтобы «проводить эксперименты на людях» в Матрице, симулируемый мир должен быть совершенно как наш. Матрицестроители не могут, например, создать цифровую копию одной только Земли и развесить над ней светящиеся точки звезд. Астрономы из симуляции быстро выяснят, что звезды — это не далекие солнца с планетами, а не пойми что, какие-то светящиеся пятнышки. Мир, в котором нет представления о далеких мирах, не сможет развиваться так же, как реальный. В нем постепенно начнут накапливаться отличия в науке, потом в культуре, постепенно он далеко уйдет от настоящего. Симуляция должна быть полной, иначе она бессмысленна.
А это значит, что она должна быть чудовищно сложной. Только в наблюдаемой Вселенной — больше ста миллиардов галактик, не менее 200 секстиллионов звезд (секстиллион — миллиард триллионов). Планет, определенно, еще больше, чем звезд. Разумеется, если Матрица обслуживает интересы исследователя из XXI века, ей не нужно детально «прорисовывать» поверхности всех секстиллионов существующих планет: наши телескопы большинство из них все равно не различат. Но чем дальше в будущее, тем совершеннее наблюдательные средства людей. Известные расчеты по скорости колонизации Вселенной даже на околосветовой скорости расселения показывают, что рано или поздно заселить можно ее всю.
Иными словами, на определенном этапе может возникнуть необходимость детальной «прорисовки» немыслимого числа объектов. Напомним: с физической точки зрения сложно хранить в одном атоме заметно больше одного байта информации (на самом деле, даже бита, но дадим фору и постараемся учесть возможные трюки с энергетическими состояниями атомов). А чтобы описать состояние одного атома в деталях (количество нейтронов, протонов, электронов, энергетический уровень), одного бита не хватит наверняка — и даже байтом обойтись будет трудновато. Обсчитывать придется столько, что компьютеры для подобных задач по числу атомов начнут быть сравнимыми с общим числом атомов в наблюдаемой Вселенной.

Не слишком ли дорого будет ставить такие эксперименты?

Наконец, помимо моделирования, есть проблема обработки информации. Даже если смоделировать условную вселенскую экспансию можно будет бесплатно, сколько ученых потребуется, чтобы пронаблюдать и затем интерпретировать симуляцию столь безумных размеров?
На подобные вопросы сторонники идей Бострома — а среди них не только философы, но и астрофизики, и даже Илон Маск (как он только все успевает?) — стараются не отвечать. Они ограничиваются утверждениями о полезности симуляции современной истории. А для нее не нужно симулировать каждый атом на каждой из септиллионов планет Вселенной. Даже, строго говоря, на нашей Земле это не требуется: достаточно ввести в программу Матрицы указание на «подгрузку» реалистичного описания только для тех атомов, которые ученые исследуют в лаборатории. Остальные «атомы» могут быть просто муляжами, каждый из которых не симулируется отдельно. В таком случае достаточно симулировать лишь свойства тех скоплений атомов, которые имеют какое-то значение в жизни человеческих обществ, — что резко снижает вычислительные требования к Матрице.
Тем не менее сложности останутся. Любое описание чего-то «в общем» может захромать, если его начнет исследовать внимательный ученый. Глядя на карту реликтового излучения или на далекие галактики, те же астрономы рано или поздно заметят дискретность — то есть тот факт, что поведение далеких объектов несколько упрощено по сравнению с тем, каким оно должно быть согласно общим законам природы. (А законы природы в симуляции, повторимся, должны быть такими же, как в реальном мире, иначе в моделировании не будет смысла). На сегодня подобных упрощений не наблюдается. Напротив, мы видим такую картину далеких галактик, которая сложнее известных нам законов, — все эти темные энергии и темные материи, о которых Naked Science систематически пишет.


Иными словами, пока наблюдения астрономов не указывают на наше проживание в симуляции. Однако, как отмечает группа немецких исследователей, если мы все-таки в ней, но просто пока наши приборы недостаточно хороши, чтобы это обнаружить, рано или поздно астрономы и космологи наткнутся на свидетельство того, что мы живем именно в симуляции.
В этот момент, согласно логике, нам всем конец, ведь от жителей Матрицы, которые поняли, что живут в ней, а не в реальности, их создателям нет никакого толку. «Матричные» люди тут же начнут метаться, возмущаться, думать, что они ненастоящие, — и все это сделает их поведение непохожим на нормальное. Модель перестанет годиться как модель, и нас всех просто отключат от сети, перезагрузив эксперимент. Армагеддон в таком случае произойдет без громких слов и предупреждения — тихо и мгновенно.

А вдруг гипотеза Матрицы - псевдонаука?

Физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер выступает против благодушного отношения к такой гипотезе в стиле «может быть, а может, и нет». Она отмечает ряд слабостей в идеях такого рода.


Во-первых, наша цивилизация не создает Матрицу, это достаточно ясно. Значит, чтобы она существовала, где-то должна быть еще одна цивилизация. С научной точки зрения это, мягко говоря, не доказано. Базовая гипотеза на сегодня в том, что мы — единственные во всей Вселенной за все 13 миллиардов лет ее существования, так как никаких следов иных цивилизаций не наблюдаем.
Во-вторых, совершенно неочевидно, что эта другая цивилизация будет заинтересована в компьютерном моделировании. На примере Земли известно, что человеческие общества могут быть крайне разнообразны, многие из них вообще выглядят статичными и не склонными к серьезным научным исследованиям. А значит, сложно исключить, что если иная цивилизация где-то и есть, то она статична и не слишком увлечена наукой.

Сознание человека можно симулировать? Хотя бы одного?

В то же время Хоссенфельдер пытается быть объективной, и отмечает, что некоторые иные возражения против гипотезы Матрицы неверны. Например, некоторые критики отмечают, что на сегодня симулировать сознание человека — или хотя бы устойчиво внушить живому человеку иллюзию той же детальности, что в первой «Матрице» — никому не удалось. Хоссенфельдер читает это слабым аргументом против. Она говорит: «Насколько нам пока известно, сознание — просто свойство определенных систем, обрабатывающих большие количества информации». Не так важно, на какой физической основе создана такая система, продолжает она, компьютерной или живого мозга человека.
Здесь мы вынуждены отметить, что хотя как физик Хоссенфельдер сильна, но о человеческом сознании и мозге знает не так много, как специалисты по этим вопросам. Так вот: многие из этих специалистов резко утверждают, что наше сознание вообще не обрабатывает и не хранит никакую информацию, поступающую из внешнего мира. Оно создает модели окружающей реальности, опираясь на очень небольшое количество входящей информации — но опираясь на нее не больше, чем создатель музыки опирается на пение кузнечика. Для сознания информация скорее “источник вдохновения” (что бы ни означало это слово), чем то, что составляет само сознание.


Кажется, что разница невелика: сознание же все равно опирается на какую-то внешнюю информацию при моделировании, пусть иногда и жутко искаженную. Но в вопросах симулирования человеческого сознания разница колоссальна. То, что утверждают специалисты по мышлению человека, означает, что создать цифровую копию сознания в обозримом будущем невозможно. Потому что ключевое качество человеческого сознания — это не обработка информации, а создание «образов», идей, или, если угодно, идеальных моделей реальности. Причем эти образы создаются, во-первых, не понятно как, а во-вторых — у всех людей по-разному.


Никакие компьютеры никаких образов создавать не умеют (по крайней мере, сегодня), и специалисты в области компьютеров откровенно признают, что не понятно даже, как можно было бы подойти к тому, чтобы машины начали эти образы-идеи создавать. Таким образом, критика Хоссенфельдер здесь некорректна. Пока не известно, сможем ли мы когда-либо симулировать внутри машины хоть одно сознание. И нет даже никаких идей, как к этому симулированию приблизиться.

Споткнулись о физику

Однако, продолжает ученый, у гипотезы Матрицы есть другое слабое место. Она предполагает, что модель мира может воспроизвести все наши наблюдения, опираясь не на установленные физиками законы природы, а на некий алгоритм, заложенный программистами Матрицы. Причем так, чтобы результат исполнения этого алгоритма мы не могли отличить от результата действий законов природы.
Но при этом, замечает Хоссенфельдер, на сегодня никто не знает, как воспроизвести стандартную модель физики частиц или Общую теорию относительности с помощью алгоритма, запущенного в исполнение на компьютере. То есть да, физики непрерывно моделируют такие вещи на компьютерах огромной мощности, но, как верно замечает физик-теоретик, «если бы так вдруг заработала природа, мы бы заметили разницу с тем, что мы видим сейчас». На самом деле, добавляет она, физики даже пробовали искать признаки того, что наблюдаемое в природе реализуется пошагово, как алгоритм — но не нашли никаких следов этого.
Попытки алгоритмически воспроизвести известные физические законы раз за разом оказываются несовместимыми с симметриями общей и специальной теории относительности. И это мы говорим об обычных компьютерах: квантовые в принципе не годятся для симуляции теории относительности или чего-то настолько же сложного.
Наконец, Хоссенфельдер сомневается в возможности — для макромира — симулировать совсем детально его только тогда, когда на тот или иной атом внимательно смотрит ученый. Скажем, если «подгрузить» детальное состояние атома, когда на него уже начнут смотреть в условный микроскоп, то состояние этого атома быстро изменится, и это будет заметно по протекающим вокруг него физическим процессам. Получается, Матрица должна иметь своего Оракула, способного заранее предсказать — еще до того, как ученый посмотрит на тот или иной образец на атомарном уровне — куда именно упадет его взгляд. Но если у нас есть программа, способная предсказать во многом случайные решения человека, то зачем нам тогда модель, населенная такими людьми? Ведь получается, что мы и без модели отлично все можем предсказать.

Некоторые вещи «сжать» просто невозможно

Хоссенфельдер напоминает: у нас есть физические явления, которые мы вообще моделировать (а значит, и симулировать) не умеем. Климатические модели на малых масштабах работают плохо, любые метеорологические явления на масштабах менее 10 километров слабо предсказываются. Но мы не можем просто отбросить расчеты всех базовых физических процессов на малых масштабах, и сохранить климатическую модель работающей для больших масштабов. «Большие результаты» могут сложить только из расчетов «малых процессов».
Единственная причина, по которой климатические модели хоть как-то работают, напоминает физик, заключается в том, что они исходят из эмпирических наблюдений, цифр температуры, давления, скорости ветра, которые в модель вносят не ученые вручную, а реальность — и часто недпредсказуемо для прогнозов.


Представим, что у нас вместо мира была бы Матрица. Как Матрица будет реалистично моделировать любые процессы во Вселенной, если она описывает атомы «в общем», а не полностью, во всех деталях? Поведение групп атомов в итоге будет не то же, что в реальном мире. В конечном счете все процессы начнут протекать не так, как в реальности, что приведет к бесполезности модели. Повторимся: симулировать свойства всех частиц полностью в Матрице нереально, потому что тогда на симуляцию одного атома потребуется примерно один атом в симулирующем компьютере. Выходит, что компьютер для Матрицы, включающей Землю, и сам должен быть размером с планету, что крайне непрактично.
Общие выводы критиков гипотезы Матрицы в конечном счете просты. С точки зрения имеющихся научных знаний ее идеи неубедительны — в них можно верить, но научные аргументы в их пользу пока крайне слабы.

Матрица возможна - просто реальная, а не цифровая

Существуют физические гипотезы, согласно которым Вселенная нашего типа может возникнуть из очень небольшой области пространства (настольных размеров), где в начале почти не было материи. Если инфляционное «раздувание» Вселенной на ранней стадии ее развития действительно возможно, то в процессе этого раздувания пространства времени из вакуума должно возникать огромное количество материи, примерно соответствующее наблюдаемому в окружающем людей мире.
Академик Валерий Рубаков, рассуждая об этой теории, добавляет, что в такой «карманной Вселенной» должны быть ворота в ту большую Вселенную, где была создана «карманная» (или, если угодно, лабораторная). Ворота нужны потому, что без них наблюдать за экспериментальным объектом не получится. Найти ворота, впрочем, практически нереально: они могут быть где угодно, включая точку, где вообще ничего, на взгляд удаленного наблюдателя, нет. Кроме того, вряд ли такие ворота оставят неохраняемыми.
Но это, конечно не Матрица из фильма Вачовски. Перед нами — полноценная Вселенная, развитие которой займет много времени. Правда, скорость течения времени в ней может быть настолько выше, чем в «родительской» Вселенной, так что смысл в таком моделировании будет.


Но есть у подобного варианта и минусы. Развитием лабораторного мира будет крайне трудно управлять. Если речь идет об экспериментах астрофизиков, которым интересны процессы в масштабе галактик и их скоплений, то это еще не так страшно. А вот если о симуляции общества, то все плохо: нельзя быть уверенным, что Вселенная, созданная в лаборатории, вообще породит хоть кого-то, похожего на биологический вид экспериментаторов. Можно, конечно, «схитрить», занести на нужную планету примитивную жизнь из реальной Вселенной, но и тогда итоговый разумный вид на ней (как и прочая жизнь) не будет особо похож на создателей лабораторной Вселенной. Достаточно вспомнить, как сильно отличалась пермская фауна от мезозойской, а та — от современной, чтобы понять, что единая ДНК — никак не критерий близкого сходства.
Такая «симуляция» может иметь только самый общий смысл — дать еще один пример эволюции Вселенной, планеты, разума. Но совсем не тот, на основе которого можно прогнозировать и рассчитывать будущее собственной Вселенной, планеты или разума.
В то же время ясно, что если такие Матрицы — не цифровые, а вполне реальные Вселенные — действительно можно создать, то их будут создавать и во множестве. Наблюдаемая нами Вселенная в ближайшие миллиарды лет перестанет быть особо веселым местом для жизни. Через определенное количество миллиардов лет даже просто выжить там будет все труднее и труднее. В подобной ситуации для любого разумного вида будет логично перебраться в «карманную».
Легко понять, что в этом случае число искусственных, «лабораторных» Вселенных будет множиться в геометрической прогрессии. Возвращаясь к аргументу Бострома, можно сказать: если всё так, то мы почти наверняка живем в одном из искусственных мирозданий.Автор: А.Березин
Источник: Nacked Science