Vr Vrijdag: Kunnen we de wereld perfect simuleren?

Mijn eerste indrukken van Flight Simulator 2020 zijn behoorlijk positief. Vooral het feit dat het Flight Sim-team de hele aarde simuleert, inclusief het weer, gebaseerd op data van de echte wereld. Simpel gezegd: als het regent in Kampen, regent het ook in virtueel Kampen in Flight Simulator 2020.

Toch is de wereld van Flight Simulator geen perfecte simulatie. Hiermee bedoel ik niet dat dingen er anders uitzien, of dat het grafisch uiteraard nog niet helemáál fotorealistisch is (maar wel bijna!). Wat ik bedoel is dat de simulatie zoals hij in Flight Sim (en eigenlijk alle games) draait, een opeenstapeling is van lapwerk.

Dat klinkt veel negatiever dan dat ik het bedoel. Ik vind het fantastisch wat Flight Sim 2020 presteert. Wat ik bedoel met lapwerk is dat de natuurkundige wetten niet écht zijn nagebootst, maar dat de computer een aantal formules loslaat op verschillende punten van je vliegtuig om te zien welke krachten er daar op werken: luchtweerstand, lift, turbulentie, et cetera. Dat is allemaal mooi en aardig, maar zou het ooit ook mogelijk zijn om een echte, volledige simulatie van de wereld te maken? Een één-op-één model, waarin niet alleen dingen zich lijken te gedragen als de werkelijkheid, maar dat ook echt doen? En hoe ver moet je daarin gaan voordat het ‘echt’ is?

Resolutie

Je kunt dingen simuleren met verschillende graden van nauwkeurigheid. Laten we dat ‘resolutie’ noemen. Stel dat je wil simuleren hoe een bal van een meter hoogte in een zandbak valt. Een lage resolutie simulatie berekent de valsnelheid van de bal, animeert de bal zodat die met de juiste snelheid naar beneden beweegt, en stopt als het de grond raakt.

Een hogere resolutie houdt rekening met de luchtweerstand, en berekent hoe en of de bal stuitert bij het neerkomen.

Een nog hogere resolutie bekijkt hoe de bal stuitert op het specifieke soort ondergrond waar het op landt (in dit geval zand).

Nog steeds zijn dit allemaal heel basale simulaties die een doorsnee computer op dit moment prima kan uitvoeren.

Dieper

Als we echter een virtuele wereld écht willen simuleren, loopt de benodigde resolutie enorm op. Want al die berekeningen voor het vallen van de bal zijn precies dat: berekeningen. De natuurkundige formules die jij en ik op school hebben geleerd zijn abstracties. Een computerprogramma rekent voor je uit wat het gedrag zal zijn en toont het. Dat is prima voor de meeste games, maar het is wel duidelijk van echt te onderscheiden.

Want de wereld is geen abstractie, maar een interactie van een oneindig aantal deeltjes die op elkaar reageren. Als de bal het zand raakt, reageren alle korrels op basis van de krachten die de bal op hen en op elkaar uitoefenen. Luchtweerstand is het botsen van de bal tegen de moleculen van de lucht. De bal zelf bestaat ook uit deeltjes die op elkaar reageren en bewegen.

Als we nog verder inzoomen op de werkelijkheid, verdwijnen de deeltjes en komen we bij de hoofdpijngevende kwantummechanica, waar het gedrag van een deeltje (en zelfs het bestaan ervan) een kansberekening is. Het lijkt er op dat daar de grens is. Er is niets kleiner dan een ‘Plancklengte’, de allerkleinste afstand tussen twee dingen die kan bestaan. Voor zover we weten.

Echte virtuele werkelijkheid

Stel nu dat we een simulatie van de werkelijkheid willen maken, die niet van echt is te onderscheiden. Een simulatie die zo goed is dat iemand die er via een geavanceerde neurolink in wordt geplaatst, niet meer kan zien of het echt of nep is. Is dat überhaupt mogelijk?

In elk geval niet met de huidige computers. Een gewone computerchip kan maar één ding tegelijk doen. Dat is voor een levensechte simulatie niet voldoende. Want hoewel het lijkt alsof jouw computer van alles tegelijkertijd doet, doet het eigenlijk heel snel steeds één ding tegelijk. De computer doet dat zo snel dat het voor onze trage mensenbreinen lijkt of het allemaal tegelijk gebeurt, net zoals onze ogen de 24 beeldjes per seconde van een film interpreteren als bewegend beeld.

De Planck mis

Een volledig natuurgetrouwe simulatie moet in staat zijn om alle onderdelen van de werkelijkheid, elke zandkorrel, elke molecuul te simuleren. Elke interactie tussen die onderdelen moet kloppen. En daar lopen we tegen een aantal interessante problemen op. In theorie is het mogelijk om met een kwantum computer het gedrag van een haast oneindig aantal deeltjes te berekenen. Niet vandaag, niet volgende week, maar wellicht over een jaar of tien. We zouden met voldoende kwantumcomputerkracht in staat moeten zijn om werkelijk een wereld te simuleren die zich precies gedraagt zoals de werkelijkheid. Tot aan het Planckniveau aan toe. De simulatie zou constant alle kansberekening uitvoeren die de ‘echte’ werkelijkheid ook uitvoert om te bepalen welke deeltjes waar zijn en wat ze doen. Tenminste: als we dan ook werkelijk begrijpen hoe de werkelijkheid werkt.

En daar zitten nog een aantal grote gaten in onze kennis. We weten bijvoorbeeld nog steeds niet waarom zwaartekracht doet wat het doet. We weten dat massa de ruimtetijd vervormt en kunnen precies uitrekenen hoe snel een bal in een zandbak valt. Maar wat er nou werkelijk gebeurd? Wat is het exact? Hoe berekenen we die zwaartekracht basis van wat we nu weten van kwantummechanica? Geen idee.

En ook op het kwantumniveau zijn er nog enorm veel vragen. Interessant is dat we nog niet echt weten wat bijvoorbeeld een elektron is. Ja, we weten dat een elektron een negatief geladen deeltje is waarvan er een aantal rond de positief geladen atoomkern draaien. Maar is dat wel zo?

In 1940 kwam natuurkundige John Wheeler met een verbijsterende hypothese. Omdat elke elektron in het universum exact dezelfde massa en lading heeft, leek het hem niet onwaarschijnlijk dat er niet heel veel elektronen zijn, maar één elektron dat constant door ruimte en tijd heen en weer springt.

Sim mind blown

En die hypothese (die nog niet bewezen of verworpen is) opent een aantal nogal onthutsende mogelijkheden. Als het inderdaad maar één elektron is dat in feite al onze materie doet bestaan, enkel door constant heen en weer te springen, doet dat toch ook een beetje denken aan de manier waarop onze hedendaagse computers proberen gelijktijdigheid te simuleren door heel snel dingen na elkaar te doen. Het feit dat een elektron wellicht maar éénmaal bestaat, maar constant heen en weer schiet, lijkt heel erg op het soort lapwerk waar onze eigen simulaties zoals Flight Sim gebruik van maken. In plaats van alles te simuleren, simuleert de sim maar een paar dingen.

Nu zeg ik niet dat dit het definitieve bewijs is dat ons universum een simulatie is. Dat zou absurd zijn om te claimen. Wel is het weer een aanwijzing dat ons universum veel gekker in elkaar zit dan we denken. En dat het ook nog wel even duurt voor we alles zo goed begrijpen dat we het écht kunnen simuleren. Als dat al ooit kan.

Meer VR Vrijdag: