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Leben wir in einer Simulation?

Forscher kalkulieren Wahrscheinlichkeit für ein "Matrix"-Szenario

Simulation
Sind wir nur virtuelle Wesen in einer simulierten Welt? © Design Cells/ iStock

Alles bloß virtuell? In Science-Fiction-Werken wie „Matrix“ oder „Simulacron“ leben wir alle nur in einer Simulation. Ob das technisch überhaupt machbar und wahrscheinlich ist, haben nun Forscher untersucht. Ihr Ergebnis: Der Aufwand, um so viele intelligente Wesen und ihre Denkleistung und Umwelt überzeugend zu simulieren, wäre selbst für eine weit fortgeschrittene Zivilisation gigantisch – und das Resultat nicht fehlerfrei.

Wie real sind unsere Welt, der Kosmos und alles darin? Ist unser Universum nur eine Holografie – eine Projektion zweidimensionaler Felder und Parameter? Oder leben wir womöglich sogar in der Computersimulation einer kognitiv und technisch weit überlegenen Zivilisation? Über diese Frage debattieren Menschen schon seit Jahrhunderten und auch in der Science-Fiction finden sich unzählige Varianten dieses Szenarios.

Der Philosoph Nick Bostrom sieht es als nahezu unvermeidlich an, dass eine fortgeschrittene Zivilisation simulierte Welten erschafft – sofern sie sich nicht vor Erreichen der nötigen technologischen Fähigkeiten selbst auslöscht. Der SpaceX-Gründer Elon Musk bezifferte auf einer Konferenz im Jahr die Chance, dass wir real sind, sogar nur auf eins zu einer Milliarde.

Wie wahrscheinlich wäre ein simulierter Kosmos?

Eine neue Wahrscheinlichkeits-Abschätzung haben nun Alexandre Bibeau-Delisle und Gilles Brassard von der Universität Montreal durchgeführt. Anders als frühere Ansätze untersuchen sie in ihrem mathematischen Modell auch die Möglichkeit, dass unsere Denkprozesse und Interaktionen mit der Umwelt über Quantencomputer und Quantenoperationen simuliert werden.

„Wie viele Dinge in der Computerwissenschaft muss auch die Idee, dass unsere Welt eine Simulation sein könnte, im Licht der Fortschritte im Quantencomputing neu überdacht werden“, konstatieren die Forscher. „Unsere gesamte Physik allein mit klassischen Ressourcen nachbilden zu wollen, erscheint kaum machbar.“ Sie prüfen zudem, welcher Energieaufwand nötig wäre und ob simulierte Wesen auch ihrerseits Simulationen durchführen könnten.

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Erste Anforderung: Intelligente Wesen simulieren

Eine erste wichtige Frage wäre, wie viel Rechenleistung nötig wäre, um allein die Leistung der menschlichen Gehirne zu simulieren. Die Rechenleistung eines Gehirns von rund 1,4 Kilogramm variiert zwischen 1014 und 1016 Operationen pro Sekunde“, erklären die Forscher. Rein theoretisch könnte man – entsprechende Technologien vorausgesetzt – Rechenkapazitäten von bis zu 1050 Operationen pro Sekunden und Kilogramm erreichen.

Wenn eine Zivilisation weit genug fortgeschritten ist, um mindestens einen Milliardsten Teil der in Materie gespeicherten Energie in Rechenleistung umzuwandeln, dann könnten sie mit nur einem Computer von der Masse eines Gehirns die Entwicklung von 1,4 mal 1025 virtuellen Gehirnen simulieren, wie die Wissenschaftler erklären.

Zweite Anforderung: Interaktionen und Naturgesetze

Doch die virtuellen Gehirne allein reichen nicht aus: Eine Simulation muss auch alle Interaktionen der simulierten Wesen mit ihrer Umwelt erfassen und auch alle Prozesse, die sich aus den simulierten Naturgesetzen ergeben. „Wenn sie nur Welten erzeugen wollen, in denen intelligente Wesen leben und interagieren, wäre es vorteilhaft, Naturgesetze zu wählen, die zwar Intelligenz zulassen, aber die Kosten für eine Simulation der Umwelt minimieren“, schreiben Bibeau-Delisle und Brassard.

Wenn eine Zivilisation aber eine virtuelle Welt erschaffen möchte, deren physikalische Gesetze denen in der Realität entsprechen, dann wäre der Aufwand ungleich größer: „Es wäre extrem aufwändig, diese Umwelt dann bis in das kleinste mikroskopische Niveau zu simulieren“, erklären die Forscher. Die Rechenleistung dafür wäre ihren Berechnungen nach so hoch, dass nicht einmal eine maximale Rechendichte ausreichen würde, um eine größere Anzahl von Individuen bis in diese Details hinein zu simulieren.

Allerdings wäre es denkbar, dass die Simulatoren die Komplexität variabel anpassen: Führen Menschen gerade Experimente durch, die eine hohe Detailtiefe erfordern, beispielsweise bei quantenphysikalischen Tests oder astronomischen Erkundungen, dann wird die „Auflösung“ erhöht. Ist unsere Aufmerksamkeit gerade nicht auf solche komplexen Prozesse gerichtet, kann die Detailtiefe heruntergefahren werden.

Das Problem der rekursiven Simulationen

Ein weiterer Faktor könnte den Rechenaufwand für eine Weltsimulation erheblich steigen lassen: Wenn die simulierten Wesen ihrerseits beginnen, Computer zu nutzen und eigene Simulationen durchzuführen. Dann müssen die Computer der realen Ebene nicht nur die Simulation der ersten Ebene unterhalten, sondern auch deren Simulationen – und so weiter. Diese rekursiven Simulationen würden die nötigen Rechenkapazitäten exponentiell ansteigen lassen.

„Noch dramatischer wird es, wenn die simulierte Zivilisation große Mengen Rechenkapazität auch für verschiedene andere Zwecke nutzt – zusätzlich zu ihren eigenen Simulationen“, erklären Bibeau-Delisle und Brassard. Dann könnte die Rechenleistung der realen Zivilisation nicht mehr ausreichen, um eine große Zahl in virtuellen Individuen zu simulieren.

„In Abwesenheit zusätzlicher Belege ist daher der die Menge der simulierten Wesen ein guter Richtwert für die Wahrscheinlichkeit, dass wir in einer Simulation leben“, so die Forscher.

„Wahrscheinlichkeit weit unter 50 Prozent“

Ähnlich wie bei der berühmtem Drake-Gleichung, mit der man die Wahrscheinlichkeit für die Existenz außerirdischer Zivilisationen errechnen kann, lassen sich all diese Faktoren auch für eine Weltsimulation zusammenfassen. Bei dieser Berechnung kommen Bibeau-Delisle und Brassard zu dem Schluss: Die Chance, dass wir in einer nur virtuellen Welt leben, ist eher gering und liegt in jedem Fall weit unter 50 Prozent.

„Die Hauptfaktoren für diese geringe Wahrscheinlichkeit sind der enorme Aufwand um die Umwelt einer Zivilisation überzeugend zu simulieren, die unvermeidlich unperfekte Effizienz jeder Computeroperation und die Tatsache, dass Simulationen rekursiv sein können“, schreiben die Wissenschaftler.

Fehlende Aliens sind verdächtig

Allerdings gibt es einen Faktor, der doch dafür sprechen könnte, dass wir in einer Simulation leben: die Tatsache, dass wir noch immer kein außerirdisches Leben oder deren Sonden entdeckt haben. „Wenn wir in einer Simulation mit vereinfachter Physik leben, werden wir solchen Sonden niemals begegnen“, so Bibeau-Delisle und Brassard. Denn eine solche Simulation würde sich den Aufwand sparen, weit entfernt von der simulierten Erde weitere Wesen zu erschaffen.

„Dass wir bisher keine Hinweise auf extraterrestrische Zivilisationen detektiert haben, könnte daher als überzeugendstes Argument für die Simulationstheorie gewertet werden“, konstatieren die Forscher. (Proceedings of the Royal Society A: Mathematical and Physical Sciences, 2021; doi: 10.1098/rspa.2020.0658)

Quelle: Royal Society

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