Мир удивительных научных открытий нельзя представить без смелых, новаторских и зачастую противоречивых идей. Особенно это касается космологии, которая изучает Вселенную как единое целое, в том числе ее рождение, дальнейшую судьбу и возможную гибель. Стоит ли удивляться, что за время своего существования космология претерпела множество трансформаций. Сегодня астрономы понимают, что Вселенная стремительно расширяется бесконечно ускоряясь и постепенно становясь все холоднее. Если этот процесс продолжится, в конечном итоге вся Вселенная погрузится во тьму и холод. Но наука не была бы так увлекательна, если бы не новые открытия, позволяющие взглянуть на привычный ход вещей иначе. Недавно команда физиков-теоретиков в сотрудничестве со специалистами из Microsoft опубликовала исследование, в котором рассматривает нашу Вселенную как самообучающуюся систему эволюционных законов, которые, по сути, являются алгоритмами работающими в форме операций обучения. Иными словами, исследователи предположили, что мы живем внутри компьютерной системы, который постоянно учится. Полученные результаты, как полагают авторы, можно будет использовать для создания совершенно новой области космологических исследований.

Результаты нового исследования показывают, что Вселенная обучается законам физики по мере своего развития.

Наша Вселенная – симуляция?

В 2003 году в свет вышла статья шведского философа Ника Бострома под названием «Доказательство симуляции». В ней профессор Оксфордского университета предполагает, что наша реальность представляет собой иллюзию, воссозданную компьютерной программой. В статье в качестве доказательства своего тезиса Бостром рассматривает современное направление развитие технологий, искусственного интеллекта и многих других отраслей, при условии, что они «не будут противоречить существующим законам физики и инженерии».

Как полагает Бостром, человечество в конечном итоге придет к такому развитию технологий, что в нашем расположении окажутся огромные вычислительные мощности, с помощью которых можно будет симулировать работу многих разумных существ. Однако каким именно путем будет проведена симуляция Бостром не поясняет, так как реализовать ее можно как с помощью компьютеров, так и с помощью стимуляции центров мозга, ответственных за поведение во время сна и формирование реальности во сне.

Кадр из мультсериала «Рик и Морти», серия про микровселенную.

Среди сторонников теории Бострома космолог Алан Гут из Массачусетского технологического института. Он предполагает, что наша Вселенная – это лабораторный эксперимент (как в серии «Рик и Морти», когда Рик создал «карманную» вселенную для выработки электроэнергии). По Гуту наша Вселенная создана неким сверхразумом и находится в отдельном пространственно-временном пузыре (он быстро отделился от материнской вселенной и потерял с ней контакт).

Но не все в подобных предположениях так просто, как может показаться на первый взгляд – ведь доказать, что мы находимся в реальной Вселенной практически невозможно, так как любое «доказательство» может являться частью программы.

Вселенная, которая учится

Совместная работа команды физиков-теоретиков и исследователей из Microsoft, опубликована на сервере препринтов airxiv.org (здесь ученые делятся статьями, которые еще не прошли экспертную оценку и не были опубликованы в научном журнале) и описывает нашу Вселенную как самообучающуюся систему эволюционных законов. Получившая название «Автодидактическая Вселенная» статья занимает 80 страниц и излагает довольно хороший поверхностный аргумент в пользу новой, нюансированной теории всего. В исследование утверждается, что законы, управляющие Вселенной, являются эволюционной системой обучения.

Но как это работает? Физики предлагают посмотреть на Вселенную как на систему обучения, используя системы машинного обучения. Точно так же, как мы можем научить машины выполнять разворачивающиеся во времени функции, то есть учиться, законы Вселенной, по сути, являются алгоритмами, которые работают в форме операций обучения.

С самого момента своего рождения наша Вселенная расширяется с ускорением, становясь при этом все холоднее и холоднее.

Так как мы понимаем законы физики исходя из наблюдений, вполне логично, что первоначальный физический закон был бы невероятно простым, самоподдерживающимся и способным к обучению и развитию. Возможно, Вселенная началась не с Большого взрыва, а с простого взаимодействия между частицами. Исследователи ссылаются на это скромное предположение, утверждая, что «информационные архитектуры обычно усиливают причинные силы довольно небольших коллекций частиц». Иными словами, ученые описывают постоянно развивающиеся законы Вселенной как необратимые.

Одно из следствий заключается в том, что если эволюция законов реальна, то она, вероятно, будет однонаправленной, поскольку в противном случае законы обычно возвращаются к предыдущим состояниям, возможно. Это происходит потому, что новое состояние не является случайным, а скорее должно соответствовать определенным ограничениям, в то время как непосредственно прошлое состояние уже удовлетворяло ограничениям.

«Обратимая, но развивающаяся система будет часто случайным образом исследовать свое непосредственное прошлое. Когда мы видим эволюционирующую систему, которая показывает периоды стабильности, она, вероятно, развивается в одном направлении», – пишут авторы научной работы.

Вселенная родилась в результате Большого взрыва и с тех пор расширяется все быстрее и быстрее.

Иллюстрируя эти моменты, исследователи ссылаются на образ эксперта-криминалиста, пытающегося воссоздать, как данная программа пришла к полученным результатам. Это означает, что результаты программы обратимы, так как существует история их выполнения. Но если бы тот же эксперт попытался определить результаты программы, изучив центральный процессор (объект, наиболее ответственный за ее выполнение), это было бы гораздо сложнее сделать, так как никакой преднамеренной внутренней записи операций, выполняемых процессором, нет.

Выходит, если Вселенная действует с помощью набора законов, которые, будучи изначально простыми, являются самообучающимися и, следовательно, способны эволюционировать с течением времени, для нас это может означать, что создание единой теории всего невозможно. Но если законы могут развиваться, то могут и больше: авторы исследования считают, что только Вселенная, которая изучает свои законы, может породить новые явления, такие как жизнь и физику.

Важно отметить, что новое исследование пока не опубликовано, а значит к его результатам необходимо отнестись с осторожностью. Исследователи, тем не менее, проделывают большую работу, описывая типы алгоритмов и нейросетевых систем, которые могла бы генерировать такая Вселенная и из которых она сама состоит. В конечном счете команда описывает эту работу как «первые неуверенные шаги» к более полной и всеобъемлющей теории. Так что будем ждать.