# Эндрю Понтцен: «Для симуляции всей Вселенной нужен компьютер размером со Вселенную» Источник: https://www.youtube.com/watch?v=5NNFTvlxiIE Канал: Brian Keating Опубликовано: 17.11.2024 --- В новом выпуске подкаста «Into the Impossible» Брайан Китинг обсуждает с космологом из Даремского университета Эндрю Понтценом пределы цифрового моделирования реальности. В центре беседы — новая книга Понтцена «Вселенная в коробке» (The Universe in a Box), в которой автор исследует, как упрощенные компьютерные модели помогают ученым разгадывать тайны формирования галактик, почему гипотеза о «Вселенной-симуляции» не выдерживает критики с точки зрения вычислительной мощности и какую роль в современной науке играют забытые первопроходцы вроде Беатрис Тинсли. ## 🕹️ Гипотеза симуляции: почему мы не живем в Minecraft [[JUMP:00:00]] Одним из самых популярных философских вопросов современности является гипотеза о том, что наша реальность — это сложная компьютерная программа, запущенная высокоразвитой цивилизацией. Эндрю Понтцен, однако, настроен скептически [1:08]. По его мнению, идея о том, что Вселенная может быть детально смоделирована, разбивается о законы квантовой физики и информатики. Основные аргументы Понтцена против реальности-симуляции: * **Проблема квантовых битов (кубитов):** Число кубитов, доступных во Вселенной, — это конечное, хотя и колоссальное число [1:35]. Чтобы смоделировать Вселенную с абсолютной точностью, потребовался бы квантовый компьютер, обладающий таким же количеством кубитов. * **Энергетический и материальный тупик:** По словам гостя, для создания идеальной копии мира пришлось бы использовать ресурсы всей Вселенной [2:00]. Таким образом, симуляция «один к одному» невозможна физически — компьютер должен был бы быть размером с саму Вселенную. * **Цель моделирования:** Понтцен подчеркивает, что ученые никогда не пытаются буквально воспроизвести Вселенную [0:12]. Вместо этого они ищут способы упростить сложные системы, чтобы выделить ключевые закономерности, не копируя каждый атом. ## 💡 Эксперимент с лампочками: как симулировали галактики до компьютеров [[JUMP:05:34]] Понтцен напоминает, что симуляция — это не обязательно строки кода. Это процесс использования одной физической системы для понимания другой [6:00]. Одним из самых поразительных примеров в истории науки он называет эксперимент Эрика Хольмберга в Лундском университете [6:40]. В 1941 году, когда цифровых компьютеров еще не существовало, Хольмберг использовал обычные электрические лампочки для моделирования взаимодействия галактик: * **Сходство законов:** И интенсивность света, и сила гравитации убывают пропорционально квадрату расстояния (закон обратных квадратов) [7:06]. * **Метод:** Хольмберг расставил лампочки (представлявшие группы звезд) и с помощью фотоумножителей измерял общую интенсивность света в разных точках [7:18]. Это позволяло ему рассчитать гравитационные силы, которые действовали бы на звезды в реальном космосе. * **Алгоритмы «Kick-Drift»:** Чтобы отразить движение объектов, Хольмберг физически передвигал лампочки по лаборатории, используя шаги «толчка» (kick) и «дрейфа» (drift) [9:53]. Удивительно, но эти же концепции до сих пор лежат в основе самых современных космологических программ [8:12]. ## 🌊 Вселенная как жидкость: общность космологии и климатологии [[JUMP:11:12]] Брайан Китинг отмечает визуальное сходство между спиральными галактиками и земными ураганами. Понтцен подтверждает, что это сходство не случайно и обусловлено физикой жидкостей [11:39]. По мнению гостя, и воздух в атмосфере Земли, и газ в межзвездном пространстве ведут себя как «флюиды» — субстанции, которые можно сжимать, расширять и перемещать [12:05]. Оба типа систем описываются уравнениями Навье — Стокса, сформулированными в XIX веке [12:58]. Однако между моделями климата и космоса есть существенная разница: 1. **Масштаб «неизвестного»:** В климатических моделях критически важными являются процессы масштабом в несколько километров (например, формирование облаков), которые слишком малы для глобальных карт [37:36]. 2. **Масштаб в космологии:** Для космолога «малыми» считаются объекты размером в несколько световых лет, такие как отдельные звезды или звездные колыбели [40:07]. 3. **Упрощения:** И те, и другие ученые вынуждены использовать так называемые «подсеточные правила» (subgrid rules) — упрощенные математические формулы для описания явлений, которые компьютер не может рассчитать напрямую из-за нехватки мощности [41:15]. ## 🌀 В поисках вращающейся Вселенной [[JUMP:19:21]] В ходе беседы Понтцен вспоминает о своем «кризисе доверия» к симуляциям во время обучения в аспирантуре [19:35]. В тот период он решил переключиться на теоретическую работу с бумагой и ручкой, изучая реликтовое излучение (CMB). Одной из интригующих гипотез, которую он проверял, была идея о вращении Вселенной. Эта концепция восходит к Курту Гёделю, другу Эйнштейна, который математически доказал, что общая теория относительности допускает существование вращающейся Вселенной, в которой возможны путешествия во времени [22:03]. Результаты исследований Понтцена: * Вместе с коллегой Энтони Чаллинором он рассчитал, какой отпечаток вращение должно оставить на поляризации реликтового излучения [22:56]. * Анализ данных со спутников WMAP и Planck не выявил никаких доказательств вращения [23:23]. * Понтцен считает, что отсутствие вращения подтверждает современные теории инфляции, хотя признает, что обнаружение спина Вселенной принесло бы ему Нобелевскую премию [23:50]. ## 🔭 Споры вокруг Джеймса Уэбба и «отмена» Большого взрыва [[JUMP:27:11]] Летом 2022 года снимки телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) вызвали сенсацию: на них были видны зрелые дисковые галактики в очень ранней Вселенной. По мнению Эрика Лернера и некоторых других критиков, это доказывало, что Большого взрыва никогда не было [27:39]. Понтцен категорически не согласен с такой интерпретацией [28:05]. Он приводит следующие контраргументы: * **Реликтовое излучение:** Существование и свойства CMB являются неопровержимым доказательством Большого взрыва, которое невозможно игнорировать ради одной аномалии с галактиками [28:18]. * **Ошибки идентификации:** Часть «слишком ярких» ранних галактик при детальной проверке оказалась гораздо ближе к Земле, чем предполагалось изначально [30:16]. * **Неизвестная физика звезд:** Процесс формирования первых звезд в плотной и лишенной тяжелых элементов ранней Вселенной мог идти иначе, чем в современной, что объясняет неожиданную яркость объектов [30:53]. ## 🧬 Беатрис Тинсли: забытая мать галактических симуляций [[JUMP:31:32]] Понтцен уделяет особое внимание фигуре Беатрис Тинсли, чья роль в астрономии сопоставима с ролью Веры Рубин (первооткрывательницы темной материи) [32:13]. В 1960-х годах Тинсли в одиночку изменила представления об эволюции Вселенной. В то время космологи во главе с Алланом Сэндиджем считали галактики «стандартными свечами» — объектами, чья яркость неизменна во времени [33:07]. Тинсли, получив доступ к одному из ранних компьютеров в Техасе, создала первую модель эволюции галактики [34:27]. Ее выводы были революционными: * Галактики не могут оставаться неизменными. По мере старения звезд их яркость и цвет меняются [35:22]. * Это открытие полностью подорвало программу Сэндиджа по измерению расширения Вселенной с помощью простых наблюдений за яркостью [35:49]. * Тинсли столкнулась с серьезным сопротивлением научного сообщества и самого Сэндиджа, прежде чем ее идеи стали общепринятыми [36:02]. ## ⚡ Этика вычислений: углеродный след и ИИ [[JUMP:48:07]] Обсуждая будущее высокопроизводительных вычислений, Китинг и Понтцен затрагивают вопрос энергопотребления. С ростом популярности ИИ запросы на электроэнергию со стороны дата-центров становятся критическими [48:22]. Понтцен приводит сравнение для масштаба: * Крупнейшая космологическая симуляция под названием «Flamingo» имела углеродный след, сопоставимый с перелетом двух человек из Лондона в Нью-Йорк и обратно экономическим классом [49:40]. * Это ничтожно мало по сравнению с энергозатратами современных систем ИИ [50:08]. * Главная техническая проблема сегодня заключается в том, что графические процессоры (GPU), идеально подходящие для параллельных задач ИИ, плохо справляются с космологией. В симуляциях Вселенной разные части «коробки» должны постоянно обмениваться данными из-за гравитации, что создает узкое место в архитектуре современных чипов [51:51]. В завершение беседы Понтцен отвечает на вопрос о том, не лишает ли наука Вселенную красоты, превращая ее в набор цифр [53:12]. Ссылаясь на Ричарда Фейнмана, он утверждает, что понимание механизмов работы космоса — например, знание того, что Юпитер состоит из метана, а не является богом — лишь добавляет новые уровни к нашему восхищению реальностью [53:54].