چگونه می‌توان فرضیه جهان شبیه‌سازی‌شده را آزمایش کرد؟
فیزیک‌دانان مدت‌ها در تلاش بوده‌اند که توضیح دهند چرا جهان با شرایطی مناسب برای تکامل حیات آغاز شد؟ این پرسش را به اَشکالی دیگر نیز مطرح می‌کنند: چرا از همان ابتدای پیدایش جهان شرایط بهگونهای رقم خورده است که درادامه روند تکامل حیات بتواند شکل بگیرد؟ چرا قوانین فیزیکی و ثابت‌های حاکم بر دنیای فیزیک مقادیر بسیار خاصی را به خود می‌گیرد؛ بهگونهای که درنهایت بتوانند به ستاره‌ها و سیاره‌ها و پس‌از‌آن حیات اجازه‌ی گسترش بدهند؟
برای مثال، انرژی تاریک که عامل واقع در‌پس انبساط جهان برشمرده می‌شود، بسیار ضعیف‌تر از آن چیزی است که باید باشد. در این‌‌‌‌جا «بایدهای» ما از قوانین و محاسبات علم فیزیک سرچمشه می‌گیرد. کمتر‌بودن انرژی تاریک از آن مقداری که محاسبات فیزیکی ایجاد می‌کند، باعث می‌شود تا ذرات ماده به‌جای تمایل به دور‌شدن از همدیگر، تمایل بیشتری به پیوستن به یکدیگر داشته باشند.
پاسخ متداول به پرسش‌های مطرح‌شده این است که ما در چندجهانی (با تعبیر انگلیسی Multiverse) نامتناهی از جهان‌های پرشمار زندگی می‌کنیم؛ بنابراین، نباید تعجب کنیم که از میان جمعی پرشمار از جهان‌ها، دست‌کم یک جهان نیز مسیری به شکل جهان خودمان پیش گرفته و جهان شناخته‌شده‌ی ما را شکل داده باشد.
پاسخ جالب دیگری نیز برای این پرسش‌ها مطرح می‌شود؛ پاسخی که به‌اندازه‌ی پاسخ متکی بر ایده‌ی مالتی‌ورس درباره‌اش صحبت نشده و موضوع مقاله‌ی ما است: شبیه‌سازی کامپیوتری. شاید جهان ما یک شبیه‌سازی کامپیوتری است و کسی مثلاً شاید گونه‌ی بیگانه‌ی پیشرفته‌ای «شرایط» حاکم بر آن را تنظیم می‌کند.
سناریوِ دوم را شاخه‌ای از علم به نام فیزیک اطلاعات پشتیبانی و تئوریزه می‌کند و نشان می‌دهد که فضا‌زمان و ماده پدیده‌های بنیادینی نیستند. در این شاخه از فیزیک، به‌جای فرض «بنیادی» پنداشته‌شدن متداول این پدیده‌ها، چنین استدلال می‌شود که واقعیت فیزیکی اساساً از تکه‌هایی از اطلاعات تشکیل شده است و تجربه یا به‌تعبیری رویدادهای پیشینی ما از فضا‌زمان نیز از همان تکه‌های اطلاعات پدید می‌آید. در مقام مقایسه‌ای ملموس، گفته می‌شود که دما از حرکت جمعی اتم‌ها نشئت می‌گیرد و هیچ اتمی اساساً به‌خودی‌خود دما ندارد.
خوانش یادشده درادامه به مطرح‌شدن احتمال غیرعادی منجر می‌شود: شاید کل جهان ما درواقع یک شبیه‌سازی کامپیوتری باشد. البته این ایده آن‌قدرها هم جدید نیست و اگر دنبال‌کننده‌ی مطالب علمی یا حتی داستان‌ها و محصولات علمی‌تخیلی بوده باشد، احتمالاً کمابیش با یادداشت‌ها یا محصولات سینمایی مرتبط با ایده‌ی جهان مبتنی‌بر شبیه‌سازی کامپیوتری رو‌به‌رو شده‌اید.
- بزرگ ترین و کوچک‌ترین ستاره های شناخته شده در کیهان کدام‌اند؟
جان آرچیبالد ویلر، فیزیک‌دان افسانه‌ای، در سال ۱۹۸۹ پیشنهاد کرد که جهان ما اساساً ماهیت ریاضی دارد و می‌توان آن را به‌عنوان پدیده‌ای برآمده از اطلاعات دید. او عبارت معروف it from bit به‌معنای «ماهیتی برآمده از بیت‌ها» را ابداع کرد.
نیک بوستروم فیلسوف از دانشگاه آکسفورد بریتانیا نیز در سال ۲۰۰۳ فرضیه‌ی شبیه‌سازی خود را فرموله کرد. برپایه‌ی استدلال این فرضیه، بسیار محتمل است که ما در شبیه‌سازی زندگی کنیم؛ زیرا هر تمدن پیشرفته منطقاً باید به نقطه‌ای برسد و فناوری‌های آن به‌قدری پیچیده شود که در آن، شبیه‌سازی‌ها از واقعیت تشخیص‌پذیر نباشد و درنتیجه، شرکت‌کنندگان متوجه نشوند که در شبیه‌سازی حضور دارند.
ست لوید فیزیک‌دان مؤسسه فناوری ماساچوست در ایالات متحده فرضیه‌ی شبیه‌سازی را با پیشنهاد اینکه کل جهان می‌تواند کامپیوتر کوانتومی غول‌پیکر باشد، به سطحی بالاتر ارتقا داد. ایلان ماسک، تاجر و کارآفرین معروف، در سال ۲۰۱۶ این نتیجه رسید که ما به‌احتمال زیاد در شبیه‌سازی حضور داریم.
شواهد تجربی
شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد واقعیت فیزیکی ما می‌تواند به‌جای دنیایی عینی با موجودیت و ماهیتی مستقل از ناظر، درواقع واقعیت مجازی شبیه‌سازی‌شده باشد. باید توجه کنیم که هر‌گونه دنیای واقعیت مجازی مبتنی‌بر پردازش اطلاعات خواهد بود؛ یعنی همه‌چیز درنهایت دیجیتالی یا پیکسلی می‌شود تا سرانجام به حداقل اندازه‌ای برسد که دیگر امکان تقسیم بیش‌از‌حد برایش وجود نداشته باشد؛ یعنی بیت‌ها.
چنین به‌نظر می‌رسد که ایده‌ی مذکور واقعیت جهان ما را طبق نظریه‌ی مکانیک کوانتومی حاکم بر جهان اتم‌ها و ذرات بازسازی یا تقلید می‌کند. در این ایده، گفته می‌شود که برای انرژی و طول و زمان، «کوچک‌ترین واحد مجزا» وجود دارد. به‌ترتیبی مشابه، ذرات بنیادی که تمام ماده‌ی مرئی جهان ما را تشکیل می‌دهند، به‌منزله‌ی کوچک‌ترین واحدهای ماده برشمرده می‌شوند. به‌بیان بهتر، دنیای ما «پیکسلی» می‌شود.
قوانین فیزیک نیز که بر همه‌چیز در جهان حاکم هستند، به خطوط کد کامپیوتری شباهت دارند و با اجرای برنامه، شبیه‌سازی بر‌مبنای دستورهای ذکرشده در کدها اجرا خواهد شد. علاوهبراین، معادلات ریاضی و اعداد و الگوهای هندسی در همه جای جهان ما وجود دارند و از این منظر نیز چنین به‌نظر می‌رسد که جهان ماهیتی کاملاً ریاضی داشته باشد.
- جهان هولوگرافیک چیست؟ آیا ما در یک جهان هولوگرافیک زندگی می‌کنیم؟
پدیده‌ی بدیع دیگر در فیزیک که از فرضیه‌ی شبیه‌سازی پشتیبانی می‌کند، وجود حداکثر محدودیت سرعت در جهان ما است. این «حداکثر» سرعت مربوط به سرعت نور است و سرعتی بیشتر از سرعت نور در جهان ما و با‌‌‌‌‌توجه‌‌‌‌به قواعد و چفت‌وبست‌های فیزیکی حاکم بر آن ممکن نیست.
در دنیای واقعیت مجازی، چنین محدودیتی با محدودیت سرعت پردازنده یا محدودیت قدرت پردازش مطابقت دارد و به‌تعبیری هم‌سنگ است. ما می‌دانیم که بارگذاری بیش‌از‌حد روی یک پردازنده، پردازش کامپیوتر برای اجرای شبیه‌سازی را کُند می‌کند. نظریه‌ی نسبیت عام آلبرت اینشتین هم به شیوه‌ای مشابه نشان می‌دهد که زمان در مجاورت سیاه‌چاله کُندتر می‌شود.
شاید در میان تمام این تفاسیر و استدلال‌هایی که برای پشتیبانی علمی از ایده‌ی واقعیت مجازی و شبیه‌سازی کامپیوتری مطرح شده است، قوی‌ترین پشتیبان مربوط به مکانیک کوانتومی باشد. در این ایده، پیشنهاد می‌شود که طبیعت «واقعی» نیست و به‌نظر نمی‌رسد که ذرات در حالت‌های تعیین‌شده (از‌جمله در مکان‌های خاص) وجود خارجی داشته باشند؛ مگر اینکه واقعاً آن‌ها را مشاهده یا اندازه‌گیری کنیم.
در‌عوض، ایده‌ی معقول‌تر این است که آن ذرات در ترکیبی از حالت‌های مختلف به‌طور هم‌زمان وجود دارند. چنین روندی در دنیای شبیه‌سازی و واقعیت مجازی هم برقرار است و واقعیت مجازی نیز برای اتفاق افتادن پدیده‌ها به ناظر یا برنامه‌نویس نیاز دارد.
علاوهبراین، درهم‌تنیدگی کوانتومی به دو ذره اجازه می‌دهد تا به‌طور شبح‌وار به‌هم متصل شوند؛ به‌طوری‌که با دست‌کاری یا ایجاد تغییر در یکی، به‌طور‌خودکار و بلافاصله دیگری نیز دست‌کاری می‌شود و در این‌‌‌‌جا مقدار فاصله‌ی آن‌ها از یکدیگر اساساً موضوعیت نخواهد داشت و درهم‌تنیدگی برقرار خواهد ماند! نباید فراموش کنیم که این اثر به‌ظاهر سریع‌تر از سرعت نور است و قاعدتاً باید به‌عنوان پدیده‌ای «ناممکن» قلمداد شود؛ ولی عملاً چنین نیست.
بااین‌حال، حتی ناسازگاری مذکور را هم می‌توانیم با واقعیتی مبتنی‌بر واقعیت مجازی توضح دهیم: در یک کد واقعیت مجازی، همه‌ی «موقعیت‌ها» یا نقاط باید تقریباً به یک اندازه از یک پردازنده‌ی مرکزی دور باشند. ازاینرو و برپایه‌ی گزاره‌های یادشده، درحالی‌که ممکن است فکر کنیم دو ذره میلیون‌ها سال نوری از هم فاصله دارند؛ اگر در یک شبیه‌سازی ایجاد می‌شدند، چنین نمی‌بود.
آزمایش‌های احتمالی
حال این پرسش پیش می‌آید که با فرض شبیه‌سازی جهان هستی، چه نوع آزمایش‌هایی را می‌توانیم از درون شبیه‌سازی (جایی که در آن قرار داریم) برای اثبات یا بررسی این موضوع انجام دهیم؟
منطقی است که فرض کنیم جهان شبیه‌سازی‌شده حاوی اطلاعات زیادی در گوشه‌وکنار دنیای پیرامون ما باشد. این بیت‌های اطلاعاتی به‌نوعی کدهای واقع در پسِ خودشان را نشان می‌دهند. ازاینرو، تشخیص و شناسایی این بیت‌های اطلاعاتی فرضیه‌ی شبیه‌سازی را اثبات خواهد کرد.
برپایه‌ی اصل هم‌ارزی اطلاعات جرم‌انرژی (M/E/I) که به‌تازگی پیشنهاد شده، بیت‌های اطلاعاتی باید جرم کمی داشته باشند. اصل هم‌ارزی ذکرشده نشان می‌دهد جرم را می‌توان در قالب انرژی یا اطلاعات بیان کرد و برعکس. این نکته شاید سرنخ‌هایی را برای جست‌وجو پیش روی دانشمندان بگذارد.
شاید بتوان چنین فرض کرد که اطلاعات درواقع شکل پنجم ماده در جهان است. برخی حتی محتوای اطلاعات موردانتظار را برای هر ذره‌ی ابتدایی محاسبه کرده‌اند. این مطالعات به انتشار پروتکلی آزمایشی در سال ۲۰۲۲ برای آزمایش این پیش‌بینی‌ها منجر شد.
این آزمایش شامل پاک‌کردن اطلاعات موجود در درون ذرات بنیادی با فراهم‌کردن امکان نابودی آن‌ها و پادذراتشان در یک جرقه‌ی انرژی بود. این کار با انتشار «فوتون» یا ذرات نور صورت می‌گیرد. درباره‌ی مفهوم پاد باید اشاره کنیم که همه‌ی ذرات نسخه‌های «پاد» از خودشان ذراتی یکسان با بار مخالف دارند.
محدوده‌ی دقیق فرکانس‌های موردانتظار فوتون‌های حاصل‌شده، براساس فیزیک اطلاعات پیش‌بینی‌شدنی است. این آزمایش با ابزارهای موجود ما بسیار قابل‌دستیابی است و گروهی از پژوهشگران برای دستیابی به آن سایت سرمایه‌گذاری جمعی نیز راه‌اندازی کرده‌اند.
دراین‌میان، رویکردهای دیگری نیز وجود دارند. فیزیک‌دان فقید، جان بارو، استدلال کرده بود که شبیه‌سازی خطاهای محاسباتی جزئی ایجاد می‌کند و برای ادامه‌ی کار سیستم، برنامه‌نویس باید آن‌ها را برطرف کند. او پیشنهاد کرد که ممکن است چنین تثبیت‌هایی را تجربه کنیم و در پی آن، نتایج تجربی متناقضی به‌طور‌ناگهانی ظاهر شوند؛ چیزی مانند تغییر ثابت‌های طبیعت. بنابراین، نظارت بر مقادیر این ثابت‌ها گزینه‌ی دیگری است.
ماهیت واقعیت ما یکی از بزرگ‌ترین رازهای موجود در جهان است. هرچه فرضیه‌ی شبیه‌سازی کامپیوتری را جدی‌تر بگیریم، توانایی بیشتری برای اثبات یا رد آن در آینده دراختیار خواهیم داشت.
