Компьютерные ресурсы, необходимые для моделирования нашей вселенной [закрыто]

Теория о том, что вселенная является голограммой, не означает, что это компьютерная симуляция. Это распространенное заблуждение среди зрителей «Звездного пути». Читая вашу связанную статью, становится ясно, что они говорят не о компьютерной симуляции , а о голограмме . Это не одно и то же.

Если наша вселенная бесконечна
, то для фактического моделирования нашей бесконечной вселенной потребуются бесконечные компьютерные ресурсы. Это метаконцепция, подумайте о создании компьютера для симуляции самого себя (что он будет делать, поскольку он находится во вселенной), симуляция будет включать симуляцию симулированного компьютера, которая содержит симуляцию симулируемого компьютера и т. д. Это черепахи до самого конца. оттуда. Здесь обсуждается несколько хороших моментов .

Если наша Вселенная конечна
Посмотрите на любую из представленных форм вычислений. Все они требуют хранения данных, а для этих данных требуется место. Выберите любой размер больше нуля и установите его как пространство, необходимое для бита (кубит или что-то еще, давайте двигаться вперед с цифровыми вычислениями). Независимо от размера, для описания этого пространства для моделирования требуется больше информации, чем мы можем хранить и извлекать в том же объеме.
Это означает, что для описания чего-то вроде атома нам нужно больше места, чем просто атом, для хранения информации об этом атоме. Нам пришлось бы хранить количество протонов, нейтронов, электронов, ссылку на то, где эти субатомные элементы описаны в другом месте в памяти, скорость атома и т. д. Чтобы описать любое конечное пространство, требуется значительно больше места. Ясно, что компьютерная симуляция нашей вселенной сама по себе не могла бы существовать в нашей вселенной. Все, что мы могли тогда предположить, это то, что существует компьютер больше, чем наша вселенная, обязательно существующий в другой, гораздо большей вселенной. Но, честно говоря, оттуда становится просто глупо.
«Идеальная симуляция» на самом деле была бы идеальной копией, где «компьютер» — это законы вселенной. Но я не

Сначала я дам вам числовой ответ, потому что я потратил слишком много времени на изучение этой темы, чтобы претендовать на здравомыслие, и этот ответ пытается уловить суть того, что я исследовал. Для численного подхода, ответ на этот вопрос , примерно 10 ^ 120 бит энтропии во Вселенной. Чтобы сделать работу правильно, вам нужно собрать все эти данные. Для перспективы наши новые клыкастые 64-битные компьютеры не могут даже обрабатывать всю эту информацию. Этого не могут сделать даже наши сверхсовременные 128-битные и 256-битные суперкомпьютеры. Как только мы доберемся до 512-битных компьютеров, мы начнем двигаться вперед.

А теперь наслаждайтесь. Я изо всех сил старался сделать его интересным и беззаботным, но насколько я знаю, это интересно только моим извращенным чувствам.

Интересно, что ресурсы компьютера на самом деле не самая сложная часть.

Как человек, который довольно много работает с симуляциями, я всегда держу в голове цитату Джорджа Бокса. Более века назад он сказал самое верное утверждение о науке и моделировании, которое я когда-либо слышал. Я даже вывесил это на своей стене над рабочим компьютером:

Все модели ошибочны; некоторые полезны.

Когда ученые или инженеры создают симуляцию, мы всегда помним об этом. Это важный вопрос, потому что в какой-то момент кто-то спросит: «Что нам нужно сделать, чтобы идеально смоделировать этот конкретный сценарий?» Мы должны сделать шаг назад и объяснить, что такое симуляция, ее предсказательные возможности и ограничения.

В конце концов все эти дискуссии сводятся к одному термину: «верность». Нам нужно знать точность, которую мы должны достичь с помощью моделирования. В качестве примера позвольте мне привести вам симуляцию всей нашей вселенной, написанную на питоне.

t = 0.0 # seconds since the big bang
notDoneYet = True
state = "INIT"
while notDoneYet:
    if state == "INIT":
        print t, "Big bang occurred"
        state = "BOOMING"
    if state == "BOOMING" and t > 10**30:
        print t, "Crunching from gravitational collapse
        state = "CRUNCHING"
    if state == "CRUNCHING" and t > 10**31:
        print t, "Universe went splat, like a grape under a tire"
        notDoneYet = False # okay, we're done here
    t += 1 # advance time one step and keep going

Я привожу этот пример, потому что он явно не делает то, что вы хотите, но, возможно, его можно назвать симуляцией. Это делает его отличным стимулом для продвижения к тому, что вы действительно хотите от этой симуляции.

Марш к верности и бегство за сбором данных

Итак, чего вы действительно хотели от этой симуляции, так это возможности смоделировать будущее состояние Вселенной. Признайтесь, вы хотите предсказать будущее или хотя бы поместить его в бутылку, как светлячков, пойманных в сумерках. Итак, давайте начнем настаивать на том, что вы действительно хотите увидеть. Вы хотите иметь симуляцию с достаточной точностью, чтобы делать предсказания о состоянии Вселенной, чтобы, по крайней мере , смоделировать то, что мы видели раньше как часть человеческого существования. Мы установим планку, чтобы гарантировать, что я не заставлю вас читать еще дюжину строк бесполезного кода: симуляции, которые мы обсудим, должны быть в состоянии смоделировать человека с достаточной точностью, чтобы пройти тест Тьюринга. Это намного ниже «моделирования нашей вселенной».

Очевидно, нам понадобятся более продвинутые модели. Нам нужно будет смоделировать эластичность кожи человека, скорость роста волос, диаметр наших зрачков и так далее. Это очень важный побочный эффект повышения точности: вам нужно больше коэффициентов, чтобы понять его. Конечно, мы можем смоделировать вселенную с такими же законами, как у нас, но это будет не наша вселенная, если мы не исправим все важные детали. Максимальный и минимальный диаметр наших зрачков оказываются нетривиальной деталью: они определяют максимальную и минимальную диафрагму для наших глаз, что существенно влияет на качество образов, которые должен обрабатывать наш разум.

Сбор неудобных данных

Таким образом, мы можем пойти и измерить множество вещей. Мы можем определить, что мои зрачки могут варьироваться от 3 до 7 мм, а мои волосы растут со скоростью 1,23 см в год. Они довольно неинвазивны. Тем не менее, некоторые из наиболее важных деталей начинают казаться агрессивными. Когда я подойду к вам и во имя науки попрошу вскрыть вашу грудь, чтобы я мог измерить скорость сигналов в СА-узле вашего сердца, вы станете обидчивым. Можно даже сказать «нет!» Как я могу смоделировать вас, если я не могу получить данные?

Решение — поиск ненавязчивых измерений. Мы собираемся ввести новое правило: в рамках сбора данных мы не будем разрезать ничего твердого на части — мы будем только наблюдать за твердыми телами снаружи и пытаться измерить то, что находится внутри. Это позволит сохранить мир и, знаете ли, не навесить на вас ярлык сумасшедшего ученого и тому подобное.

Минимальная точность и приближение Хаоса

Так что очевидно, что мы не сможем получить такие же хорошие измерения снаружи, как и внутри. Мне будет намного легче собрать сущность твоего сердца, если я смогу держать ее в своих длинных тонких пальцах, вырванных из твоей груди, и медленно обнажать ее --- **кхм**, прости за это. Безумного ученого действительно трудно стряхнуть. Я собирался поддерживать группы. Это помогает говорить о моих чувствах.

Нам нужно выяснить, насколько точно мы должны измерять все. Если она недостаточно точна, она не будет достаточно точной моделью, чтобы пройти наш тест Тьюринга. Но что достаточно? Надеюсь, мы сможем найти какое-нибудь эмпирическое правило, например, «чтобы получить вывод с точностью X, вы должны измерить эти переменные с точностью Y». Должен быть один, верно?

Эдвард Лоренц тоже так думал в 1950-х годах. Он был метеорологом, изучающим математические модели погоды. Он построил игрушечный пример, потому что мир был слишком сложен. Он создал мир, в котором всегда светило солнце, без облаков, черт возьми, без надоедливых границ суши и моря, которые все усложняли. Это было даже достаточно любезно, чтобы дождь шел равномерно по всему земному шару, а не по полной погоде, которая у нас есть. Он сводил всю погоду к 10 итеративным правилам (по мне, так звучит как специалист по погоде!). Он запустил свою симуляцию и время от времени распечатывал данные, чтобы он мог видеть состояние переменных в симуляции. У него был один из тех удивительных древних матричных принтеров (хорошо, тогда они не были древними), который печатал на непрерывной подаче бумаги, поэтому он заставил сима распечатать состояние в одной строке: время,

Однажды он увидел поведение, которое было ему интересно, и захотел изучить его дальше. Он взял распечатку, ввел числа (чтобы начать с того же состояния) и сказал компьютеру работать с той же скоростью, что и раньше, но распечатывать числа с большей скоростью, чтобы он мог видеть больше данных (он пытался экономить бумагу, поэтому его первоначальная симуляция выводила не каждый временной шаг, а только каждые 10 или что-то в этом роде). Он нажал «вперед» на своем компьютере и ушел за кофе.

Вернувшись, он не узнал результатов. Там, где должно было быть солнечно, шел дождь. Там, где должно было быть холодно, стало жарко. Он решил, что в коде должна быть ошибка, но продолжал получать одни и те же результаты каждый раз, когда вводил числа.

Наконец он узнал, что произошло. Внутри компьютер отслеживал каждое число до 7 цифр. Однако на распечатке он напечатал только первые 4, чтобы все уместилось в одну строку. Он полагал, что эти последние несколько цифр будут шумными и в любом случае не будут иметь значения. Как же он ошибался.

Его работа была новаторской в ​​области хаотических систем. Что такое хаотическая система? Их трудно определить, но мне нравится использовать 3 «правила», которые довольно легко понять:

1. Он должен быть чувствителен к начальным условиям — небольшие возмущения вызывают дикие колебания
2. Это должно быть «топологически смешивающееся», что означает, что изменения в одной части системы быстро распространяются на изменения во всех других частях системы.
3. Она должна иметь «плотные периодические орбиты», что не так легко понять, как мне бы хотелось, поэтому я часто резюмирую это так: «она не должна быть полностью случайной — в системе должен быть какой -то порядок». подбрасывание монеты является случайным, но не хаотичным. Технический смысл этого скрыт за фразой «плотные периодические орбиты».

Лоренц показал, что большое количество полезных «нелинейных систем» могут демонстрировать хаотичное поведение, и модели погоды являются одной из них. Эти системы нельзя было предсказать, если вы точно не измерили их состояние . Это оказало огромное влияние на вычислительное моделирование окружающего мира, которое ощущается и по сей день.

Насколько непредсказуемо? Мне привели пример. Давайте представим, что вы можете разместить сетку датчиков, по одному на каждый кубический метр атмосферы в массивной сетке. Каждая из них может идеально уловить любое значение, о котором может когда-либо просить метеоролог, для той точки, в которой она находится. 1 января в 12:00 все датчики снимают показания. Эти данные передаются в самый мощный в мире суперкомпьютер, и он выдает прогнозы.

К 12:01 уже неправильно. Небольшие вихри, которые помещаются между сеткой датчиков, уже вызвали измеримые изменения в некоторых показаниях. Ко 2 января эти измерения уже приводят к тому, что несколько ключевых мест на Земле получают неправильные прогнозы. К 1 февраля вы буквально не сможете предсказать погоду лучше, чем без датчиков.

Копаясь в покое

Так что нам нужно снова надеть очки безумного ученого. О, хорошо! Они до сих пор подходят! Немного грязный, хотя нам нужно получить «идеальные» измерения всего, и мы собираемся сделать это со стилем.

Мы собираемся изобрести большого, слегка маниакального брата электронного микроскопа. Это будет рой наномашин, которые пронесутся по миру подобно гигантской волне. Когда рой сталкивается с материей, он рассекает ее, измеряет и продолжает движение. Извините за все, что попало под рой, но он должен разобрать вас навсегда. Трудно летать роем сквозь твердые тела, и нам нужно добраться до ваших неудобных кусочков, если мы собираемся победить Хаоса в его игре.

Теоретически, если бы вы могли сделать это достаточно быстро, вы могли бы зафиксировать точное состояние Вселенной за доли секунды (все 10^120 бит). Однако есть одна загвоздка. Мы действительно можем двигаться только так быстро. Если только вы не проникнете в каждый существующий объект перед измерением, вам придется измерять на ходу. Излишне говорить, что это деструктивное измерение травматично. Люди будут кричать, и для этого есть научный термин (помимо простого «Все за хороший день работы сумасшедшего ученого», конечно).

Симулированные автоматы постоянно сталкиваются с этой проблемой: необходимостью получать информацию из системы быстрее, чем вы можете это сделать на самом деле. У них есть очень мощный термин для описания того, что вам нужно для вашего безумного подхода ученого к работе: покой. Неподвижный объект — это тот, который не находится в процессе изменения формы, возбуждения нейронов или чего-либо еще. Он просто сидит там и позволяет вам разорвать его на части атом за атомом.

К сожалению, покой не является чертой, связанной с людьми. Как только вы начинаете грызть их пальцы своими наномашинами, электрические сигналы устремляются к мозгу, сообщая ему о проблеме. К тому времени, когда вы демонтируете мозг и проникнете в его секреты, он уже изменит свое состояние (вероятно, отражая травму конечности, растворяющейся у него на глазах). Неизвестно, как подтвердить это и выяснить, каким был этот мозг до того, как на сцену прибыли нано. Информация, необходимая для предсказания вселенной-которая-была, буквально уничтожается простой попыткой ее измерить. Все, что вы можете сделать, это предсказать поведение Вселенной, когда она разрывается на части наномашинами, атом за атомом.

Вниз в кроличью нору

Так как далеко это может зайти? Можно ли измерить состояние Вселенной, не разрушая ее? Что, если бы ваши измерительные устройства были действительно крошечными и могли проходить сквозь материю?

Ограничения этого подхода записаны в квантовой физике. Неопределенность Гейзенберга поднимает свою уродливую голову. По правилам квантовой механики, чем лучше вы знаете положение частицы, тем наихудшей может быть ваша наилучшая оценка ее скорости, потому что простой акт взаимодействия с ней классически меняет состояние системы непредсказуемым образом. Если мы не изобретем совершенно новый, невиданный ранее и невообразимый способ измерения квантово-механических систем, любая хаотическая система, которая обнаруживает квантово-механическое состояние как часть своей сущности, навсегда останется непредсказуемой просто потому, что мы не можем ее измерить. .

Итак, куда это нас ведет

У нас есть несколько выходов из этого затруднительного положения

1. QM - это только модель. Мы могли бы найти новые открытия, которые обесценивают QM и, возможно, дадут нам возможность построить наш симулятор. Кто знает! Это происходит в науке постоянно!
2. Стохастическое моделирование. Есть вещи, которые вы можете сделать, чтобы стохастически зафиксировать некоторые характеристики хаотической системы. Хотя они не могут предсказать будущее, они могут по крайней мере дать вам некоторую информацию, которую вы можете использовать для его формирования.
3. Голография и запутанность. Вы упомянули голографию, поэтому вполне логично, что она находится на дне кроличьей норы.

Голография — это не симуляция. Он просто утверждает, что информация, которую мы считаем трехмерной, может быть закодирована в двухмерной границе. Он не занимается моделированием, он просто хранит информацию. Однако это предполагает, что мир, каким мы его знаем, может храниться в объекте гораздо меньшего размера (действительно, в объекте меньшей размерности). По мере того, как эта информация развивалась, она выглядела как симуляция, но традиционно таковой не считалась, а скорее напоминала муравьиную ферму.

Так что здесь можно поиграть. Разделите все, что у нас есть, на запутанные пары частиц (здесь ВЕЛИКОЛЕПНО). Переместите одну из этих запутанных частиц в одно из этих двухмерных голографических изображений нашего мира. По законам физики эта структура будет продолжать развиваться так же, как и в трехмерном пространстве. Однако я не называю это симуляцией, потому что симуляции обычно представляют вещи с данными — эта структура на самом деле работает с реальными вещами , такими же реальными, как вы или я.

Если бы вы никогда не взаимодействовали за границей вашего 3-пространства и их голографического 2-пространства, вы никогда не почувствовали бы разницу. Оба мира будут развиваться одинаково. На самом деле, если вы все сделаете правильно, вы даже не сможете сказать, в каком мире вы находитесь, что очень похоже на Матрицу.

Однако это не симуляция. Допустим, мы смотрим в наш голографический хрустальный шар и что-то видим. Это «классическое наблюдение», означающее, что мы воздействовали на голографический мир на квантовом уровне. Поскольку мы запутались с ним, это означает, что мы также увидим квантовые эффекты в нашем мире, которые непротиворечивы. Простой акт попытки использовать этот хрустальный шар, чтобы увидеть будущее, буквально приведет к тому, что это будущее наступит, точно так же, как принцип самосогласованности Новикова делает для червоточин.

Курение кальяна с Caterpillar

Так куда это могло пойти? Что если отойти в сторону от скучных законов физики и поговорить литературной прозой. Если мы хотим, чтобы голограмма моделировала наш реальный мир, она должна действительно его моделировать. Это означает, что ни одна из сторон не знает, какая сторона голограмма, а какая настоящая. В противном случае они будут развиваться по-разному.

Итак, представьте себе мир с точки зрения ученого в любом мире. Голограмма будет иметь очень естественный вид: она будет похожа на зеркало. В конце концов, с обеих точек зрения он должен выглядеть как 2d-объект. Теперь давайте предположим, что Вселенная была симметричной, поэтому мы можем увидеть разницу — зеркальный мир отражает левое и правое. Это все, что мы знаем.

Сначала ученые были очарованы этим квантовым зеркалом. Вы можете протянуть руку и прикоснуться к ней, и почувствовать, как ваша собственная рука отталкивается от взаимодействия с зеркальной вселенной, гарантируя, что информация не будет перемещаться из одной вселенной в другую. Вы можете попытаться ударить себя по лицу, но вы быстро обнаружите, что просто ударяете кулак своего зеркала, поскольку вы оба одновременно наносите удар.

В конце концов новизна умирает. Со временем, без волнения, темная сторона берет верх. Кто из нас настоящий? задумались горожане, глядя на свое совершенное отражение. Обеспокоенным гражданам начинают сниться кошмары, когда они смотрят в зеркало, внезапно обнаруживают свою зеркальную улыбку и уходят без них. Страх быть голографической копией, а не быть «настоящим» пульсирует в обществе. Наконец, правительство закрывает просмотр голографического зеркала. Нет причин для такого расстройства, тем более, что физики утверждают, что через зеркало не может попасть новая информация.

В конце концов все успокаивается настолько, что правительство может ослабить железную хватку зеркала. Большая часть населения забыла о его существовании, и держать людей подальше от устройства, которое люди на самом деле не хотят посещать, обходится дорого. Развивается субкультура зеркальщиков, называющих это сродни медитации. Действительно, многие из них демонстрируют положительные признаки, связанные с медитацией. Это может быть просто медитация, и ничего больше.

Однажды вечером молодой человек идет вдоль зеркала после своего ежедневного ритуала боя с тенью в пространстве и времени. Остальные наблюдатели уже ушли. В то время как все знают, что физики говорят, что зеркало ничего не может с вами сделать, слухов и анекдотов о странных мерцающих ощущениях, которые испытывают те, кто находится рядом с зеркалом, когда солнце садится, было достаточно, чтобы заставить созерцателей держаться на расстоянии от зеркала ночью. Нет смысла делать что-то, что нарушит медитативное просветление, к которому они стремятся.

Но темнота приторна . Этот человек уже несколько раз посещал зеркало в сумерках. Бой с тенью был таким же. Каждый раз, когда он применял силу к зеркалу, оно применяло силу в ответ, светлую или темную. Но почему-то ощущения были другие. Может быть, это было просто потому, что некому было наблюдать за ним.

Он размотал свои бинты, и странное чувство охватило его, возникнув глубоко в его душе. Он вздрогнул, но ощущение осталось. Он посмотрел в зеркало, и оно посмотрело в него. Зеркало смотрело в него, и он смотрел в него.

Подняв руку к поверхности зеркала, он провел линию так нежно, что не подумал бы, что в его руках еще осталась такая мягкость. Когда он гладил зеркало, а оно гладило его, на зеркале образовалась рябь. Вселенная на другой стороне искривлялась и растягивалась, как рябь на стеклянном пруду. Рука в зеркале сгибалась и тянулась вместе с ними. Возможно, его рука тоже, но когда он снова обратил внимание на свою руку, и она, и зеркало снова были гладкими и нетронутыми.

Он посмотрел в зеркало, и оно посмотрело в него. Зеркало смотрело в него, и он смотрел в него. Возможно, в другую ночь он мягко коснется зеркала, и пусть оно мягко коснется его. Он развернулся и ушел от своего дуала, чтобы лечь спать.

Эта небольшая сцена может иметь резкий запах кальяна, наполненного слишком большим количеством веществ, но она показывает что-то, по крайней мере, косвенно связанное с реальностью. Если вы хотите, чтобы симуляция отражала ваш мир, она должна идеально совпадать. Высвобождение всего, что не было правильно захвачено процессом создания голограммы, разрушило бы запутанность, возможно, навсегда.

Наука приложит все усилия, чтобы этого не допустить. Каждый бит физики будет учитываться при создании этой голографической симуляции/зеркала. Однако на сегодняшний день никто по-настоящему не нашел научного способа проникнуть в душу. У науки может просто не быть способа сделать это. В душе могут быть вещи, которые действительно могут проникнуть через идеальное голографическое зеркало и запутаться со своим партнером способами, не предсказанными физикой.

Это не было бы чем-то, что видно открыто. Это было бы что-то настолько глубоко укоренившееся в душе, что у науки никогда не было бы возможности измерить это. Это было бы что-то, чего не выкопаешь силой, только временем и терпением.

Каково это, когда что-то столь первозданное открывается из глубины твоей души? Что будет, если твердый барьер зеркала сломается или разобьется? Это, безусловно, должно было отразиться на вашей душе, когда вы это сделаете. Внутри что-то треснуло или сломалось. Кажется, что симметрия играет роль в таких вещах.

И, говоря словами Форреста Гампа, «это все, что я могу сказать по этому поводу».

Спасибо, что читаете бред разума. Я ухожу с музыкальным видео для вашего удовольствия: Shatter Me Линдси Стирлинг (feat. Lzzy Hale)