Юлиан Ворон – Симулятор Вселенной (страница 2)
Если бы пространство было бесконечно делимым, то в каждом сантиметре содержалось бы бесконечное количество информации. Чтобы просчитать движение пальца на один миллиметр в аналоговом мире, потребовалась бы бесконечная вычислительная мощность. Никакой суперкомпьютер (даже божественный) с этим не справится. Вселенная зависла бы в первую секунду после Большого Взрыва.
Но если пространство разбито на ячейки (пиксели), задача становится решаемой. Компьютеру нужно просто пересчитать состояние конечного числа ячеек. Планковская длина — это размер пикселя на мониторе нашего Мироздания.
Но если пространство дискретно (пиксельно), то что насчет Времени? Мы привыкли думать, что время течет как река. Плавно. Опять ошибка. Время — это не река. Время — это тиканье часов процессора.
Существует Планковское время. Это интервал, за который свет (максимально быстрая сущность) преодолевает одну Планковскую длину. Это примерно 5,39×10-44 секунды.
Это минимальный кадр реальности. Между двумя этими мгновениями времени не существует. В этот микро-зазор Вселенная «замирает», пересчитывает координаты всех частиц и отрисовывает новый кадр.
Вы живете не в плавном потоке. Вы живете в Stop-motion анимации.Просто частота кадров (FPS — Frames Per Second) у нашей Вселенной настолько высока (1043 кадров в секунду), что ваш медленный мозг (который работает на частоте около 40–60 Гц) воспринимает это как непрерывное движение.
Мы все — персонажи фильма, который крутится с бешеной скоростью. Каждый «тик» планковского времени — это обновление состояния системы.
(Пересчет координат).
Движения нет. Есть телепортация из ячейки в ячейку.Ахиллес догонит черепаху, потому что в какой-то момент расстояние между ними станет равным одному пикселю. А на следующем кадре — нулю.
В 1970 году математик Джон Конвей придумал игру «Жизнь». Это поле в клеточку. Простые правила: если рядом с клеткой три живые — она оживает. Если меньше двух или больше трех — умирает. Из этих примитивных правил на экране компьютера рождались сложные, движущиеся структуры, «глайдеры», которые жили своей жизнью.
Многие современные физики (например, нобелевский лауреат Герард 'т Хоофт или Стивен Вольфрам) всерьез предполагают, что наша Вселенная — это гигантский Клеточный автомат. Вся наша реальность — это трехмерная (или многомерная) сетка ячеек планковского размера. Каждая ячейка может быть в состоянии «1» (есть энергия/материя) или «0» (пустота). Законы физики — это просто правила переключения этих ячеек.
Электрон — это не шарик, летящий сквозь пустоту.
Электрон — это паттерн, бегущий по сетке. Как бегущая строка на табло стадиона. Лампочки (ячейки пространства) стоят на месте, но они зажигаются и гаснут по очереди, создавая иллюзию движения текста.
Вы не движетесь сквозь пространство. Пространство «передает» информацию о вас от одной ячейки к другой. Вы — волна информации, бегущая по неподвижному кристаллу Матрицы.
Осознание «пиксельности» мира убивает мистический трепет перед материей. Материя перестает быть «священной глиной». Она становится Данными.
Если мир состоит из пикселей, значит, он вычислим. Если он вычислим, значит, он является результатом работы программы. А если есть Программа, значит, есть:
Железо, на котором она крутится (Где находится этот компьютер?).
Код, который определяет правила (Физика).
Разработчик (или ИИ), который запустил симуляцию.
Планковская длина — это подпись Архитектора. Это та самая черта, где физика переходит в информатику. Мы подошли к стене нашей камеры и увидели текстуру обоев.
Но если мир — это компьютерная графика, то возникает вопрос: а зачем рисовать весь мир целиком? Это же дорого! Зачем отрисовывать галактику Андромеды, если там никого нет?Умный программист так не делает. Умный программист использует оптимизацию.Он рисует мир только там, куда смотрит Наблюдатель.
И квантовая физика подтверждает: наш мир работает именно так.В следующей главе мы узнаем, как Вселенная экономит ресурсы, исчезая, когда вы отворачиваетесь.
Глава 2. Фрактальное сжатие
Как уместить Вселенную на флешку, или почему у Бога нет жестких дисков
Представьте, что вы — Архитектор Вселенной. Перед вами стоит задача: создать мир, который будет выглядеть бесконечно сложным, разнообразным и живым. Вам нужно создать триллионы деревьев, и чтобы на каждом дереве были тысячи уникальных листьев. Вам нужно создать береговые линии континентов, изрезанные бухтами. Вам нужны облака, кровеносные системы, горные хребты и галактические спирали.
Если вы будете действовать как плохой художник, вы начнете рисовать каждый лист отдельно. Вы будете сохранять координаты каждого атома каждого дерева. Какой объем памяти вам понадобится? Бесконечный. Даже если превратить всю материю Вселенной в жесткие диски, места не хватит, чтобы записать состояние одного-единственного леса с точностью до атома.
Но наш мир существует. И он невероятно сложен. Как Системе удается хранить столько данных? Ответ прост: Она их не хранит. Она их генерирует на лету.
Это магия процедурной генерации.
Чтобы понять этот фокус, вспомните уроки информатики. Есть два типа картинок:
Растровая (Bitmap). Это фотография. Она состоит из миллионов пикселей. Файл весит много. Если вы приблизите (зумируете) фото, оно рассыплется на квадраты. Детализация конечна.
Векторная. Это формула. Чтобы нарисовать круг, компьютеру не нужно запоминать каждый пиксель окружности. Ему нужна одна строчка кода: Circle (Radius=10, Center=0,0)
Этот файл весит несколько байт. Но вы можете приближать этот круг бесконечно — он всегда останется идеально гладким.
Наша Вселенная — это не набор фотографий (хотя на планковском уровне она пиксельная).Наша Вселенная — это набор формул.Это архив, который распаковывается в реальном времени.
В 1980 году математик Бенуа Мандельброт, работавший в IBM, заглянул в компьютер и увидел там Бога. Он обнаружил простейшую формулу:
Выглядит как задачка для 5 класса. Возвести число в квадрат и прибавить константу. Но когда Мандельброт заставил компьютер визуализировать эту формулу, на экране расцвела бесконечная психоделическая красота. Сложные спирали, щупальца, «морские коньки», узоры, подобные морозным на стекле. Самое удивительное: вы можете приближать (зумить) Множество Мандельброта вечно. Вы будете проваливаться вглубь узора, и там будут открываться новые и новые структуры, подобные исходной, но не идентичные ей.
Из формулы длиной в 5 символов рождается бесконечная сложность. Это называется Фрактал (от лат. fractus — дробленый). Фрактал обладает свойством Самоподобия. Часть подобна целому. Маленькая веточка дерева повторяет форму большой ветки. Большая ветка повторяет форму всего дерева. Дерево повторяет форму речной дельты. Речная дельта повторяет форму молнии. Молния повторяет форму кровеносных сосудов.
Посмотрите в окно. Вы не увидите там хаоса. Вы увидите фракталы.Архитектор Вселенной — гениальный лентяй. Он написал один код и применил его везде.
Деревья и Легкие: Почему ваши бронхи выглядят точно так же, как крона дуба? Потому что задача одна: максимальная площадь поверхности в минимальном объеме. Используется один и тот же алгоритм ветвления.
Береговая линия: Если вы посмотрите на берег Британии из космоса, он изрезан. Если посмотрите с самолета — увидите те же изгибы. Если посмотрите под ногами — увидите те же лужицы. Это фрактал.
Галактики и Атомы: Спираль ДНК и Спираль Млечного Пути. Вихрь в ванной и ураган «Катрина».
Всё это — результат работы Рекурсивных алгоритмов. Программе не нужно хранить информацию о каждом листе папоротника. Ей достаточно хранить «Зерно» (Seed) — короткую инструкцию: «Расти палку. Через 10 см раздели на две. Повтори для каждой новой палки». Запустите этот скрипт — и через секунду на пустом экране вырастет идеальный, сложнейший лес.
Геймеры знают игру No Man's Sky (или старую Elite). В этой игре 18 квинтиллионов (18,000,000,000,000,000,000) планет. Каждая планета уникальна. Там свои горы, свои животные, свои растения. Если вы захотите посетить каждую планету хотя бы на секунду, вам понадобится 500 миллиардов лет.
Вопрос: сколько весит эта игра на жестком диске? Может быть, миллион терабайт?Нет. Она весит около 10-15 гигабайт. (Меньше, чем один фильм в 4K).
Как?! Потому что планет нет на диске. На диске лежат только формулы генерации ландшафта и текстур. Когда ваш корабль подлетает к новой планете, компьютер берет её уникальный номер (Seed) и подставляет в формулу. Бум! — горы выросли, реки потекли, динозавры забегали. Вы улетели — планета стерлась из оперативной памяти, остался только номер.
Гипотеза книги: Наша Вселенная работает на том же движке. Мы живем в процедурно генерируемом мире. Законы физики — это те самые формулы генерации. Атомы — это воксели. А «Большой Взрыв» — это момент запуска файла Universe.exe.
Самое очевидное доказательство фрактального сжатия находится прямо в вас. Это ваша ДНК. В одной микроскопической клетке записана информация о том, как построить всего Вас: от цвета глаз до склонности к депрессии. Если распутать ДНК одной клетки, она вытянется на 2 метра. Но вес этой информации ничтожен.