Εδώ και καιρό θεωρούμε δεδομένο ότι η βαρύτητα είναι μια από τις βασικές δυνάμεις της φύσης – ένα από τα αόρατα νήματα που κρατούν το σύμπαν ενωμένο. Αλλά ας υποθέσουμε ότι αυτό δεν ισχύει. Ας υποθέσουμε ότι ο νόμος της βαρύτητας είναι απλώς μια ηχώ κάτι πιο θεμελιώδους: ένα υποπροϊόν του σύμπαντος που λειτουργεί υπό έναν κώδικα που μοιάζει με υπολογιστή.
Πληροφοριοδυναμική και βαρύτητα
Αυτή είναι η υπόθεση της τελευταίας έρευνας, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό AIP Advances. Υποδηλώνει ότι η βαρύτητα δεν είναι μια μυστηριώδης δύναμη που έλκει αντικείμενα το ένα προς το άλλο, αλλά το προϊόν ενός πληροφοριακού νόμου της φύσης που ονομάζεται δεύτερος νόμο της πληροφοριοδυναμικής.
Είναι μια ιδέα που μοιάζει με επιστημονική φαντασία – αλλά βασίζεται στη φυσική και σε στοιχεία που αποδεικνύουν ότι το σύμπαν φαίνεται να λειτουργεί ύποπτα σαν μια προσομοίωση υπολογιστή.
Στις ψηφιακές τεχνολογίες, μέχρι και τις εφαρμογές στο τηλέφωνό σας και τον κόσμο του κυβερνοχώρου, η αποτελεσματικότητα είναι το κλειδί. Οι υπολογιστές συμπυκνώνουν και αναδιαρθρώνουν τα δεδομένα τους συνεχώς για να εξοικονομήσουν μνήμη και ισχύ. Ίσως το ίδιο συμβαίνει σε όλο το σύμπαν;
Η θεωρία της πληροφορίας, η μαθηματική μελέτη της ποσοτικοποίησης, της αποθήκευσης και της επικοινωνίας πληροφοριών, μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τι συμβαίνει. Αρχικά αναπτύχθηκε από τον μαθηματικό Κλοντ Σάνον και έχει γίνει ολοένα και πιο δημοφιλής στη φυσική και χρησιμοποιείται σε ένα αυξανόμενο φάσμα ερευνητικών πεδίων.
Δεύτερος νόμος πληροφοριοδυναμικής
Σε μια εργασία του 2023, o Melvin Vopson, χρησιμοποίησε τη θεωρία της πληροφορίας για να προτείνει τον δεύτερο νόμο της πληροφοριοδυναμικής.
Αυτό ορίζει ότι η «εντροπία» της πληροφορίας, ή το επίπεδο αποδιοργάνωσης της πληροφορίας, θα πρέπει να μειωθεί ή να παραμείνει στατικό μέσα σε οποιοδήποτε δεδομένο κλειστό σύστημα πληροφοριών.
Αυτό είναι το αντίθετο του δημοφιλούς δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής , ο οποίος υπαγορεύει ότι η φυσική εντροπία, ή αταξία, αυξάνεται πάντα.
Πάρτε ένα φλιτζάνι καφέ που κρυώνει. Η ενέργεια ρέει από ζεστό σε κρύο μέχρι η θερμοκρασία του καφέ να είναι η ίδια με τη θερμοκρασία του δωματίου και η ενέργειά του να είναι η ελάχιστη – μια κατάσταση που ονομάζεται θερμική ισορροπία. Η εντροπία του συστήματος είναι μέγιστη σε αυτό το σημείο – με όλα τα μόρια να είναι στον μέγιστο βαθμό απλωμένα, έχοντας την ίδια ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι η κατανομή των ενεργειών ανά μόριο στο υγρό μειώνεται.
Αν κάποιος λάβει υπόψη το πληροφοριακό περιεχόμενο κάθε μορίου με βάση την ενέργειά του, τότε στην αρχή, στο ζεστό φλιτζάνι καφέ, η πληροφοριακή εντροπία είναι μέγιστη και σε ισορροπία η πληροφοριακή εντροπία είναι ελάχιστη. Αυτό συμβαίνει επειδή σχεδόν όλα τα μόρια βρίσκονται στο ίδιο ενεργειακό επίπεδο, μετατρέποντας τα ίδια στοιχεία σε ένα πληροφοριακό μήνυμα. Έτσι, η εξάπλωση των διαφορετικών διαθέσιμων ενεργειών μειώνεται όταν υπάρχει θερμική ισορροπία.
Αλλά αν λάβουμε υπόψη μόνο την τοποθεσία και όχι την ενέργεια, τότε υπάρχει μεγάλη πληροφοριακή αταξία όταν τα σωματίδια κατανέμονται τυχαία στο διάστημα – οι πληροφορίες που απαιτούνται για να συμβαδίσει κανείς με αυτά είναι σημαντικές. Όταν όμως ενώνονται υπό βαρυτική έλξη, όπως κάνουν οι πλανήτες, τα αστέρια και οι γαλαξίες, οι πληροφορίες συμπυκνώνονται και γίνονται πιο διαχειρίσιμες.
Εντροπία
Στις προσομοιώσεις, αυτό ακριβώς συμβαίνει όταν ένα σύστημα προσπαθεί να λειτουργήσει πιο αποτελεσματικά. Έτσι, η ύλη που ρέει υπό την επίδραση της βαρύτητας δεν χρειάζεται να είναι αποτέλεσμα κάποιας δύναμης. Ίσως είναι συνάρτηση του τρόπου με τον οποίο το σύμπαν συμπυκνώνει τις πληροφορίες με τις οποίες πρέπει να εργαστεί.
Εδώ, ο χώρος δεν είναι συνεχής και ομαλός. Ο χώρος αποτελείται από μικροσκοπικά «κελιά» πληροφοριών, παρόμοια με τα pixels σε μια φωτογραφία ή τα τετράγωνα στην οθόνη ενός παιχνιδιού υπολογιστή. Σε κάθε κελί υπάρχουν βασικές πληροφορίες για το σύμπαν – εκεί που, ας πούμε, βρίσκεται ένα σωματίδιο – και όλες συγκεντρώνονται για να δημιουργήσουν τον ιστό του σύμπαντος.
Αν τοποθετήσετε αντικείμενα μέσα σε αυτόν τον χώρο, το σύστημα γίνεται πιο περίπλοκο. Αλλά όταν όλα αυτά τα αντικείμενα συνδυάζονται για να αποτελέσουν ένα αντικείμενο αντί για πολλά, οι πληροφορίες είναι και πάλι απλές.
Το σύμπαν, υπό αυτή την άποψη, τείνει να επιδιώκει φυσικά να βρίσκεται σε εκείνες τις καταστάσεις ελάχιστης πληροφοριακής εντροπίας. Το πραγματικό πρόβλημα είναι ότι αν κάνετε τους αριθμούς, η εντροπική «πληροφοριακή δύναμη» που δημιουργείται από αυτή την τάση προς την απλότητα είναι ακριβώς ισοδύναμη με τον νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα, όπως φαίνεται στην εργασία μου .
Αυτή η θεωρία βασίζεται σε προηγούμενες μελέτες της «εντροπικής βαρύτητας», αλλά προχωρά ένα βήμα παραπέρα. Συνδέοντας τη δυναμική της πληροφορίας με τη βαρύτητα, οδηγούμαστε στο ενδιαφέρον συμπέρασμα ότι το σύμπαν θα μπορούσε να λειτουργεί με κάποιο είδος κοσμικού λογισμικού. Σε ένα τεχνητό σύμπαν, θα αναμενόταν να ισχύουν κανόνες μέγιστης απόδοσης. Θα αναμενόταν να υπάρχουν συμμετρίες. Θα αναμενόταν να υπάρχει συμπίεση.
Και ο νόμος – δηλαδή η βαρύτητα – θα αναμενόταν να προκύψει από αυτούς τους υπολογιστικούς κανόνες.
Μπορεί να μην έχουμε ακόμη οριστικά στοιχεία ότι ζούμε σε μια προσομοίωση. Όσο όμως πιο βαθιά κοιτάμε, τόσο περισσότερο το σύμπαν μας φαίνεται να συμπεριφέρεται σαν μια υπολογιστική διαδικασία.
