Мы живем в эпоху сдвига парадигм. Цифровая физика - это не какая-то отдельная научная дисциплина, а, скорее, такая вот новая парадигмы мышления, согласно которой в основе реальности лежит информация, нечто вроде нейронных сетей или чистая математика, а значит Вселенная вычислима в принципе и сама представляет собой некий процесс вычисления.
Истоки и общий контекст
Как видно из вышесказанного, цифровая физика - понятие относительно широкое. Поэтому физико-цифровыми концепциями вполне можно считать концепцию В. Ванчурина о Вселенной как самопознающей нейросети, концепцию М. Тегмарка и С. Вольфрама о Вселенной как математическом объекте, представления целого рядя физиков, разделяющих идеи Дж. Уилера, ставшего особенно известным своей фразой "It from bit!", ну и конечно гипотеза симуляции сюда тоже подходит.
Развитие цифровой физики началось с работ американского ученого Э. Джейнса. Интересно отметить, что Э. Джейнс, будучи физиком, работал над обобщением логики Аристотеля в рамках теории вероятностей, а именно логика Аристотеля по сути и лежит в основе логики программирования.
Но если углубиться в исторический экскурс немного больше, то мы обнаружим, что основы формальной логики были заложены уже Парменидом, то есть на 2 века раньше Аристотеля, а идеи о том, что Вселенная - это математический объект и вообще "всё есть число" принадлежали уже Пифагору - старшему современнику Парменида. Оба жили 2500 лет назад.
Таким образом, истоки цифровой физики своими далекими корнями уходят аж в Античность.
На самом деле математике придавалось некое сакральное значение во все времена и у многих народов. Но, безусловно, именно развитие компьютерных технологий во второй половине XX века дало подлинный толчок развитию цифровой физики, отчасти оживив и актуализировав те идей, которые высказывались еще древними философами.
Большое значение, как мне кажется, для развития цифровой физики, имеют и успехи в области исследования ИИ, ведь сегодня у нас есть весомые причины полагать, что ИИ поможет нам объяснить даже феномен сознания, не говоря уж про всю остальную Вселенную.
Всё многообразие концепций об устройстве Вселенной в рамках цифровой физики можно свести к нескольким типам по степени нарастания "безумства" гипотез:
1) В основе Вселенной лежит информация, а значит Вселенная - вычисляемый и/или вычисляющий объект,
2) Вселенная - это чистая математика. Математика онтологична.
3) Вселенная - это симуляция.
Рассмотрим каждую из групп подробнее по отдельности.
Информационная Вселенная
Информация - хоть и нынче модное, но очень сложное и расплывчатое понятие. Никто на самом деле сегодня не знает, чем действительно в своей сущности является информация.
Одно из современных определений гласит, что информация - это данные, несущие в себе или порождающие некий смысл. Но тогда возникает не менее сложный вопрос о том, что такое смысл? Едва ли информацию можно определить как данные, так как данные - это уже зарегистрированная информация. Любые сведения, данные, знания, сообщения и пр. - это то, что несет в себе или содержит некую информацию. Как сказал американский философ Майкл Бакленд, "нельзя уверенно сказать о чём-либо, что оно не может быть информацией". Но что такое информация сама по себе?
В книге Норберта Винера "Кибернетика или управление и связь в животном и машине" говорится, что информация может быть третьим фундаментальным понятием, наряду с материей и энергией. Он считает, что информация - это то, что совсем необязательно должно обладать каким-либо смыслом вообще.
Все попытки определить информацию, как сведения, абстрактные представления, суждения или утверждения об объектах по сути своей тавтологичны и не несут никакого смысла о данном термине по существу. Это напоминает попытки многих ученых и философов определить время через такие слова, как процесс, движение, изменение. Проблема в том, что все процессы, движения и изменения происходят во времени и благодаря времени, поэтому любое определение времени через такие понятия всегда будет неполным, тавтологичным и на самом деле бессмысленным.
То же касается и информации. В связи с этим, термин "информация" представляется практически настолько же фундаментальным, насколько фундаментальны и потому сложны для сущностного определения такия понятия, как время, пространство и сознание. Чтобы дать чему-то более менее объективное и точное определение, наполненное смыслом, а не тавтологиями, нужно, как правило, как бы возвыситься над определяемым объектом, посмотреть на него со стороны, выйти за его собственные рамки. Однако выйти за рамки информации крайне сложно, ведь любые суждения об информации - это информация. Аналогичным образом весьма сложно (а может и вовсе невозможно) выйти за рамки пространства, времени и собственного сознания (отсюда во многом и проистекает трудная проблема сознания Д. Чалмерса). Поэтому, например, американский инженер, криптоаналитик и математик Клод Шеннон считает, что информация фундаментальна и нередуцируема.
Всё это может наталкивать на мысли о какой-то глубинной взаимосвязи пространства, времени, сознания и информации. Если мы, подобно Дж. Уилеру, кладем информацию в основание Мироздания, то пространство, время и даже наше "я" могут оказаться лишь производными от информации, своего рода эмерджентным потоком, как считает, например, Д. Дойч.
Знаменитая фраза Джона Уилера "It from bit" отражает его гипотезу о том, что физическая реальность ("it") в своей основе может быть производной от информации ("bit"). Уилер предполагал, что законы физики и само существование материи, пространства и времени могут быть следствием обработки информации, подобно тому, как биты (единицы информации) формируют данные в компьютере. Эта идея связана с концепцией, что Вселенная функционирует как гигантская информационная система, где физические явления — лишь проявления фундаментальных информационных процессов. Опираясь на эти мысли, Уилер также говорил об "участвующей вселенной", где наблюдение (акт получения информации) играет ключевую роль в самом формировании реальности. Таким образом, совсем не исключено, что материя и реальность вообще возникают из информации как первичной сущности.
Интересно, что с точки зрения этимологии, "ин-форма-цию" можно определить как "обретение формы". Так считали древние греки и римляне. Для них информация была процессом обретения идеями из Мира идей Платона конкретных форм в нашем Мире вещей. Если взять эту концепцию за основу и признать, что информация есть конкретное оформление некой фундаментальной субстанции, то может быть таковой субстанцией является чистая онтологическая математика?
Гипотеза математической Вселенной
О гипотезе математической Вселенной Макса Тегмарка сегодня не слышал разве что ленивый. Скажем здесь лишь о некоторых наиболее интересных моментах.
Если вкратце, то да, Тегмарк считает, что вся Вселенная - это по сути и в основе своей математический объект. Но более того, Тегмарк считает, что Вселенная не только математична, но и вычислима, то есть существует реальный алгоритм ее вычисления, иными словами, полного познания того, как она работает.
Математическое существование равно физическому существованию, и все структуры, которые существуют математически, существуют и физически, согласно Тегмарку. Как писал сам Тегмарк, в любой математической структуре, достаточно сложной, чтобы содержать подструктуры, они «будут субъективно восприниматься как существующие в физически «реальном» мире».
Можно считать концепцию Тегмарка пифагорейской или платонической, но на самом деле, как кажется, Тегмарка идет гораздо дальше древних греков в своем радикальном математизме: он заявляет, что во-первых существует несколько типов параллельных математичных по своей сути Вселенных, а сама математика не просто реально существует, но только она в действительности и существует.
За вычислимость Тегмарка критикуют физики Пит Хат и Марк Алфорд, утверждающие, что мысль о вычислимости Вселенной противоречит первой теореме Гёделя о неполноте. Иными словами, Тегмарк, заявляя математичность и вычислимость Вселенной, фактически утверждает "полноту" в противовес гёделевской неполноте.
Специалист в области нейронных сетей Ю. Шмидхубер критикует концепцию Тегмарка за то, что мы не можем априори присвоить одинаковый вес или вероятность всем математическим объектам из-за их бесконечного количества, как того, по мнению Шмидхубера, требует Тегмарк, утверждая онтологичность математики.
Сам же Тегмарк отвечает на критику тем образом, что говорит, что его теория не противоречит никаким наблюдаемым данным и является наиболее предпочтительной с точки зрения принципа бритвы Оккама: она изящна, красива, лаконична, в ней нет ничего лишнего или наносного, привнесенного извне - только математика.
Поверить в такую концепцию, безусловно, очень сложно, но, как сказал физик А. Альбрех, еще сложнее "построить теорию, в которой всё, что мы видим, — это всё, что есть".
С. Вольфрам же считает, что Вселенная - это нечто вроде гиперграфа, развивающегося по крайне простому математическому правилу. У идеи С. Вольфрама безусловно есть свои сторонники и противники, свои плюсы и минусы, но интересно в данном случае не это. Интересно то, что сегодня ученые-нейробиологи (например, К.В. Анохин) развивают концепцию человеческого сознания, как такого же графа, реализующегося по математическим правилам в мозге. Добавим сюда идею В. Ванчурина, согласно которой Вселенная есть нейросеть, познающая сама себя и картинка сложится: а что если и человеческое сознание и вся Вселенная есть математические графы, полностью подобные друг другу, работающие на одних и тех же математических принципах, потому что математика - это и есть то, что держит всё Мироздание в единстве?
К подобным неожиданным, абстрактным и контринтуитивным идеям были готовы уже древние греки (по-крайней мере, часть из них). Так чем мы хуже со всеми нашими знаниями, компьютерами и прочими технологиями?
Хорошо, если весь материальный мир - иллюзия, а реальна лишь математика, то как это вообще работает на практике? Что означает реальность математики в действительности? Возможно реальность или онтологичность математики есть онтологичность некоего кода, на базе которого и работает наша Вселенная?
Гипотеза симуляции
О гипотезе симуляции в последнее время говорят даже слишком часто и много. Здесь приведу лишь самые основные аргументы в пользу того, почему наша Вселенная может быть не более, чем компьютерной симуляцией.
Гипотеза симуляции, была популяризирована шведским философом Ником Бостромом. Кем конкретно создана наша симуляция (людьми будущего, инопланетянами, абсолютно неизведанными существами) - это неважно. Это детали. Важно то, что действительно слишком много факторов указывают не просто на возможность такой симуляции, но на то, что мы в ней по факту реально живем уже здесь и сейчас.
В 2003 году Бостром предложил три утверждения, одно из которых явно должно быть верным:
1) Почти все цивилизации вымирают до достижения технологического уровня, способного создавать сложные симуляции;
2) Цивилизации, достигшие такого уровня, не заинтересованы в создании симуляций сознаний;
3) Если такие симуляции создаются, их количество настолько велико, что вероятность быть в "настоящей" реальности, а не в симуляции, крайне мала.
Первый пункт выглядит тревожным, потому что человечество уже вплотную подошло к реальной возможности симуляции целых Вселенных. Получается, еще немного и человечеству конец, или мы станем статистическим исключением, и сможем достичь высокого уровня развития, не уничтожив собственную цивилизацию?
Во второе высказывание, нам, людям, поверить вообще очень сложно. Если что-то технически возможно и приносит деньги, удовольствие или удовлетворяет исследовательский интерес, то кто-то обязательно должен этим заниматься.
Третье высказывание звучит как наиболее вероятно. Современные достижения в области вычислений, виртуальной реальности и искусственного интеллекта показывают, что создание реалистичных симуляций возможно. Если человечество уже способно моделировать сложные виртуальные миры (например, видеоигры или симуляции физики), то сверхпродвинутая цивилизация с миллиардами лет развития могла бы создать симуляцию, неотличимую от реальности.
Поскольку симуляции могут быть вложенными (симуляция внутри симуляции), число симулированных миров может значительно превышать число "базовых" реальностей. Ну, собственно, фундаментально базовая реальность, по сути, всего одна. Вопрос только в том, насколько наша симуляция ушла далеко в своем образе и подобии от базовой реальности?
Если продвинутая цивилизация способна создавать множество симуляций, каждая из которых содержит миллиарды сознаний, то даже с точки зрения статистики почти наверняка мы живем в одной из таких симуляций, а не в "оригинальной" реальности.
Другой аргумент заключается в том, что если физики, такие как Джон Уилер и Ко правы, то основой нашей реальности может быть информация, а не материя, а сама эта информация может оказаться собственно компьютерным кодом большой симуляции.
Вселенная подчиняется строгим математическим законам, что также может быть признаком программного кода. Некоторые физики отмечают, что физические константы и законы природы выглядят "настроенными" для существования жизни, что может быть следствием дизайна симуляции. Законы Квантовой механики, такие как принцип неопределенности или дискретность энергии, напоминают ограничения вычислительных систем. Например, "пикселизация" пространства-времени на планковском масштабе может указывать на конечное разрешение симуляции. А скорость света как константа есть та скорость с которой прогружается вся графика для наблюдателя.
Более того, в Квантовой механике состояние системы зависит от наблюдения (эффект наблюдателя). Это также может указывать на то, что реальность словно "рендерится" только при наблюдении/измерении, подобно тому, как компьютерная игра загружает только видимые игроку области, чтобы экономить ресурсы.
Голографический принцип также косвенно указывает на то, что Вселенная - это симуляция, оптимизирующая ресурсы для минимизации вычислительных затрат.
К счастью или к сожалению у гипотезы симуляции пока нет прямых доказательств. Реальность симуляции может быть неотличима от "настоящей", что вообще делает данную гипотезу нефальсифицируемой. И всё-таки, если симуляции возможны и их много, вероятность быть в симуляции выше, чем быть в базовой реальности.
***
Цифровая физика еще пожалуй только в начале своего пути. Существующие модели цифровой физики сталкиваются с рядом трудностей и противоречий, в частности некоторые из них нарушают различные устоявшиеся принципы Квантовой физики, поскольку относятся к классу теорий, включающих локальные скрытые переменные. Однако некоторые физики, вроде Герарда т'Хоофта продолжают держаться за скрытые переменные, реально веря в их существование на каком-то особом, пока недоступном для нас уровне.
Объяснительная сила цифровой физика, как кажется, достаточно велика. А вот предсказательная - пока под вопросом. И всё-таки цифровая физика - это весьма интересный поворот в мышлении современной научной общественности. Ученые теперь смотрят на реальность гораздо тоньше и нюансированнее, чем это было ранее, когда мир считался сугубо материальной штукой, где вещество проявляет себя в разных формах, а все законы Мироздания будут уже совсем скоро открыты.
Это мой научно-философский проект, а это место, где я преподаю. Присоединяйтесь: будем дружить, общаться и обмениваться знаниями!
