Leven we in een computersimulatie?

Eerder dit jaar, twintig jaar nadat de eerste film is verschenen, kondigde regisseur Lana Wachowski aan dat er een vierde Matrix-film op komst is. Het bewijst dat het uitgangspunt waarvan de iconische franchise vertrekt nog steeds tot nadenken stemt.

In de films stuurt een computer prikkels door naar onze hersenen. Die interpreteren de prikkels ten onrechte als zintuiglijke ervaringen in een fysische werkelijkheid. Geen mens laat zich er door dat gedachte-experiment toe overtuigen dat hij slechts een computergestuurde klomp hersenweefsel is. Dat is ook niet wat Lana en haar zus Lilly Wachowski in The Matrix willen zeggen. Het gaat hen om een filosofische vraag: hoe zeker is onze kennis over de wereld?

Als hedendaags wetenschapper kan je na dat experiment tot de conclusie komen dat empirische kennis je wel een model van de werkelijkheid oplevert, maar dat je daarmee geen garantie hebt dat de wereld werkelijk zo in elkaar zit. Verfrissende kijk, denk je dan. Het kan nooit kwaad je vermeende zekerheden zo nu en dan in vraag te stellen. En dan nu terug over tot de orde van de dag. Of niet?

De mensheid is pas enkele decennia geleden gestart met computerberekeningen. Naar kosmische maatstaven stelt die tijdspanne niets voor. Toch kunnen onze computers vandaag sterrenstelsels laten botsen en de impact ervan doorrekenen. We ontwikkelen games als No Man’s Sky, waarin spelers wereldwijd simultaan hun avatar door een virtueel heelal met 18 triljoen (!) planeten loodsen.

Als we dat alles nu al voor elkaar krijgen, waarom zouden we dan op termijn niet in staat zijn om misschien het hele heelal te simuleren, inclusief onszelf? Dat idee geeft de vraag of ons bestaan een illusie is in een nieuwe, radicalere gedaante. Geen gedachte-experiment meer als opstapje naar gefilosofeer over kennis. Computerwetenschappers en technologen als Elon Musk, maar evenzeer theoretische natuurkundigen stellen zich letterlijk de vraag: ‘Zijn wij virtuele wezens in een virtuele werkelijkheid?’

Als dat zo is, blijft er van ons niets materieels meer over. Zelfs het bestaan van onze hersenen is dan tot fake news gedegradeerd. Hoe kunnen wetenschappers zoiets ernstig overwegen? Raakten ze overspannen door al dat getob over zwarte gaten en donkere materie?

Voor we de betrokken wetenschappers collectief met vakantie sturen, moeten we misschien toch even de moeite nemen om na te gaan waarom ze deze vraag ter harte nemen. Dat leidt ons naar Nick Bostrom, professor aan de University of Oxford. Hij is een filosoof en een intellectuele veelvraat met een achtergrond in theoretische fysica, neurowetenschappen, logica en artificiële intelligentie. Bostrom vraagt zich af of we in een computersimulatie leven. De mogelijkheden van zulke simulaties hangen sterk af van de beschikbare rekenkracht. Die zal in de toekomst alleen maar verder toenemen. Dan nog: om je virtuele wereld te bevolken met wezens als wij, moet je ook bewustzijnstoestanden kunnen simuleren.

Volstaat het hiervoor om de wereld van neuronen, synapsen en neurotransmitters heel precies te modelleren? Onder neurowetenschappers bestaat daarover geen consensus, maar Bostrom neemt aan van wel. Vanuit die aanname onderzoekt hij welke posities wij kunnen bekleden ten opzichte van de werkelijkheid.

Kan een beschaving posthumaan worden, in de zin dat ze onze volledige werkelijkheid kan simuleren? Zeker is dat niet. Misschien loopt er ergens op het evolutionair pad steevast iets fout vooraleer je dat stadium bereikt. Het zou bijvoorbeeld kunnen dat technologische vooruitgang onvermijdelijk tot zelfvernietiging leidt. In dat geval komen we uit bij de volgende mogelijke toestand van de werkelijkheid: 

(1) Nagenoeg geen enkele levensvorm bereikt een geavanceerder stadium dan de huidige mensheid.

Dat zou voor ons goed en slecht nieuws tegelijk zijn. Ons bestaan in het heelal is echt, want geen enkele levensvorm is in staat om een werkelijkheid als de onze te simuleren. Maar we hebben wellicht stilaan de eindhalte van onze evolutionaire rit bereikt.

Stel dat het wel lukt om tot supersoort te evolueren. Dan hebben we opnieuw twee mogelijkheden. Ofwel benut zo’n posthumane beschaving het vermogen om zichzelf te simuleren, ofwel doet ze dat niet. In dat laatste geval krijgen we de volgende mogelijke toestand van de werkelijkheid:

(2) Nagenoeg geen enkele posthumane beschaving benut haar vermogen om werkelijkheden als de onze te simuleren.

Daar zouden genoeg verklaringen voor zijn. Misschien willen posthumane samenlevingen hun energie en rekenkracht voor nuttiger taken gebruiken. Of misschien vinden ze wereldjes simuleren en die volstouwen met stumpertjes van mensen een saai tijdverdrijf.

Of wie weet spelen er zelfs ethische overwegingen: je mag bewuste personages niet foppen door ze te doen geloven dat ze een echt en zelfstandig bestaan leiden – een bestaan dat dan nog eens dikwijls dooraderd is met kommer en kwel.

Rest ons nog de mogelijkheid dat ze wel gebruikmaken van hun vermogen om een werkelijkheid als de onze te simuleren. Het is goed mogelijk dat er in de ‘echte’ werkelijkheid of ‘basiswerkelijkheid’ nog steeds beschavingen bestaan met ons huidige ontwikkelingsniveau. Die leven dan naast de superieure, posthumane beschaving. Toch zullen er naar verwachting veel minder biologische wezens zijn dan de in principe onbeperkte hoeveelheid gesimuleerde.

Dat maakt de kans dat een gegeven beschaving als de onze gesimuleerd is onnoemelijk veel groter dan dat ze in de basiswerkelijkheid bestaat. De bijbehorende mogelijke toestand in de werkelijkheid, bekend als de simulatiehypothese, luidt als volgt:

(3) Nagenoeg alle wezens met ervaringen zoals de onze leven in een simulatie.

We kunnen ons voorstellen dat een posthumane beschaving onze wereld simuleert om inzicht te verwerven in haar eigen evolutie, net zoals wij de evolutie van het heelal proberen te achterhalen met computersimulaties. ‘Maak eens een vooroudersimulatie’: het klinkt als een mooi onderzoeksproject in de vakgroep Posthumane wetenschappen van een universiteit ergens in de toekomst.

De redenering van Bostrom is zo opgebouwd dat zeker één van deze drie mogelijkheden de ware toestand van de werkelijkheid uitdrukt, of toch voor zover zijn aanname klopt. Als je aanvaardt dat er posthumane beschavingen bestaan die werkelijkheden als de onze, inclusief bewustzijnstoestanden, kunnen en willen simuleren, dan hou je statistisch slechts een waterkans over dat je zelf in de basiswerkelijkheid bestaat.

Bostrom zelf ziet geen reden om de ene mogelijkheid waarschijnlijker te achten dan de andere. Maar velen vinden mogelijkheden 1 en 2 eerder onwaarschijnlijk. Zo ontpopt de simulatiehypothese zich tot de favoriete mogelijkheid.

Aanhangers van die hypothese schenken binnen dat model veel aandacht aan de verhouding tussen onze virtuele werkelijkheid en de basiswerkelijkheid. Zolang je uitgaat van een posthumane beschaving die uit de mensheid is geëvolueerd en een voorvadersimulatie uitvoert, moet onze berekende werkelijkheid een vrij goede benadering vormen van de basiswerkelijkheid waarin de posthumane wezens leven.

Maar we kunnen evengoed het product zijn van een onbekende levensvorm uit de basiswerkelijkheid. In dat geval hoeft de simulatieomgeving waarin we leven geen gelijkenis te vertonen met de basiswerkelijkheid.

Dat onderscheid heeft een impact op onze status. In de vooroudersimulatie zijn we niet-speelbare personages. Posthumane wezens observeren ons gedrag zonder in te grijpen. We zijn niemands avatar. Ons bewustzijn is volkomen artificieel. Maar als spelers uit de basiswerkelijkheid in onze avatar kruipen, kunnen we ons voorstellen dat ze ons bewustzijn sturen.

De virtuele wereld van een simulatie kan dus wel of niet lijken op de basiswerkelijkheid. De personages die erin voorkomen kunnen wel of niet avatars zijn van een speler buiten de simulatie.

De belangstelling van computerwetenschappers en technologen in dit onderwerp mag duidelijk zijn. Maar wat verklaart de interesse van natuurkundigen?

Een aantal problemen uit de theoretische fysica staat nu al enkele decennia open. Neem bijvoorbeeld onze beste beschrijving van de werkelijkheid tot dusver, het standaardmodel van de deeltjesfysica. Het bevat 26 natuurconstanten, experimenteel bepaalde getallen die onder meer de lichtsnelheid en de massa van het elektron uitdrukken. Met lichtjes andere getallen had het heelal er heel anders uitgezien. Zonder ons, bijvoorbeeld.

In de simulatiehypothese is het goed mogelijk dat de basiswerkelijkheid grondig verschilt van de virtuele werkelijkheid. De simulatie kan dan zo zijn opgebouwd dat de speler kan switchen tussen verschillende virtuele heelallen door gewoon even aan de knopjes van de natuurconstanten te draaien. Handig voor onderzoekers die deze constanten willen bestuderen.

Een ander voorbeeld gaat over de beperkingen die de wetten van de fysica aan de natuur opleggen en waarvan we niet begrijpen waarom ze dat doen. Zo kan informatie nooit sneller bewegen dan het licht en kan je concepten als ruimte, tijd en zwaartekracht slechts hanteren boven een minimale lengte-eenheid, de plancklengte.

In de virtuele werkelijkheid valt dat netjes op zijn plaats. Een simulatie heeft een roosterstructuur, zodat de plancklengte een maat is voor de grootte van de pixels. De lichtsnelheid komt overeen met de maximale snelheid om informatie binnen het netwerk van de simulatie over te brengen.

Ook de oerknal komt in een nieuw licht te staan. Het mysterieuze ontstaan van het heelal, inclusief tijd en ruimte, is in het virtuele scenario niets meer dan de opstart van de simulatie.

Het model kan daarnaast inzichten bieden over de diepste laag van de werkelijkheid. Lange tijd leek alles te zijn opgebouwd uit deeltjes. Ten tijde van Newton dachten we aan atomen, en recenter aan elementaire deeltjes zoals quarks en elektronen. Ook het begrip ‘veld’ maakte in de 20ste eeuw furore als mogelijke diepste laag van de werkelijkheid.

Tegenwoordig denken meer en meer natuurkundigen dat informatie de basis van alles vormt. Fysieke objecten zouden te reduceren zijn tot bits. Maar hoe kan je mensen, tafels of sterren bouwen met eentjes en nulletjes? In de basiswerkelijkheid lijkt dat onmogelijk. Maar in de digitale omgeving van een gesimuleerde werkelijkheid is dat precies wat je verwacht.

Of wat te denken van de quantumfysica, die een bizarre werkelijkheid ontsluit vol onzekerheden, onbepaaldheden en waarschijnlijkheden? Wanneer we in een virtuele wereld met speelbare personages leven, hanteren onze ontwerpers misschien dezelfde aanpak als wij in onze computergames: rekencapaciteit is altijd wel ergens begrensd, dus je berekent enkel gedetailleerde informatie voor de gebieden in je simulatie waar de actie zich afspeelt. Het quantumgedrag laat zich dan verklaren als een efficiënte omgang met je eindig rekenvermogen.

Daarmee is de belangstelling van natuurkundigen verklaard: de simulatiehypothese biedt een uitweg waar de hypothese van een fysieke basiswerkelijkheid ons voor raadsels plaatst. Maar dat volstaat uiteraard niet. Je moet ook empirisch kunnen nagaan of ze waar is.

Kan de simulatiehypothese deze horde ooit nemen? Dat hangt er een beetje van af. Als de simulatie zo perfect is dat werkelijkheid niet van illusie te onderscheiden valt, rest ons weinig hoop om de simulatiehypothese ooit te bewijzen of ontkrachten. In het andere geval hebben we misschien een kans om onze ontwerpers te ontmaskeren.

Vandaag bestaan daar grosso modo twee strategieën voor. Je kan op zoek gaan naar bewijzen dat onze werkelijkheid de kenmerken vertoont van een computersimulatie. Dan speur je naar dingen met een pixelvormige opbouw, een algoritmische structuur, de aanwezigheid van foutcorrigerende codes … De tweede mogelijkheid is dat je probeert een empirische toetssteen te ontwikkelen. Je vertrekt dan van de verwachting dat zelfs geavanceerde ontwerpers met eindige rekencapaciteit kampen.

Dat laatste is precies wat voormalig NASA-fysicus Thomas Campbell doet. In een bekend experiment uit de quantumfysica jaag je een bundel elektronen (of fotonen) door twee spleetjes in een plaat. Afhankelijk van de opstelling van je meet- en detectieapparatuur gedragen ze zich gek genoeg de ene keer als golf, de andere keer als deeltje.

Voorafgaand aan de meting is er geen informatie beschikbaar over het uiteindelijke gedrag van de elektronen. De toestand is dan onbepaald. In een simulatie laat dat gebrek aan informatie zich interpreteren als een handig middel om geen rekenkracht te verspillen. Als we speelbare personages zijn, komt de informatie over golf of deeltje pas beschikbaar wanneer onze speler die nodig heeft.

Dat levert een interessant verschilpunt op. Als we de fysische werkelijkheid bewonen, heft de meet- en detectieapparatuur de onbepaaldheid van golf of deeltje op. Maar in het andere geval is het de bewuste waarneming van de speler buiten de simulatie, van wie wij de avatar zijn, die een einde maakt aan de onbepaaldheid. De apparatuur zelf is dan overigens net als wij virtueel.

Op basis hiervan bedacht Campbell met enkele collega’s een reeks experimenten. Heft de apparatuur de onbepaaldheid op, dan verwacht je telkens een ander resultaat dan wanneer het aan een bewuste waarnemer ligt. Campbell verwacht de eerste resultaten in de nabije toekomst.

Kunnen we binnenkort experimenteel uitvissen of ons leven één grote illusie is? Misschien maakt de mogelijkheid om te ontdekken dat je in een simulatie leeft uiteindelijk zelf ook weer deel uit van de simulatie, als een geinigheidje van de posthumane nerds.