Sciencemag.cz
Doporučujeme
Díky propojení náboženství s vědou a technikou je simulační hypotéza natolik výbušná, že už podnítila spoustu zajímavých diskusí, i když si myslím, že většina z nich se až příliš lehkovážně vyhýbá detailům. V Bostromových postulátech je skryto mnoho předpokladů týkajících se cílů, kterých vědci vytvářením simulací chtějí dosáhnout. I kdyby pokroky ve vědě a výpočetní technice neustávaly a i kdyby si lidstvo zachovalo zvědavost ohledně svého původu a chování, nemusí být nutně výsledkem simulace detailně kopírující realitu. A naopak, pokud se někdy někdo
o neuvěřitelně detailní simulace pokusí, budou se natolik lišit od simulací, které provádíme dnes, a budou je provádět civilizace s tak odlišnými schopnostmi a záměry, že bychom neměli předpokládat, že naše úvahy o nich mají nějaký zřetelný význam. Abych mohl tyto myšlenky rozvinout, vrátím se k argumentům z předchozích kapitol, proč jsou simulace užitečné a jak se provádějí v praxi.
Význam simulací jako doslovného vysvětlení naší reality byl možná přeceňován, ale jejich revoluční důsledky pro vědu se rozhodně podceňují. Věda je cesta k lepšímu pochopení přírody a simulace jsou její novou etapou. Vědecký proces byl zdokonalován po několik století, ale simulace měly zatím jen několik desetiletí na to, aby se vypracovaly, a je třeba ještě pochopit různé role, které mohou sehrát. Někdy vypadají jako teoretické výpočty, někdy jako empirické experimenty a někdy jako zcela nový způsob budování kooperativní, lidské představy vesmíru.
Když pochopíme, v čem je největší slabina simulační hypotézy, začneme si být vědomi toho, v čem jsou právě simulace nejsilnější a nejradikálnější a kam by mohly v budoucnu směřovat. V této závěrečné kapitole chci prozkoumat tyto aspekty a lépe porozumět tomu, o co v simulacích skutečně jde.
Rozlišení reality
Simulační hypotéza předpokládá, že v budoucnu dojde k výraznému zlepšení kvality naší digitální reality, a jedním z ukazatelů, podle nichž lze tuto kvalitu hodnotit, je rozlišení.
V případě simulace počasí rozlišení zhruba odpovídá počtu čtverců mřížky – čím více, tím lépe. Pro simulace temné hmoty nebo galaxií je dobrým výchozím bodem počet simulačních částic a opět platí, že čím je jich více, tím lépe. Nejmodernější kosmologické simulace obsahují zhruba 20 miliard simulačních částic a ke každé z nich je přiřazeno nejméně šest čísel (tři pro polohu, tři pro pohyb; někdy jsou nutná i další čísla, která reprezentují faktory jako je chemické složení.) Každé číslo se zase dá rozložit na bity – bit je základní jednotka počítačové paměti. Když je všechny sečteme, zjistíme, že počet bitů využívaných při největších dnešních kosmologických simulacích je řádově 100 bilionů čili 10 na 14. Pro porovnání: Richardsonova simulace počasí vyžadovala paměť asi 1000 bitů a Holmbergova žárovková simulace asi 3000. Lidstvo zjevně učinilo obrovský krok vpřed, ale je nutno mít na paměti, že teď jde o nepředstavitelně podrobný popis vesmíru.
Lze odhadnout ekvivalentní číslo udávající rozlišení samotné reality, i když způsob, jak to udělat, nemůže být založen pouze na počtu částic. Je to proto, že kvantová mechanika se svými neurčitostmi umožňuje, aby částice neustále vznikaly a zanikaly a aby u nich vznikala provázanost, vzájemná závislost, o níž se hovořilo v kapitole 5. To vše nesmírně zvyšuje požadavky na počítačovou paměť, které se nedají snadno přímo vypočítat. Je třeba postupovat odlišně a spočítat počet qubitů – jednotek paměti v kvantovém, nikoli klasickém počítači.
Obsah qubitů v realitě se počítá poněkud překvapivým způsobem. Nejprve odhadneme celkovou energii obsaženou v pozorovatelném vesmíru, kterou lze extrapolovat na základě kosmického mikrovlnného pozadí a dalších pozorování. (Podle teorie relativity je hmota jen jinou formou energie, takže do tohoto údaje je třeba zahrnout i veškerou hmotu ve vesmíru). Následně zjistíme, kolik qubitů je potřeba k reprezentaci všech možných způsobů, jakými by se takové obrovské množství energie mohlo chovat v průběhu vesmírné historie. Zní to jako vágní, a tudíž nesplnitelný úkol, ale koncem 70. let minulého století Stephen Hawking a Jacob Bekenstein odvodili vzorce, které tento výpočet umožňují. Klíčovým krokem je představit si, že celý pozorovatelný vesmír pohltí obří černá díra; pokud by se tak stalo, všechny vesmírné qubity by byly ztraceny. Jak jsem se již zmínil, černé díry zřejmě ničí informace o částicích, které do nich vstoupí (i když mezi fyziky panují spory o tom, zda se informace skutečně ztratí navždy), ale to na argumentaci s počítáním qubitů nemá vliv. Sečtením ztracených qubitů získáme odhad, kolik jich ve vesmíru vůbec bylo, což vychází na 10 na 124 qubitů.
To je neuvěřitelně velké číslo ve srovnání s 10 na 14 klasických bitů dnešních simulací. A nejen to, klasický bit je mnohem méně výkonný než kvantový. Dnešní kvantové počítače jsou impozantní přístroje, ale nedosahují přesnosti potřebné k uskutečnění Feynmanova snu o univerzálním simulátoru, už kvůli malému počtu qubitů. Těžko může být větší nesoulad, než je mezi dnešními simulacemi a enormní požadavky, nezbytnými pro vytvoření dokonalé imitace reality.
„Dokonalá simulační hypotéza“, podle níž se nacházíme uvnitř bezchybné nebo téměř bezchybné rekonstrukce mateřské reality, je proto neudržitelná. I kdybychom připustili, že výkonnost budoucího hardwaru se extrémně zvýší, uložení 10 na 124 qubitů bude stále nemožné. Zjistíme to, když budeme v předchozím výpočtu postupovat opačným směrem. Místo abychom zjišťovali, kolik qubitů je potřeba k reprezentaci určitého množství energie, se teď ptáme, kolik energie by kvantový počítač potřeboval k reprezentaci požadovaného počtu qubitů. Celkový výpočet pak probíhá v kruhu: přechází od energie vesmíru ke qubitům a zase zpět k energii, což znamená, že by bylo potřeba využít veškerou energii obsaženou ve skutečném vesmíru, aby bylo možné vytvořit jeden simulovaný vesmír. I kdyby to bylo možné, je to zjevně nesmyslné, nemluvě o tom, že by to bylo neetické.
Není tudíž žádná naděje, že by se někdy podařilo provést simulaci celého vesmíru v rozlišení samotné reality. Jak je to tedy s tvrzením Setha Lloyda, že kvantově simulovaný vesmír je nerozlišitelný od reality? To je stále v pořádku, pokud se na něj pohlíží spíše jako na principiální než uskutečnitelné tvrzení. Takové uvažování neimplikuje bostromovskou simulační hypotézu a ve skutečnosti má i své vlastní jméno:
„hypotéza it-from-qubit“. Realita – „it“ („to“) – je ekvivalentní zpracování kvantových bitů informací, „qubitů“.
Hypotéza it-from-qubit a simulační hypotéza jsou sice příbuzné, ale přesto nápadně rozdílné. It-from-qubit je postřeh, že náš vesmír se zdá být analogický obřímu kvantovému počítači; můžeme si vybrat, že budeme o realitě uvažovat jako o „simulaci“, ale toto slovo je použito metaforicky, protože neexistuje žádný náznak hardwaru, na kterém by se tato simulace prováděla. Účelem vytvoření takové analogie je poskytnout nový způsob, jak přemýšlet o fyzice, v naději, že to povede k hmatatelnému pokroku v obtížných oblastech, jako je kvantová gravitace. Hypotéza it-from-qubit je tedy epistemologická: přináší metodu, jak uvažovat o povaze našich vědeckých teorií.
Simulační hypotéza se naproti tomu prohlašuje za ontologickou čili za způsob, jak uvažovat o povaze samotné reality, která je závislá na stroji a stvořiteli ve vesmíru, jenž přesahuje náš vlastní. To je o stupeň výš než it-from-qubit, která říká nejen to, že realita je analogická simulacím, ale že doslova je simulací. Pokud by to byla pravda, musela by realita, v níž se simulace provádí, obsahovat mnohem více qubitů než ta naše, aby se do ní počítač a jeho tvůrci vešli. Nevěřím, že jsme schopni rozumně uvažovat o tom, co by tvorové v takovém vesmíru mohli chystat, natož že dokážeme spočítat, kolik simulací by se mohli rozhodnout provést.
tento text je úryvkem z knihy:
Andrew Pontzen
Vesmír v krabici: Nové dějiny vesmíru
Argo a Dokořán 2024
O knize na stránkách vydavatele
Anotace:
Kosmolog Andrew Pontzen vysvětluje, jak nekonečný vesmír dostat do skladné a přenosné krabice – do počítače. Záhadné dění ve vesmíru, které přesahuje lidské chápání i lidská měřítka času a prostoru, je možné uchopit pomocí počítačových simulací; s pomocí simulací lze popsat vývoj galaxií, splývání černých děr či úlohu temné hmoty. Tato metoda byla vyvinuta pro modelování pochodů v zemské atmosféře a předpovídání počasí, od té doby se neustále zpřesňuje, zdokonaluje a nalézají se nové způsoby jejího využití. Autor, sám tvůrce simulací kosmu, vypráví příběh této metody, lidí, kteří ji rozvíjeli, i objevů, ke kterým přispěla.
