Füüsikud on tõestanud, et maatriksit pole olemas. Teadlased on ümber lükanud teooria meie universumi ebareaalsuse kohta
Kui Tesla ja SpaceXi asutaja Elon Musk lõid Code Code 2016 ajal lärmi, kuulutades suure tõenäosusega, et inimkond eksisteerib tehislikus virtuaaluniversumis, reageeris avalikkus väga tugevalt. The Matrixi fännid olid rõõmsad, teised aga kohkunud. Paraku on uued uuringud näidanud, et miljonite inimeste eksisteerimist reaalsuse simulatsioonis toetavat superarvutit pole olemas ega saagi olla. Asi pole filosoofias ega erilises eluvaatluses – vaid paljalt faktid.
Kas Maatriks on vale?
Teoreetiliste füüsikute hiljutine uuring aastast Oxfordi ülikool mis avaldati ajakirjas Teaduslikud edusammud alles eelmisel nädalal kinnitab lõpuks, et elu ja reaalsus ei ole arvutisimulatsioonide tooted. Zohar Ringeli ja Dmitri Kovrizhi juhitud teadlased jõudsid sellele järeldusele pärast seda, kui märkasid uut seost gravitatsioonianomaaliate ja kvantarvutite keerukuse vahel.
Simuleeritud universumiteooria pooldajad, nagu Musk ise ja populaarne astrofüüsik Neil Degrasse Tyson, osutavad sageli kaasaegsete arvutisüsteemide üha suurenevale võimekusele kui tõendile, et reaalsust on võimalik jäljendada. Kontseptsioonis simuleeritud universum, mis sai populaarseks tänu Briti filosoofile Nick Bostromile juba 2003. aastal, on tõenäoline, et hüpoteetilises tulevikus on kõrge arenenud tsivilisatsioonid töötab välja realistlikud virtuaalsed simulatsioonid, mis loovad illusiooni möödunud ajastutest. Meie jaoks on see “minevik” üsna käes ja simulatsioone endid oleks paslik võrrelda Arvutimängud, taasloodes ka interaktiivseid pilte iidsetest tsivilisatsioonidest.
Uue uuringu kohaselt näevad teadlased aga sellise keeruka simulatsiooni loomist isegi teoreetiliselt võimatuna. Põhjus on lihtne: meile teadaolevas universumi osas pole lihtsalt elemente, mis suudaksid moodustada nii suure arvutusvõimsusega mehhanisme, et modelleerida midagi nii kolossaalset.
Reaalsus või simulatsioon: füüsika vs väljamõeldis
Oxfordi meeskond esitas küsimuse: kas on võimalik ehitada piisavalt võimas ja keeruline arvutisimulatsioon, et näidata paljude füüsiliste kehade kvantmõjusid? Neile, kes on kvantfüüsikaga vähe kursis, selgitame, et meie universumis on kvantide omavaheliste interaktsioonide arv nii suur, et see lihtsalt trotsib kirjeldust. Täpsemalt katsetasid teadlased kvant-Halli efektina tuntud anomaaliat Monte Carlo meetodi abil, mis on arvutustehnika, mis kasutab keeruliste kvantsüsteemide uurimiseks juhuslikku valimit.
Teadlased leidsid, et aines esinevate kvantnähtuste täpseks modelleerimiseks peab süsteem olema äärmiselt keeruline. See keerukus suurenes plahvatuslikult, kui kogu pildi modelleerimiseks vajalike osakeste arv suurenes. Selle tulemusena sai selgeks, et see võimatu puhtfüüsiliselt – ja seda hoolimata asjaolust, et füüsikud võtsid oma arvutustesse vaid osa inimkonnale teada maailm, mitte kogu universum. Teadlased rõhutasid, et täieliku teabe salvestamiseks kasvõi paarisaja elektroni kohta on vaja arvutimälu, millel on rohkem, kui maailmas saadaval on. Siiski ei saa välistada võimalust, et mõned füüsiline vara(see tähendab hüpoteetilise simulatsiooni iseloomustamist) loob konkreetselt takistuse paljude osakeste kvantsüsteemide tõhusale klassikalisele simulatsioonile, " kirjutavad nad.
Teadlaste näidatud füüsiline piiratus on täiesti piisav, et tühistada kõik hüpoteesid superintellekti kohta, sundides inimesi elama tohutus arvutisimulatsioonis. Vastupidiselt Muski või Tysoni väidetele on inimkonna saavutused ilmselt ikkagi inimeste endi ja nende vaevarikka töö teene, mitte eelnevalt kirjutatud programm, mis juhib inimkonna arengut ülaltpoolt seatud kursil.
Siiski ei saa väita, et inimene on Universumit nii hästi tundnud, et selliseid väiteid 100% kindlusega teha. Tõenäosuste, isegi fantastiliste, eeldamine on üks omadusi, mille tõttu inimesed teevad teaduses üha uusi läbimurdeid, nihutades „võimatu“ piiri ikka ja jälle kaugemale ja kaugemale.
Kas tõesti on võimalik omada nullenergiaga liikuvat füüsilist objekti? Terve mõistuse seisukohalt on see võimatu, sest liikumine ise on kineetiline energia. Selline ilmselge füüsiline fakt, seadis kahtluse alla kvant-aegruumi kristallide kontseptsiooni, mille pakkus välja 2012. aastal füüsik ja Nobeli preemia laureaat Frank Wilczek Massachusettsist. Tehnoloogiainstituut. Need aegruumi kristallid on teoreetilised kvantsüsteemid, mis võnguvad perioodiliselt standardolekus ehk madalaima energiaga olekus.
Idee luua kvantruum-aegkristall osutus nii atraktiivseks, et rühm füüsikuid California ülikool Berkeleys tegi ta isegi ettevalmistusi eksperimentaalse seadistuse loomiseks, milles rõngakujulisse ioonilõksusse püütud kaltsiumiioonid mängisid kristalli rolli. Äärmiselt nõrkade mõju all magnetväli kaltsiumiioonid pidid alustama aeglast pöörlemist, olles samal ajal madalaima energiaga olekus. Teoreetiliselt võib sellise süsteemi pöörlemine kesta lõputult, isegi pärast Universumi termilist surma, sest selline süsteem ei neela ega kiirga energiat.
Kuid nagu igal eksootilisel füüsikateoorial, on ka aegruumi kristallide teoorial lisaks järgijatele ka tulihingelisi vastaseid. Selle teooria üks vastaseid on kuulus füüsik Patrick Bruno (Patrick Bruno), kes töötab Euroopa sünkrotronkiirguse rajatise laboris, mis asub Prantsusmaal Grenoble'is. Bruno on korduvalt välja toonud mõned "augud" aegruumi kristallide teoorias ja mitte nii kaua aega tagasi ei jätnud ta sellest teooriast kivi kivi peale, luues oma "peatusteooria", mis välistab täielikult võimaluse, et kristallide lõpmatu pöörlemine. lai standardolekus paiknevate süsteemide klass, mida võib nimetada aegruumi kristallideks.
Bruno teooria kohaselt on aegruumi kristallide kontseptsioonil kaks peamist puudust. Esiteks, pöörlev solitron (ühe laine impulss), mida Vilkzek oma mudelis kirjeldab, ei ole standardses, vaid kõrgema energiaga olekus. Teiseks süsteem, mis teeb pöörlev liikumine, olgugi et standardseisundis, suudab kiirata energiat ümbritsevasse ruumi kujul elektromagnetlained, mis iseenesest on vastuolus energia jäävuse seadusega.
Oma teooria peamise argumendina demonstreerib Bruno, et magnetlõksu rõnga ümber kvantosakestest koosneva ringsüsteemi käivitamine suurendab igal juhul kogu süsteemi energiat, viies selle standardsest kõrgema energiaga olekusse. Bruno usub, et sellest annab tunnistust Nobeli preemia laureaadi Anthony Leggetti töödes kirjeldatud pöörlevate süsteemide kirjeldus, kes uuris pöörlevate supervedelike, lõpmatu voolukoefitsiendiga vedelike omadusi.
Bruno arvab, et tema esimene argument ei tohiks olla üllatav, sest teise Nobeli preemia laureaadi Walter Kohni 1964. aastal välja töötatud teooria väidab, et isoleermaterjalid on magnetvoogude ja nende muutumise suhtes täiesti tundetud. Kuna kvantruum-aeg-kristalle modelleeritakse Wigner-kristallidena ja Wigneri kristallid on teadaolevalt isolaatorid, ei saa magnetvoog ja magnetväli panna aegruumi kristallisüsteemi pöörlema.
"Usun, et oma "peatusteooriat" arendades panin punkti pöörlevate aegruumi kristallide olemasolu võimalikkuse teooriale. Mul on kahju, et suur osa minu ja teiste teadlaste ajast kulus sellele. see esialgu vale teooria.Ma ei kavatse selles suunas tööd jätkata, aga kui keegi pakub välja alternatiivseid võimalusi, mis ei lähe vastuollu olemasolevad teooriad, tulen hea meelega selle teema juurde tagasi,“ kirjutab Bruno.
Märkide säilitamise toimingud kahemõõtmelisel ruudustikul
Zohar Ringel, Dmitri L. Kovrizhin / Teaduse edusammud
Mõnes kvantsüsteemis on märgiprobleem põhimõtteliselt lahendamatu. See tähendab, et neid ei saa klassikalistes arvutites tõhusalt simuleerida. Kaks füüsikut, sealhulgas üks Kurtšatovi Instituudist, on näidanud, et selline probleem tuleneb gravitatsioonilistest anomaaliatest bosonilise vabadusastmega süsteemides, näiteks osalise Halli efekti tõttu. Ajakirjas avaldatud artikkel Teaduse edusammud.
Traditsiooniliselt arvatakse, et kõiki probleeme, mida saab klassikalises arvutis tõhusalt lahendada, saab sama tõhusalt lahendada ka kvantarvuti, aga mitte vastupidi. Näiteks ei ole veel leitud tõhusaid klassikalisi simulaatoreid paljudele bosonilise vabadusastmega süsteemide jaoks, mis tekivad loomulikult interakteeruvate kvant-mitmekehasüsteemide (kvant-mitmekehasüsteemide) mudelite uurimisel. V uus töökoht teadlased on näidanud, et selliste simulatsioonide puudumine ei tulene mitte teadlaste leidlikkuse puudumisest, vaid nende olemasolu põhimõttelisest võimatusest.
Artikli autorid märgivad, et klassikaliste simulatsioonide võimatuse tõestamine üldiselt on halvasti määratletud probleem. Seetõttu näitasid nad, et põhimõttelised probleemid tekivad valdkonna levinuima numbrilise uurimismeetodi, kvant-Monte Carlo meetodi, kasutamisel. Selle meetodi peamine tööriist on genereeriv funktsioon (jaotusfunktsioon , ei tohiks segi ajada statistilise mehaanika partitsioonifunktsiooniga). Seda teades on diferentseerimise abil lihtne leida süsteemi korrelatsioonifunktsioone. Selgub aga, et funktsionaalse arvutamine ei ole alati võimalik märgiprobleemi tõttu, kui integrandide faasid muutuvad kiiresti.
Füüsiku tõestuse põhiidee põhineb anomaaliate kontseptsioonil. Anomaaliad on omapärased efektid, mis tekivad siis, kui klassikalise väljateooria tasemel esinevat sümmeetriat rikutakse kvantväljateooria tasemel. Nii tavalist Halli efekti kui ka temperatuuri (Rigi-Leduci efekt, termiline Halli efekt) saab mõista anomaaliate – laengu ja gravitatsiooni (gravitatsioonianomaalia, omadussõna "gravitatsiooniline") kaudu ilmneb teooria üldise kovariatsiooni tõttu, mitte aga mitte. gravitatsioonimõjude tõttu) vastavalt.
Sageli, kui seostada anomaalseid teooriaid staatiliste gabariidiväljadega, leitakse, et gabariidivälja voolud põhjustavad keeruliste faasitegurite ilmnemist genereerivas funktsioonis. See muudab võimatuks genereeriva funktsiooni konstrueerimise ilma märgiprobleemita, milles keerulised faasid on definitsiooni järgi keelatud. Alati see aga nii ei ole ja vastunäiteid on erinevaid. Peensus seisneb selles, et keerulised faasid võivad tekkida mitte algses teoorias, vaid mõõtevälja voo lisamise tulemusena.
Tõestuse, et klassikalise genereeriva funktsionaali puhul 2 + 1-dimensioonilises teoorias bosonilise fraktsionaalse kvant-Halli efekti tasapinnal või torus on võimatu vabaneda märgiprobleemist, viisid füüsikud läbi kolmes etapis. Esiteks tegid nad kindlaks gravitatsioonianomaaliad põhjus kiraalsed ergastused uuritava mahu piiril. Seejärel näitasid nad, et selles teoorias on ruumiliselt isoleeritud kiraalne kanal keelatud eeldusel, et tõlkeoperaator ja Perron-Frobeniuse operaator ei ole negatiivsed. Samal ajal viib märgita genereeriva funktsiooni olemasolu (st selline, milles märgiprobleem puudub) nende operaatorite mittenegatiivsuseni. Seega annab saadud vastuolu tunnistust selle teooria märgiprobleemist möödahiilimise võimatusest.
Seejärel vaatlesid füüsikud frustreeritud kvantsüsteeme, milles ajasümmeetria spontaanse katkemise (aja-pöörde sümmeetria) tõttu ilmnevad olekud, mis on sarnased fraktsionaalse Halli efektiga tekkivate olekutega. Näiteks kuuluvad selliste süsteemide hulka Kagome kvantantiferromagnetid. Üldjuhul kehtivad ülaltoodud kaalutlused nende kohta, kuigi tuleb teha mõned täiendavad mikroskoopilised eeldused.
Seega on teadlased näidanud, et laia klassi kvantsüsteemide puhul on kvant-Monte Carlo meetodi abil arvutamisel põhimõtteliselt võimatu märgiprobleemist lahti saada. See tähendab, et selliseid süsteeme ei saa tavapäraste klassikaliste arvutite abil tõhusalt simuleerida. Võib-olla saab sellest takistusest tulevikus üle kvantarvutite abil.
Hiljuti rääkisime sellest, kuidas füüsikud lahendasid märgiprobleemi närvivõrgu abil 1 + 1-dimensioonilises Thirringi mudelis.
Dmitri Trunin
Hüpoteesi meie universumi arvutisimulatsioonist esitas 2003. aastal Briti filosoof Nick Bostrom, kuid see on juba saanud oma järgijaid Neil deGrasse Tysoni ja Elon Muski isikus, kelle sõnul on hüpoteesi tõenäosus peaaegu 100%. . See põhineb ideel, et kõik meie universumis eksisteeriv on simulatsiooni tulemus, nagu Matrixi triloogia masinatega tehtud katsed.
Simulatsiooni teooria
Teooria viitab sellele, et piisava arvu suure arvutusvõimsusega arvutite olemasolul on võimalik kogu maailma üksikasjalikult simuleerida, mis on nii usutav, et selle elanikud on teadlikud ja intelligentsed.
Nende ideede põhjal võime oletada: mis takistab meil juba arvutisimulatsioonis elamast? Võib-olla viib sarnase katse läbi mõni arenenum tsivilisatsioon, kes on saanud vajalikud tehnoloogiad ja kogu meie maailm on simulatsioon?
Paljud füüsikud ja metafüüsikud on juba loonud veenvaid argumente idee kasuks, viidates erinevatele matemaatilistele ja loogilistele anomaaliatele. Nende argumentide põhjal võib eeldada kosmosearvuti mudeli olemasolu.
Idee matemaatiline ümberlükkamine
Kaks füüsikut Oxfordist ja Jeruusalemma Heebrea ülikoolist Zohar Ringel ja Dmitri Kovrizhin tõestasid aga sellise teooria võimatust. Nad avaldasid oma leiud ajakirjas Science Advances.
Kvantsüsteemi modelleerides leidsid Ringel ja Kovrizhin, et vaid mõne kvantosakese simuleerimine nõuaks tohutuid arvutusressursse, mis kvantfüüsika olemuse tõttu suureneksid eksponentsiaalselt koos simuleeritud kvantide arvuga.
20 keeruliste kvantosakeste käitumist kirjeldava maatriksi salvestamiseks on vaja terabaiti RAM-i. Ekstrapoleerides neid andmeid vaid mõnesaja keerutusega, leiame, et nii suure mäluga arvuti ehitamiseks kuluks rohkem aatomeid, kui on. koguarv universumis.
Teisisõnu, arvestades meie vaadeldava kvantmaailma keerukust, saab tõestada, et mis tahes kavandatud universumi arvutisimulatsioon ebaõnnestub.
Või äkki on see simulatsioon?
Teisest küljest jõuab inimene filosoofilist arutluskäiku jätkates kiiresti küsimuseni: "Kas on võimalik, et arenenumad tsivilisatsioonid panevad selle kvantmaailma keerukuse tahtlikult simulaatorisse, et meid eksiteele juhtida?" Dmitri Kovrizhin vastab sellele:
See on huvitav filosoofiline küsimus. Kuid see on väljaspool füüsika ulatust, nii et ma eelistan seda mitte kommenteerida.
