Недавно интернет облетело интересное сообщение, - ученые приблизились к открытию того, что наш мир имеет все признаки компьютерной симуляции. Проще говоря – что мы все живем в большой компьютерной программе мощного суперкомпьютера, построенного в «будущем». Точнее в технологическом мире, который мы с будущим обычно соотносим.
Ссылка на одну из новостей об этом событии.
В принципе такое предположение не лишено некоторого смысла. Если наш мир по отношению к «настоящему» – это далекое прошлое, то нам, людям того мира, наверняка было бы интересно побывать в своем же прошлом, воссозданном с мельчайшей точностью компьютером. Точно так же, как сейчас миллионы людей каждый день заводят моторы своих виртуальных танков, запрыгивают в кабины виртуальных самолетов, руководят виртуальными корпорациями, странами, или же виртуальной жизнью некой семьи. Поэтому идея создания в будущем очень реалистичного симулятора с полным погружением вполне логична – развитие технологий идет именно по этому пути – игры от раза к разу становятся все красочнее и правдоподобнее. Будучи компьютерной симуляцией, наш мир мог бы являться социальным экспериментом, игрой (развлечением) или тренажером навыков. Либо игрой-ловушкой, находящейся среди других игр, например, по-настоящему развивающих.
А учитывая то, что этот «сервер» является многопользовательским – об исходной роли находящихся здесь «игроков» можно было бы только догадываться. Мы не можем вспомнить «той» жизни – значит мы забыли её, плотно уйдя в игру, полагая что родились здесь и живя правилами игры. Так играет-живет основная масса людей, озабоченная проблемами правил поведения на сервере и выживания в нем. Однако есть и те, кто говорит об иных правилах – правилах выхода из игры. Такие люди редко, но появляются и оставляют свой след в виде определенной философии, в виде учений, которые впоследствии искажаются игрой, и правила выхода приходится приносить сюда снова. Подобный мир-симуляция, иллюзия не отличимая от реальности, вполне мог бы быть создан, при наличии технической возможности.
Однако «техническая возможность» всегда имеет свои побочные эффекты, по которым её можно опознать. В том числе и цифровое моделирование – каким бы красочным не был созданный мир, модель всегда будет иметь некоторые изъяны, свойственные только искусственной модели. Ведь все предположения о симуляторе можно считать просто гипотезой, если они не имеют веского подтверждения в виде некоторых особенностей мира, которые не свойственны «нормальному» миру с живой физикой. И наоборот - свойственны миру, математика и физика которого строятся по принципу цифровых вычислительных систем.
Именно эти ограничения математики процессора и решили найти ученые из Германии, Швеции и США. К сожалению, в научной новости не раскрывается суть сделанного открытия, которая может быть непонятна людям, не встречавшимся с теорией обработки сигналов и информатикой. Хотя на самом деле эта суть не так сложна, если иллюстрировать её наглядно. Ведь за каждой хитроумной формулой, как правило, стоит какой-нибудь многими узнаваемый процесс (как например интегрирование подобно постепенному насыпанию крупы в стакан, а дифференцирование – подпрыгиванию машины на ухабе). Если мы предположим, что суперкомпьютер будущего работает сходно с нашими современными цифровыми компьютерами, то он будет использовать несколько несложных принципов.
Первый – это тактовая частота. Это слово слышали наверное все. Работа цифровой схемы всегда синхронизируется по тактам, чтобы все её элементы работали «в ногу», иначе могут возникнуть несовпадения данных и схема «заглючит». Например когда схема должна сравнить два пришедших на нее числа, но одно число пришло быстрее второго, и схема тут же сравнит его с нулем на другом конце. Чтобы такого не было - все операции делаются по тактам, чтобы всё успело придти и занять свое место перед следующим действием. Это естественный закон устойчивой работы цифровой электроники, и в компьютере его реализует генератор тактовой частоты. Чем такая частота выше – тем быстрее компьютер может выполнять операции, и тем быстрее его работа. И, например, на нем будет написано – частота 2 гигагерца – значит его тактовый генератор посылает по схемам два миллиарда импульсов в секунду.
Второй принцип, использующийся в цифровой технике, это аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. Предметы у нас все гладкие и вроде как непрерывные. А компьютер воспринимает все в виде чисел с разрядами и знаками. Как научить мыслящий «категориями кубиков» компьютер воспринимать «плавный» мир? Надо его оцифровать. Этот процесс можно наглядно продемонстрировать на примере цифровой фотографии.
Tree-digital
Вроде бы «плавное» дерево на цифровой фотографии, при более подробном изучении состоит из «кубиков» различного цвета. Если посмотреть издалека – можно принять за гладкую линию. Поэтому чем выше степень детализации – тем более «настоящим» кажется компьютерный объект.
Tree-3-digit
И вот здесь начинаются первые проблемы перевода информации в цифровой вид. Дело в том, что схема оцифровки – «аналого-цифровой преобразователь» или АЦП, сама работает с некой тактовой частотой. И сделать оцифровку чаще, чем позволяет эта частота, она не может. И если оцифрованный объект (или даже просто сигнал) имеет подробности более мелкие, чем позволяет оцифровать тактовая частота – то начинаются искажения.
Этот принцип – «Теорему отсчетов», сформулировал в 1933 году выдающийся русский ученый В.А.Котельников, и теперь она по всему миру применяется при создании информационных технологий. Эта теорема гласит, что для передачи сигнала цифровым методом без искажений, оцифровка должна идти как минимум в два раза чаще максимальной частоты сигнала. Иначе возникнет искажение, и при обратном создании сигнала из цифр мы получим не первоначальную картину, а какой-то ломаный сигнал.
Давайте посмотрим на примере двух сигналов как это происходит. Сначала возьмем сигнал с большим периодом, оцифруем его с частотой оцифровки в виде таких «столбиков», которые лягут в память компьютера как числа и будут там храниться.
Теперь если мы захотим воспроизвести сигнал обратно – мы по этим числам создаем новый сигнал в ЦАП – цифро-аналоговом преобразователе. При таком соотношении частот сигнала и оцифровки – он вполне похож на первоначальный.
Если бы это была гармоника в записи речи – мы бы вполне расслышали, что нам говорит диктор.
Теперь же давайте возьмем сигнал, частота которого выше и близка к частоте оцифровки. «Столбики» будут попадать в сигнал совершенно случайно, и при восстановлении такой записи компьютер восстановит то, что получилось.
А получится продолжительный и неровный «забор», ничем не напоминающий первоначальную картину.
И после восстановления получится хаотический шумовой сигнал, мало чем похожий на исходную высокочастотную гармонику.
Если сравнить эти два процесса, то вместе они будут выглядеть примерно так:
На каком-то этапе у восстанавливаемого сигнала, по мере роста частоты, наступит «срыв», и вместо дальнейшего роста появится шум.
Поэтому, если наш мир – это компьютерная модель, пространство которой синтезируется из цифровых записей, то такой срыв частот рано или поздно наступит при увеличении. Что и было обнаружено учеными на сверх-высоких частотах электромагнитных колебаний.
Цитата:
«В ходе исследования оказалось, что, если Вселенная является компьютерной симуляцией, то в спектре космических лучей на некоторых энергиях должен быть обрыв. Отмечается, что такой обрыв действительно существует — это предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина, который составляет 50 эксаэлектронвольт».
Третий «скользкий» момент цифрового пространства – анизотропность. В «настоящем» мире мы перемещаемся плавно. В компьютерном – мы в силу программных особенностей будем ходить «по клеточкам». Дело в том, что по «клеткам» вы перескакиваете с центра на центр. И если движение вдоль направления клеток будет одинаковым для всех направлений, то движение под углом, или по диагонали – сразу же начнет отличаться, ведь вы будете перепрыгивать клетку по диагонали.
Такое пространство называют анизотропным – перемещение в нем в разных направлениях идет по разному, чего в «настоящем» мире быть не может. Конечно, если размер клеток уменьшить – то создастся некоторое ощущение плавности хода (как это делают в компьютерных играх), но если поискать на областях меньшего размера – анизотропность всё равно проявится. В настоящий момент ученые проверяют изучаемую область электромагнитных колебаний на наличие анизотропности, чтобы проверить свою гипотезу.
Итого, в общих чертах получается такая картина. На суперкомпьютере моделируются все процессы начиная с атомных колебаний, и так в каждой частичке мира. Или не в каждой, а только в той, которую начинают пристально рассматривать, а в «теневых» зонах расчет ведется приблизительно. Тут можно вспомнить про странное поведение электрона, который, когда за ним наблюдали, вел себя как частица, а когда нет – то как волна.
Обсчитать одной общей формулой волну электронов проще, чем обсчитывать каждый поштучно. Поэтому может статься, что такое поведение электрона – след алгоритмов оптимизации расчета в программе суперкомпьютера. Нет нужды считать каждый электрон, если не смотрят конкретно на него. Ну а если смотрят - то включается алгоритм подробного расчета траектории для каждой частицы. Нечто подобное применяется и в некоторых современных компьютерных программах.
Но даже с такой оптимизацией рассчитывать придется очень и очень много, практически безконечное количество объектов. Сможет ли даже самый большой суперкомпьютер из будущего, который можно представить, справиться с такой задачей? Оказывается сможет и уже скоро! Вот заметка из недавних новостей науки, об открытии, сделанном на днях в России:
Российский ученый изобрел «компьютер бесконечности»
Новая машина может делать такие вещи, которые не в состоянии делать обычный компьютер.
Компьютер, созданный на основе работы с бесконечно большими или малыми числами, имеет большой потенциал применения в промышленности. Такое мнение высказал сегодня в интервью корр. ИТАР-ТАСС профессор Нижегородского университета имени Лобачевского Ярослав Сергеев, который разработал математические методы работы с бесконечными величинами, сконструировал и запатентовал «компьютер бесконечности».
«Уже сейчас новая методика вычислений используется учеными в России, Италии, Франции, США и других странах. Благодаря новому, более богатому понятию числа, мы можем предложить методы, которых раньше не было», — отметил он. В числе областей, где уже получены первые результаты, ученый назвал перколяцию /теория протекания жидкости — прим. ИТАР- ТАСС/, оптимизацию, дифференциальные и линейные уравнения, математический анализ, гиперболическую геометрию. «Мы ищем области чистой и прикладной математики, где новая методология вычислений полезна, и где она может дать серьезный эффект», — подчеркнул Сергеев.
По словам профессора, интерес в промышленности к «компьютеру бесконечности» будет только расти. «Машина может применяться везде, где используются вычисления высокой точности. Сейчас это практически все передовые отрасли промышленности», — сказал ученый.
«“Компьютер бесконечности” может делать вещи, которые не в состоянии делать обычный компьютер, а именно вычислять с очень высокой точностью благодаря использованию бесконечно малых величин», — отметил профессор.
Ярослав Сергеев является лауреатом многих престижных международных премий в области математики, занимает должность выдающегося профессора Калабрийского университета /Италия/. Исследователь принимает участие в проходящей в Сучжоу китайско-российской математической конференции по теме «Теория глобального управления и научные вычисления».
Ссылка
Таким образом, прототип подобного компьютера создан уже сейчас. И создание на его принципах суперкомпьютера, способного вместить в себя целый виртуальный мир – всего лишь дело техники. Так где же мы живем?
А учитывая то, что этот «сервер» является многопользовательским – об исходной роли находящихся здесь «игроков» можно было бы только догадываться. Мы не можем вспомнить «той» жизни – значит мы забыли её, плотно уйдя в игру, полагая что родились здесь и живя правилами игры. Так играет-живет основная масса людей, озабоченная проблемами правил поведения на сервере и выживания в нем. Однако есть и те, кто говорит об иных правилах – правилах выхода из игры. Такие люди редко, но появляются и оставляют свой след в виде определенной философии, в виде учений, которые впоследствии искажаются игрой, и правила выхода приходится приносить сюда снова. Подобный мир-симуляция, иллюзия не отличимая от реальности, вполне мог бы быть создан, при наличии технической возможности.
Однако «техническая возможность» всегда имеет свои побочные эффекты, по которым её можно опознать. В том числе и цифровое моделирование – каким бы красочным не был созданный мир, модель всегда будет иметь некоторые изъяны, свойственные только искусственной модели. Ведь все предположения о симуляторе можно считать просто гипотезой, если они не имеют веского подтверждения в виде некоторых особенностей мира, которые не свойственны «нормальному» миру с живой физикой. И наоборот - свойственны миру, математика и физика которого строятся по принципу цифровых вычислительных систем.
Именно эти ограничения математики процессора и решили найти ученые из Германии, Швеции и США. К сожалению, в научной новости не раскрывается суть сделанного открытия, которая может быть непонятна людям, не встречавшимся с теорией обработки сигналов и информатикой. Хотя на самом деле эта суть не так сложна, если иллюстрировать её наглядно. Ведь за каждой хитроумной формулой, как правило, стоит какой-нибудь многими узнаваемый процесс (как например интегрирование подобно постепенному насыпанию крупы в стакан, а дифференцирование – подпрыгиванию машины на ухабе). Если мы предположим, что суперкомпьютер будущего работает сходно с нашими современными цифровыми компьютерами, то он будет использовать несколько несложных принципов.
Первый – это тактовая частота. Это слово слышали наверное все. Работа цифровой схемы всегда синхронизируется по тактам, чтобы все её элементы работали «в ногу», иначе могут возникнуть несовпадения данных и схема «заглючит». Например когда схема должна сравнить два пришедших на нее числа, но одно число пришло быстрее второго, и схема тут же сравнит его с нулем на другом конце. Чтобы такого не было - все операции делаются по тактам, чтобы всё успело придти и занять свое место перед следующим действием. Это естественный закон устойчивой работы цифровой электроники, и в компьютере его реализует генератор тактовой частоты. Чем такая частота выше – тем быстрее компьютер может выполнять операции, и тем быстрее его работа. И, например, на нем будет написано – частота 2 гигагерца – значит его тактовый генератор посылает по схемам два миллиарда импульсов в секунду.
Второй принцип, использующийся в цифровой технике, это аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. Предметы у нас все гладкие и вроде как непрерывные. А компьютер воспринимает все в виде чисел с разрядами и знаками. Как научить мыслящий «категориями кубиков» компьютер воспринимать «плавный» мир? Надо его оцифровать. Этот процесс можно наглядно продемонстрировать на примере цифровой фотографии.
Tree-digital
Вроде бы «плавное» дерево на цифровой фотографии, при более подробном изучении состоит из «кубиков» различного цвета. Если посмотреть издалека – можно принять за гладкую линию. Поэтому чем выше степень детализации – тем более «настоящим» кажется компьютерный объект.
Tree-3-digit
И вот здесь начинаются первые проблемы перевода информации в цифровой вид. Дело в том, что схема оцифровки – «аналого-цифровой преобразователь» или АЦП, сама работает с некой тактовой частотой. И сделать оцифровку чаще, чем позволяет эта частота, она не может. И если оцифрованный объект (или даже просто сигнал) имеет подробности более мелкие, чем позволяет оцифровать тактовая частота – то начинаются искажения.
Этот принцип – «Теорему отсчетов», сформулировал в 1933 году выдающийся русский ученый В.А.Котельников, и теперь она по всему миру применяется при создании информационных технологий. Эта теорема гласит, что для передачи сигнала цифровым методом без искажений, оцифровка должна идти как минимум в два раза чаще максимальной частоты сигнала. Иначе возникнет искажение, и при обратном создании сигнала из цифр мы получим не первоначальную картину, а какой-то ломаный сигнал.
Давайте посмотрим на примере двух сигналов как это происходит. Сначала возьмем сигнал с большим периодом, оцифруем его с частотой оцифровки в виде таких «столбиков», которые лягут в память компьютера как числа и будут там храниться.
Теперь если мы захотим воспроизвести сигнал обратно – мы по этим числам создаем новый сигнал в ЦАП – цифро-аналоговом преобразователе. При таком соотношении частот сигнала и оцифровки – он вполне похож на первоначальный.
Если бы это была гармоника в записи речи – мы бы вполне расслышали, что нам говорит диктор.
Теперь же давайте возьмем сигнал, частота которого выше и близка к частоте оцифровки. «Столбики» будут попадать в сигнал совершенно случайно, и при восстановлении такой записи компьютер восстановит то, что получилось.
А получится продолжительный и неровный «забор», ничем не напоминающий первоначальную картину.
И после восстановления получится хаотический шумовой сигнал, мало чем похожий на исходную высокочастотную гармонику.
Если сравнить эти два процесса, то вместе они будут выглядеть примерно так:
На каком-то этапе у восстанавливаемого сигнала, по мере роста частоты, наступит «срыв», и вместо дальнейшего роста появится шум.
Поэтому, если наш мир – это компьютерная модель, пространство которой синтезируется из цифровых записей, то такой срыв частот рано или поздно наступит при увеличении. Что и было обнаружено учеными на сверх-высоких частотах электромагнитных колебаний.
Цитата:
«В ходе исследования оказалось, что, если Вселенная является компьютерной симуляцией, то в спектре космических лучей на некоторых энергиях должен быть обрыв. Отмечается, что такой обрыв действительно существует — это предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина, который составляет 50 эксаэлектронвольт».
Третий «скользкий» момент цифрового пространства – анизотропность. В «настоящем» мире мы перемещаемся плавно. В компьютерном – мы в силу программных особенностей будем ходить «по клеточкам». Дело в том, что по «клеткам» вы перескакиваете с центра на центр. И если движение вдоль направления клеток будет одинаковым для всех направлений, то движение под углом, или по диагонали – сразу же начнет отличаться, ведь вы будете перепрыгивать клетку по диагонали.
При перемещении из точки А в любую точку В в изотропном пространстве вы переместитесь одинаково. В анизотропном цифровом - вы перескочите на ближайшую к точке В точку цифровых координат.
Такое пространство называют анизотропным – перемещение в нем в разных направлениях идет по разному, чего в «настоящем» мире быть не может. Конечно, если размер клеток уменьшить – то создастся некоторое ощущение плавности хода (как это делают в компьютерных играх), но если поискать на областях меньшего размера – анизотропность всё равно проявится. В настоящий момент ученые проверяют изучаемую область электромагнитных колебаний на наличие анизотропности, чтобы проверить свою гипотезу.
Итого, в общих чертах получается такая картина. На суперкомпьютере моделируются все процессы начиная с атомных колебаний, и так в каждой частичке мира. Или не в каждой, а только в той, которую начинают пристально рассматривать, а в «теневых» зонах расчет ведется приблизительно. Тут можно вспомнить про странное поведение электрона, который, когда за ним наблюдали, вел себя как частица, а когда нет – то как волна.
Обсчитать одной общей формулой волну электронов проще, чем обсчитывать каждый поштучно. Поэтому может статься, что такое поведение электрона – след алгоритмов оптимизации расчета в программе суперкомпьютера. Нет нужды считать каждый электрон, если не смотрят конкретно на него. Ну а если смотрят - то включается алгоритм подробного расчета траектории для каждой частицы. Нечто подобное применяется и в некоторых современных компьютерных программах.
Но даже с такой оптимизацией рассчитывать придется очень и очень много, практически безконечное количество объектов. Сможет ли даже самый большой суперкомпьютер из будущего, который можно представить, справиться с такой задачей? Оказывается сможет и уже скоро! Вот заметка из недавних новостей науки, об открытии, сделанном на днях в России:
Российский ученый изобрел «компьютер бесконечности»
Новая машина может делать такие вещи, которые не в состоянии делать обычный компьютер.
Компьютер, созданный на основе работы с бесконечно большими или малыми числами, имеет большой потенциал применения в промышленности. Такое мнение высказал сегодня в интервью корр. ИТАР-ТАСС профессор Нижегородского университета имени Лобачевского Ярослав Сергеев, который разработал математические методы работы с бесконечными величинами, сконструировал и запатентовал «компьютер бесконечности».
«Уже сейчас новая методика вычислений используется учеными в России, Италии, Франции, США и других странах. Благодаря новому, более богатому понятию числа, мы можем предложить методы, которых раньше не было», — отметил он. В числе областей, где уже получены первые результаты, ученый назвал перколяцию /теория протекания жидкости — прим. ИТАР- ТАСС/, оптимизацию, дифференциальные и линейные уравнения, математический анализ, гиперболическую геометрию. «Мы ищем области чистой и прикладной математики, где новая методология вычислений полезна, и где она может дать серьезный эффект», — подчеркнул Сергеев.
По словам профессора, интерес в промышленности к «компьютеру бесконечности» будет только расти. «Машина может применяться везде, где используются вычисления высокой точности. Сейчас это практически все передовые отрасли промышленности», — сказал ученый.
«“Компьютер бесконечности” может делать вещи, которые не в состоянии делать обычный компьютер, а именно вычислять с очень высокой точностью благодаря использованию бесконечно малых величин», — отметил профессор.
Ярослав Сергеев является лауреатом многих престижных международных премий в области математики, занимает должность выдающегося профессора Калабрийского университета /Италия/. Исследователь принимает участие в проходящей в Сучжоу китайско-российской математической конференции по теме «Теория глобального управления и научные вычисления».
Ссылка
Таким образом, прототип подобного компьютера создан уже сейчас. И создание на его принципах суперкомпьютера, способного вместить в себя целый виртуальный мир – всего лишь дело техники. Так где же мы живем?