Итак, начнём

Если бы передо мной была бы поставлена задача сделать какую-то симуляцию, то первым делом на ум приходит всем известная игра «Жизнь» математика Джона Конвея.

Есть какое-то пространство, заполненное примитивными элементами, которые меняют своё состояние одномоментно по очень простым законам. Такая механика называется «клеточный автомат».

«Жизнь» — это клеточный автомат с очень простыми законами.
Что-то стабильно, что-то двигается... Маленький аквариум
Что-то стабильно, что-то двигается... Маленький аквариум

Вот тут можно поиграть в «Жизнь», если подзабыли игру. Играть так — расставляем комбинацию точек на экране и запускаем их эволюцию.

С помощью клеточных автоматов возможна имитация сверхсложного поведения, любых функций и т.п. Джон Конвей доказал, что его игра полна по Тьюрингу. Это означает, что с помощью клеточного автомата можно запрограммировать всё что угодно.

Стивен Вольфрам (первоначальный автор и владелец математического пакета Wolfram Mathematika) написал множество статей и большую книгу о клеточных автоматах. Он утверждает, что они могут буквально всё.
Ведущий апологет Вселенной как клеточного автомата — Стивен Вольфрам
Контринтуитивные вещи, к которым все привыкли

Если мы посмотрим на «Жизнь», из правил игры совершенно очевидно, что никакой объект или фигура в игре не может перемещаться быстрее, чем на 1 квадратик за 1 такт игры. И это даёт первую, очень чёткую ассоциацию.
Но есть нюанс с анизотропностью пространства...
Скорость света

В нашем мире есть абсолютно контринтуитивный закон физики, по которому материальные объекты не могут двигаться быстрее скорости света.

Это кажущаяся безумием мысль для физиков прошлого, что по неведомым причинам тело в безвоздушном пространстве относительно любой инерциальной системы отсчёта не может двигаться быстрее, чем C (скорость света).

Казалось бы, что может помешать объекту бесконечно разгоняться в вакууме?! Сопротивления же нет. Однако не получается.

Но с точки зрения Вселенной, как клеточного автомата, это — норма.

Посмотрим на ту же «Жизнь» или многие другие клеточные автоматы — это незыблемое правило игры, которое лежит в её основе, в её сути. На клетку влияют только те элементы, которые её окружают.

Да, создатель симуляции может придумать абсолютно любые правила для неё, но если исходить из простоты (и локальности кеша), то самым простым вариантом будет оставить именно ограниченную скорость распространения изменений состояний «клеток».

И тут всё становится на свои места.
Фотоны

Весьма странный объект. Имеет массу покоя равной нулю. Летит в вакууме как волна и взаимодействует как частица.

Но с точки зрения клеточного автомата, это просто самокопирующийся конструкт, который летит с максимально возможной скоростью в клеточном автомате. И он не может по другому.

Видимо, есть несколько типов таких конструктов, разного размера, что эквивалентно фотонам с разной длиной волны. Которые сталкиваясь с объектами или их задевая, вступают с ними в реакцию и формируют такие явления как интерференция и дифракция.

Но не исключено, что всего 1 конструкт отвечает за все фотоны. В этом случае он может быть асимметричной фигурой, которая может лететь любой из сторон вперед, соответственно, иметь разную ширину в направлении движения. В этом случае размер проекции фотона в направлении движения будет играть роль длины волны.

В зависимости от скорости наблюдателя-конструкта клетки фотона будут с разной интенсивностью вступать в реакцию с наблюдателем, что будет эквивалентно красному или фиолетовому смещению.
Начало Вселенной и конечность числа частиц

Вопрос конечности частиц во всей Вселенной до конца не решён, так как его трудно доказать научным способом. Мы не можем увидеть те части Вселенной, откуда ещё не долетел до нас свет. Число частиц (протонов и нейтронов) в наблюдаемой нами Вселенной примерно 3.28 × 1080 (всего в ~3000 раз больше, чем вариантов приватных ключей в биткоине).

Но учёные согласны, что у Вселенной было начало, и она появилась примерно 13.8 миллиарда лет назад. И до сих пор масса не возникала и не пропадала. С приличной вероятностью число частиц в нашей Вселенной конечно.

Теории, наподобие Большого Взрыва, говорят о том, что вначале была некая суперточка, из которой всё возникло. Честно говоря, так и просится на ассоциацию гигантское поле для игры в «Жизнь», в центре полностью заполненное чёрными клеточками.

Да, в «Жизни» бы многие клеточки от такого плотного расположения «умерли от голода», но в нашем клеточном автомате материя не может исчезнуть и она стала расширяться.

А как же криволинейность пространства, гравитационные ямы от массивных тел, искажение пути фотонов вблизи от массивных объектов? Как показал Стивен Вольфрам, клеточные автоматы могут быть очень разными. И необязательно в виде одинаковых клеточек, но и в виде графов, учитывающих/создающих кривизну пространства.

Но симуляция, скорее всего, конечна, и если наш мир — симуляция, то он должен иметь начало. И оно имеется.
Квантованность всего и вся

Гладкие, непрерывные и детерминистические законы, которые мы наблюдаем в повседневной жизни, порождены коллективным поведением элементарных частиц на микроскопическом уровне.

А вот фундаментальные взаимодействия элементарных частиц носят квантовый (ступенчатый) и дискретный характер.

Безусловно квантовано:

Энергетические уровни: Электроны в атомах могут иметь только строго определённые значения энергии. Они не могут находиться «чуть-чуть» между этими уровнями. Переход между уровнями происходит скачком с излучением или поглощением кванта энергии (фотона).

Фундаментальные свойства частиц: Такие величины, как спин (собственный момент импульса), электрический заряд, «цветной» заряд кварков — все они квантованы, то есть принимают только дискретные значения.

Излучение и поглощение энергии: Процессы происходят порциями — квантами. Вы не можете получить половину фотона.

Когда речь идёт о клеточном автомате, что в нём по определению всё квантовано. Поэтому сходство Вселенной с ним очевидно.
Почти все виды взаимодействий в нашей вселенной можно объяснить через элементарные частицы

Стандартная модель в физике — это теория, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. В ее основе лежит концепция обмена калибровочными бозонами (частицами-переносчиками взаимодействия).

Электромагнитное взаимодействие: Переносится фотонами (γ). Именно обмен виртуальными фотонами, например, между двумя электронами, приводит к их взаимному отталкиванию. Представьте двух конькобежцев, бросающих друг другу мяч. При каждом броске они откатываются друг от друга. Мяч здесь — аналог фотона.

Слабое взаимодействие (ответственно за некоторые виды радиоактивного распада): Переносится тяжелыми частицами: W⁺-, W⁻- и Z⁰-бозонами. Их большая масса объясняет, почему слабое взаимодействие очень короткодействующее.

Сильное взаимодействие (удерживает кварки внутри протонов и нейтронов, а сами протоны и нейтроны — внутри ядра): Переносится глюонами (g). Их особенность в том, что они сами несут «заряд» сильного взаимодействия (цветовой заряд), поэтому сильно взаимодействуют друг с другом. Это объясняет, почему кварки не могут быть свободными (конфайнмент).

Паттерн Gosper glider gun, который так и напрашивается как аналог испускателя виртуальных фотонов
Паттерн Gosper glider gun, который так и напрашивается как аналог испускателя виртуальных фотонов

Насчёт гравитации всё не так просто. Гипотетическая частица-переносчик гравитационного взаимодействия называется гравитон. Пока это гипотетическая частица. Гравитон был бы необходим для создания квантовой теории гравитации, которая успешно объединила бы ОТО и квантовую механику. Пока такой теории не существует, хотя кандидаты есть (например, теория струн).
Gosper glider gun или Ружьё как объяснение всех типов взаимодействий

Теперь, если мы вспомним игру «Жизнь», то там постоянно возникают движущиеся в разных направлениях конструкты. Например, их генерирует Gosper glider gun (из России не открывается). В русскоязычной Википедии известно как Ружьё. Этот конструкт напрашивается на роль испускателя виртуальных фотонов и многих других частиц (бозоны, гравитоны). Конечно, для каждого конструкта потребуется свой тип Ружья.

Смотрите сами, в рамках клеточного автомата все пикселы эквивалентны. Если некоторая фигура движется, то это значит, что одни пикселы исчезают, а другие появляются.

Все калибровочные частицы - это просто конструкты, вылетающие из Ружей.

Соответственно, если при касании гравитона в клеточном автомате, частица исчезает, а остаётся пиксел на том месте, где был гравитон, то какая-то часть объекта сдвинулась к источнику гравитации. И нет никаких проблем с энергией и массой. И остальные частицы благодаря правилам клеточного автомата подтягиваются к сдвинутым. Но если источник гравитации очень сильный типа чёрной дыры (очень много Ружей), то объект буквально рассыпается на атомы.

Таким же образом можно объяснить и отталкивание. Также специальные Ружья, стреляющие другими конструктами, в результате взаимодействия с пулями отдельные пикселы сдвигаются в сторону удаления от Ружья, и остальные пикселы подтягиваются.

Фотоны, когда летят не притягиваются между собой. Это странно. Но с точки зрения клеточного автомата, на них просто нет гравитонных Ружей.

Но если гравитон от звезды попадёт в фотон, то фотон отклонится. То что на макроуровне можно трактовать как кривизну пространства.

Объяснение любого взаимодействия через разные типы конструктов, вылетающие из разных Ружей, идеально подходит к теории, что мы все живём в гигантском клеточном автомате.
Физические принципы через призму клеточного автомата
Принцип неопределённости на микроуровне

Наблюдение взаимодействует с конструктом. И в момент наблюдения у него теряется всё: направление движения, скорость и т.д. Он либо перестаёт существовать, либо трансформируется во время наблюдения.
Масса

Наиболее похоже это выглядит на число клеточек в стабильном конструкте. Но дело в том, что некоторые конструкты особой формы (гравитоны, предположительно) могут исчезать при взаимодействии с другими, так что они, условно, безмассовые. Хотя какое-то количество клеточек занимают.
Спин

Это просто отражённые несимметричные конструкты (энантиоморфы), которые из-за своей отражённости вращаются (переключают пикселы) по разному. Если наш клеточный автомат работает в 3D, то максимально может быть 8 спинов. Точное количество зависит от формы самого объекта.
Энергия

Энергия - с точки зрения клеточного автомата, это просто специфика движения клеточек и форм. Никакого физического смысла в этом термине (с точки зрения автомата) нет. Есть конструкты статические( в «Жизни», например, квадрат из 4х точек абсолютно ставилен), но если в них что-то добавить, то они они начинают проходить метаморфозы и могут распасться на более мелкие и/или испустить фотон(ы).
Переход массы в энергию

Большой конструкт распадается на кучу маленьких. По правилам клеточного автомата фотоны имеет самую большую скорость. Фотон в физике считается, имеющим нулевую массу покоя, так как тела имеющие массу не могут двигаться со световой скоростью. Но тела испускающие фотоны становятся легче. Парадокс. Его легко разрешает теория Вселенной-клеточного автомата. Как я говорил выше, фотон просто не может двигаться медленнее из-за правил автомата применимых к конструкту специальной формы, а при испускании он, визимо, забирает клеточки из родительской структуры.
Потенциальная энергия (гравитационная)

Это суммарное число полученных объектом гравитонов от другого объекта до момента столкновения.
Точный переход разных типов энергий в кинетическую

Электромагнитное и гравитационное взаимодействие преобразуются в кинетическую по природе самого автомата. Разные типы энергий - это разные типы конструктов вылетающие из разных Ружей. Конструкты, отвечающие за поля, меняют положение части объекта в пространстве автомата так, что либо он удаляется, либо приближается. Напоминаю, что все клеточки эквивалентны, если гравитон разрушает одну клетку объекта при прикосновении, а клетка гравитона остаётся, то это притяжение. А если при уничтожении конструкта и клетки объекта создаётся новая клетка в объекте по направлению движения, там где её не было, то это отталкивание.
Системы отсчёта и их относительность

Сама концепция автомата подразумевает выделенную систему отсчёта, но для конструктов она не видна. Они не видят квадратиков. И они могут выбирать любую систему для отсчёта для себя.
Релятивисткое сложение скоростей

В автомате, как ни складывай скорости, нельзя получить скорость выше механики, которую даёт автомат для переключения соседних клеток. В одном и том же направлении сумма скоростей конструкта и вылетающего субконструкта не может быть выше максимальной скорости переключения клеточек, скорости света.
Вселенная как расширяющийся пузырь

Мы легко можем представить себе увеличивающийся в размерах воздушный шарик, на котором расположены колонии микробов. Для них поверхность шарика не будет иметь границ, их физики определят примерное время начала надувания шарика. И даже, может быть, смогут спрогнозировать, когда он лопнет.
Вселенная может не иметь границ, но это не значит, что она бесконечна
Вселенная может не иметь границ, но это не значит, что она бесконечна

Есть байка: однажды маленький сын Эйнштейна Эдуард спросил отца, почему он так знаменит. На это ученый ответил:

«Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут. Мне же посчастливилось заметить это».

И ещё цитата, приписываемая Эйнштейну (надёжных источников нет):

Когда я сижу в ванной и играю мыльными пузырями, никому не разрешается беспокоить меня, потому что все свои теории о звёздах я открыл, именно играя мыльными пузырями. Созерцая их, мой ум работает лучше всего, и я совсем забываю о времени.

Так же и наш мир в 4D — это надувной шарик. Несмотря на то, что он увеличивается, он может быть симуляцией, в которой по каким-то законам растёт расстояние между точками.

До сих пор нет ясности ни с тёмной материей, ни с тёмной энергией у физиков.

Тёмная материя понадобилась для объяснения структуры и устойчивости Вселенной:

Почему галактики вращаются так быстро и не разлетаются?

Почему скопления галактик удерживаются вместе?

Тёмная энергия нужна именно для объяснения ускоренного расширения Вселенной. Именно она — причина, по которой расширение не замедляется, а ускоряется. Она понадобилась физикам, чтобы объяснить расширение нашего мира.

Но если расширение Вселенной и удержание галактик — это просто правила клеточного автомата, которые не являются частицами, то экспериментально их никогда не найдут.
Ответы на некоторые возражения
А что насчёт замедления времени при релятивистских скоростях и увеличение массы?

Тут как раз можно довольно просто объяснить. Перемещение со скоростью света — это максимально быстрое перемещение в клеточном автомате. При нём объект копируется в соседние пикселы. За 1 такт на 1 пиксел. Если вспомнить «Жизнь», то передвигающийся объект ещё может крутиться во время движения.

Чем больше пикселов у конструкта уходит на движение по решётке клеточного автомата, тем меньше возможностей остаётся на движения пикселов внутри него. Для максимально быстрого перемещения они должны гаснуть и зажигаться в определённой последовательности. Иными словами либо мы быстро двигается по решётке, либо мы быстро меняемся внутри конструкта, но не двигаемся.

Увеличение массы. С точки зрения клеточного автомата масса — это очень абстрактное понятие. Внутри математической решетки нет никакой массы, есть только закономерности движения пикселов. Это что-то типа цвета у кварков и глюонов.

Фотоны летят со скоростью света в вакууме, потому что медленнее просто не могут. Заставить быстро самокопироваться большую структуру в клеточном автомате чрезвычайно сложно, и чем она больше, тем сложнее. Фактически все элементы внутри неё нужно перевести в движение по специальному шаблону, максимально эффективному для перемещения. После чего уже не останется ресурсов для некой внутренней жизни. При этом ещё нужно обеспечить какое-то сцепление внутренних частиц между собой.

Сложность разгона большого объекта (с точки зрения клеточного автомата) растёт экспоненциально.
Мы живём не на плоскости. А если представить что в 3D-клеточном автомате, то в нём должна быть анизотропность пространства, если он из кубиков.

Если запретить диагональные движения, то всё будет изотропно. Но согласен, как-то коряво и неточно может получиться движение на большие расстояния тех же фотонов. Даже если представить, что на клеточном кубическом уровне это довольно большие вращающиеся структуры.

Но, кроме куба, есть и другие однотипные фигуры — параллелоэдры, которые изотропно замощают 3D-пространство только параллельным переносом (без вращений):

Усечённый октаэдр

Ромбододекаэдр

Усечённый кубооктаэдр

Удлинённый додекаэдр

Шестиугольная призма

Если симуляция запущена на них, то число направлений, в которых могут передаваться изменения (движение) колоссально растёт, и, практически, становится безграничным.
Так каким же громадным должен быть компьютер, чтобы потянуть симуляцию нашей Вселенной?

Мы ничего не знаем о физических законах мира, в котором запущена симуляция. Но, например, если представить, что там, «наверху», нет ограничений на скорость взаимодействия (или они очень слабы), то компьютер в вышестоящем мире может обладать бесконечной вычислительной мощностью.

Это на Земле процессоры не могут подняться выше 10 ГГц даже под жидким азотом, а если у них, образно говоря, нет ограничений на скорость света, то частота может быть любой.

И то же самое касается оперативной памяти — мы не можем опустить литографию ниже 1 нм из-за того, что размеры элементов начинают становиться сравнимы с длиной волны, а в другом мире, возможно, бесконечное уменьшение (или на много порядков лучшее).

Сама суть клеточных автоматов подразумевает очень простые правила.

Тут так и просятся в ассоциации огромные ряды GPU, обсчитывающих виртуальную вселенную.

Даже в нашей Вселенной в теории можно запросто обсчитать вселенную поменьше. Тут вспоминается цикл Дэвида Зиндела «Реквием по Homo Sapience», который он начал в 1984 году. Советую прочитать всем, кто хочет представить мир, в котором ИИ достигли своего наивысшего развития.

В его произведениях ИИ занимают целые планеты, и даже многие звёздные системы, и ради своих целей строят целые планеты из специализированных чипов, в которых производятся симуляции целых миров.
Создатель симуляции может в ней сделать абсолютно любую «скорость света» и любые чудеса

Истинно так! Но проще всего использовать конечный автомат с очень ограниченным набором правил. Чтобы не программировать исключения и не рассчитывать взаимодействие всех частиц на каждый такт симуляции.

С точки зрения того, что в вышестоящем мире всё-таки хоть какие-то ограничения есть, было бы разумно ограничить число взаимодействующих частиц за квант времени симуляции. Иначе же процесс симуляции крайне затянется даже в самом продвинутом «высшем» мире. Число возможных взаимодействий растёт как квадрат от числа частиц, при отсутствии ограничений на их дальность.
Мы в симуляции. Что это может значить лично для нас?

Конечно, самый правильный ответ — это выйти на контакт с создателем симуляции и попросить помочь нам решить наши проблемы. Например, чтобы он (оно?) дал нам неограниченное время жизни, какие-то суперспособности.

Или даже договориться, чтобы мы были воплощены в каком-то виде в настоящем мире.

Ещё любопытный вариант, каким-то образом научиться вызывать отладочную консоль симуляции с подобными целями.

Представьте, как было бы классно набрать какой-то чит-код и получить бесконечное здоровье или другие плюшки.

Звучит весьма сказочно. Но это ИКР — идеальное конечное решение (или Идеальный Конечный Результат), как говорят тризовцы.

Кстати, вот отличный фантастический рассказ про контакт с создателем симуляции.

Фактически, концепция того, что мы живём в симуляции, совершенно не противоречит многим религиям. Есть Создатель Вселенной, Он, потому что ему скучно (например), создаёт вселенную, даёт заповеди. Обещает «тела вечные, не болеющие как у ангелов» тем, кто достойно пройдёт все квесты по его правилам.

Можно легко себе представить завод по производству роботов, где ИИ роботов обкатываются в мире-симуляции, чтобы понять, будет ли этот робот во плоти хорошо служить или будет пакостить своим хозяевам. И если симуляция показывает, что он хороший малый, то эти мозги вставляются в роботическое тело, а если нет, то под пресс. Ну или в робот-пылесос.
Мысли автора о потенциальной связи существующих религий и теории симуляции. Верующим читать не рекомендуется.

Намного проще поверить, что наша Вселенная — это какой-то скринсейвер на экране существа, которое отошло на обед.

Или же симуляция запустилась совершенно случайно, без осмысленной цели создателя — как на огрызке яблока, попавшем в урну, начинают жить микробы и строить свои города.

Однако же физикам, возможно, идея вселенной-клеточного автомата может что-то дать. Если это действительно так, то, подобрав или угадав правила автомата, они смогут быстро и качественно описать природу нашего мира. Для этого не потребуются огромные и дорогие коллайдеры, а будет достаточно только вычислений. Мы же, человечество, лучше поймём свои возможности и ограничения.

Не исключено, что разобравшись в правилах нашей Вселенной как клеточного автомата, будет найдена важнейшая информация, которая даст нам больше знаний о мире и намерениях Автора симуляции.