Elämmekö simulaatiossa? Neil deGrasse Tyson esittää kysymyksen, johon ei ehkä voi koskaan saada varmaa vastausta

Ajatus simuloidusta maailmankaikkeudesta herättää suuren kysymyksen: haluaisimmeko edes tietää totuuden? Neil deGrasse Tyson muistuttaa, että simulaation sisällä eläville olennoille heidän maailmansa olisi kaikesta huolimatta ainoa todellinen todellisuus.

Entä jos koko maailmankaikkeus, oma kehomme ja kaikki muistomme olisivatkin valtavan kehittyneen tietokoneen tuottamia? Ajatus on tuttu tieteiskirjallisuudesta ja etenkin Matrix-elokuvista, mutta se on päätynyt myös filosofien ja fyysikoiden vakavien pohdintojen kohteeksi.

StarTalkin videolla astrofyysikko Neil deGrasse Tyson ja koomikko Paul Mecurio vastaavat yleisön kysymyksiin simulaatiohypoteesista, ajan suhteellisuudesta, muistojen fyysisestä perustasta, mustista aukoista ja maailmankaikkeuden suurimmista rakenteista.

Videon otsikko kysyy, haluaisiko ihminen todella tietää elävänsä simulaatiossa. Kysymys ei koske vain teknologiaa, vaan myös sitä, mitä pidämme todellisena ja merkityksellisenä.

Simulaation asukkaalle simulaatio olisi todellisuutta

Simulaatiohypoteesissa ajatellaan, että riittävän kehittynyt sivilisaatio voisi joskus rakentaa tietokoneella kokonaisia maailmoja ja niissä eläviä tietoisia olentoja.

Jos simuloidut olennot eivät voisi nähdä maailmansa ulkopuolelle, he pitäisivät oman universuminsa luonnonlakeja todellisuuden perustana. Painovoima, valo, aika ja aine tuntuisivat aivan yhtä todellisilta kuin ne tuntuvat meille.

StarTalkin videon keskeinen ajatus on, ettei simulaatiossa eläminen välttämättä muuttaisi olennon omaa kokemusta. Kipu tuntuisi kivulta, rakkaus rakkaudelta ja menetys menetykseltä riippumatta siitä, millaisella alustalla maailma lopulta toimisi.

Tässä mielessä sana simulaatio voi johtaa harhaan. Se saa maailman kuulostamaan epätodelliselta tai merkityksettömältä, vaikka sen sisällä eläville olennoille kyse olisi heidän koko olemassaolostaan.

Totuuden tietäminen voisi muuttaa kaiken tai ei mitään

Jos ihmiskunta saisi kiistattoman todisteen simulaatiosta, löydöllä olisi valtava filosofinen ja tieteellinen merkitys. Samalla tavallinen arki saattaisi jatkua yllättävän samanlaisena.

Ihmisten pitäisi edelleen syödä, nukkua, huolehtia lapsistaan ja tulla toimeen keskenään. Luonnonlakeja ei voisi noin vain sivuuttaa sillä perusteella, että ne olisivat jonkun ohjelmoimia.

Tieto voisi silti horjuttaa käsityksiä vapaasta tahdosta, kuolemasta ja maailmankaikkeuden alkuperästä. Ihmiset alkaisivat väistämättä kysyä, kuka simulaation rakensi ja miksi.

Se voisi myös käynnistää yritykset ottaa yhteyttä simulaation ulkopuolisiin olentoihin. Jos maailma olisi ohjelmisto, tutkijat saattaisivat etsiä sen rajoja, virheitä tai merkkejä laskennan rajallisuudesta.

Simulaattorit eivät ratkaise alkuperän arvoitusta

Ajatus rakentajista siirtää maailmankaikkeuden alkuperää koskevan kysymyksen yhden tason ylemmäksi, mutta ei poista sitä.

Jos jokin edistynyt sivilisaatio loi universumimme, mistä sen oma maailma tuli? Oliko sekin simulaatio? Jos oli, kuka rakensi seuraavan tason?

Selityksestä voi muodostua loputon ketju, jossa jokainen maailma on jonkin toisen maailman tietokoneessa. Jossain vaiheessa pitäisi silti olla perustava todellisuus tai jokin muu selitys koko ketjun olemassaololle.

Simulaatiohypoteesi ei siten automaattisesti vastaa kysymykseen siitä, miksi jotakin on ylipäätään olemassa. Se tarjoaa yhden mahdollisen selityksen omalle maailmallemme, mutta synnyttää samalla uusia kysymyksiä.

Simulaatiohypoteesi ei ole todistettu teoria

Tietokonepelien ja virtuaalimaailmojen kehitys tekee ajatuksesta intuitiivisesti houkuttelevan. Ihmiskunta rakentaa jo nyt ympäristöjä, joissa keinotekoiset hahmot reagoivat tapahtumiin ja oppivat toimimaan ympäristössään.

Tästä ei kuitenkaan seuraa, että oma maailmankaikkeutemme olisi simuloitu. Mahdollinen tulevaisuuden teknologia ei ole todiste nykyisen todellisuuden alkuperästä.

Ongelmaksi muodostuu myös hypoteesin testaaminen. Simulaatio voisi periaatteessa tuottaa kaikki havainnot, joita käyttäisimme sen olemassaolon kumoamiseen. Jopa näennäinen todiste siitä, ettemme elä simulaatiossa, voisi olla osa simulaatiota.

Tieteellisen väitteen pitäisi tavallisesti tuottaa ennusteita, jotka voidaan havaintojen avulla osoittaa vääriksi. Jos jokainen mahdollinen tulos sopii simulaatiohypoteesiin, sen tutkiminen tieteen keinoin muuttuu erittäin vaikeaksi.

Kaikille yhteistä nykyhetkeä ei ole

Videon ensimmäisiin yleisökysymyksiin kuuluu ajatus yhteisestä nykyhetkestä. Arkikokemuksessa vaikuttaa selvältä, että koko maailmankaikkeudessa on yksi ja sama hetki, jota kaikki kutsuvat nykyisyydeksi.

Einsteinin suhteellisuusteoria muutti tämän käsityksen. Kaksi toisistaan eri nopeudella liikkuvaa havaitsijaa eivät välttämättä ole samaa mieltä siitä, mitkä kaukana toisistaan tapahtuvat asiat ovat samanaikaisia.

Maapallolla erot ovat tavallisesti niin pieniä, ettei niitä huomaa arjessa. Suurilla nopeuksilla ja tähtitieteellisillä etäisyyksillä yhteisen nykyhetken puuttuminen muuttuu olennaiseksi osaksi todellisuuden rakennetta.

Emme siis voi määrittää yhtä universaalia hetkeä, joka vallitsisi samanlaisena kaikkialla maailmankaikkeudessa. Jokaisella havaitsijalla on oma liikkeeseensä ja sijaintiinsa liittyvä tapansa jakaa tapahtumat menneisyyteen, nykyhetkeen ja tulevaisuuteen.

Aika hidastuu voimakkaan painovoiman lähellä

Ajan kulku riippuu myös painovoimasta. Mitä voimakkaammassa gravitaatiokentässä kello sijaitsee, sitä hitaammin se käy verrattuna kauempana olevaan kelloon.

Mustan aukon lähellä ero voi kasvaa valtavaksi. Kaukaa tarkkailevalle putoava kohde näyttää hidastuvan lähestyessään tapahtumahorisonttia, vaikka putoaja kokisi oman aikansa kulkevan normaalisti.

Sama ilmiö toimii paljon pienemmässä mittakaavassa myös Maassa. Satelliittipaikannuksen on huomioitava suhteellisuusteorian vaikutukset, jotta paikannus ei alkaisi vähitellen näyttää vääriä sijainteja.

Aika ei siis ole kaikille saman tahtisesti etenevä kosminen kello. Se on osa aika-avaruutta ja reagoi sekä liikkeeseen että painovoimaan.

Voisiko kylmä asteroidi muuttua suprajohteeksi?

Yksi videon kysymyksistä koskee sitä, voisiko avaruuden kylmyydessä liikkuva asteroidi toimia suprajohteena.

Suprajohteessa sähkövirta voi kulkea ilman tavallisissa johtimissa syntyvää sähkövastusta. Ilmiö vaatii kuitenkin sopivan materiaalin ja riittävän matalan lämpötilan.

Pelkkä avaruudessa oleminen ei tee mistä tahansa kappaleesta suprajohdetta. Asteroidin pitäisi sisältää ainetta, jolla on suprajohtavia ominaisuuksia, ja sen lämpötilan pitäisi alittaa kyseisen aineen kriittinen raja.

Avaruutta myös kuvataan usein yksinkertaistetusti äärimmäisen kylmäksi. Tyhjiössä ei ole ympäröivää ilmaa, joka jäähdyttäisi kappaleen nopeasti. Auringon säteilylle altistuva pinta voi lämmetä voimakkaasti, kun taas varjossa oleva puoli voi olla hyvin kylmä.

Asteroidin lämpötila riippuu siten esimerkiksi sen etäisyydestä Aurinkoon, pyörimisestä, pinnan ominaisuuksista ja koostumuksesta.

Ilman Kuuta merissä olisi edelleen vuorovesiä

Kuu on Maan vuorovesien tärkein aiheuttaja, mutta se ei ole ainoa. Myös Auringon painovoima venyttää maapalloa ja sen valtameriä.

Jos Kuu katoaisi, vuorovedet eivät loppuisi kokonaan. Ne heikkenisivät ja niiden rytmi muuttuisi, sillä jäljelle jäisi Auringon aiheuttama vaikutus.

Muutos vaikuttaisi rannikkoalueisiin ja eliöihin, joiden elämänkierto on sopeutunut nousu- ja laskuveden vaihteluun. Myös valtamerten virtaukset ja ravinteiden sekoittuminen voisivat muuttua.

Kuulla on ollut pitkällä aikavälillä merkitystä myös Maan pyörimiselle. Vuorovesivoimat ovat hidastaneet planeettamme pyörimistä, minkä vuoksi vuorokaudet ovat ajan kuluessa pidentyneet.

Kuun katoaminen ei siis vain himmentäisi yötaivasta. Se vaikuttaisi vähitellen moniin maapallon fysikaalisiin ja biologisiin järjestelmiin.

Muistot eivät sijaitse yksittäisissä atomeissa

Videolla kysytään myös, ovatko ihmisen muistot tehty atomeista. Aivot ovat luonnollisesti aineellinen elin, joten jokainen muistamiseen liittyvä prosessi tapahtuu atomien ja molekyylien muodostamissa soluissa.

Yksittäinen muisto ei kuitenkaan sijaitse tietyssä atomissa samalla tavalla kuin tiedosto sijaitsee tietokoneen yksittäisessä kansiossa.

Muistot liittyvät hermosolujen välisiin yhteyksiin, niiden vahvistumiseen ja heikkenemiseen sekä laajojen hermoverkostojen toimintaan. Olennaista ei ole vain se, mistä aineesta aivot koostuvat, vaan miten niiden osat ovat järjestyneet ja miten ne viestivät keskenään.

Aivojen molekyylejä ja muita rakennusaineita vaihtuu elämän aikana. Muistot voivat silti säilyä, koska hermoverkkojen rakenteelliset ja toiminnalliset mallit pysyvät riittävän jatkuvina.

Tilannetta voi verrata pyörteeseen joessa. Pyörteen muodostava vesi vaihtuu jatkuvasti, mutta itse kuvio voi säilyä tunnistettavana.

Muistaminen muuttaa muistettavaa asiaa

Muisti ei ole täydellinen tallenne menneisyydestä. Kun ihminen palauttaa kokemuksen mieleensä, aivot rakentavat sen uudelleen eri osista.

Nykyinen mieliala, myöhemmin saadut tiedot ja muiden ihmisten kertomukset voivat muuttaa muistikuvaa. Tämän vuoksi kaksi samaan tapahtumaan osallistunutta ihmistä voi muistaa sen vilpittömästi eri tavoin.

Muistojen muovautuvuus ei ole pelkkä virhe. Se auttaa yhdistämään uutta tietoa aiempiin kokemuksiin ja käyttämään menneisyyttä tulevien päätösten tukena.

Sama ominaisuus tekee silminnäkijöiden kertomuksista epävarmempia kuin usein kuvitellaan. Vahva varmuuden tunne ei yksin takaa muiston tarkkuutta.

Mustalla aukolla ei tarvitse olla tarkoitusta

Yksi videon suurista kysymyksistä kuuluu: mikä on mustan aukon tarkoitus?

Tieteessä luonnonilmiöille ei tavallisesti oleteta tarkoitusta samalla tavalla kuin ihmisten valmistamille esineille. Musta aukko ei välttämättä ole olemassa jotakin tehtävää varten. Se syntyy, koska aine ja painovoima toimivat tietyllä tavalla.

Suuret tähdet voivat elinkaarensa lopussa romahtaa, jos niiden oma painovoima voittaa tähteä tukeneet voimat. Riittävän tiiviiksi puristunut massa muodostaa alueen, jonka tapahtumahorisontin sisältä edes valo ei pääse pakoon.

Vaikka mustilla aukoilla ei olisi tarkoitusta, niillä on suuria vaikutuksia ympäristöönsä. Niihin putoava kaasu voi kuumentua ja säteillä valtavia määriä energiaa. Galaksien keskusten supermassiiviset mustat aukot voivat vaikuttaa tähtien syntyyn ja koko galaksin kehitykseen.

Mustat aukot ovat lisäksi luonnollisia laboratorioita, joissa suhteellisuusteoria ja kvanttifysiikka joutuvat törmäyskurssille.

Voisiko ihminen kokea täysin kaareutumattoman aika-avaruuden?

Painovoima voidaan yleisessä suhteellisuusteoriassa kuvata aika-avaruuden kaareutumisena. Tähdet, planeetat ja muut energian muodot vaikuttavat ympäröivän aika-avaruuden geometriaan.

Täysin tyhjä ja häiriötön aika-avaruus voidaan esittää fysiikan malleissa tasaisena. Todellisessa maailmankaikkeudessa täydellisen tyhjää aluetta voi kuitenkin olla vaikea löytää.

Paikallisesti tilanne on toinen. Vapaasti putoavalle havaitsijalle hyvin pieni ympäristö voi näyttää lähes painottomalta ja tasaiselta, vaikka laajemmassa mittakaavassa aika-avaruus olisikin kaareutunut.

Tämän vuoksi astronautit näyttävät leijuvan avaruusasemalla. Painovoima ei ole kadonnut, vaan asema ja sen sisällä olevat ihmiset putoavat jatkuvasti yhdessä Maan ympäri.

Täysin puhtaan ja kaareutumattoman aika-avaruuden kokeminen on siis enemmän teoreettinen ihanne kuin tavallinen matkakohde.

Mustat aukot synnyttävät tiedon paradoksin

Mustiin aukkoihin liittyy myös kysymys informaatiosta. Kvanttifysiikan perusperiaatteiden mukaan järjestelmän aikaisempaa tilaa kuvaava tieto ei saisi vain kadota maailmankaikkeudesta.

Mustaan aukkoon putoava aine näyttää kuitenkin katoavan tapahtumahorisontin taakse. Jos musta aukko lopulta haihtuu Hawkingin säteilyn kautta eikä säteily sisällä tietoa sinne pudonneesta aineesta, informaation kohtalo muuttuu ongelmaksi.

Tätä kutsutaan mustan aukon informaatioparadoksiksi. Monet fyysikot odottavat tiedon säilyvän jollakin tavalla, mutta sen tarkasta mekanismista keskustellaan edelleen.

Mahdollisissa ratkaisuissa informaatio voisi koodautua tapahtumahorisontin ominaisuuksiin tai vapautua erittäin hienovaraisessa muodossa mustan aukon säteilyn mukana.

Ongelma on tärkeä, koska sen ratkaiseminen voisi auttaa yhdistämään painovoimaa kuvaavan suhteellisuusteorian ja hiukkasmaailmaa kuvaavan kvanttifysiikan.

Kosminen verkko muodostaa universumin selkärangan

Videon lopussa keskustelu siirtyy kosmiseen verkkoon. Kun maailmankaikkeutta tarkastellaan valtavassa mittakaavassa, galaksit eivät ole levittäytyneet avaruuteen tasaisesti.

Ne muodostavat pitkiä säikeitä, solmukohtia ja seinämäisiä rakenteita. Niiden väliin jää valtavia, suhteellisen tyhjiä alueita, joita kutsutaan kosmisiksi tyhjöiksi.

Rakenne muistuttaa kolmiulotteista verkkoa. Sen perustan muodostaa suurelta osin pimeä aine, jonka painovoima on vetänyt tavallista ainetta samoille alueille.

Kosminen verkko alkoi muodostua maailmankaikkeuden varhaisista pienistä tiheyseroista. Painovoima vahvisti eroja miljardien vuosien aikana: hieman tavallista tiheämmät alueet keräsivät lisää ainetta ja kehittyivät galakseiksi sekä galaksijoukoiksi.

Oma Linnunratamme on vain pieni osa tätä valtavaa rakennetta.

Tiede tekee todellisuudesta arkista oudomman

Simulaatiohypoteesi kuulostaa poikkeukselliselta, mutta myös vahvasti todistettu fysiikka haastaa arkisen käsityksen maailmasta.

Kaikille yhteistä nykyhetkeä ei ole. Kellot käyvät eri tahtiin liikkeen ja painovoiman mukaan. Muistot eivät ole pysyviä tallenteita, vaan muuttuvien hermoverkostojen ylläpitämiä rakenteita. Avaruuskaan ei ole tyhjä näyttämö, vaan aineen ja energian muovaama osa universumia.

Emme tällä hetkellä tiedä, onko maailmankaikkeus simulaatio. Emme välttämättä edes tiedä, millainen havainto voisi ratkaista asian lopullisesti.

Se ei tee kysymyksestä arvotonta. Simulaatiohypoteesi pakottaa pohtimaan, mitä todellisuudella tarkoitetaan ja riippuuko elämän merkitys siitä, mistä maailmankaikkeus on viime kädessä rakennettu.

Vaikka universumimme osoittautuisi jonkun muun luomaksi järjestelmäksi, kaikki sen sisällä koettu olisi meille edelleen todellista. Maailman alkuperä voisi muuttua, mutta elämämme seuraukset eivät katoaisi.