Simulace vesmíru ve fantazii AI. Kredit: MS Copilot

"Hypotéza simulace", popularizovaná filozofem Nickem Bostromem a rezonující v nesčetných sci-fi dílech, často působí jako zajímavé, leč netestovatelné filozofické cvičení. Jak bychom vůbec mohli poznat, zda žijeme v "Matrixu"? Většina diskuzí zůstává v rovině spekulací. O to cennější a osvěžující je přístup astrofyzika Franca Vazzy (Univerzita v Boloni & INAF Bologna), který se ve své nedávné práci odvážně pokusil tuto hypotézu konfrontovat s neúprosnými zákony fyziky a astrofyzikálními pozorováními. Jeho analýza přináší překvapivě silné argumenty proti tomu, že bychom byli pouhými jedničkami a nulami v kosmickém kódu.

Informace, energie a fyzikální hranice reality

Jádro Vazzova elegantního argumentu spočívá v hlubokém propojení mezi informací a fyzikální realitou, které moderní fyzika odhalila. Jakýkoli výpočet, jakékoli zpracování informace – a tedy i jakákoli simulace – není jen abstraktní matematickou operací, ale fyzickým procesem, který vyžaduje konkrétní zdroje: energii a paměť.

Zásadní je zde Landauerův princip, který říká, že vymazání jednoho bitu informace při dané teplotě vyžaduje minimální, nenulové množství energie, které se rozptýlí jako teplo. Simulace reality by vyžadovala neustálé ukládání a aktualizaci obrovského množství informací popisujících stav všech částic, polí a jejich interakcí. Každý krok simulace, každá změna stavu, by měla svou nevyhnutelnou energetickou cenu.

Kromě toho existují další fundamentální limity. Například Bekensteinova hranice udává maximální množství informace, které může být obsaženo v dané oblasti prostoru s danou energií. Tyto principy nám říkají, že samotné informace a jejich zpracování mají fyzikální "váhu" a nejsou zadarmo. Právě na těchto pevných fyzikálních základech postavil Franco Vazza svůj test hypotézy simulace.

Jak "drahé" je simulovat vesmír? Scénáře Franca Vazzy

Aby Vazza mohl kvantifikovat náročnost simulace našeho vesmíru, systematicky prozkoumal tři možné scénáře s rostoucí ambicí simulátora:

1. Simulace celého viditelného vesmíru: Neambicióznější scénář, kde by simulátor musel replikovat vše, co můžeme pozorovat, až k hranicím viditelného kosmu, se všemi galaxiemi, hvězdami a částicemi.
2. Simulace pouze Země: Podstatně skromnější cíl – simulovat pouze naši planetu, její biosféru, atmosféru a možná i nejbližší okolí, ale s plnou kvantovou a fyzikální přesností.
3. Nízkorozlišovací simulace Země: Ještě úspornější varianta, kde by simulace Země nemusela být dokonalá na nejmenších škálách, ale musela by být dostatečně věrná, aby odpovídala našim nejpřesnějším pozorováním reality. Zde Vazza chytře využil pozorování vysokoenergetických kosmických paprsků a neutrin – tyto částice přilétající z vesmíru interagují s naší atmosférou a hmotou na extrémně malých škálách, takže i simulace s "nízkým rozlišením" by musela tyto interakce správně reprodukovat, což klade dolní limit na potřebnou výpočetní složitost.

Pro každý z těchto scénářů pak Vazza odhadl minimální množství informace (počet bitů nebo kvantových stavů) potřebné k reprezentaci daného systému a jeho evoluce v čase. Následně, s využitím principů jako Landauerův, přepočítal tuto informační náročnost na minimální požadavky na paměť, výpočetní výkon a především na energii potřebnou k běhu takové simulace.

Příklady rozložení povolených hodnot základních konstant (přepočtených na jejich hodnotu v tomto vesmíru), které jsou nezbytné pro simulaci Země v nízkém rozlišení v jiných vesmírech, jak je předpovězeno pomocí Monte-Carlo simulací. Každá osa udává povolenou hodnotu každé konstanty, normalizovanou na hodnotu, kterou má v tomto vesmíru. Zdroj, kredit: Vazza, F. (2025). Astrophysical constraints on the simulation hypothesis, arXiv:2504.08461

Neúprosné zákony fyziky: Výsledky a jejich důsledky

Výsledky Vazzovy analýzy jsou skutečně ohromující a pro hypotézu simulace zdrcující. Ukázalo se, že i při těch nejoptimističtějších předpokladech jsou energetické a výpočetní nároky na simulaci naší reality astronomicky nedosažitelné v rámci vesmíru, který by se řídil stejnými fyzikálními zákony jako ten náš.

• Simulace celého vesmíru: Vyžadovala by množství výpočetních zdrojů (bitů, energie) srovnatelné nebo dokonce přesahující celkový informační a energetický obsah samotného viditelného vesmíru. Je fyzikálně nemožné, aby vesmír obsahoval počítač schopný simulovat sám sebe v plném detailu.
• Simulace Země (plná): I simulace "pouhé" naší planety s veškerou její komplexností by vyžadovala energii a výpočetní výkon, který mnohonásobně převyšuje výkon Slunce a pravděpodobně i celé naší Galaxie.
• Simulace Země (nízké rozlišení): Dokonce i nejméně náročný scénář, omezený jen na reprodukci reality až po úroveň interakcí vysokoenergetických částic, by vyžadoval výpočetní výkon a spotřebu energie, která je o mnoho řádů vyšší než cokoli, co známe nebo si dokážeme představit na základě známé fyziky a astrofyziky.

Klíčovým závěrem Vazzovy práce tedy je: Je fyzikálně (téměř) nemožné, aby náš vesmír byl simulací běžící na počítači umístěném uvnitř nějakého "rodičovského" vesmíru, pokud by tento rodičovský vesmír sdílel stejné základní fyzikální zákony jako ten náš. Hypotéza simulace by mohla být udržitelná pouze tehdy, pokud by simulující vesmír měl dramaticky odlišnou, mnohem "výkonnější" fyziku, umožňující řádově vyšší hustotu informace a efektivitu výpočtů, než jaké připouštějí nám známé principy.

Útěk z Matrixu, nebo jen jiná fyzika?

Tato studie samozřejmě nedokazuje s absolutní jistotou, že nejsme v simulaci – vždy lze postulovat simulátor s libovolně fantastickými vlastnostmi. Vazzův přínos je však v tom, že jasně ukazuje extrémní fyzikální cenu takové simulace. Argumenty typu "v budoucnu budou počítače mnohem výkonnější" zde nestačí; narážíme na fundamentální limity dané vztahem informace a energie.

Jeho práce nám tak dává silný, fyzikálně podložený důvod věřit, že realita, kterou zažíváme, není jen iluzí generovanou kódem v nám podobném vesmíru. Zároveň nám připomíná neuvěřitelnou komplexitu a informační bohatost našeho vlastního světa, od kvantových polí až po kosmické struktury. Zdá se, že náš vesmír je ve svém vlastním rámci výpočetně neredukovatelný.

Závěr: Ocenění naší (pravděpodobně) nesimulované reality

Franco Vazza nám svým odvážným a důmyslným propojením astrofyziky, informační teorie a fundamentální fyziky poskytl silný argument proti často až příliš lehkovážně přijímané hypotéze simulace. Jeho práce je krásnou ukázkou toho, jak vědecká metoda, založená na kvantifikaci a konfrontaci s pozorovatelnou realitou, může osvětlit i otázky zdánlivě patřící jen do sféry filozofie. I když absolutní jistotu nemáme, můžeme si z jeho závěrů odnést jisté uklidnění a možná i nové ocenění pro hloubku, komplexitu a pravděpodobnou "autentičnost" vesmíru, jehož jsme součástí. Zdá se, že nejsme jen programem – a to je závěr, ke kterému nás dovedla poctivá věda, nebojící se klást ani ty nejpodivnější otázky.

Zdroj: Vazza, F. (2025). Astrophysical constraints on the simulation hypothesis for this Universe: why it is (nearly) impossible that we live in a simulation. arXiv:2504.08461 [physics.pop-ph].

Video: 2016 Isaac Asimov Memorial Debate: Is the Universe a Simulation?