آیا ما در یک شبیه‌سازی زندگی می‌کنیم؟ احتمال آن تقریبا ۵۰-۵۰ است.

معمول نیست که یک کمدین، هنگام بحث در مورد قوانین ­فیزیک با یک اخترفیزیکدان، مو به تن او سیخ کند. اما چک ­نایس­ کمدین در قسمت ­اخیر پادکست ستارتالک (Star Talk) این کار را کرد.

نیل دگراس تایسون، میزبان برنامه، استدلال­ شبیه­سازی را توضیح داد- این ایده که ما می­توانیم موجوداتی­ مجازی باشیم که در یک شبیه­سازی رایانه­ای زندگی می­کنیم.

در این صورت، شبیه­‌سازی به احتمال­ زیاد، به جای این که تمام واقعیت‌ها را به طور مداوم شبیه سازی کند، ادراک واقعیت­‌ها را در صورت تقاضا ایجاد می­‌کند. بسیار شبیه به یک بازی ­ویدیویی بهینه شده که فقط قسمت­‌های قابل­ مشاهده در صحنه برای بازیکن را ارائه می­کند. نایس گفت: “شاید به همین دلیل است که ما نمی‌­توانیم سریع­تر از سرعت ­نور، سفر کنیم، زیرا اگر می­توانستیم، می­‌توانستیم به کهکشانی دیگر برویم، “مجری­ دیگر برنامه تایسون را وا می­دارد که با خوش‌رویی صحبت را قطع کند. اختر فیزیکدان خوشحال در مورد این فکر، گفت: “قبل از اینکه بتوانند آن را برنامه‌ریزی کنند “.” بنابراین برنامه‌نویس این محدودیت را می‌گذارد”.

چنین مکالمه‌­هایی ممکن است ساده به نظر برسد. اما از زمانی که نیک­ بوستروم از دانشگاه آکسفورد، مقاله­‌ای اساسی درباره استدلال شبیه­‌سازی در سال ۲۰۰۳ نوشت، فلاسفه، فیزیکدانان، فن­آوران و بله، کمدین‌ها با این ایده که واقعیت ما یک شبیه‌­سازی است، در کشمکش هستند. برخی سعی کرده‌اند روش­‌هایی را شناسایی کنند که به وسیله آن­ها تشخیص دهیم که آیا موجودات شبیه‌­سازی شده هستیم یا نه. برخی سعی کرده­‌اند احتمال موجودیت مجازی ما  را محاسبه کنند. اکنون یک تحلیل­ جدید نشان می­‌دهد احتمالات این که ما در یک واقعیت پایه زندگی می­‌کنیم – به معنای وجودی که شبیه‌سازی نشده است- تقریباً یکسان هستند. اما این مطالعه همچنین نشان می­‌دهد اگر انسان­‌ها توانایی شبیه‌­سازی موجودات آگاه را پیدا کنند احتمالات تماما به نفع ما تغییر می­‌کند، همچنین، ساکن مجازی بودن در رایانه شخصی دیگر. (نکته قابل­ توجه در مورد این نتیجه­‌گیری این است که توافق کمی در مورد معنای اصطلاح “آگاهی” وجود دارد، چه رسد به اینکه چگونه ممکن است کسی آن را شبیه­‌سازی کند).

در سال ۲۰۰۳، بوستروم، تمدنی ماهر از نظر فنی را تصور کرد که دارای قدرت محاسباتی بی­‌نظیری است و به بخشی از این قدرت برای شبیه‌­سازی واقعیت­‌های جدید با موجودات آگاه در آن نیاز دارد.

با توجه به این سناریو، استدلال شبیه­‌سازی او نشان داد که حداقل یک گزاره در سه گانه زیر باید درست باشد:

اولاً، انسان­‌ها تقریباً همیشه قبل از رسیدن به مرحله شبیه‌­سازی، منقرض می­‌شوند. دوم، حتی اگر انسان­‌ها به آن مرحله برسند، بعید به نظر می­‌رسد علاقه­‌مند به شبیه­‌سازی گذشته اجدادی خود باشند و سوم، احتمال اینکه ما در یک شبیه­‌سازی زندگی می­‌کنیم نزدیک به یک است.

قبل از بوستروم، فیلم ماتریکس قبلاً سهم خود را برای رواج مفهوم واقعیت‌­های شبیه‌­سازی شده انجام داده بود  و این ایده ریشه­‌های عمیقی در سنت­‌های فلسفی غربی و شرقی دارد، از تمثیل غار افلاطون گرفته تا رویای پروانه ژوانگ ژو. اخیراً، ایلان ماسک سوخت بیشتری به این مفهوم که واقعیت ما شبیه‌سازی است، داد: وی سال ۲۰۱۶ در یک کنفرانس گفت: “احتمال اینکه در واقعیت پایه قرار داشته باشیم یک در میلیارد است.”

دیوید کیپینگ ستاره‌شناس از دانشگاه کلمبیا می­‌گوید: “اگر تصور کنید که گزاره­‌های یک و دو در سه‌­گانه‌ها نادرست باشد، ماسک درست می­‌گوید” “چگونه می­‌توانید این را فرض کنید؟”

برای لمس بهتر استدلال شبیه­‌سازی بوستروم، کیپینگ تصمیم گرفت که به استدلال بیزی(Bayesian) متوسل شود. در این نوع تجزیه­ و ­تحلیل از قضیه بیز استفاده می­شود که به نام توماس بیز، آماره‌­شناس و وزیر قرن ۱۸ انگلیسی است.

تجزیه ­و ­تحلیل بیزی به شما این امکان را می­‌دهد که با در نظر گرفتن فرض‌ها­یی در مورد آن چیزی که تجزیه و تحلیل می­‌شود (احتمال  “پیشین” نام دارد )، احتمال وقوع آن (احتمال “پسین” نام دارد) را محاسبه کنید.

کیپینگ با تبدیل سه­گانه­‌ها به یک معما آغاز کرد. او گزاره­‌های یک و دو را یک جمله کرد، زیرا در هر دو مورد، نتیجه نهایی این است که هیچ شبیه‌­سازی وجود ندارد. بنابراین، معضل فرضیه فیزیکی (هیچ شبیه‌سازی وجود ندارد) را در برابر فرضیه شبیه‌­سازی قرار می‌­دهد(یک واقعیت پایه وجود دارد – و شبیه‌سازی‌هایی نیز وجود دارد). کیپینگ می­‌گوید: “شما فقط به هر یک از این مدل­‌ها احتمال­ قبلی را اختصاص می­‌دهید.”ما فقط اصل بی­‌تفاوتی را فرض می‌­کنیم، که یک پیش‌­فرض برای زمانی است که شما به هیچ‌وجه داده یا تمایلاتی نداشته باشید.”بنابراین هر فرضیه احتمال قبلی ۲/۱ را می­‌گیرد، درست مثل وقتی که یک نفر با توجه به روی سکه برای شرط­‌بندی تصمیم­‌گیری می­‌کند. مرحله بعدی تجزیه و تحلیل نیاز به تفکر در مورد واقعیت­‌های “متفرقه” – آن­‌هایی که می­‌توانند واقعیت‌­های دیگری ایجاد کنند – و واقعیت‌های “پوچ” – واقعیت‌­هایی که نمی­‌توانند واقعیت­‌های زاییده شده را شبیه­‌سازی کنند.

اگر فرضیه­ فیزیکی درست باشد، محاسبه احتمال اینکه ما در یک جهان­ پوچ زندگی می­‌کنیم آسان خواهد بود: ۱۰۰ درصد خواهد بود. کیپینگ سپس نشان داد که حتی در فرضیه شبیه­‌سازی، بیشتر واقعیت­‌های شبیه­‌سازی شده پوچ هستند. دلیل این امر آنست که وقتی شبیه‌­سازی­‌ها، شبیه­‌سازی می­‌کنند، منابع محاسباتی موجود برای هر نسل بعدی تا حدی کاهش می‌­یابد  تا جایی که اکثر واقعیت‌­ها مواردی خواهند بود که قدرت محاسباتی لازم برای شبیه‌سازی واقعیت­‌های زایشی که توانایی میزبانی موجودات آگاه را دارند، ندارند. همه این­‌ها را به یک فرمول بیزی وارد کنید و جواب به دست­ می‌­آید: احتمال پسین که ما در واقعیت پایه زندگی می­‌کنیم تقریباً مشابه احتمال پسین شبیه‌­سازی بودن ما است – با احتمالاتی اندک متمایل به واقعیت پایه. اگر انسان شبیه­‌سازی  موجودات هوشیار درون آن را انجام داده باشد، این احتمالات به طرز چشمگیری تغییر خواهد کرد، زیرا چنین اتفاقی، احتمالاتی را که قبلاً به فرضیه فیزیکی اختصاص داده بودیم تغییر می­‌دهد.

شما فقط می­‌توانید این [فرضیه] را بلافاصله منتفی کنید. کیپینگ می‌گوید: ” پس فقط فرضیه شبیه‌­سازی برای شما باقی مانده است. “روزی که ما این فناوری را ابداع کنیم، احتمالات را کمی به بهتر از ۵۰-۵۰  که با توجه به محاسبات، ما واقعی هستیم، مطمئناً واقعی نیستیم، می­‌رساند. آن روز جشن بسیار عجیبی از نبوغ ما خواهد بود”. نتیجه تحلیل کیپینگ این است که، با توجه به شواهد موجود، ماسک در مورد احتمال یک در میلیارد که درباره زندگی ما در واقعیت پایه توصیف می­‌کند، اشتباه می‌کند. بوستروم با نتیجه موافق است – با برخی از هشدارها: “این با استدلال شبیه‌سازی ، که فقط چیزی راجع به انشعاب ادعا می‌کند ، مغایرتی ندارد” این ایده که یکی از سه گزاره سه گانه درست است.

اما بوستروم با انتخاب کیپینگ برای اختصاص احتمالات مساوی قبلی به فرضیه فیزیکی و شبیه سازی، در ابتدای تجزیه و تحلیل، مشکل دارد. وی می­‌گوید: “استناد به اصل بی‌­تفاوتی در اینجا بسیار متزلزل است.”

“می‌توان آن را به همان اندازه با استفاده از سه گزینه اصلی من استناد کرد، که به هر یک از آن‌ها، یک سوم فرصت می‌دهد. یا می­‌توان فضای احتمال را به روشی دیگر درآورد و هر  نتیجه‌ای را که مدنظر است به‌­دست آورد. “چنین ادعاهایی معتبر است زیرا هیچ مدرکی برای اثبات ادعای دیگران وجود ندارد. اگر بتوانیم شواهدی از یک شبیه­‌سازی پیدا کنیم، این وضعیت تغییر خواهد کرد. پس آیا می­‌توانید یک اشکال در ماتریکس را تشخیص دهید؟ هومن اوحدی، متخصص ریاضیات محاسباتی در انستیتوی فناوری کالیفرنیا، در مورد این سوال فکر کرده است. “اگر این مورد قابل تشخیص باشد، شما باید از این اصل که منابع محاسباتی محدود دارد، شروع کنید”. دوباره به بازی­‌های ویدیویی فکر کنید، بسیاری از آن­‌ها به برنامه‌­نویسی هوشمندانه متکی هستند تا محاسبات مورد نیاز برای ساخت یک دنیای مجازی را به حداقل برسانند. برای اوحدی، امیدوارکننده­‌ترین راه برای جستجوی پارادوکس­‌های بالقوه ایجاد شده توسط چنین میان‌برهای محاسباتی، آزمایش­‌های فیزیک کوانتوم است. سیستم­‌های کوانتومی می­‌توانند در یک برهم‌نهی از حالت­‌ها وجود داشته باشند و این برهم­‌نهی توسط یک انتزاع ریاضی به نام تابع‌­موج توصیف می‌شود. در مکانیک کوانتوم استاندارد، عمل مشاهده باعث می­‌شود که این عملکرد موج به طور تصادفی به یکی از حالت­‌های احتمالاتی متعدد  رمبش کند. فیزیکدانان در مورد اینکه روند رمبش چیزی واقعی است یا فقط تغییر در دانش ما در مورد سیستم را منعکس می‌­کند ، اختلاف­ نظر دارند. اوحدی می­‌گوید: “اگر این فقط یک شبیه‌­سازی ناب باشد، هیچ رمبشی وجود ندارد”.

“وقتی همه چیز وقتی به آن نگاه می­‌کنید تعیین می­‌شود، بقیه فقط شبیه­‌سازی است، مانند وقتی که این بازی­‌های ویدیویی را انجام می‌دهید “. به همین منظور، اوحدی و همکارانش روی پنج تغییر مفهومی از آزمایش دو شکاف کار کرده‌­اند که هر کدام برای شروع یک شبیه‌­سازی طراحی شده­‌اند. اما او اذعان می­‌کند که در این مرحله نمی‌­توان فهمید که آیا چنین آزمایشاتی می­‌توانند کارساز باشند. زهره داوودی، فیزیکدان دانشگاه مریلند، کالج پارک، نیز از این ایده استفاده کرده ­است که شبیه‌­سازی با منابع محاسباتی محدود می­‌تواند خود را نشان دهد. کارهای او بر تعاملات قوی یا نیروی هسته‌­ای قوی – یکی از چهار نیروی اساسی طبیعت – متمرکز است. معادلات توصیف­ کننده فعل و انفعالات قوی، که کوارک‌­ها را برای تشکیل پروتو‌‌‌ن‌­ها و نوترون­‌ها در کنار هم نگه می‌دارد، آنقدر پیچیده است که نمی­‌توان آن­‌ها را به طور تحلیلی حل کرد. برای درک تعاملات قوی، فیزیکدانان مجبور به انجام شبیه‌سازی­‌های عددی هستند. و برخلاف هر ابرتمدن قلمداد شده­‌ای که دارای قدرت محاسبات بی حد و حصر است، آن­‌ها باید به میان‌برها متکی باشند تا شبیه­‌سازی­‌ها از نظر محاسباتی بادوام باشند – معمولاً با در نظر گرفتن فضا زمان به صورت گسسته به جای پیوسته. پیشرفته‌­ترین نتیجه­‌ای که محققان موفق شده‌­اند تاکنون از این رویه به دست آورند، شبیه­‌سازی یک هسته هلیوم منفرد است که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است. “داوودی می‌گوید:”طبیعتا ، شما شروع به پرسش می­‌کنید، اگر امروز یک هسته اتمی را شبیه­‌سازی کردید، شاید در عرض ۱۰ سال، ما بتوانیم این کار را برای یک هسته بزرگتر انجام دهیم. شاید در طی ۲۰ یا ۳۰ سال، ما بتوانیم این کار را برای  یک مولکول انجام دهیم. در طی ۵۰ سال، چه کسی می‌داند، شاید شما بتوانید آن را برای چند اینچ ماده انجام دهید. شاید در طی ۱۰۰ سال یا بیشتر، بتوانیم آن را برای مغز [انسان] انجام دهیم”. داوودی فکر می­‌کند که رایانه­‌های کلاسیک به زودی به مشکل برمی­‌خورند. او می‌­گوید: “شاید در ۱۰ تا ۲۰ سال آینده، در واقع محدودیت­‌های شبیه‌سازی کلاسیک خود از  سیستم‌های فیزیکی را خواهیم دید”. بنابراین، او نگاه خود را به محاسبات کوانتومی معطوف می­‌کند، که با تکیه بر برهم‌­نهی‌­ها و سایر اثرات کوانتومی، مشکلات محاسباتی خاصی را قابل ­حل می­‌کند که از طریق رویکردهای کلاسیک غیرممکن است.

داوودی می­گوید: “اگر محاسبات کوانتومی واقعاً تحقق یابد، به این معنا است که یک گزینه محاسباتی قابل اعتماد برای ما در مقیاس بزرگ است، پس ما وارد دوره کاملاً متفاوتی از شبیه‌­سازی خواهیم شد.”

“من در حال فکر کردن در مورد چگونگی انجام شبیه­‌سازی­‌های خود در مورد فیزیک فعل و انفعالات قوی و هسته­‌های اتمی در صورت داشتن یک کامپیوتر کوانتومی  که قابل دوام باشد، هستم.”

همه این عوامل داوودی را به گمانه‌­زنی درباره فرضیه شبیه‌­سازی سوق داده است. اگر واقعیت ما شبیه­‌سازی باشد، شبیه­‌ساز احتمالاً فضا زمان را  برای صرفه­‌جویی در منابع محاسباتی گسسته می­‌کند (البته با این فرض که از مکانیزم­‌های مشابه فیزیکدانان ما برای آن شبیه­‌سازی استفاده می­‌کند). ردپای این فضا ­زمان گسسته را می­‌توان به طور بالقوه در جهاتی که پرتوهای کیهانی با انرژی از آن­‌ها می­‌رسند مشاهده کرد: آن‌­ها به دلیل شکست تقارن چرخشی، یک جهت مقدم در آسمان دارند.

داوودی می‌گوید: “تلسکوپ‌­ها” هنوز هیچ انحرافی از آن عدم تغییر چرخشی مشاهده نکرده‌­اند.

و حتی اگر چنین تأثیری دیده شود ، شواهدی صریح برای این  که نشان دهد ما در یک شبیه‌­سازی زندگی می‌­کنیم، نمی‌­باشد. واقعیت پایه می­‌تواند خصوصیات مشابهی داشته باشد. کیپینگ، با وجود مطالعات خود، نگران این است که کار بیشتر در مورد فرضیه شبیه‌­سازی در وضعیت ناپایدایر باشد . او می­‌گوید: “مسلماً  این که آیا در شبیه‌سازی زندگی می­‌کنیم یا نه قابل آزمایش نیست .” اگر قابل جعل نیست، پس چگونه می­‌توانید ادعا کنید که واقعاً علمی است؟”برای وی­، پاسخ واضح‌­تری وجود دارد: اصل اوکام، که می­‌گوید در صورت عدم وجود شواهد دیگر، ساده‌­ترین توضیح، درست است. فرضیه شبیه­‌سازی دقیق است، با فرض واقعیت­‌هایی که بر روی واقعیت­‌ها قرار گرفته­‌اند و همچنین موجوداتی شبیه­‌سازی شده که هرگز نمی­‌توانند بگویند که درون یک شبیه­‌سازی هستند. کیپینگ می­‌گوید: “از آنجا که در وهله اول، بسیار مدل پیچیده و مفصلی است، بنابراین طبق اصل اوکام در مقایسه با توضیحات ساده طبیعی، واقعاً باید مورد پسند واقع شود.

“بالاخره شاید ما در واقعیت پایه زندگی می‌کنیم – با وجود ماتریکس، ماسک و فیزیک کوانتومی عجیب و غریب.

او می­‌گوید: “اگر شبیه­‌سازی قدرت محاسبه نامحدود داشته باشد، به هیچ­وجه نمی­‌توانید ببینید که در یک واقعیت مجازی زندگی می­کنید، زیرا  می­تواند هر آنچه را که می­‌خواهید به میزان واقعیت مورد نظرتان محاسبه کند.”

منبع: Scientific American

لینک کوتاه مطلب : https://sciencetoday.ir/?p=5230

اسماء بروایه

→ خواندن مطلب قبلی

چه خواهد شد اگر روی سیاره مشتری فرود بیاییم؟ [تماشا کنید]

خواندن مطلب بعدی ←

«مولکول‌های گرانشی» عجیب و غریب می‌توانند حول سیاه‌چاله‌ها بچرخند

نوشتن نظر شما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *