Наш мир — компьютерная игра?

Недавно интернет облетело интересное сообщение, — ученые приблизились к открытию того, что наш мир имеет все признаки компьютерной симуляции. Проще говоря – что мы все живем в большой компьютерной программе мощного суперкомпьютера, построенного в «будущем». Точнее в технологическом мире, который мы с будущим обычно соотносим.

В принципе такое предположение не лишено некоторого смысла. Если наш мир по отношению к «настоящему» – это далекое прошлое, то нам, людям того мира, наверняка было бы интересно побывать в своем же прошлом, воссозданном с мельчайшей точностью компьютером. Точно так же, как сейчас миллионы людей каждый день заводят моторы своих виртуальных танков, запрыгивают в кабины виртуальных самолетов, руководят виртуальными корпорациями, странами, или же виртуальной жизнью некой семьи. Поэтому идея создания в будущем очень реалистичного симулятора с полным погружением вполне логична – развитие технологий идет именно по этому пути – игры от раза к разу становятся все красочнее и правдоподобнее. Будучи компьютерной симуляцией, наш мир мог бы являться социальным экспериментом, игрой (развлечением) или тренажером навыков. Либо игрой-ловушкой, находящейся среди других игр, например, по-настоящему развивающих.

А учитывая то, что этот «сервер» является многопользовательским – об исходной роли находящихся здесь «игроков» можно было бы только догадываться. Мы не можем вспомнить «той» жизни – значит мы забыли её, плотно уйдя в игру, полагая что родились здесь и живя правилами игры. Так играет-живет основная масса людей, озабоченная проблемами правил поведения на сервере и выживания в нем. Однако есть и те, кто говорит об иных правилах – правилах выхода из игры. Такие люди редко, но появляются и оставляют свой след в виде определенной философии, в виде учений, которые впоследствии искажаются игрой, и правила выхода приходится приносить сюда снова. Подобный мир-симуляция, иллюзия не отличимая от реальности, вполне мог бы быть создан, при наличии технической возможности.

Однако «техническая возможность» всегда имеет свои побочные эффекты, по которым её можно опознать. В том числе и цифровое моделирование – каким бы красочным не был созданный мир, модель всегда будет иметь некоторые изъяны, свойственные только искусственной модели. Ведь все предположения о симуляторе можно считать просто гипотезой, если они не имеют веского подтверждения в виде некоторых особенностей мира, которые не свойственны «нормальному» миру с живой физикой. И наоборот — свойственны миру, математика и физика которого строятся по принципу цифровых вычислительных систем.

Именно эти ограничения математики процессора и решили найти ученые из Германии, Швеции и США. К сожалению, в научной новости не раскрывается суть сделанного открытия, которая может быть непонятна людям, не встречавшимся с теорией обработки сигналов и информатикой. Хотя на самом деле эта суть не так сложна, если иллюстрировать её наглядно. Ведь за каждой хитроумной формулой, как правило, стоит какой-нибудь многими узнаваемый процесс (как например интегрирование подобно постепенному насыпанию крупы в стакан, а дифференцирование – подпрыгиванию машины на ухабе). Если мы предположим, что суперкомпьютер будущего работает сходно с нашими современными цифровыми компьютерами, то он будет использовать несколько несложных принципов.

Первый – это тактовая частота. Это слово слышали наверное все. Работа цифровой схемы всегда синхронизируется по тактам, чтобы все её элементы работали «в ногу», иначе могут возникнуть несовпадения данных и схема «заглючит». Например когда схема должна сравнить два пришедших на нее числа, но одно число пришло быстрее второго, и схема тут же сравнит его с нулем на другом конце. Чтобы такого не было — все операции делаются по тактам, чтобы всё успело придти и занять свое место перед следующим действием. Это естественный закон устойчивой работы цифровой электроники, и в компьютере его реализует генератор тактовой частоты. Чем такая частота выше – тем быстрее компьютер может выполнять операции, и тем быстрее его работа. И, например, на нем будет написано – частота 2 гигагерца – значит его тактовый генератор посылает по схемам два миллиарда импульсов в секунду.

Второй принцип, использующийся в цифровой технике, это аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. Предметы у нас все гладкие и вроде как непрерывные. А компьютер воспринимает все в виде чисел с разрядами и знаками. Как научить мыслящий «категориями кубиков» компьютер воспринимать «плавный» мир? Надо его оцифровать. Этот процесс можно наглядно продемонстрировать на примере цифровой фотографии.

Вроде бы «плавное» дерево на цифровой фотографии, при более подробном изучении состоит из «кубиков» различного цвета. Если посмотреть издалека – можно принять за гладкую линию. Поэтому чем выше степень детализации – тем более «настоящим» кажется компьютерный объект.

И вот здесь начинаются первые проблемы перевода информации в цифровой вид. Дело в том, что схема оцифровки – «аналого-цифровой преобразователь» или АЦП, сама работает с некой тактовой частотой. И сделать оцифровку чаще, чем позволяет эта частота, она не может. И если оцифрованный объект (или даже просто сигнал) имеет подробности более мелкие, чем позволяет оцифровать тактовая частота – то начинаются искажения.

Этот принцип – «Теорему отсчетов», сформулировал в 1933 году выдающийся русский ученый В.А.Котельников, и теперь она по всему миру применяется при создании информационных технологий. Эта теорема гласит, что для передачи сигнала цифровым методом без искажений, оцифровка должна идти как минимум в два раза чаще максимальной частоты сигнала.

Иначе возникнет искажение, и при обратном создании сигнала из цифр мы получим не первоначальную картину, а какой-то ломаный сигнал.

Давайте посмотрим на примере двух сигналов как это происходит. Сначала возьмем сигнал с большим периодом, оцифруем его с частотой оцифровки в виде таких «столбиков», которые лягут в память компьютера как числа и будут там храниться.

Теперь если мы захотим воспроизвести сигнал обратно – мы по этим числам создаем новый сигнал в ЦАП – цифро-аналоговом преобразователе. При таком соотношении частот сигнала и оцифровки – он вполне похож на первоначальный.

Если бы это была гармоника в записи речи – мы бы вполне расслышали, что нам говорит диктор.

Теперь же давайте возьмем сигнал, частота которого выше и близка к частоте оцифровки. «Столбики» будут попадать в сигнал совершенно случайно, и при восстановлении такой записи компьютер восстановит то, что получилось.

А получится продолжительный и неровный «забор», ничем не напоминающий первоначальную картину.

И после восстановления получится хаотический шумовой сигнал, мало чем похожий на исходную высокочастотную гармонику. Если сравнить эти два процесса, то вместе они будут выглядеть примерно так:

На каком-то этапе у восстанавливаемого сигнала, по мере роста частоты, наступит «срыв», и вместо дальнейшего роста появится шум. Поэтому, если наш мир – это компьютерная модель, пространство которой синтезируется из цифровых записей, то такой срыв частот рано или поздно наступит при увеличении. Что и было обнаружено учеными на сверх-высоких частотах электромагнитных колебаний.

Цитата: «В ходе исследования оказалось, что, если Вселенная является компьютерной симуляцией, то в спектре космических лучей на некоторых энергиях должен быть обрыв. Отмечается, что такой обрыв действительно существует — это предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина, который составляет 50 эксаэлектронвольт». Третий «скользкий» момент цифрового пространства – анизотропность. В «настоящем» мире мы перемещаемся плавно. В компьютерном – мы в силу программных особенностей будем ходить «по клеточкам». Дело в том, что по «клеткам» вы перескакиваете с центра на центр. И если движение вдоль направления клеток будет одинаковым для всех направлений, то движение под углом, или по диагонали – сразу же начнет отличаться, ведь вы будете перепрыгивать клетку по диагонали.

При перемещении из точки А в любую точку В в изотропном пространстве вы переместитесь одинаково. В анизотропном цифровом — вы перескочите на ближайшую к точке В точку цифровых координат. Такое пространство называют анизотропным – перемещение в нем в разных направлениях идет по разному, чего в «настоящем» мире быть не может. Конечно, если размер клеток уменьшить – то создастся некоторое ощущение плавности хода (как это делают в компьютерных играх), но если поискать на областях меньшего размера – анизотропность всё равно проявится. В настоящий момент ученые проверяют изучаемую область электромагнитных колебаний на наличие анизотропности, чтобы проверить свою гипотезу.

Итого, в общих чертах получается такая картина. На суперкомпьютере моделируются все процессы начиная с атомных колебаний, и так в каждой частичке мира. Или не в каждой, а только в той, которую начинают пристально рассматривать, а в «теневых» зонах расчет ведется приблизительно. Тут можно вспомнить про странное поведение электрона, который, когда за ним наблюдали, вел себя как частица, а когда нет – то как волна.

Обсчитать одной общей формулой волну электронов проще, чем обсчитывать каждый поштучно. Поэтому может статься, что такое поведение электрона – след алгоритмов оптимизации расчета в программе суперкомпьютера. Нет нужды считать каждый электрон, если не смотрят конкретно на него. Ну а если смотрят — то включается алгоритм подробного расчета траектории для каждой частицы. Нечто подобное применяется и в некоторых современных компьютерных программах.

Но даже с такой оптимизацией рассчитывать придется очень и очень много, практически безконечное количество объектов. Сможет ли даже самый большой суперкомпьютер из будущего, который можно представить, справиться с такой задачей? Оказывается сможет и уже скоро! Вот заметка из недавних новостей науки, об открытии, сделанном на днях в России:

Российский ученый изобрел «компьютер бесконечности»

Новая машина может делать такие вещи, которые не в состоянии делать обычный компьютер. Компьютер, созданный на основе работы с бесконечно большими или малыми числами, имеет большой потенциал применения в промышленности. Такое мнение высказал сегодня в интервью корр. ИТАР-ТАСС профессор Нижегородского университета имени Лобачевского Ярослав Сергеев, который разработал математические методы работы с бесконечными величинами, сконструировал и запатентовал «компьютер бесконечности».

«Уже сейчас новая методика вычислений используется учеными в России, Италии, Франции, США и других странах. Благодаря новому, более богатому понятию числа, мы можем предложить методы, которых раньше не было», — отметил он. В числе областей, где уже получены первые результаты, ученый назвал перколяцию /теория протекания жидкости — прим. ИТАР- ТАСС/, оптимизацию, дифференциальные и линейные уравнения, математический анализ, гиперболическую геометрию. «Мы ищем области чистой и прикладной математики, где новая методология вычислений полезна, и где она может дать серьезный эффект», — подчеркнул Сергеев.

По словам профессора, интерес в промышленности к «компьютеру бесконечности» будет только расти. «Машина может применяться везде, где используются вычисления высокой точности. Сейчас это практически все передовые отрасли промышленности», — сказал ученый. «“Компьютер бесконечности” может делать вещи, которые не в состоянии делать обычный компьютер, а именно вычислять с очень высокой точностью благодаря использованию бесконечно малых величин», — отметил профессор.

Ярослав Сергеев является лауреатом многих престижных международных премий в области математики, занимает должность выдающегося профессора Калабрийского университета /Италия/. Исследователь принимает участие в проходящей в Сучжоу китайско-российской математической конференции по теме «Теория глобального управления и научные вычисления».

Таким образом, прототип подобного компьютера создан уже сейчас. И создание на его принципах суперкомпьютера, способного вместить в себя целый виртуальный мир – всего лишь дело техники. Так где же мы живем?