Non capita spesso che un comico faccia la pelle d’oca a un astrofisico quando discute delle leggi della fisica. Ma è successo davvero! Chuck Nice è riuscito a farlo in un recente episodio del podcast StarTalk. Il conduttore dello spettacolo, Neil deGrasse Tyson, aveva appena spiegato l’argomento della simulazione: l’idea che potremmo essere esseri virtuali che vivono in una simulazione al computer.
In tal caso, molto probabilmente la simulazione creerebbe percezioni della realtà su richiesta piuttosto che simulare tutta la realtà tutto il tempo, proprio come un videogioco ottimizzato per rendere visibili solo le parti di una scena a un giocatore.
“Forse è per questo che non possiamo viaggiare più velocemente della velocità della luce, perché se potessimo, saremmo in grado di raggiungere un’altra galassia“, ha detto Nice, spingendo Tyson ad interromperlo divertito. “Prima che possano programmarlo,” ha detto l’astrofisico, deliziato al pensiero. “Quindi il programmatore ha messo quel limite.”
Conversazioni di questo tipo possono sembrare irrispettosi e impertinenti. Ma da quando Nick Bostrom dell’Università di Oxford ha scritto un articolo fondamentale sull’argomento della simulazione nel 2003, filosofi, fisici, tecnologi e, sì, anche comici sono stati alle prese con l’idea che la nostra realtà sia una simulazione. Alcuni hanno cercato di identificare i modi in cui possiamo discernere se siamo esseri reali o simulati. Altri hanno tentato di calcolare la possibilità che fossimo entità virtuali. Ora una nuova analisi mostra che le probabilità che stiamo vivendo nella realtà di base, ovvero un’esistenza che non è simulata, sono praticamente pari.
Nel 2003 Bostrom ha immaginato una civiltà tecnologicamente esperta che possiede un’immensa potenza di calcolo e ha bisogno di una frazione di quella potenza per simulare nuove realtà con esseri coscienti al loro interno. Dato questo scenario, il suo argomento di simulazione ha mostrato che almeno una proposizione nel seguente trilemma deve essere vera: primo, gli esseri umani si estinguono quasi sempre prima di raggiungere lo stadio esperto di simulazione. In secondo luogo, anche se gli esseri umani raggiungono quella fase, è improbabile che siano interessati a simulare il proprio passato ancestrale. E terzo, la probabilità che stiamo vivendo in una simulazione è vicina a uno.
Prima di Bostrom, il film The Matrix aveva già fatto la sua parte per rendere popolare la nozione di realtà simulate. E l’idea ha radici profonde nelle tradizioni filosofiche occidentali e orientali, dall’allegoria della caverna di Platone al sogno della farfalla di Zhuang Zhou. Più recentemente, Elon Musk ha alimentato ulteriormente il concetto che la nostra realtà è una simulazione: “Le probabilità che siamo nella realtà sono una su miliardi“, ha detto in una conferenza del 2016.
“Musk ha ragione se si presume che [le proposizioni] uno e due del trilemma siano false. Ma come puoi presumerlo?”, afferma l’astronomo David Kipping della Columbia University.
Per capire meglio l’argomento della simulazione di Bostrom, Kipping ha deciso di ricorrere al ragionamento bayesiano. Questo tipo di analisi utilizza il teorema di Bayes, dal nome di Thomas Bayes, uno statistico e ministro inglese del XVIII secolo. L’analisi bayesiana consente di calcolare le probabilità che qualcosa accada (chiamata probabilità “a posteriori”) facendo prima ipotesi sulla cosa analizzata (assegnandole una probabilità “a priori”).
Kipping ha trasformando il trilemma in un dilemma. Ha ridotto le proposizioni uno e due in un’unica affermazione, perché in entrambi i casi il risultato finale è che non ci sono simulazioni. Quindi, il dilemma mette un’ipotesi fisica (non ci sono simulazioni) contro l’ipotesi di simulazione (c’è una realtà di base – e ci sono anche simulazioni). “È sufficiente assegnare una probabilità a priori a ciascuno di questi modelli“, afferma Kipping. “Assumiamo semplicemente il principio di indifferenza, che è il presupposto predefinito quando non si hanno dati o inclinazioni in entrambi i casi.”
Quindi ogni ipotesi ha una probabilità a priori della metà, proprio come se si lanciasse una moneta per decidere una scommessa.
La fase successiva dell’analisi richiedeva di pensare alle realtà che possono generare altre realtà e alle quelle che non possono simulare le realtà della prole (dette nullipare). Se l’ipotesi fisica fosse vera, allora la probabilità di vivere in un universo nullipare sarebbe facile da calcolare: sarebbe del 100%. Kipping ha poi mostrato che anche nell’ipotesi di simulazione, la maggior parte delle realtà simulate sarebbe nullipare. Questo perché quando le simulazioni generano più simulazioni, le risorse di calcolo disponibili per ogni generazione successiva diminuiscono al punto in cui la stragrande maggioranza delle realtà saranno quelle che non hanno la potenza di calcolo necessaria per simulare le realtà della prole che sono in grado di ospitare esseri coscienti.
Collega tutto questo in una formula bayesiana e ne viene fuori la risposta: la probabilità a posteriori che stiamo vivendo nella realtà di base è quasi la stessa della probabilità a posteriori che siamo una simulazione, con le probabilità che si inclinano a favore della realtà di base solo di pochissimo
Queste probabilità cambierebbero drasticamente se gli umani creassero una simulazione con esseri coscienti al suo interno, perché un tale evento cambierebbe le possibilità che abbiamo precedentemente assegnato all’ipotesi fisica. “Puoi semplicemente escludere quella [ipotesi] subito. Quindi ti resta solo l’ipotesi di simulazione. Il giorno in cui inventeremo quella tecnologia, e probabilità cambieranno dal 50-50 che siamo reali a quasi certamente che non siamo reali, secondo questi calcoli. Quel giorno sarebbe una celebrazione molto strana del nostro genio.” afferma Kipping.
Il risultato dell’analisi di Kipping è che, date le prove attuali, Musk si sbaglia sulla probabilità di una su miliardi che attribuisce a noi che viviamo nella realtà. Bostrom è d’accordo con il risultato, con alcuni avvertimenti.
Bostrom contesta la scelta di Kipping di assegnare uguali probabilità a priori all’ipotesi fisica e di simulazione all’inizio dell’analisi. “L’invocazione del principio di indifferenza qui è piuttosto traballante“, dice. “Si potrebbe invocare altrettanto bene le mie tre alternative originali, che darebbero loro un terzo di possibilità ciascuna. Oppure si potrebbe ritagliare lo spazio delle possibilità in qualche altro modo e ottenere qualsiasi risultato si desideri “.
Tali cavilli sono validi perché non ci sono prove a sostegno di una rivendicazione rispetto alle altre. La situazione cambierebbe se trovassimo le prove di una simulazione. Basterebbe quindi trovare un glitch all’interno della simulazione (ammesso e non concesso che viviamo al suo interno)?
Houman Owhadi, esperto di matematica computazionale presso il California Institute of Technology, ha riflettuto sulla questione. “Se la simulazione ha una potenza di calcolo infinita, non vedrai in alcun modo che stai vivendo in una realtà virtuale, perché potrebbe calcolare quello che vuoi con il grado di realismo che desideri. Se questa cosa può essere rilevata, devi partire dal principio che [ha] risorse computazionali limitate.” Un po’ come i videogiochi, molti dei quali si basano su una programmazione intelligente per ridurre al minimo i calcoli necessari per costruire un mondo virtuale.
Per Owhadi, il modo più promettente per cercare potenziali paradossi creati da tali scorciatoie informatiche è attraverso esperimenti di fisica quantistica. I sistemi quantistici possono esistere in una sovrapposizione di stati e questa sovrapposizione è descritta da un’astrazione matematica chiamata funzione d’onda. Nella meccanica quantistica standard, l’atto di osservazione fa sì che questa funzione d’onda collassi casualmente in uno dei tanti stati possibili. I fisici sono divisi sul fatto che il processo di collasso sia qualcosa di reale o rifletta semplicemente un cambiamento nella nostra conoscenza del sistema. “Se è solo una pura simulazione, non c’è collasso. Tutto è deciso quando lo guardi. Il resto è solo simulazione, come quando stai giocando a questi videogiochi.” dice Owhadi.
A tal fine, Owhadi e i suoi colleghi hanno lavorato a cinque variazioni concettuali dell’esperimento della doppia fenditura, ciascuna progettata per far scattare una simulazione. Ma riconosce che è impossibile sapere, in questa fase, se tali esperimenti potrebbero funzionare. “Quei cinque esperimenti sono solo congetture“, dice Owhadi.
Anche Zohreh Davoudi, un fisico dell’Università del Maryland, College Park, ha preso in considerazione l’idea che una simulazione con risorse informatiche finite potrebbe rivelarsi plausibile. Il suo lavoro si concentra sulle interazioni forti, in particolare la forza nucleare forte, una delle quattro forze fondamentali della natura. Le equazioni che descrivono le interazioni forti, che tengono insieme i quark per formare protoni e neutroni, sono così complesse che non possono essere risolte analiticamente. Per comprendere le interazioni forti, i fisici sono costretti a fare simulazioni numeriche. E a differenza di tutte le presunte superciviltà che possiedono una potenza di calcolo illimitata, devono fare affidamento su scorciatoie per rendere quelle simulazioni computazionalmente realizzabili, di solito considerando lo spaziotempo discreto piuttosto che continuo. Il risultato più avanzato che i ricercatori sono riusciti ad ottenere finora da questo approccio è la simulazione di un singolo nucleo di elio composto da due protoni e due neutroni.
“Naturalmente, inizi a pensare che se oggi simuliamo un nucleo atomico, forse tra 10 anni, potremmo fare un nucleo più grande; forse tra 20 o 30 anni, potremmo fare una molecola. In 50 anni, chissà, forse puoi fare qualcosa delle dimensioni di pochi centimetri di materia. Forse in 100 anni o giù di lì, potremmo fare il cervello [umano]. ” dice Davoudi.
Davoudi pensa che i computer classici presto raggiungeranno il limite. “Nei prossimi forse 10 o 20 anni, vedremo effettivamente i limiti delle nostre simulazioni classiche dei sistemi fisici“. Quindi, sta volgendo i suoi occhi al calcolo quantistico, che si basa su sovrapposizioni e altri effetti quantistici per rendere trattabili alcuni problemi computazionali che sarebbero impossibili con approcci classici. “Se il calcolo quantistico si materializza effettivamente, nel senso che è un’opzione di elaborazione affidabile e su larga scala, allora entreremo in un’era di simulazione completamente diversa“, afferma Davoudi. “Sto iniziando a pensare a come eseguire le mie simulazioni di fisica delle interazioni forti e nuclei atomici se avessi un computer quantistico che fosse fattibile.”
Tutti questi fattori hanno portato Davoudi a speculare sull’ipotesi di simulazione. Se la nostra realtà è una simulazione, è probabile che il simulatore discretizzi anche lo spaziotempo per risparmiare sulle risorse di calcolo (supponendo, ovviamente, che utilizzi gli stessi meccanismi dei nostri fisici per quella simulazione). Le firme di tale spaziotempo discreto potrebbero potenzialmente essere viste nelle direzioni da cui provengono i raggi cosmici ad alta energia: avrebbero una direzione preferita nel cielo a causa della rottura della cosiddetta simmetria rotazionale.
I telescopi “non hanno ancora osservato alcuna deviazione da tale invarianza rotazionale“, afferma Davoudi. E anche se un tale effetto fosse visto, non costituirebbe una prova inequivocabile che viviamo in una simulazione. La realtà di base stessa potrebbe avere proprietà simili.
Kipping, nonostante il suo studio, teme che ulteriore lavoro sull’ipotesi di simulazione sia un forte rischio. “Probabilmente non è verificabile se viviamo in una simulazione o meno. E se non è falsificabile, come possiamo affermare che è davvero scienza?”
Per lui, c’è una risposta più ovvia: il rasoio di Occam, che dice che in assenza di altre prove, è più probabile che la spiegazione più semplice sia corretta. L’ipotesi di simulazione è elaborata, presumendo realtà annidate su realtà, così come entità simulate che non possono mai dire di essere all’interno di una simulazione. “Poiché è un modello così eccessivamente complicato ed elaborato in primo luogo, dal rasoio di Occam, dovrebbe davvero essere sconsigliato, rispetto alla semplice spiegazione naturale“, dice Kipping.
Forse, dopotutto, stiamo vivendo nella realtà, nonostante Matrix, Musk e la strana fisica quantistica.
Articolo originariamente pubblicato su Scientific American, tutti i diritti appartengono agli autori
