Perché l’universo NON è una simulazione al computer

In questi giorni i giornali hanno rilanciato la (vecchia) discussione sulla possibilità che l’universo sia una simulazione in qualche (super) computer. Una citazione di Matrix, un pizzico di cospirazione (non si sa chi stia finanziando questi studi), qualche numero sparso a caso e il gioco è fatto.

L’ipotesi che l’universo come noi lo percepiamo sia solo un’ombra di quello reale risale ai filosofi greci (e probabilmente anche prima). L’esempio classico è quello della Caverna di Platone. Noi saremmo come i prigionieri della caverna che possono cogliere solo le ombre del mondo reale esterno alla caverna. Di conseguenza la nostra comprensione del mondo risulterebbe incompleta.

 

Del resto la nostra interazione con il resto dell’universo avviene tramite i cinque sensi, con cervelli evolutisi per fare tutt’altro (cibo, riproduzione, pensare alla riproduzione, discussioni sulla riproduzione…). Sarebbe quindi logico aspettarsi che non siamo in grado di percepire altro che ombre e proiezioni di un mondo ben più complesso. Tuttavia, negli ultimi cinque secoli, grazie a strumenti come il microscopio e il telescopio (e tutte le successive migliorie) abbiamo potuto estendere enormemente le nostre capacità esplorative nel reame macroscopico e microscopico. Questo ci ha permesso di correggere la nostra descrizione dell’universo, passando dalle sfere dei cieli di cristallo al Big Bang e un universo di circa 45.5 miliardi di anni luce di raggio; da concetti come etere, flogisto e quintessenza alla comprensione delle forze fondamentali della natura che si manifestano su dimensioni inferiori del nucleo atomico.

Pertanto, per quanto limitata ed errata possa essere la comprensione attuale del nostro universo, essa è ormai troppo sofisticata perché sia credibile l’ipotesi di una simulazione basata su micro-elementi  come in un automa cellulare (tipo il gioco di life: qui uno splendido simulatore) .

L’universo può essere una immensa simulazione a stati discreti come un gigantesco  automa cellulare? (no)

Infatti le misure astronomiche mostrano che l’universo ha un diametro di circa 91 miliardi di anni luce e che le interazioni fondamentali hanno luogo su una scale pari a frazioni infinitesime della grandezza del protone. Calcoli teorici mostrano come la grandezza naturale sia pari a 1.6*10-35 m (la scala di Planck). Dal punto di vista sperimentale, l’osservazione di raggi cosmici di ultra-alta energia provano l’esistenza di particelle con energie superiori a 1020eV (almeno 1000 di volte più grandi a quelle ricreate negli acceleratori di particelle). Per riprodurre questi eventi, la simulazione in cui ci troveremmo dovrebbe estendersi in una sfera di 45.5 miliardi di anni luce di raggio con una risoluzione pari ad almeno 10-27 m.

Al momento i computer attuali riescono a simulare lo spazio tempo su un reticolo quadridimensionale delle dimensioni massime di 10-15m e con una risoluzione di qualche percentuale di questo valore. Anche assumendo che il potere computazionale dei computer possa crescere  secondo la legge di Moore, tra più di un secolo dovremmo essere in grado di simulare un universo di circa un metro di grandezza. Va detto che queste simulazioni consentiranno progressi incommensurabili nella comprensione della fisica fondamentale, ma ancora lontanissimi da quanto ipotizzato dai filosofi di facebook.

 

Inoltre, nel pot-pourri delle sciocchezze che si leggono in giro si fa una confusione tra vari tipi di ‘universi’.

L’universo alla Matrix.

In questo caso l’universo NON è una simulazione ma una illusione generata in una persona (come in un episodio de Il  Prigioniero,1969) o più individui (Dark City, 1998 e poi Matrix, 1999). È quindi una specie di ‘realtà virtuale’ molto sofisticata che genera nel nostro cervello (indirettamente, tramite stimoli visivi, tattili, olfattivi ecc…)  o direttamente (tramite stimolazione neuronale) le percezioni che noi interpretiamo come realtà.  Creare questo tipo di miraggio sarebbe infinitamente più semplice che una vera simulazione, ma richiederebbe comunque risorse computazionali enormi, dato che comunque dovrebbero simulare l’illusione delle interazioni ad alta energia.

L’universo alla Truman show.

Ispirato al racconto ‘’L’uomo dei giochi a premio” di Philip Dick (1959), il film ci mostra un mondo simulato molto più piccolo di quello reale. In questo caso il volume da simulare si estenderebbe alla sola terra (o al sistema  terra-luna, dato che le missioni Apollo ci hanno fatto raggiungere anche il nostro satellite). Anche se la simulazione del resto del mondo  macroscopico sarebbe idealmente possibile (per quanto,  galassie, redshift, buchi neri, stelle di neutroni ecc, sarebbero estremamente difficili da mettere ‘a mano’); ma resta il problema del mondo microscopico. La sola terra ha circa 6*1050 protoni e noi  – come già accennato – non siamo in grado di neanche immaginare come simularne anche uno solo.

Il macro universo simulato.

A parte le sciocchezze di cui si legge in questi giorni, vari articoli scientifici  hanno affrontato questo problema cercando di capire se alcuni attuali problemi aperti della fisica moderna potessero essere interpretati in chiave di evidenza e limiti di una eventuale simulazione. Ad esempio l’attuale devastante incongruenza tra meccanica quantistica e relatività generale  sarebbe risolta naturalmente non con le stringhe o la gravità quantistica, ma semplicemente con una impostazione ad hoc in questa fantomatica messinscena. Se proprio di simulazione si deve trattare, afferma l’articolo, questa potrebbe essere visibile nella distribuzione dei raggi cosmici di ultra-alta energia.  Invece di provenire da tutte le direzioni, infatti, questi dovrebbero mostrare direzioni preferenziali correlate ai vertici e alla struttura del reticolo su cui avviene la simulazione.

 


Immagine di copertina: Lobintz via Shutterstock

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Author: Marco Casolino

Fisico, è Primo ricercatore presso l’Istituto nazionale di fisica nucleare, all’Università di Roma Tor Vergata e lavora presso laboratori giapponesi del Riken, ove è Team leader di un gruppo di ricerca rivolto alla fisica spaziale. Si occupa prevalentemente di fisica fondamentale (materia, antimateria e ricerca di materia oscura), di fisica delle astroparticelle di alta energia e di metodi di protezione degli astronauti dalla radiazione spaziale. Ha partecipato alla costruzione ed al lancio di una decina di strumenti e rivelatori posti a bordo di satelliti (esperimenti Pamela, NINA-1, NINA-2) delle stazioni spaziali Internazionale (esperimenti Altcriss, Sileye-3, Altea, Lazio) e MIR (Sileye-1 e 2).Ha più di 200 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali, tra cui Nature e Science. Nel 2011 ha pubblicato un saggio “Come Sopravvivere alla Radioattività” e un thriller ambientato in Giappone:”Grikon”. Cura un blog su temi scientifici: La curva dell’energia i legame.

Share This Post On
  • Alessandro Gamba

    il diametro dell’universo viene citato due volte ma con due valutazioni dierse (46,5b e 91b). Posso chiedere quanto è effettivamente grande? Grazie

    • Marco Casolino

      Scusa, ora correggo. 91di diametro, che farebbe 45.5 di raggio, ma in giro si trova anche 46.5 di raggio. che sara’ mai miliardo di annni luce piu’, miliardo meno!

      • Marco Casolino

        ora ho corretto. la cosa divertente (vabbe’ insomma) e’ che l’eta’ e’ piu’ o meno 15 miliardi di anni perche’ l’espansione e’ avvenuta piu’ velocemente della luce. ne parleremo in un prossimo post

        • mikronimo

          Si, la responsabilità è dell’inflazione… ma come si è giunti alla misurazione del raggio effettivo dell’intero Universo?

          • Marco Casolino

            e’un conto un po’ lungo. Prima misuri la quantia’ di materia, materia osccura ed energia oscura nell’universo con le fluttuazioni del fondo cosmico a microonde , poi vedi le supernove e una serie di oggetti astronomici e da quello risali all’evoluzione dell’universo nel tempo, appunto tra le varie cose ti viene fuori che ad un certo punto ci deve essere stata l’inflazione ossia un rigonfiamento repentino perche’ altrimenti l’universo non sarebbe cosi’ isotropo. alla fine dellla fiera ti viene fuori questo 91. se vuoi posso riguardarmelo per bene e farci un post.

          • mikronimo

            Magari… sarebbe interessante sapere come si arriva al calcolo; la luce ha velocità finita e vedere cosa c’è oltre il massimo raggio possibile di diffusione della luce (quei famosi 13,8 miliardi di anni passati dal Big Bang) e quindi della radiazione elettromagnetica tutta, usata per “vedere” in tutte le bande cosa combina l’Universo, non è intuitivo.

  • Mirko Cagnetta

    Interessante articolo, vi segnalo solo una piccola svista: l’energia delle particelle nei raggi cosmici è 10^20 e non 10^(-20) eV 😉

    • Marco Casolino

      corretto, grazie. il meno viene dal copiaincolla del superscritto che con wordpress è parecchio ostico….

  • BobMax

    Per la teoria del Big Bang, con la nascita dell’universo iniziano pure ad esistere lo spazio e il tempo.

    Che il tempo abbia un inizio… dovrebbe a mio avviso essere sufficiente per sospendere il nostro giudizio su cosa sia effettivamente “reale”.
    Senza lasciarsi tentare dall’ipotizzare un tempo prima del tempo!
    Perché allora ricadremmo nell’idea di possibili simulazioni, che sanno sempre un po’ di complotto…
    Mentre in qualsiasi direzione vogliamo approfondire l’indagine della “realtà”, sempre ci troviamo di fronte a un limite insuperabile, che inevitabilmente ci rimanda a noi stessi.

    “La Divinità è nascosta, ma non maliziosa…”

    • Fabio Strada

      Sospendere il giudizio? Limiti invalicabili? Falsi problemi, che non hanno mai fermato la ricerca scientifica. Se avessimo alzato le braccia di fronte a ogni ostacolo sulla strada della conoscenza, oggi saremmo ancora lì a contemplare da lontano….. un albero di mele in un certo giardino 😉

      • BobMax

        Parlo di “giudizio” su cosa sia davvero “reale”, non di ricerca scientifica.
        Ossia su cosa sia Vero.
        Almeno che lei ritenga che la scienza possegga la Verità assoluta, almeno in parte…
        Mentre è proprio avvenuto il contrario: è stata la rinuncia alla pretesa di conoscere la Verità a permettere lo sviluppo scientifico/tecnologico.
        Questo è quanto affermano quasi tutti gli scienziati, ed è anche il mio parere di tecnico.

        • Fabio Strada

          lei parlava di realtà, nel suo post iniziale. Ha sostenuto che è opportuno sospendere l’indagine della realtà ogni volta che vediamo un “limite insuperabile”, e la cosa non ha senso per uno scienziato. I limiti sono fatti per essere superati. Il discorso sulla verità lo capisco, ma nessuno vuole la Verità con la V maiuscola. Cui prodest? Gli scienziati non hanno mai definito una “Verità” perchè non ne hanno bisogno. La conoscenza che accumulano è vera in ogni senso pratico del termine, e tanto basta. Serve solo a fare predizioni nel mondo che ci circonda, e funziona. Tentare di definire il Vero sa molto di religione. Nessuno si sveglia la mattina proclamando che la gravità è Vera, o che “crede” nell’Evoluzione.

          • BobMax

            Non ho affatto sostenuto: “che è opportuno sospendere l’indagine della realtà ogni volta che vediamo un limite insuperabile” ma che occorra “sospendere il nostro giudizio su cosa sia effettivamente reale”.
            Non c’è nulla da sospendere nell’indagine.

            Mi pare di averlo ribadito anche nella mia prima replica…
            Sospendere il “giudizio” su cosa sia reale. Che c’entra l’indagine scientifica?

            I limiti insuperabili sono, ad esempio, la nascita del tempo.
            Ma lo è pure l’infinito, un limite insuperabile. E va bene utilizzarlo per andare avanti nell’indagine, ma è sbagliato considerarlo come limite superato, ossia compreso, fatto nostro.

            In quanto alla Verità… Ogni scienziato, degno di questo nome, è motivato dalla fede nella Verità.
            Quindi la Verità è importante, eccome!
            Al punto, dal dover stare molto attenti a non cadere nella presunzione di possederla.
            Magari cadendo in una superstizione scientifica, che non è in sostanza molto dissimile da una delle tante religioni.

  • Andrea De Porti

    Non sono molto convinto da queste riflessioni. L’ipotesi che l’universo sia una simulazione in senso forte (in sostanza un algoritmo che “gira” in una sorta di ipercomputer) mi ricorda quelle domande che uno si pone da bambino (come faccio a sapere di non stare sognando proprio ora? e se mi sveglio, come faccio a sapere che non sto sognando di svegliarmi?) e la filosofia si è incaricata di formulare, in modo più sofisticato, da un paio di millenni. È impossibile rispondere a un dilemma simile, e probabilmente non ne vale la pena: se il mondo funziona esattamente come se fosse reale, È reale. Ma se tutta la realtà che conosciamo fosse una mera simulazione (cioè non fosse “fisica”, nel senso che diamo a questo termine nella simulazione) non potremmo avere la benché minima idea di quali siano le “vere” leggi della fisica dell’universo “reale”, cioè quello in cui la simulazione viene eseguita. Quindi tutto il ragionamento che poggia sulle caratteristiche dell’universo che percepiamo all’interno della simulazione e sulle sue leggi fisiche diventerebbe irrilevante. Persino le leggi della logica e della matematica, la cui verità ci appare “necessaria”, potrebbero non applicarsi all’universo di ordine superiore che contiene la simulazione (le nostre stesse menti sono governate da regole arbitrarie definite dai programmatori della simulazione). In definitiva, se l’universo è una simulazione tutto è possibile. Dov’è l’errore (se c’è) in questo ragionamento?

    • BobMax

      Ritengo che non vi siano errori.
      Tuttavia, l’universo di ordine superiore potrebbe a sua volta essere una simulazione fatta in un altro universo…

      Questi universi di ordine superiore potrebbero essere diversissimi dal nostro e tra loro.
      Ma avrebbero però una caratteristica comune: la scissione soggetto-oggetto.

      La questione da porre, secondo me, dovrebbe perciò essere un’altra.
      La scissione soggetto-oggetto è originaria in qualsiasi possibile realtà?
      Ossia esiste davvero l’oggettività in sé? L’esserci è il fondamento del Tutto?

      Perché se mettiamo in dubbio l’oggettività in sé… non vi è più alcun bisogno di ipotizzare universi di ordine superiore. In quanto è già questa originaria scissione soggetto-oggetto a dover essere messa in discussione.

      Veniamo così all’esortazione dell’oracolo: “Conosci te stesso e conoscerai te stesso e Dio”

    • Fabio Strada

      ogni volta che la filosofia ha alzato le braccia perchè “non valeva la pena” di rispondere a una domanda, o era impossibile farlo con il puro ragionamento astratto, di solito la scienza ci ha messo una pezza. Vedi ad esempio https://arxiv.org/pdf/1210.1847v2.pdf E’ possibile distinguere se sei in una simulazione oppure no? Lei dice “è impossibile rispondere a un dilemma simile”, io dico “forse no”. Il paper che ho linkato fa un tentativo in questo senso. Ovviamente siamo ancora a un livello di speculazione molto ma molto preliminare, ma… mai dire mai.

    • Riccardo Leder

      Esattamente, questo articolo è proprio presunzione pura, un attacco alla filosofia abbastanza ottuso a mio parere..

      Soprattutto, prima di definire sciocchezze le idee altrui, bisognerebbe essere sicuri di poterle confutare in maniera ineccepibile.

      Questo articolo invece sembra scritto da una persona che non è persona di scienza. La persona di scienza ammette il dubbio, sa che è su questo che la scienza moderna si basa. Se tutti fossero ottusi e pervenuti come l’autore di questo articolo la scienza moderna non esisterebbe.

    • Maurizio Mogno

      Si può fare scienza sui fenomeni. Se si spinge molto sull’interpretazione si passa inevitabilmente a fare filosofia. E’ vero, se una cosa funziona come se fosse reale, è reale, almeno in qualche misura. Se io sogno, non esiste tutto quello che è contenuto nel mio sogno, ma il sogno in sé esiste come attività cerebrale (una simulazione della realtà appunto). L’universo che conosciamo ha una qualche forma di realtà per forza dal momento che è possibile esistere al suo interno e perfino trovare delle leggi che ne descrivono gli oggetti e i fenomeni. Non possediamo più la concretezza della materia che: alla scala subatomica si mostra come vuoto (anche se diverso dal nulla) attraversato da campi di forze di cui afferriamo l’espressione matematica (astrazione quindi) come unica forma di conoscenza attendibile e alla scala macroscopica esprime la sua esistenza soprattutto attraverso la gravità che può essere intesa come una deformazione dello spazio-tempo (di nuovo la materia e la forza messe alle strette dall’indagine conoscitiva si manifestano come astrazione matematica). La concretezza della realtà da più di un secolo è quanto mai sfuggente e l’idea che tutto potrebbe essere una simulazione appare non probabile ma nemmeno impossibile.

  • Fabio Strada

    cito: “Pertanto, per quanto limitata ed errata possa essere la comprensione attuale del nostro universo, essa è ormai troppo sofisticata perché sia credibile l’ipotesi di una simulazione basata su micro-elementi”.

    Non sono d’accordo. La frase di cui sopra è un non sequitur. Capisco i limiti di spazio di un articolo; ma presuppone che, dato l’universo simulato, chi vive invece nell’universo “genitore” abbia a disposizione regole fisiche analoghe e potenza di calcolo comparabile. Non è necessario che la complessità in termini computazionali dei due universi sia sulla stessa scala. Gli esseri che hanno dato avvio al simulatore potrebbero vivere in un universo più grande, con forme di energia completamente diverse, e persino una dimensionalità superiore. I limiti alla potenza di calcolo (velocità della luce, scala di Planck e quant’altro) sono inerenti alle nostre leggi fisiche, non alle loro. Il nostro universo, a confronto, potrebbe essere di una semplicità disarmante tanto quanto appare a noi il gioco Life su una griglia bidimensionale. Ovviamente ci sarebbero vincoli stringenti alla scelta delle regole di ogni universo più semplice da simulare, ma non è un compito dimostrabilmente insuperabile – da cui il non sequitur. Dentro l’universo di Life si possono già costruire circuiti logici
    parecchio complessi, persino macchine di Turing che possono a loro volta fare simulazioni, quindi abbiamo già una limitata evidenza del contrario.

  • Antinio Mililli

    Non sentiamo infrasuoni e ultrasuoni, siamo in grado di vedere solo una piccola parte dello spettro luminoso, ancora non capiamo noistessi, il nostro corpo, il nostro cervello (l anno scorso, dopo millenni di medicina, abbiamo scoperto di avere un organo che non conoscevamo) e tu mi vieni a dire che abbiamo una comprensione sofisticata dell universo?? Oltretutto parlare di simulazione é fuori luogo se chi lo fa sta dentro la simulazione.