فضا-زمان را فراموش کنید: کیهان می‌تواند از اطلاعات درست شده باشد - 1396/04/08

رابرت لارنس کوهن، سازنده، نویسنده و مجری مجموعه تلویزیونی نزدیک‌تر به حقیقت(Closer to Truth) به کمک متفکران پیشگام جهان به کاوش عمیق ترین سوالات بشر می پردازد. یکی از پرسش های اساسی این است که ساختار سازنده‌ی کیهان چه چیزهایی هستند؟ اتم‌ها، ذرات، انرژی جرم؟ مکانیک کوانتوم، نیروها، میدان‌ها؟ فضا و زمان؟ ریسمان‌های بسیار کوچک با ابعاد زیاد؟ و …

 

به گزارش بیگ بنگ، نامزد جدید ما اطلاعات است و بعضی از دانشمندان ادعا می‌کنند که اطلاعات٬ اساس واقعیت است. یکی از آخرین فیزیکدانان برجسته، جان آرچیبالد ویلر این ایده را به عنوان «آن از بیت»(It from bit) توصیف کرده که کلمه‌ی آن(It) به معنی تمام موادی که در جهان وجود دارد و بیت( bit) هم به معنی اطلاعات است. اینکه اطلاعات در حال تغییر جامعه‌ی ماست چیز جدیدی نیست ولی چیز جدید این است که اطلاعات در حال تغییر علم ماست. بنابراین، این سوال پیش می‌آید که چطور «اطلاعات» را درک کنیم، عبارتی مرسوم که معنی فنی یا علمی آن می‌تواند گیج کننده باشد.

اطلاعات معانی مختلفی دارد: حقایق یا دانش(چیزهایی که یک نفر می‌تواند یاد بگیرد)؛ واحد اندازه‌گیری تفاوت یا شگفت‌زدگی(اینکه چقدر یک نفر می‌تواند یاد بگیرد)؛ یکی از دو حالت مخالف(روشن ـ خاموش٬ بله ـ نه، یک ـ صفر)؛ شرح ریاضیاتی یک سیستم ارتباطی، محتوای محاسبات: حالت در هم تنیدگی کوانتومی(ایجاد نیروی وسیع محاسباتی) و  قدرت توضیح و احتمالا علت. خب سوال اصلی این است: آیا اطلاعات اجزاء تشکیل دهنده‌ی نهایی‌ای است که از آن کیهان تشکیل شده است؟ من در ابتدا به عنوان یک شکاک وارد ماجرا شدم. اطلاعات به عنوان واقعیت(حقیقت) به نظر خیلی عجیب و مد روز است.

اما فیزیکدان، پائول دیویس و سرپرست وب‌گاه BEYOND: The Center for Fundamental Concepts in Science در دانشگاه ایالت آریزونا این سوال را اینطور مطرح می‌کند:« از نظر تاریخی، ماده در پایین‌ترین زنجیره‌ی توضیح و تبیین قرار داشته است و اطلاعات به نوعی یک مشتق فرعی از آن بوده است.» او اضافه کرد:« حداقل در میان گروه کوچکی از فیزیکدانان، علاقه‌ی رو به افزایشی وجود دارد که این موضوع را برعکس کرده و بگویند شاید در بنیادی‌ترین سطح، جهان از اطلاعات و پردازش اطلاعات درست شده و این ماده است که به عنوان مفهومی فرعی از آن پدیدار می‌شود.»

جهان نوشته شده در اعداد دودویی( اعداد ۰ و ۱)

ست لوید، پرفسور دانشگاه ام آی تی که متخصص اطلاعات کوانتومی است با تشبیه جهان به یک کامپیوتر از این ایده دفاع می‌کند و آن را اینطور توصیف می‌کند:« سیستمی فیزیکی که اطلاعات را به بیت‌ها تبدیل کرده و آن بیت‌ها را در یک روش سیستماتیک به کار می‌گیرد.» او توضیح می‌دهد که الکترون‌ها چرخشی دارند که توسط قوانین مکانیک کوانتوم توصیف می‌شوند: چرخیدن به سمت بالا یا پایین ــــ ویژگی‌های دودویی یکسانی مثل بیت‌های کامپیوتر. بنابراین لوید می‌گوید در بنیادی‌ترین سطح، جهان از اطلاعات تشکیل شده است و تمام ذرات بنیادی اطلاعات حمل می‌کنند.

لوید می‌پرسد« خب جهان چیست؟ جهان سیستمی فیزیکی است که حاوی اطلاعات است و آن را در روشی سیستماتیک پردازش می‌کند و اینکه می‌تواند هر کاری که یک کامپیوتر قابلیت آن را دارد انجام بدهد.» در نظر لوید، اطلاعات تنها روشی برای درک یا رسیدن به این موضوع که چطور جهان کار می‌کند نیست بلکه اساسی‌ترین روش برای عملکرد آن است. او جهان را مثل یک کامپیوتر که به عنوان اصطلاحی توضیحی و تبیینی است نمی‌بیند بلکه در واقع جهان به عنوان حقیقتی علمی، یک کامپیوتر است. به همین صورت، او ادعا می‌کند که تمام تغییرات جهان « قابل محاسبه» هستند.

این ادعا بسیار بزرگ و شگفت‌آور است. برای رافائل بوسو، نظریه‌پرداز ریسمان در دانشگاه کالیفرنیا، اطلاعات تنها ابزار اندازه‌گیری نیست بلکه اجزاء سازنده‌ی عمده و اصلی از اتفاقاتی است که در جهان می‌افتد. بوسو می‌گوید اطلاعات٬ زیاد شبیه « مدل سازی این سیستم» نیست بلکه خود سیستم است. او اظهار داشت واقعیت کار نخواهد کرد مگر این‌که اطلاعات به نوعی واقعی باشد.

لوید می‌گوید:« به امواج اقیانوس فکر کنید که به ساحل برخورد می‌کنند. تمام مولکول‌های آب، با پیکربندی خو،٬ با چرخش خود، با موقعیت خود نسبت به مولکول‌های آب دیگر، بیت‌های اطلاعات را حمل می‌کنند و سپس هر جایی که دو مولکول آب با هم برخورد کنند، با پردازش آن بیت اطلاعات تغییر خواهند کرد.» او می‌گوید به هر مولکول آب اساسا به این عنوان فکر کنید که به بقیه‌ی مولکول‌های آب یاد می‌دهند چه کار کنند. بی‌شمار مولکول آب را که با یکدیگر بر همکنش دارند ترکیب کنید و یک موج خواهید داشت. در حالی که توافق عمومی وجود دارد که اطلاعات نقشی را در تمام اتفاقاتی که در کیهان می‌افتند ایفاء می‌کند ولی هنوز هم عده‌ی کمی از دانشمندان عقیده دارند که اطلاعات بنیادی‌تر از فیزیک است.

فیزیکدان، استیون ولفار،٬ موسس وب‌گاه ریاضیات و ولفارم آلفا(Mathematica and Wolfram Alpha) اطلاعات را « برجسته‌ترین اتفاق زمان ما» می‌نامد و ادعا کرد که « قوانین ساده… چیزی را تولید می‌کنند که ما در طبیعت می‌بینیم.» او اطلاعات را « بازنمایی نهایی جهان ما» نسبت به « قوانین ساده» که « به صورت بنیادی حکمفرماست» و « بهترین تصور نسبت به محاسبه» را دارد توصیف کرد. اگرچه او می‌گوید قوانین ساده می‌توانند بنیادی‌تر از ریاضیات باشند. این موضوع که هر الکترونی که از یک برنامه‌ی جسم‌گرا با برنامه‌ی دیگری بر همکنش داشته باشد « درست نیست.» ولفارم می‌گوید:« تشخیص تفاوت بین مدل‌ها و واقعیت بسیار مهم است و  ما نباید تصور کنیم که روش واقعی‌ای که جهان با آن کار می‌کند توسط برنامه‌های مشابهی عمل می‌کند که در هر ذره اجرا می‌شود.»

ادعاهای فوق‌العاده نیازمند شواهد فوق‌العاده است

برای آلن گوت، یکی از بنیان‌گذاران کیهان‌شناسی امروزی و فیزیکدان نظری و کیهان‌شناس دانشگاه ام آی تی، تفکر اطلاعات بعنوان بنیان جهان حداقل فعلا متقاعد کننده نیست. گوت می‌گوید:« توجیهی برای این ادعا نمی‌بینم. اگرچه شاید در آینده متقاعد شوم. مگر اینکه آن بیت‌ها کار متفاوتی نسبت به فیزیک انجام بدهند وگرنه واقعا سوالی را در اینجا نمی‌بینم. اگر دو جسم معادل یا مشابه هستند فکر نمی‌کنم هیچ روش معتبری وجود داشته باشد تا بتوان درباره‌ی این‌که کدام بنیادی‌تر است صحبت کرد و من هر دوی آنها را معادل می‌بینم.»

من از روش متعادل گوت که ماده- انرژی و اطلاعات را تقریبا یک چیز توصیف می‌کند خوشم آمد. نسبتا به این دلیل است که او می‌تواند این احتمال را که جهان ما می‌تواند یک شبیه‌سازی باشد و روی یک نوع کامپیوتر کیهانی اجرا می‌شود را در نظر بگیرد. موافقم. اگر اطلاعات٬ بنیادی است و جهان اساسا یک کامپیوتر باشد آن‌ وقت حداقل باید به طور نظری و کلی، امکان‌پذیر و عملی باشد تا کل جهان‌ها را بر روی ابرکامپیوترهای آینده شبیه‌سازی کنیم. از اینرو، ما الان نمی‌توانیم احتمال شبیه‌سازی بودن جهان‌مان را رد کنیم.

یک پی‌آمد دیگر هم وجود دارد. یک جهان شبیه‌سازی شده که کاملا شبیه ما شکل گرفته است تقلیل‌گرایی را تایید خواهد کرد: ایده‌ای که می‌گوید همه‌چیز، حتی آگاهی انسان و حتی اتفاقات دیجیتال را می‌توان به فیزیک تقلیل داد. (شخصا فکر می‌کنم احتمال این نتیجه زیاد نیست و آگاهی را تجربه‌ای درونی که کاملا توسط فیزیک بنیادی توضیح داده شود نمی‌بینم٬ اگرچه این بحث را به بعد موکول می‌کنم.)

آیا اصلا می‌شود این نظریات که به اطلاعات،جایگاه خاص خود( هرچند نظری و گاهی حتی عجیب) را می‌دهند آزمایش کرد؟ حتی اگر جهان یک شبیه‌سازی باشد، شبیه‌سازی‌ها هیچ‌وقت بی‌نقص نیستند،‌ بنابراین شاید این احتمال وجود داشته باشد با سطح دقتی فوق‌العاده، در اندازه‌گیرهای فیزیکی مثل تغییرات آهسته در ثابت‌های اصلی( مثل سرعت نور)، عدم وضو،٬ اشتباهات جزئی و یا خطا را تشخیص داد.

اگر اطلاعات بنیادی باشند، باید روش‌هایی برای استفاده از اطلاعات برای بهبود بخشیدن به مدل استاندارد فیزیک بنیادی وجود داشته باشد که اگرچه تا به حال خیلی موفق بوده ولی چند پارامتر آزاد بدون اثبات دارد که پایه‌ریز انسجام موضوع هستند. باقی آزمایش‌های ممکن اطلاعات به عنوان پایه و اساس جهان می‌تواند شامل تایید این نظریه باشد که جهان مثل یک هولوگرام( یک تصویر سه بعدی که از منبعی ۲ بعدی پخش می‌شود) است و اینکه فضا صاف، هموار و پیوسته نیست بلکه (مثل اطلاعات) شبکه‌ای و گسسته است. بنابراین این سوال بسیار مهمی است: آیا در زنجیره‌ی بسیار بزرگ هستی، اطلاعات سنگ بنا و اساس محسوب می‌شود؟

ترجمه: امیرحسین سلیمانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com