Некоторые люди смотрят «Матрицу» и думают, что это выдумка. Конечно, там есть приукрашивания и преувеличения о ценности человеческих тел, но в целом гипотеза симуляции построена на стройной научной модели цифровой физики.
Цифровая физика — это совокупность математических и философских работ, представляющих Вселенную как гигантский цифровой компьютер.
В этом направлении работали великие учёные и инженеры, такие как Конрад Цузе (создатель первого языка программирования высокого уровня), Джон фон Нейман, Стивен Вольфрам и др. Саму физику часто связывают с клеточными автоматами.
Теоретическая база
Цифровая физика — это не совсем научная дисциплина. Правильнее будет назвать её «спекулятивной идеей», хотя она имеет признаки нормальных научных гипотез. Те же клеточные автоматы — вполне понятная и изучаемая модель в математике, физике, теоретической биологии и микромеханике. Эти автоматы многим известны по игре «Жизнь».
Сама гипотеза о гигантском компьютере впервые высказана в научной статье Конрада Цузе «Вычислительное пространство» 1967 года. Там он предложил идею, что Вселенная вычисляется каким-то клеточным автоматом или другой дискретной вычислительной машиной. Он сосредоточился на клеточных автоматах как на возможном субстрате вычислений и указал, что классические представления о росте энтропии не имеют смысла в детерминированно вычисляемых вселенных.
В 2002 году вышла книга Стивена Вольфрама «Новый тип науки», в которой автор развивает идеи цифровой физики Цузе. Он утверждает, что «вычислительные системы типа клеточных автоматов являются применимыми в разных областях науки». Автор также говорит, что природу вычислений необходимо изучать экспериментально, а результаты этих экспериментов имеют большое значение для понимания окружающего мира, который предполагается дискретным:
Проводя научное изучение вычислительных систем, Вольфрам в конце концов приходит к заключению о необходимости совершенно нового метода. По его мнению, традиционная математика была не в состоянии по существу описать наблюдаемую сложность динамики этих систем. Он высказывает предположение, что каждая система состоит из многих более или менее идентичных элементов, допуская возможность присутствия различных типов элементов в одной и той же системе, и что каждый элемент имеет ограниченное число возможных состояний. Состояние элемента зависит от состояний расположенных рядом элементов и правил, определяющих эту зависимость. Посредством сочетания экспериментальных и теоретических подходов в книге излагается метод, который Вольфрам считает наиболее перспективным для успешного продвижения в научном изучении вычислительных систем и применимым в широком ряде дисциплин (биология, экология, социология, планирование дорожного движения). — Википедия
Интересно, что некоторые клеточные автоматы генерируют результат, который кажется случайным и по сути является непредсказуемым, то есть вычислительно неприводимым. Чтобы делать прогнозы, система должна выполнять более сложные вычисления, чем система, которую она пытается предсказать. В данном случае это невозможно:
Это чем-то напоминает феномен «случайности» в окружающем мире и якобы случайного процесса эволюции биологических видов в природе.
Ещё один классик цифровой физики — американский учёный Джон Уилер, член Национальной академии наук США и лауреат множества наград за работы по теоретической физике, коллега Фейнмана и соавтор водородной бомбы.
В 1990 году Уилер предположил, что информация является фундаментальной для физики Вселенной. Согласно этой доктрине, все физические объекты имеют информационно-теоретическое происхождение:
«Каждая частица, каждое силовое поле, даже само пространство-время — полностью, хотя и косвенно в некоторых контекстах, выводит свою функцию, своё значение, само своё существование из ответов «да» или «нет», из бинарных выборов, из битов... Каждый предмет физического мира в своей основе — в большинстве случаев на очень глубокой основе — имеет нематериальный источник и объяснение. То, что мы называем реальностью, в конечном счёте возникает из постановки вопросов «да-нет» и регистрации ответов. Короче говоря, все физические вещи имеют информационно-теоретическое происхождение, и это Вселенная участия». — источник
«Вселенная участия» соответствует антропному принципу:
> «Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек».
Этот принцип объясняет, почему в наблюдаемой Вселенной присутствует ряд необходимых для существования разумной жизни нетривиальных соотношений между фундаментальными физическими параметрами. Другими причинами трудно объяснить, как появились эти физические постоянные. Ведь если их чуточку изменить, то человеческая жизнь станет невозможной.
Разрабатывая антропный принцип и свою интерпретацию квантовой механики, Уилер использовал вариант игры в «Двадцать вопросов», для демонстрации, как наши вопросы о Вселенной могут определять ответы, которые мы получаем. Последовательные вопросы сужают выбор, пока спрашивающий не остановится на определённом объекте. Теория Уилера заключалась в том, что аналогичным образом сознание может играть некоторую роль в возникновении Вселенной.
В этом направлении работает много других учёных, в том числе наших современников. Среди них можно упомянуть физика Макса Тегмарка, автора гипотезы математической вселенной (ГМВ или MUH) как варианта универсальной философской теории всего.
В целом, на данном направлении теоретическая физика и математика тесно соприкасаются с философией.
Математика первична
Согласно цифровой физике, структура нашего мира проще и логичнее, чем предполагает традиционная физика.
Например, взять автомат на решёточном газе.
Частицы решётчатого газа находятся в узлах фиксированной периодической решётки, а не в свободном «броуновском» движении, как газ в традиционной физике:
Одна из версий такого автомата — гексагональный клеточный автомат с очень простыми правилами столкновений. В демонстрации Hex Life от Стивена Вольфрама можно посмотреть, как он работает. Выбираем начальный рисунок — и нажимаем Propagate для симуляции следующего шага.
Гексагональный клеточный автомат основан на стандартной игре «Жизнь» Стивена Конвея, только здесь у каждой клетки не один, а шесть соседей. Правила жизни каждой клетки простые и чёткие: она рождается, живёт или умирает в зависимости от состояния окружающих клеток, как в элементарных одномерных автоматах Правило 30 и Правило 110.
Возвращаясь к решётчатому газу... Так вот, автомат по этому правилу с большим количеством частиц соответствует приближённому решению уравнений Навье — Стокса. А это классические дифференциальные уравнения в частных производных, описывающие движение вязкой ньютоновской жидкости (например, воды).
Другими словами, движение воды в природе можно описать двумя способами:
Простой клеточный автомат.
Как говорится, выбери победителя.
Так и некоторые другие природные явления. Мы можем смотреть на них с точки зрения сложной аналоговой физики и предполагать, что мир состоит из неких неделимых квантовых частиц с непредсказуемым вероятностным поведением. Или можем взглянуть на мир глазами цифровой физики, когда эти явления становятся простыми и понятными.
На самом деле даже не важно, есть этот «огромный компьютер Вселенной» или нет, но если такая модель облегчает нам понимание мира и помогает в жизни, то почему не пользоваться ею в тех случаях, когда она применима? Это примерно как философское понятие «эфира» из старой физики. Нам просто удобно его использовать, хотя в физической реальности его не существует. Но если оно помогает в «вычислениях» (мыслях) и даёт корректный результат, то это полезное понятие. Так и с цифровой физикой — если формула даёт правильный результат, то её можно использовать.
Например, магия золотого сечения:
Это не только образец гармонии и красоты в искусстве, архитектуре и музыке, но повсеместно встречается в природе, как и другие математические формулы.
Кто-то скажет, что это случайность. Что природа совершенно случайно, в ходе эволюции, «изобрела» эти формулы и сочла их наиболее оптимальными. Но Стивен Вольфрам и другие классики цифровой физики предполагают, что всё может быть наоборот: сначала появились формулы, а потом уже природа на них «наткнулась» и начала использовать. Другими словами, математика первична, а природа вторична.
Мир на формулах
Согласно цифровой физике, наш мир всего-навсего реализует набор тривиально простых правил. И всё многообразие жизни основано на максимальной простоте этой базовой математики.
В этом смысле мир цифровой физики гораздо смелее, чем другие области науки. Эта физика не только объясняет факты, но и подсказывает, как всё могло быть создано и запрограммировано изначально. Цифровая физика смело утверждает, что мир — это гигантский компьютер, и все чудесные вещи вокруг нас можно представить как результат вычислений.
По какой-то причине такая идея кажется очень притягательной и правдоподобной для всех, кто знаком с разработкой ПО и видел, как устроена человеческая ДНК, которая содержит программные инструкции для развития, функционирования и старения организма.
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
