فیزیک‌دان‌ها به صورت ریاضی ثابت کردند که جهان شبیه‌سازی نیست!

یک مطالعه جدید، با به کارگیری منطق و فیزیک، پاسخی قطعی برای یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های علمی ارائه می‌دهد. این ایده اغلب در داستان‌های علمی تخیلی بررسی می‌شود: چه می‌شود اگر کل جهان ما در واقع یک شبیه‌سازی باشد که توسط یک ابررایانه از یک تمدن پیشرفته ایجاد شده است؟!

پژوهش جدیدی از دانشگاه UBC Okanagan نشان می‌دهد که این مفهوم نه‌تنها بعید است، بلکه از نظر ریاضی غیرممکن است! اما چرا؟! برای بررسی این موضوع جذاب با اِروتِک همراه باشید.

دکتر میر فیضال، استادیار دانشکده علوم اروینگ ک. باربر در UBC Okanagan، با یک تیم بین‌المللی شامل دکتر لارنس ام. کراوس، ارشد شبیر و فرانچسکو مارینو همکاری کرده است. آن‌ها با هم نشان داده‌اند که عمیق‌ترین لایه‌های واقعیت به گونه‌ای عمل می‌کنند که هیچ رایانه‌ای اصولاً نمی‌تواند آن را تقلید کند.

مطالعه آن‌ها که در مجله Journal of Holography Applications in Physics منتشر شده است، فراتر از ایده آشنای زندگی در یک واقعیت شبیه‌سازی‌شده مانند فیلم ماتریکس می‌رود. در عوض، نتیجه‌گیری عمیق‌تری را مطرح می‌کند: جهان بر پایه‌ای از درک بنا شده است که نمی‌توان آن را با هیچ الگوریتمی ثبت یا بازتولید کرد!

دکتر فیضال می‌گوید:

قبلاً مطرح شده بود که جهان می‌تواند شبیه‌سازی باشد. اگر چنین شبیه‌سازی‌ای ممکن می‌بود، خودِ آن جهان شبیه‌سازی‌شده می‌توانست به حیات منجر شود، که به نوبه خود ممکن است شبیه‌سازی خودش را ایجاد کند. این امکان بازگشتی (Recursive) باعث می‌شود بسیار بعید به نظر برسد که جهان ما جهان اصلی باشد، نه یک شبیه‌سازی که در دل شبیه‌سازی دیگری قرار گرفته است.

او ادامه می‌دهد:

زمانی تصور می‌شد این ایده فراتر از محدوده پژوهش علمی است. با این حال، تحقیقات اخیر ما نشان داده است که در واقع می‌توان از نظر علمی به آن پرداخت.

از نیوتن تا گرانش کوانتومی

این پژوهش بر یک ویژگی جذاب خود واقعیت متمرکز است. فیزیک مدرن بسیار فراتر از «اشیاء» ملموس نیوتن که در فضا حرکت می‌کنند، رفته است. نظریه نسبیت انیشتین جایگزین مکانیک نیوتنی شد. مکانیک کوانتومی یک بار دیگر درک ما را متحول کرد. نظریه پیشرفته امروزی، یعنی گرانش کوانتومی، نشان می‌دهد که حتی فضا و زمان هم بنیادی نیستند. آن‌ها از چیزی عمیق‌تر پدید می‌آیند: اطلاعات خالص.

این اطلاعات در چیزی که فیزیک‌دان‌ها قلمرو افلاطونی (Platonic realm) می‌نامند، وجود دارد؛ یک بنیان ریاضیاتی که واقعی‌تر از جهان فیزیکی است که ما تجربه می‌کنیم. این فضا و زمان هستند که از این قلمرو پدیدار می‌شوند.

اینجاست که قضیه جالب می‌شود. این تیم نشان داد که حتی این بنیان مبتنی بر اطلاعات نیز نمی‌تواند واقعیت را تنها با استفاده از محاسبات به‌طور کامل توصیف کند. آن‌ها از قضایای قدرتمند ریاضیاتی—از جمله قضیه ناکاملی گودل (Gödel’s incompleteness theorem)—استفاده کردند تا ثابت کنند که یک توصیف کامل و سازگار از همه چیز نیازمند چیزی است که آن را «درک غیرالگوریتمی» می‌نامند.

به این صورت فکر کنید: یک رایانه، دستورالعمل‌ها را گام به گام دنبال می‌کند، مهم نیست چقدر پیچیده باشند. اما برخی از حقایق را می‌توان تنها از طریق درک غیرالگوریتمی درک کرد—درکی که از هیچ توالی از گام‌های منطقی تبعیت نمی‌کند. این «حقایق گودلی» واقعی هستند، اما اثبات آن‌ها از طریق محاسبات غیرممکن است!

مثالی ساده با استفاده از این گزاره: «این گزاره درست قابل اثبات نیست.» اگر قابل اثبات باشد، آنگاه غلط خواهد بود و منطق را ناسازگار می‌کند. اگر قابل اثبات نباشد، آنگاه درست است، اما این باعث می‌شود هر سیستمی که سعی در اثبات آن دارد، ناکامل باشد. در هر صورت، محاسبات خالص شکست می‌خورند.

دکتر فیضال می‌گوید:

ما ثابت کرده‌ایم که توصیف تمام جنبه‌های واقعیت فیزیکی با استفاده از یک نظریه محاسباتی گرانش کوانتومی غیرممکن است. بنابراین، هیچ نظریه کامل و سازگار فیزیکی برای همه چیز را نمی‌توان تنها از محاسبات استخراج کرد. بلکه، به یک درک غیرالگوریتمی نیاز دارد، که بنیادی‌تر از قوانین محاسباتی گرانش کوانتومی است و در نتیجه بنیادی‌تر از خود فضا-زمان است.

چرا جهان قابل شبیه‌سازی نیست؟

از آنجایی‌که قوانین محاسباتی در قلمرو افلاطونی می‌توانند، در اصل، شبیه به قوانین یک شبیه‌سازی رایانه‌ای باشند، آیا خود آن قلمرو نمی‌تواند شبیه‌سازی شده باشد؟

پژوهشگران می‌گویند: خیر. کار آن‌ها چیزی عمیق‌تر را آشکار می‌کند!

دکتر فیضال توضیح می‌دهد:

با تکیه بر قضایای ریاضیاتی مرتبط با ناکاملی و تعریف‌ناپذیری، ما نشان می‌دهیم که توصیف کاملاً سازگار و کامل واقعیت را نمی‌توان تنها از طریق محاسبات به دست آورد. این امر نیازمند درک غیرالگوریتمی است که بنا به تعریف، فراتر از محاسبات الگوریتمی است و بنابراین قابل شبیه‌سازی نیست. از این رو، این جهان نمی‌تواند یک شبیه‌سازی باشد.

دکتر لارنس ام. کراوس، یکی از نویسندگان همکار، می‌گوید :

این پژوهش پیامدهای عمیقی دارد!

قوانین بنیادی فیزیک نمی‌توانند در درون فضا و زمان گنجانده شوند، زیرا آن‌ها هستند که فضا و زمان را تولید می‌کنند. با این حال، مدت‌ها امید می‌رفت که یک نظریه واقعاً بنیادی برای همه چیز (Theory of Everything) بتواند در نهایت تمام پدیده‌های فیزیکی را از طریق محاسباتی که بر اساس این قوانین استوارند، توصیف کند. با این حال، ما نشان داده‌ایم که این امکان‌پذیر نیست. یک توصیف کامل و سازگار از واقعیت نیازمند چیزی عمیق‌تر است—شکلی از درک که به عنوان درک غیرالگوریتمی شناخته می‌شود.

دکتر فیضال می‌گوید، نتیجه‌گیری این تیم روشن است و یک دستاورد علمی مهم را رقم می‌زند.

او می‌افزاید:

هر شبیه‌سازی ذاتاً الگوریتمی است—باید از قوانین برنامه‌ریزی‌شده پیروی کند. اما از آنجایی‌که سطح بنیادی واقعیت مبتنی بر درک غیرالگوریتمی است، جهان نمی‌تواند و هرگز نمی‌تواند یک شبیه‌سازی باشد.

فرضیه شبیه‌سازی مدت‌ها غیرقابل آزمایش تلقی می‌شد و به جای علم، به فلسفه و حتی داستان‌های علمی تخیلی محول شده بود. این پژوهش آن را قاطعانه به حوزه ریاضیات و فیزیک می‌آورد و یک پاسخ قطعی ارائه می‌دهد.

منبع: Scitechdaily