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Introduzione

Non capita spesso che un comico faccia venire la pelle d’oca a un astrofisico quando discute delle leggi della fisica. Ma il comico Chuck Nice è riuscito a fare proprio questo in un recente episodio del podcast StarTalk. Il conduttore dello show, Neil deGrasse Tyson, aveva appena spiegato l’argomento della simulazione: l’idea che potremmo essere creature virtuali che vivono in una simulazione al computer. Se così fosse, la simulazione molto probabilmente creerebbe percezioni della realtà su richiesta piuttosto che simulare tutta la realtà per tutto il tempo, come un videogioco ottimizzato per rendere visibili ad un giocatore solo le parti di una scena. “Forse è per questo che non possiamo viaggiare più veloce della velocità della luce, perché se potessimo, saremmo in grado di raggiungere un’altra galassia“, ha detto Nice, co-ospite dello show, spingendo Tyson a interrompere con gioia. “Prima di poterlo programmare“, ha detto l’astrofisico, deliziato dal pensiero. “Così il programmatore ha messo quel limite“.

Lo studio di Bostrom e il trilemma

Conversazioni di questo tipo possono sembrare inconsistenti. Ma da quando Nick Bostrom dell’Università di Oxford ha scritto un saggio fondamentale sull’argomento della simulazione nel 2003, filosofi, fisici, tecnologi e, sì, comici sono alle prese con l’idea che la nostra realtà sia un simulacro. Alcuni hanno cercato di individuare i modi in cui possiamo discernere se siamo esseri simulati. Altri hanno cercato di calcolare la possibilità che siamo entità virtuali. Ora una nuova analisi mostra che le probabilità che viviamo nella realtà di base – che significa un’esistenza che non è simulata – sono praticamente pari. Ma lo studio dimostra anche che se gli esseri umani dovessero mai sviluppare la capacità di simulare esseri coscienti, le probabilità che noi siamo esseri virtuali all’interno del computer di qualcun altro si inclinerebbero in modo schiacciante a favore di noi stessi. (Un avvertimento a questa conclusione è che c’è poco accordo su cosa significhi il termine “coscienza“, per non parlare di come si potrebbe andare a simularla).

Nel 2003 Bostrom ha immaginato una civiltà tecnologicamente avanzata che possiede un’immensa potenza di calcolo e che ha bisogno di una frazione di quella potenza per simulare nuove realtà con esseri coscienti al loro interno. Dato questo scenario, la sua argomentazione della simulazione ha mostrato che almeno una delle proposizioni del trilemma seguente deve essere vera: in primo luogo, gli esseri umani si estinguono quasi sempre prima di raggiungere la fase di simulazione. In secondo luogo, anche se gli esseri umani arrivano a quello stadio, è improbabile che siano interessati a simulare il proprio passato ancestrale. E terzo, la probabilità che viviamo in una simulazione è vicina.

Prima di Bostrom, il film The Matrix aveva già fatto la sua parte per divulgare la nozione di realtà simulate. E l’idea ha radici profonde nelle tradizioni filosofiche occidentali e orientali, dall’allegoria della grotta di Platone al sogno della farfalla di Zhuang Zhou. Più recentemente, Elon Musk ha dato ulteriore carburante al concetto che la nostra realtà è una simulazione: “Le probabilità che siamo nella realtà di base sono una su miliardi“, ha detto in una conferenza del 2016.

Ragionamento bayesiano di Kipping

Musk ha ragione se si suppone che [le proposizioni] una e due del trilemma siano false“, dice l’astronomo David Kipping della Columbia University. “Come si può supporre una cosa del genere?

Per capire meglio l’argomento della simulazione di Bostrom, Kipping ha deciso di ricorrere al ragionamento bayesiano. Questo tipo di analisi utilizza il teorema di Bayes, che prende il nome da Thomas Bayes, uno statistico e ministro inglese del XVIII secolo. L’analisi bayesiana permette di calcolare le probabilità che qualcosa accada (chiamata probabilità “posteriore”) facendo prima delle ipotesi sulla cosa analizzata (assegnandole una probabilità “anteriore”).

Kipping ha iniziato trasformando il trilemma in un dilemma. Ha fatto crollare le proposizioni uno e due in un’unica affermazione, perché in entrambi i casi, il risultato finale è che non ci sono simulazioni. Così, il dilemma pone un’ipotesi fisica (non ci sono simulazioni) contro l’ipotesi di simulazione (c’è una realtà di base – e ci sono anche simulazioni). “Basta assegnare una probabilità preliminare a ciascuno di questi modelli“, dice Kipping. “Ci limitiamo ad assumere il principio dell’indifferenza, che è l’ipotesi di default quando non si hanno dati o propensioni in entrambi i casi“.

Così ogni ipotesi ottiene una probabilità precedente di una metà, come se si dovesse lanciare una moneta per decidere una scommessa.

La fase successiva dell’analisi ha richiesto di pensare a realtà “parous” – quelle che possono generare altre realtà – e a realtà “nullipare” – quelle che non possono simulare la realtà della prole. Se l’ipotesi fisica fosse vera, allora la probabilità che viviamo in un universo nulliparo sarebbe facile da calcolare: sarebbe del 100 per cento. Kipping ha poi dimostrato che anche nell’ipotesi di simulazione, la maggior parte delle realtà simulate sarebbero nullipare. Questo perché, man mano che le simulazioni generano più simulazioni, le risorse di calcolo disponibili per ogni generazione successiva si riducono al punto che la stragrande maggioranza delle realtà saranno quelle che non hanno la potenza di calcolo necessaria per simulare realtà procreative in grado di ospitare esseri coscienti.

La risposta con la formula bayesiana

Inserendo tutti questi elementi in una formula bayesiana, viene fuori la risposta: la probabilità posteriore che viviamo nella realtà di base è quasi la stessa della probabilità posteriore che siamo una simulazione – con le probabilità che le probabilità si inclinino a favore della realtà di base di una frazione di secondo.

Queste probabilità cambierebbero drasticamente se gli esseri umani creassero una simulazione con esseri coscienti al suo interno, perché un tale evento cambierebbe le probabilità che abbiamo precedentemente assegnato all’ipotesi fisica. “Si può semplicemente escludere quella [ipotesi] immediatamente. Poi ti rimane solo l’ipotesi della simulazione“, dice Kipping. “Il giorno in cui inventiamo quella tecnologia, capovolge le probabilità da un po’ meglio del 50-50 che siamo reali a quasi certamente non lo siamo, secondo questi calcoli. Sarebbe una strana celebrazione del nostro genio quel giorno“.

Il risultato dell’analisi di Kipping è che, date le prove attuali, Musk si sbaglia sulle probabilità di uno su un miliardo che attribuisce a noi che viviamo nella realtà di base. Bostrom è d’accordo con il risultato – con alcuni avvertimenti. “Questo non è in conflitto con l’argomento della simulazione, che afferma solo qualcosa sulla disgiunzione“, l’idea che una delle tre proposizioni del trilemma sia vera, dice.

Ma Bostrom non è d’accordo con la scelta di Kipping di assegnare uguali probabilità preliminari all’ipotesi fisica e di simulazione all’inizio dell’analisi. “L’invocazione del principio dell’indifferenza qui è piuttosto traballante“, dice. “Si potrebbe ugualmente invocarlo rispetto alle mie tre alternative originali, che darebbero loro un terzo di possibilità ciascuna. Oppure si potrebbe ritagliare lo spazio delle possibilità in qualche altro modo e ottenere qualsiasi risultato si desideri“.

E’ possibile rilevare una anomalia?

Questi cavilli sono validi perché non ci sono prove a sostegno di un’affermazione rispetto alle altre. La situazione cambierebbe se riuscissimo a trovare le prove di una simulazione. Quindi si potrebbe rilevare un’anomalia in Matrix?

Houman Owhadi, un esperto di matematica computazionale della California Institute of Technology, ha riflettuto sulla questione. “Se la simulazione ha una potenza di calcolo infinita, non c’è modo di vedere che si sta vivendo in una realtà virtuale, perché potrebbe calcolare qualsiasi cosa si voglia al grado di realismo che si desidera“, dice. “Se questa cosa può essere rilevata, bisogna partire dal principio che [ha] risorse computazionali limitate“. Ripensate ai videogiochi, molti dei quali si affidano a una programmazione intelligente per ridurre al minimo il calcolo necessario a costruire un mondo virtuale.

Per Owhadi, il modo più promettente per cercare potenziali paradossi creati da tali scorciatoie di calcolo è attraverso esperimenti di fisica quantistica. I sistemi quantistici possono esistere in una sovrapposizione di stati, e questa sovrapposizione è descritta da un’astrazione matematica chiamata funzione d’onda. Nella meccanica quantistica standard, l’atto dell’osservazione fa sì che questa funzione d’onda collassi casualmente in uno dei molti stati possibili. I fisici sono divisi sul fatto che il processo di collasso sia qualcosa di reale o semplicemente riflette un cambiamento nella nostra conoscenza del sistema. “Se è solo una pura simulazione, non c’è collasso“, dice Owhadi. “Tutto è deciso quando lo si guarda. Il resto è solo simulazione, come quando si gioca a questi videogiochi“.

A tal fine, Owhadi e i suoi colleghi hanno lavorato su cinque varianti concettuali dell’esperimento della doppia fenditura, ciascuna progettata per far scattare una simulazione. Ma riconosce che è impossibile sapere, in questa fase, se tali esperimenti potrebbero funzionare. “Quei cinque esperimenti sono solo congetture“, dice Owhadi.

Naturalmente, si comincia a chiedere, se si è simulato un nucleo atomico oggi, forse tra 10 anni, potremmo fare un nucleo più grande; forse tra 20 o 30 anni, potremmo fare una molecola“, dice Davoudi.Tra 50 anni, chissà, forse si può fare qualcosa delle dimensioni di pochi centimetri di materia. Forse tra 100 anni o giù di lì, possiamo fare il cervello [umano]“.

Limiti tecnologici

Davoudi pensa però che i computer classici presto si scontreranno con un muro. “Nei prossimi 10 o 20 anni, forse tra 10 o 20 anni, vedremo effettivamente i limiti delle nostre simulazioni classiche dei sistemi fisici“, dice. Così, sta rivolgendo la sua attenzione al calcolo quantistico, che si basa su sovrapposizioni e altri effetti quantistici per rendere tracciabili alcuni problemi computazionali che sarebbero impossibili con gli approcci classici. “Se il calcolo quantistico si materializza effettivamente, nel senso che è un’opzione di calcolo affidabile e su larga scala per noi, allora entreremo in un’era completamente diversa della simulazione“, dice Davoudi. “Sto iniziando a pensare a come eseguire le mie simulazioni della fisica delle interazioni forti e dei nuclei atomici se avessi un computer quantistico“.

Tutti questi fattori hanno portato Davoudi a riflettere sull’ipotesi della simulazione. Se la nostra realtà è una simulazione, allora è probabile che il simulatore discretizzi anche lo spaziotempo per risparmiare risorse di calcolo (supponendo, ovviamente, che stia usando gli stessi meccanismi dei nostri fisici per quella simulazione). Le firme di tale discreto spazio-tempo potrebbero potenzialmente essere viste nelle direzioni da cui arrivano i raggi cosmici ad alta energia: avrebbero una direzione preferenziale nel cielo a causa della rottura della cosiddetta simmetria rotazionale.

Prove difficili da trovare

I telescopi “non hanno ancora osservato alcuna deviazione da tale invarianza rotazionale“, dice Davoudi. E anche se si vedesse un tale effetto, non costituirebbe una prova inequivocabile del fatto che viviamo in una simulazione. La realtà di base stessa potrebbe avere proprietà simili.

Kipping, nonostante il suo stesso studio, teme che ulteriori lavori sull’ipotesi della simulazione siano sul filo del rasoio. “Probabilmente non è dimostrabile se viviamo o meno in una simulazione“, dice. “Se non è falsificabile, allora come si può affermare che si tratti davvero di scienza?“.

Per lui, c’è una risposta più ovvia: Il rasoio di Occam, che dice che in assenza di altre prove, la spiegazione più semplice è più probabile che sia corretta. L’ipotesi della simulazione è elaborata, presume realtà annidate su realtà, così come entità simulate che non possono mai dire di trovarsi all’interno di una simulazione. “Poiché si tratta di un modello eccessivamente complicato ed elaborato, in primo luogo, dal rasoio di Occam, dovrebbe essere davvero scontento, rispetto alla semplice spiegazione naturale“, dice Kipping.

Forse viviamo nella realtà di base dopo tutto – nonostante The Matrix, Musk e la strana fisica quantistica.