Demandez à Ethan: l'Univers peut-il être une simulation?

L'ordinateur à quatre qubits d'IBM, un mot avancé en informatique, peut ouvrir la voie à des ordinateurs suffisamment puissants pour simuler l'univers.

Chaque jour, nous tenons pour acquis que ce que nous percevons comme la réalité est en réalité le reflet de la réalité objective. Que les atomes et les molécules qui composent notre corps existent réellement; que les photons qui interagissent avec nous possèdent de l'énergie et de l'élan; que les neutrinos qui traversent notre corps sont en effet des particules quantiques. Mais, peut-être, l'Univers, des plus petites particules subatomiques aux plus grandes collections de galaxies, n'existe pas physiquement, mais n'est qu'une simulation travaillant dans une autre réalité réelle. Deux de mes lecteurs (et un ami de la vieille école) veulent en savoir plus sur cette idée de simulation.

Rudy: Je suis sceptique à propos de cette idée, mais elle est assez intéressante.
Samir: C'est un sujet très intéressant et j'aimerais vraiment écouter ce qu'Ethan dira.

Cela peut ressembler à une histoire de science-fiction, mais il est soutenu par certaines considérations physiques.


Les photons avec des niveaux d'énergie complètement différents se déplacent à la même vitesse. Ceci et d'autres fonctionnalités peuvent servir de preuve que notre univers n'est qu'une simulation.

L'un des plus grands mystères de la nature est précisément pourquoi de telles quantités existent dans les lois de la physique. Pourquoi y a-t-il un ensemble limité de particules fondamentales, d'interactions et de constantes qui décrivent l'univers? Nous n'avons trouvé aucun principe mathématique ou physique déterminant la composition de notre univers ou nous permettant de déduire certaines choses fondamentales. Nous sommes nous-mêmes à l'intérieur de l'Univers et ne pouvons en observer qu'une partie limitée avec un niveau de sensibilité limité. Cela est dû en partie aux limitations inhérentes à notre équipement, mais en partie ces restrictions sont fondamentales.


L'univers observable sur une échelle logarithmique, où le bord de la lueur rouge indique le rayonnement relique visible pour nous.

Nous ne voyons rien au-delà de 46 milliards d'années-lumière , car le temps qui s'est écoulé depuis le Big Bang, ainsi que la vitesse de la lumière, ne suffisent pas pour aller plus loin. Aujourd'hui, nous ne pouvons pas étudier des distances inférieures à 10 ^{-19 en} raison des limitations de nos accélérateurs, mais l'Univers lui-même a une limite quantique fondamentale de 10 ^-35 m. Même avec des technologies illimitées, nous ne pouvions pas sonder des distances plus courtes. Et les tentatives de mesurer simultanément plusieurs paramètres ouvrent des incertitudes fondamentales qui, en principe, ne peuvent être surmontées: les limites quantiques du connaissable.


Illustration de l'incertitude fondamentale entre l'emplacement et l'élan au niveau quantique

Il est possible qu'il y ait de réelles explications physiques pour lesquelles ces paramètres et d'autres de l'Univers ont exactement cette forme, et nous n'avons tout simplement pas encore découvert ces explications. Mais on peut aussi supposer que leurs significations sont telles, car elles ont été programmées dans notre Univers. Pas au sens figuré, mais dans le vrai: il est possible que l'Univers soit vraiment une simulation. Notre puissance de calcul a continué d'augmenter à un rythme alarmant au cours des 70 dernières années. Nous sommes passés de calculatrices à quatre fonctions comparables à un bâtiment et fonctionnant plus lentement que les mathématiques à des superordinateurs de la taille d'une imprimante qui pourraient simuler des billions de particules et simuler des milliards d'années en quelques minutes.



Si la puissance de calcul augmente à des niveaux assez importants, nous pouvons, en principe, simuler chaque particule de l'Univers pour toute la période de notre histoire. Si l'ordinateur sur lequel la situation se déroulait était quantique, capable de maintenir chaque particule dans un état quantique indéfini, il pourrait intégrer cette incertitude quantique dans tous les aspects de la simulation. Si des planètes avec des organismes vivants et intelligents sont apparues dans cette simulation, pourraient-elles déterminer qu'elles vivent dans la simulation? Et bien sûr, il est assez facile de trouver des scientifiques qui disent non, ils ne pourraient pas. Par exemple, Rich Teril, un scientifique de la NASA, fait des déclarations comme:

Même ce que nous imaginons être continu - temps, énergie, espace, volume - a des limites finies pour ses significations. Alors notre Univers est à la fois fini et calculable. Ces propriétés permettent à l'univers d'être une simulation.

Certaines corrélations d'observations physiques peuvent être des signes d'une simulation de l'univers, mais de nombreuses hypothèses restent incertaines.

Mais d'un point de vue physique, ce n'est peut-être pas le cas. L'incertitude quantique peut être réelle, mais cela ne signifie pas que l'espace et le temps sont quantifiés, ou que l'énergie photonique ne peut pas être arbitrairement petite. L'Univers observable peut être fini, mais si vous lui ajoutez l'inobservable, il peut se révéler infini. Nous utilisons également diverses astuces pour réduire la charge de calcul dans les simulations, mais la preuve que l'Univers utilise les mêmes astuces doit être considérée comme des résultats «flous» à des distances suffisamment courtes, ce que nous n'observons pas.


L'un des canaux des détecteurs GEO600 , qui cherchait à brouiller les signaux correspondant au fait que l'Univers est une simulation. Aucun flou n'a été détecté.

Bien que les résultats de la théorie de l'information se manifestent souvent dans des recherches de pointe en physique théorique, cela peut résulter du fait que ces deux disciplines sont subordonnées à des relations mathématiques cohérentes en interne. Certains des arguments sont qu'à l'avenir, il sera possible de simuler facilement l'esprit, ce qui signifie qu'à un moment donné, il y aura plus d'esprits simulés que organiques, ce qui signifie qu'il est très probable que nous vivions tous dans une simulation - si superficielle et si facile réfuté qu'il devient triste parce qu'ils sont utilisés comme raisonnables. Par exemple, pourquoi quelqu'un qui pourrait simuler l'univers entier se soucierait-il de simuler l'esprit humain? En avril 2016, un débat a eu lieu sur cette question avec la participation de plusieurs scientifiques, et Lisa Randall s'est mieux exprimée sur le sujet de l'hypothèse de simulation:

Je me demande en fait pourquoi tant de gens trouvent cette question intéressante.

Cette opportunité, bien sûr, soulève l'imagination. Et nous, bien sûr, pouvons imposer des restrictions à cette hypothèse, en mesurant avec une précision toujours meilleure et à des énergies toujours plus élevées l'espace, le temps, la matière et l'énergie. Mais notre compréhension de la réalité a toujours progressé parce que nous avons posé des questions plus profondes sur l'univers de manière nouvelle et fondamentale. Se tourner vers le principe anthropique, tout comme se tourner vers l'hypothèse de simulation à la recherche de réponses aux questions difficiles d'aujourd'hui, ressemble à une déception de la science.


Le télescope à rayons X Chandra de la NASA a pu imposer des restrictions sur le grain de l'espace, observant des quasars éloignés

Si vous trouvez des preuves - par exemple, en étudiant les rayons cosmiques - que l'espace-temps est discret, cela affecte favorablement notre connaissance de l'Univers, mais ne prouve pas l'hypothèse de simulation. Il est généralement impossible de le prouver - tous les problèmes que nous pouvons ou ne pouvons pas trouver peuvent être des propriétés de l'Univers lui-même, ou des paramètres placés ou corrigés par les propriétaires de la simulation. D'un point de vue philosophique, une telle hypothèse peut séduire une civilisation qui croit qu'elle est sur le point de créer une intelligence artificielle. Il est possible que pour un simulateur assez avancé, nous semblions aussi simples que les pixels du jeu Life de Conway.



Mais nous ne jugeons pas les mérites scientifiques ou la crédibilité d'une idée par son attrait. La physique est si fascinante en particulier à cause de sa contre-intuitivité, et aussi à cause de sa force en termes de prédictions. Même si nous vivons vraiment dans une simulation, cela ne devrait pas affecter nos recherches pour comprendre les lois de la nature, leur origine, les raisons pour lesquelles les constantes fondamentales sont exactement comme ça, ou les réponses à d'autres questions qui peuvent être posées sur la nature de la réalité. «Parce que nous vivons dans une simulation» n'est pas une réponse aux questions ci-dessus; cela peut tout simplement faire partie intégrante de notre réalité.

Les mystères de la nature restent les mystères que nous devons résoudre, et c'est nous qui devons décider de la recherche de réponses.

Ethan Siegel - astrophysicien, vulgarisateur scientifique, auteur de Starts With A Bang! Il a écrit les livres «Beyond the Galaxy» [ Beyond The Galaxy ] et «Tracknology: the science of Star Trek» [ Treknology ].