Новое исследование, проведенное учеными из Университета Британской Колумбии в Оканагане (UBC Okanagan), утверждает, что идея о том, что Вселенная является компьютерной симуляцией, математически невозможна. Результаты, опубликованные в Journal of Holography Applications in Physics, заключают, что полное описание физической реальности не может быть достигнуто исключительно посредством вычислений.
Исследованием руководил доктор Мир Файзал, адъюнкт-профессор факультета естественных наук UBC Okanagan в Ирвинге К. Барбере, совместно с доктором Лоуренсом М. Крауссом, доктором Аршидом Шабиром и доктором Франческо Марино.
В работе рассматривается давно обсуждаемая «гипотеза симуляции», предполагающая, что Вселенная может существовать как симуляция, созданная высокоразвитой цивилизацией. Эта идея десятилетиями присутствовала в философии и научной фантастике и получила более широкое общественное внимание благодаря таким фильмам, как «Матрица». Хотя гипотеза привлекла интерес некоторых теоретиков, она, как правило, считалась трудно поддающейся научному тестированию.
«Было высказано предположение, что Вселенная может быть симулирована. Если такая симуляция возможна, симулированная вселенная сама может породить жизнь, которая, в свою очередь, может создать свою собственную симуляцию. Эта рекурсивная возможность делает крайне маловероятным то, что наша Вселенная является изначальной, а не симуляцией, вложенной в другую симуляцию», — заявил доктор Файзал. «Когда-то считалось, что эта идея находится вне досягаемости научного исследования. Однако наше недавнее исследование показало, что на самом деле к ней можно подойти с научной точки зрения».
Исследователи подошли к этому вопросу через квантовую гравитацию — область физики, которая стремится объединить квантовую механику, описывающую поведение материи и энергии в мельчайших масштабах, с общей теорией относительности Эйнштейна, объясняющей гравитацию и крупномасштабную структуру Вселенной. Хотя обе теории были весьма успешны в своих областях, они не полностью совместимы.
Общая теория относительности также достигает своих пределов в экстремальных условиях, таких как центры черных дыр или самые ранние моменты Вселенной, где ее уравнения перестают работать. Многие физики рассматривают это как свидетельство необходимости еще более фундаментальной теории.
Несколько подходов к квантовой гравитации предполагают, что пространство и время не являются самыми базовыми частями реальности. Вместо этого они возникают из более глубокого математического и информационного фундамента. Иными словами, само пространство-время может возникать из более фундаментальных принципов, а не существовать на самом глубоком уровне природы.
Многие исследователи надеялись, что эта более глубокая основа в конечном итоге приведет к «Теории всего» — единой теории, способной объяснить все физические явления посредством согласованного набора математических правил. Новое исследование утверждает, что существуют фундаментальные математические пределы для этой цели, если она полностью зависит от вычислений.
Анализ команды основан на нескольких хорошо известных математических результатах, включая теорему Гёделя о неполноте, теорему Тарского о неопределимости и работы Чайтина о теоретико-информационной неполноте. Вместе эти теоремы показывают, что каждая достаточно мощная формальная математическая система имеет ограничения. Некоторые истинные утверждения не могут быть доказаны в самой системе, а некоторые истины не могут быть полностью определены или выведены с использованием фиксированного набора логических правил.
Основываясь на этих результатах, исследователи утверждают, что чисто вычислительный подход не может обеспечить полное и последовательное описание физической реальности.
Вместо этого они предлагают то, что они называют «Мета-теорией всего», которая включает то, что они описывают как «неалгоритмическое понимание». По мнению авторов, это не означает, что наука потерпела неудачу или зашла в тупик. Скорее, они утверждают, что некоторые аспекты реальности не могут быть уловлены только алгоритмами и требуют формы понимания, выходящей за рамки вычислений, оставаясь при этом в рамках математической структуры.
Компьютеры решают задачи, следуя алгоритмам, или пошаговым наборам инструкций. Независимо от того, насколько мощным становится компьютер, он по-прежнему работает, применяя запрограммированные правила. Исследователи утверждают, что некоторые математические истины лежат за пределами того, что может установить любой алгоритм.
В качестве примера они приводят самореферентное утверждение: «Это истинное утверждение не может быть доказано». Если бы утверждение можно было доказать, оно стало бы ложным. Если его нельзя доказать, значит, оно истинно. Это иллюстрирует один из математических пределов, выявленных теоремой Гёделя о неполноте, когда некоторые истинные утверждения не могут быть установлены только формальными вычислениями.
«Мы продемонстрировали, что невозможно описать все аспекты физической реальности с помощью вычислительной теории квантовой гравитации», — сказал доктор Файзал. «Следовательно, никакая физически полная и последовательная теория всего не может быть выведена только из вычислений. Скорее, она требует неалгоритмического понимания, которое более фундаментально, чем вычислительные законы квантовой гравитации и, следовательно, более фундаментально, чем само пространство-время».
Затем исследователи изучили, может ли более глубокий математический фундамент, из которого возникают пространство и время, быть симулирован. Они пришли к выводу, что не может. Поскольку любая компьютерная симуляция должна работать посредством алгоритмов, они утверждают, что она неизбежно будет подчиняться тем же математическим ограничениям, которые были выявлены в их анализе.
«Опираясь на математические теоремы, связанные с неполнотой и неопределимостью, мы доказываем, что полностью последовательное и полное описание реальности не может быть достигнуто только посредством вычислений», — заявил доктор Файзал. «Это требует неалгоритмического понимания, которое по определению находится за пределами алгоритмических вычислений и, следовательно, не может быть симулировано. Следовательно, эта Вселенная не может быть симуляцией».
Соавтор доктор Лоуренс М. Краусс отметил, что эти выводы также имеют значение для поиска единой теории физики.
«Фундаментальные законы физики не могут быть заключены в пространстве и времени, потому что они их порождают. Однако долгое время существовала надежда, что по-настоящему фундаментальная теория всего сможет в конечном итоге описать все физические явления посредством вычислений, основанных на этих законах. Тем не менее, мы продемонстрировали, что это невозможно. Полное и последовательное описание реальности требует чего-то более глубокого — формы понимания, известной как неалгоритмическое понимание».
По мнению авторов, эти математические пределы не означают, что само научное исследование достигло предела. Вместо этого они утверждают, что результаты определяют границы того, что могут объяснить чисто вычислительные методы, предполагая при этом, что для полного описания природы необходима более широкая математическая основа.
Исследователи заявляют, что этот вывод также применим к самой гипотезе симуляции. Любая компьютерная симуляция, независимо от того, насколько она продвинута, в конечном итоге должна следовать алгоритмам. Если самый фундаментальный уровень реальности зависит от неалгоритмического понимания, то, согласно их модели, ни одна симуляция не сможет воспроизвести его полностью.
«Любая симуляция по своей сути алгоритмична — она должна следовать запрограммированным правилам», — сказал доктор Файзал. «Но поскольку фундаментальный уровень реальности основан на неалгоритмическом понимании, Вселенная не может быть и никогда не могла быть симуляцией».
Гипотеза симуляции долгое время занимала пространство между философией, теоретической физикой и научной фантастикой, не имея общепринятого способа ее проверки. Авторы утверждают, что их работа переводит дискуссию в область формальной математики и теоретической физики, представляя математическое обоснование против возможности симулированной Вселенной. Ожидается, что их выводы внесут вклад в текущие дискуссии о квантовой гравитации, поиске Теории всего и фундаментальной природе реальности.
Источник: UBC Okanagan, JHAP
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное законом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
