Неужели мы живем в симуляции?

В таких фантастических произведениях, как «Матрица» или «Симулякрон», мы все живем только в симуляции Вселенной. Исследователи выяснили, возможно ли это с технической точки зрения. Их выводы: попытка убедительно смоделировать такое количество разумных существ, их интеллектуальные способности и окружающую среду будет гигантской даже для высокоразвитой цивилизации - и результат не будет безупречным.

Насколько реальны наш мир, космос и все в нем? Неужели наша Вселенная - всего лишь голография - проекция двумерных полей и параметров? Или, может быть, мы даже живем в смоделированной компьютерной цивилизации, когнитивно и технически гораздо более совершенной? Люди обсуждают этот вопрос на протяжении столетий, и в научной фантастике существует бесчисленное множество вариантов этого сценария.

Философ Ник Бостром считает почти неизбежным, что развитая цивилизация создаст смоделированные миры - если только она не уничтожит себя до того, как достигнет необходимых технологических возможностей. На ежегодной конференции Илон Маск оценил вероятность того, что мы реальны, как один к миллиарду.

Насколько вероятен смоделированный космос?

Новая оценка вероятности выполнена Александром Бибо-Делиль и Жилем Брассаром из Монреальского университета. В отличие от более ранних подходов, в своей математической модели они также исследуют возможность того, что наши мыслительные процессы и то, как мы взаимодействуем с окружающей средой, моделируются с помощью квантовых компьютеров и квантовых операций.

«Как и многие другие вещи в информатике, идея о том, что наш мир может быть симуляцией, должна быть пересмотрена в свете достижений квантовых вычислений. Желание смоделировать всю нашу физику с использованием одних лишь классических ресурсов вряд ли представляется возможным».
Бибо-Делиль, Брассар

Они также проверяют, какие затраты энергии потребуются и могут ли и смоделированные существа сами выполнять симулирование.

Мы просто виртуальные существа в симулированном мире? Фото: © Design Cells / iStock

Первое требование: моделирование разумных существ

Первый важный вопрос заключается в том, сколько вычислительной мощности потребуется для моделирования работы человеческого мозга как такового. Вычислительная мощность мозга весом около 1,4 килограмма колеблется от 10¹⁴ до 10¹⁶ операций/сек., - поясняют исследователи. Теоретически, при использовании соответствующих технологий, вычислительная мощность может достигать 10⁵⁰ операций/сек. на килограмм.

Если цивилизация достаточно продвинутая, чтобы преобразовать по крайней мере одну миллиардную часть накопленной энергии в вычислительную мощность, то они могли бы смоделировать развитие виртуального мозга 1,4 на 10²⁵ с помощью всего лишь компьютера размером с мозг, объясняют ученые.

Второе требование: взаимодействия и законы природы

Но одних виртуальных мозгов недостаточно: симуляция должна охватывать все взаимодействия моделируемых существ с окружающей их средой, а также все процессы, которые являются результатом смоделированных законов природы.

«Если они хотят создать только миры, в которых живут и взаимодействуют разумные существа, было бы целесообразно выбрать законы природы, которые допускают наличие интеллекта, но минимизируют затраты на моделирование окружающей среды».
Бибо-Делиль, Брассар

Если бы цивилизация захотела создать виртуальный мир, физические законы которого соответствовали бы законам реальности, усилий потребовалось бы несравнимо больше:

«Моделирование этой среды до мельчайшего микроскопического уровня потребовало бы чрезвычайно больших затрат времени».
Бибо-Делиль, Брассар

Согласно их расчетам, вычислительная мощность для этого была бы настолько высока, что даже максимальной плотности вычислений не хватит для моделирования до малейших деталей большого количества индивидуумов.

Однако можно предположить, что симуляторы по-разному адаптируют сложность: если люди в настоящее время проводят эксперименты, требующие высокого уровня детализации, например при тестах квантовой физики или астрономических исследованиях, то «разрешение» увеличивается. Если наше внимание не сосредоточено на таких сложных процессах, уровень детализации может быть снижен.

Проблема рекурсивного моделирования

Есть еще один фактор, который может значительно увеличить затраты на расчёты симулирования мира: если смоделированные существа сами начнут использовать компьютеры и создавать свои собственные симуляции. Тогда компьютеры реального уровня должны поддерживать не только моделирование первого уровня, но и их симуляции - и так далее. Эти рекурсивные симуляции увеличили бы необходимые вычислительные мощности в геометрической прогрессии.

«Это становится еще более драматичным, когда моделируемая цивилизация использует большие объемы вычислительной мощности для различных других целей - в дополнение к собственному моделированию».
Бибо-Делиль, Брассар

Тогда вычислительной мощности реальной цивилизации уже не хватило бы для моделирования больших чисел виртуальных индивидуумов.

«Следовательно, при отсутствии дополнительных доказательств хорошим ориентиром для оценки вероятности того, что мы живем в симуляции, является количество смоделированных существ».
Бибо-Делиль, Брассар

«Вероятность намного ниже 50 процентов»

Объединив все эти факторы, ученые делают вывод: вероятность того, что мы будем жить в чисто виртуальном мире, довольно мала и в любом случае значительно ниже 50 процентов.

«Основными факторами такой низкой вероятности являются огромные усилия по убедительному моделированию окружающей среды цивилизации, неизбежно несовершенная эффективность каждой компьютерной операции и тот факт, что моделирование может быть рекурсивным».
Бибо-Делиль, Брассар

Отсутствие инопланетян

Однако есть один фактор, который может указывать на то, что мы живем в симуляции: мы до сих пор не обнаружили внеземную жизнь или ее зонды. Поскольку такая симуляция сэкономит затраты на создание других существ далеко от симулируемой земли.

«Если мы живем в симуляции с упрощенной физикой, мы никогда не встретим такие зонды. Тот факт, что мы еще не обнаружили никаких свидетельств существования внеземных цивилизаций, можно рассматривать как наиболее убедительный аргумент в пользу теории моделирования».
Бибо-Делиль, Брассар

Источник: scinexx.de

За нами могут сейчас наблюдать с 1000 экзопланет

Сегодняшняя наука предполагает, что у каждой звезды есть хотя бы одна планета. И вокруг каждой пятой звезды во Вселенной вращаются планеты именно в обитаемой зоне, то есть каждая пятая звезда - это солнце благоприятного для жизни мира.

Лиза Калтенеггер - американский исследователь экзопланет (Корнельский университет, Итака). Там она возглавляет Институт Карла Сагана, который вне Солнечной системы занимается поиском планет и лун, пригодных для жизни. Несколько десятилетий назад этот проект считался скорее научной фантастикой, но с 1990-х годов исследование экзопланет буквально «взорвалось».

Подтверждены 4352 экзопланеты

Исследователи давно предполагали, что экзопланеты существуют, но доказать это чрезвычайно сложно, поскольку от них исходит намного меньше света, чем от их родительских звезд. Первые надежные наблюдения экзопланет проводились в ранние 1990-е гг. Но чем дольше исследователи ищут чужие миры, тем продуктивнее их находки. По состоянию на 1 марта в списке НАСА насчитывается 4352 подтвержденных экзопланеты и 5765 кандидатов.

Похоже, это много. Но если учесть, что только в нашей галактике 200 миллиардов звезд, быстро становится ясно, сколько инопланетных миров до сих пор скрыты от нас. В своих исследованиях Калтенеггер специализируется на очень специфических экзопланетах, находящихся лишь в обитаемой зоне, где теоретически может быть жизнь.

«Возможно, Вселенная изобилует благоприятными для жизни планетами, но мы не знаем, всегда ли возникает жизнь, когда есть такая возможность».
Лиза Калтенеггер

Так может выглядеть экзопланета Kepler-1649c, которая ​​находится в обитаемой зоне Иллюстрация: НАСА / Исследовательский центр Эймса / Дэниел Раттер

Чтобы выяснить, являются ли планеты, которые в принципе пригодны для жизни, обитаемыми, исследователи ищут так называемые биосигнатуры. Это особые молекулы в атмосфере, образование которых можно объяснить только наличие живых существ, а не геологическими процессами, такими как вулканы. С помощью высокопроизводительных телескопов, например Космического телескопа, которому дали имя Джеймса Уэбба (его запуск в планах на 31 октября), или Чрезвычайно Большого телескопа в Чили, начало эксплуатации которого намечено на 2025 г., можно будет целенаправленно проводить поиск биосигнатур в атмосфере многообещающих экзопланет.

Удостоверение личности планеты

Принцип, лежащий в основе этого, основан на открытии Альберта Эйнштейна, согласно которому свет взаимодействует с веществом: если свет попадает на молекулу правильно, она начинает вибрировать. Различные молекулы реагируют на определенные световые частоты, которые затем отсутствуют в свете, который улавливается мощнейшими телескопами.

«Это как штамп в моем паспорте, который сообщает мне, какие молекулы находятся в атмосфере».
Лиза Калтенеггер

С помощью этого метода можно было определить наличие земной жизни еще миллиард лет назад.

В недавней публикации Калтенеггер и ее коллеги задали вопрос, с какого количества обитаемых экзопланет можно было бы определить с помощью биосигнатур присутствие жизни на Земле. Исследователи предположили, что потенциальные внеземные цивилизации будут иметь такие же технологии, как те, которые будут доступны нам в ближайшие годы. Кроме того, предполагалось, что Земля при наблюдении с экзопланет проходит мимо нашего Солнца. Оказалось, что ы этом случае отследить нас смогут 1000 далеких цивилизаций.

Как найти экзопланету?

Самым успешным методом отслеживания экзопланет является так называемый метод транзита: когда экзопланета при взгляде от нас движется прямо перед своим солнцем, мы периодически получаем немного меньше света, чем обычно. На данный момент открыто более 3300 экзопланет.

Другой метод основан на лучевой (радиальной) скорости: если у звезды есть спутник, на колебание лучевой скорости влияет движение вокруг общего центра тяжести, что астрономы могут определить по смещению света. Прямое наблюдение крайне затруднено. До сих пор так подтверждена только 51 экзопланета.

Источник: derstandard.at

Может ли темная материя сжаться до черной дыры

Согласно новой модели, это физически возможно и могло произойти в ядрах галактик.

Как гласит популярная теория, сверхмассивные черные дыры сначала набирают массу в результате слияния меньших, а затем постепенно поглощают все больше материи. На это требуется много времени и достаточное количество пополняемых запасов материала. Но самый старый известный квазар демонстрирует, казалось бы, невозможное: после Большого взрыва минуло всего 690 млн лет, а этот гигант с 800 млн солнечных масс уже существовал. Каким образом это произошло?

Темная материя  может также коллапсировать в черную дыру - это могло бы объяснить образование таких гравитационных гигантов в раннем космосе Фото:© Maxiphoto / iStock

Может ли темная материя перерождаться?

Исследователи Национального университета Ла-Платы, возглавляемые Карлосом Аргуэльесом (Аргентина), представили совершенно новую теорию. Они использовали астрофизические модели, чтобы изучить, как темная материя ведет себя в гало галактик, которое образует сферическую область вокруг главной видимой плоскости галактик и содержит в основном плазму и темную материю.

Астрофизики хотели узнать, может ли гало в центре галактик сжиматься настолько, что темная материя вырождается и, в крайних случаях, коллапсирует в черную дыру. А так как природа темной материи и ее частиц неизвестна, они исходили в своей модели из фермионов теории «теплой темной материи», согласно которой, темная материя - частицы Ферми с довольно малой массой, слабо взаимодействующие друг с другом, подобно гипотетическим стерильным нейтрино.

Гало темной материи, невидимое глазу, окружающее галактику Фото: © ESO / Л. Кальсада

Возможный коллапс до черной дыры

Модельные расчеты показали: даже темная материя гало теоретически может сжаться, если на нее воздействует ее собственная гравитация.

«В случае фермионов темной материи затем развивается выродившееся ядро, окруженное тонким гало».
Карлос Аргуэльес

Эта структура может длительное время оставаться стабильной и при взгляде издали иметь признаки, напоминающие черную дыру. Если гало достаточно массивное, его ядро ​​из темной материи может даже полностью разрушиться. В результате за очень короткое время возникает черная дыра, обладающая массой в несколько сотен миллионов солнечных.

Этот коллапс темной материи уже был возможен в молодой Вселенной и не требовал ни предыдущего звездообразования, ни экзотических высоких темпов аккреции от более мелких дыр-предшественников. В центрах первых галактик могли возникнуть первые сверхмассивные черные дыры исключительно благодаря гравитации - из гало их темной материи.

«Мы впервые здесь показали, что такое распределение ядра гало возможно в рамках общепринятой космологии и оно остается тогда стабильным в течение всего времени существования космоса».
Карлос Аргуэльес

Астрофизики считают, что эта модель может помочь понять зарождение сверхмассивных черных дыр, произошедшее в ранней Вселенной, а также пополнить наши представления о возникновении и развитии галактик и их плотных центров. Аргуэльес и его коллеги надеются, что дополнительные доказательства их теории появятся в будущем при более детальном изучении ядер галактик.

Источник: scinexx.de

Найдена нейтронная звезда сверхновой 1987А?

24 февраля 1987 г. в соседнем с нами Большом Магеллановом облаке, появилась яркая сверхновая. С тех пор астрономы искали остаток взорвавшейся звезды. Сейчас несколько телескопов обнаружили в остатке сверхновой высокоэнергетические сигнатуры излучения. Их картина предполагает, что вращающаяся с высокой скоростью нейтронная звезда - молодой пульсар - скрыта в окруженном пылью центре этого реликта сверхновой.

Эмануэле Греко и его команда из Университета Палермо обнаружили рентгеновские лучи в реликте сверхновой, исходящие из ее центра, что хорошо согласуется с ожидаемыми выбросами молодой нейтронной звезды. Ее данные получены из изображений остатка сверхновой, сделанных двумя орбитальными телескопами Chandra и NuSTAR в 2012-2014 гг.

Изменения в радиации за это время позволили исследователям, использующими астрофизическую модель, сравнить их с двумя возможными источниками такого излучения. Рентгеновские лучи в реликтовой сверхновой могут исходить как от нейтронной звезды, так и от ударной волны взрыва, сталкивающейся с газом и обломками звезды.

Реликт сверхновой 1987 ° на рентгеновском изображении и центральная нейтронная звезда на иллюстрации Фото: рентгеновский снимок Чандра: NASA/CXC/Университет Палермо/Э. Греко; Иллюстрация: INAF-Астрономическая обсерватория Палермо/Сальваторе Орландо

Как выяснили астрономы, рентгеновское излучение состоит из двух компонентов: с более низкой и более высокой энергией. Согласно моделям, эти две части должны иметь разное происхождение. Исследователи обнаружили, что мягкое рентгеновское излучение 0,5-8 килоэлектрон-вольт исходит из теплового спектра излучения пораженного околозвездного вещества, а свыше 10 килоэлектрон-вольт - из всех спектров.

Это ясно показывает, что должен быть другой компонент, чьи более высокоэнергетические характеристики соответствуют излучению, которого можно было бы ожидать от юной нейтронной звезды, вращающейся с высокой скоростью. Кроме того, потребуется 400 лет для такого ускорения электронов от ударной волны, чтобы они испускали столь высокоэнергетические рентгеновские лучи. А поскольку сверхновая была всего 34 года назад, это исключено.

Астрономы считают гораздо более вероятным, что за пылью Supernova Relic 1987A находится молодой пульсар, испускающий сильные потоки частиц и лучей, то есть туманности пульсарного ветра. Они могли создавать горячую точку, которую ALMA обнаружила в центре облака.

В ближайшие десять лет или около того можно будет выяснить, действительно ли пульсар образовался во время взрыва звезды, так как астрономы ожидают, что центральное облако пыли реликтовой сверхновой к тому времени будет медленно расползаться и растворяться.

«Это может дать нам уникальную возможность изучить эволюцию бэби-ульсара».
Сальваторе Орландо, соавтор исследования

Источник: wissenschaft.de

Огненный шар на Юпитере - болид

Небольшой обломок взорвался в атмосфере Юпитера. Такое случается часто, но не всегда удается это снять.

Яркая вспышка света в атмосфере Юпитера, наблюдаемая 10 апреля 2020 года зондом Юнона, вероятно, была болидом. Такой огненный шар создается при сгорании небесного тела небольших размеров в верхних слоях атмосферы. Как пишет в Geophysical Research Letters команда под руководством Рохини С. Джайлза из Southwest Research Institute в Сан-Антонио, сгоревшее небесное тело имело массу от нескольких сотен до примерно 1500 кг, как у небольшого автомобиля. Он взорвался почти в 100 км над верхними облаками Юпитера.

Хотя такие мини-удары отнюдь не редкость на планете-гиганте, но нужно большое везение, чтобы увидеть такой огненный шар. Они слишком малы и слабы, чтобы их можно было наблюдать с помощью наземных телескопов, и настолько недолговечны, что космические зонды регистрируют их только в случае особенно удачного совпадения. Инструмент UVS, нацеленный на северное сияние Юпитера в ультрафиолетовом свете, сканирует узкую полосу поверхности планеты за каждые 30 секунд вращения зонда и был направлен на место взрыва всего 17 миллисекунд.

Юнона возле Юпитера Фото: © ISTOCK / VJANEZ

Инструмент UVS неоднократно наблюдал короткие вспышки света в атмосфере Юпитера. Но событие 10 апреля 2020 г. было уникальным. Обычные вспышки света, которые «Юнона» видит в верхних слоях атмосферы, длятся от одной до двух миллисекунд и вызываются классическими электрическими вспышками в нижних слоях атмосферы. Но болид засветился не менее 17 миллисекунд.

Место взрыва. Расположение полосы и место падения Юноны на планете. Зеленые дуги - это полярные сияния - бъект наблюдения прибора Фото:© SWRI

Кроме того, его свет сильно отличался от других вспышек света на Юпитере. Хотя характерные выбросы атмосферных газов ясно видны в других явлениях свечения, болид показал непрерывный спектр во всех наблюдаемых диапазонах длин волн. Это так называемое излучение черного тела создается, если объект светится из-за высокой температуры - например, когда он сгорает в газовой оболочке планеты.

Источник: spektrum.de

Пылевой диск звезды питается материей извне

Опубликовано изображение молодой звезды с окружающим ее пылевым диском, который все еще питается материалом, поступающим из окрестностей. Происходящее вокруг звезды SU Aur может объяснить, почему так много экзопланет не точно согласованы со своей звездой.

Европейская южная обсерватория объявила снимок «Фото недели». Сообщение о сопутствующем исследовании вышло в Astrophysical Journal Letters.

SU Aur или полностью SU Aurigae - звезда намного моложе и тяжелее нашего Солнца. Ей около 4 миллионов лет. От Земли отделяет SU Aur 500 световых лет. Находится звезда, невидимая невооруженным глазом, в созвездии Возничего.

Международная группа исследователей очень точно нанесла на карту звезду и ее окрестности с помощью инструмента SPHERE на VLT ночью 14 декабря 2019 года и смогли получить данные за 55 минут. Затем они объединили свои данные с предыдущими наблюдениями с ALMA и Hubble.

Звезда SU Aur Фото: ESO/Ginski и др.

Это позволило создать детальный снимок, на котором видны так называемые пылевые хвосты, которые образуются из окружающей туманности. Вероятно, она образовалась после столкновения звезды с огромным облаком газа и пыли. Объединив различные наблюдения, астрономы сделал вывод, что из туманности и ее хвостов материя все еще поступает в пылевой диск.

Исследователи также увидели, что звезда и пылевой диск, в котором могут образовываться планеты, не точно согласованы. Они предполагают, что это вызвано притоком вещества.

«Уже известно, что многие зрелые комбинации звезд и экзопланет не точно согласованы, но до сих пор было неизвестно, как это произошло. Наше новое наблюдение показывает, что несовпадение может происходить уже в пылевом диске, на котором растут экзопланеты».
Ведущий исследователь Кристиан Гински (Амстердамский университет)

В ближайшем будущем исследователи будут более внимательно изучать SU Aur, чтобы выяснить, вращаются ли в пылевом диске какие-либо молодые экзопланеты. Кроме того, астрономы фокусируют свои телескопы еще на 84 молодых звездах с пылевыми дисками и намерены, в том числе выяснить, есть ли еще случаи, когда из окружающей среды на их диски выпадает новый материал, что может оказаться основной причиной рассогласованности многих экзопланет.

Источник: phys.org

Первый остаток взрыва экзотической звезды

В Млечном Пути замечен первый остаток сверхновой типа 1ax. Этот особо медленный взрыв белого карлика до сих пор наблюдался только в других галактиках и поэтому почти не исследовался. Открытие дает уникальную возможность узнать больше об этих редких явлениях.

Сверхновые типа 1a возникают, когда белый карлик «переедает»: он поглощает так много материала из своей звезды-компаньона, что становится нестабильным и взрывается. Эти звездные взрывы могут излучать за короткое время столько света, как и вся галактика, создавая большое количество новых элементов. Поскольку светимость и красное смещение этих сверхновых показывают их удаленность, они также служат астрономам космическими индикаторами дальности, например, при определении расширения космоса.

Загадка Sgr A East

Астрономы, возглавляемые Пинг Чжоу из Амстердамского университета, обнаружили редкий подвид этих сверхновых, никогда не встречавшийся в Млечном Пути - от нас до него всего лишь 25 тыс. световых лет. Это образование из пыли и светящихся газов Sagittarius A East находится в галактическом центре, левее сверхмассивной черной дыры.

SgrA East, экзотическая сверхновая Млечного Пути, видна в рентгеновском свете (синий). Справа от нее, в центре красноватой области, находится центральная черная дыра Фото: © NASA / CXC и др.

Астрономы давно предполагали, что эта структура - остатки взрыва звезды. Однако оставалось неясным, как возник Стрелец А Восток: во время коллапса массивной звезды, сверхновой типа 1a или чего-либо еще. Чжоу и его команда более внимательно изучили объект, использовав спектроскопию рентгеновского телескопа Chandra, и смогли определить состав газов и скорость их движения.

Удивительный результат

«Наши данные показывают, по сравнению с железом, низкую долю элементов средней тяжести и высокую - марганца и никеля, что не соответствуют ни моделям сверхновых звезд с коллапсом ядра, ни нормальным сверхновым типа 1. Этот пример, как ни удивительно, отличается от других реликвий сверхновой».
Пинг Чжоу

Согласно моделям, это могут быть остатки раритета: сверхновой типа 1ax. Астрофизики предполагают, что термоядерные реакции при взрывах белых карликов протекают более медленно, создавая менее тяжелые элементы. К тому же еще могли сохраниться останки белого карлика. Согласно теоретическим расчетам, на каждые десять обычных сверхновых типа 1a приходится около трех взрывов типа 1ax.

«Происхождение таких звездных взрывов является весьма спорным еще и потому, что мы узнаем об этом типе только благодаря внегалактическим случаям».
Пинг Чжоу

Из примерно 290–380 реликтов сверхновых, известных в Млечном Пути, ни один не соответствует этому экзотическому типу. Многое указывает на то, что Sagittarius A East может быть остатком сверхновой типа 1ax в нашей галактике. Если это подтвердится, он будет первым ближайшим представителем таких загадочных звездных взрывов и поможет лучше понять, какими способами они возникают.

Источник: scinexx.de