Ми довго вважали само собою зрозумілим, що гравітація — одна з основних сил природи , одна з невидимих ниток, що об’єднують Всесвіт. Але припустимо, що це не так. Припустимо, що закон всесвітнього тяжіння — це просто відлуння чогось більш фундаментального: побічний продукт Всесвіту, що працює за комп’ютерним кодом. Це передумова мого останнього дослідження, опублікованого в журналі AIP Advances. Воно припускає, що гравітація — це не таємнича сила, яка притягує об’єкти один до одного, а продукт інформаційного закону природи, який я називаю другим законом інфодинаміки.
Це уявлення схоже на наукову фантастику, але воно ґрунтується на фізиці та доказах того, що Всесвіт, здається, функціонує підозріло схоже на комп’ютерну симуляцію. У цифрових технологіях, аж до додатків у вашому телефоні та світу кіберпростору, ефективність є ключовим фактором. Комп’ютери постійно стискають та реструктуризують свої дані, щоб заощадити пам’ять та обчислювальну потужність. Можливо, те саме відбувається по всьому Всесвіту?
Теорія інформації, математичне вивчення кількісної оцінки, зберігання та передачі інформації, може допомогти нам зрозуміти, що відбувається. Спочатку розроблена математиком Клодом Шенноном, вона стає дедалі популярнішою у фізиці та використовується в зростаючому колі галузей досліджень. У статті 2023 року я використав теорію інформації, щоб запропонувати свій другий закон інфодинаміки.
Це передбачає, що інформаційна «ентропія», або рівень інформаційної дезорганізації, повинна зменшуватися або залишатися незмінною в будь-якій замкнутій інформаційній системі. Це протилежно популярному другому закону термодинаміки, який стверджує, що фізична ентропія, або безлад, завжди зростає.
Візьмемо чашку охолоджувальної кави. Енергія перетікає від гарячої до холодної, доки температура кави не стане такою ж, як температура кімнати, а її енергія не стане мінімальною – цей стан називається тепловою рівновагою. Ентропія системи досягає максимуму в цій точці – всі молекули максимально розподілені, маючи однакову енергію. Це означає, що розкид енергій на молекулу в рідині зменшується.
Якщо розглянути інформаційний вміст кожної молекули на основі її енергії, то на початку, в гарячій чашці кави, інформаційна ентропія максимальна, а в рівновазі — мінімальна. Це пояснюється тим, що майже всі молекули знаходяться на одному енергетичному рівні, стаючи ідентичними символами в інформаційному повідомленні. Таким чином, розкид різних доступних енергій зменшується, коли існує теплова рівновага.
Але якщо розглядати лише розташування, а не енергію, то виникає багато інформаційного безладу, коли частинки розподілені хаотично в просторі – інформація, необхідна для того, щоб встигати за ними, є значною. Однак, коли вони консолідуються разом під дією гравітаційного тяжіння, як це відбувається з планетами, зірками та галактиками, інформація ущільнюється та стає більш керованою.
У симуляціях саме це відбувається, коли система намагається функціонувати ефективніше. Отже, матерія, що рухається під впливом гравітації, зовсім не обов’язково є результатом якоїсь сили. Можливо, це залежить від того, як Всесвіт ущільнює інформацію, з якою йому доводиться працювати.
Тут простір не є безперервним і гладким. Простір складається з крихітних «комірок» інформації, подібних до пікселів на фотографії або квадратів на екрані комп’ютерної гри. У кожній комірці міститься основна інформація про Всесвіт – де, скажімо, знаходиться частинка – і всі вони зібрані разом, щоб утворити тканину Всесвіту. Якщо розмістити елементи в цьому просторі, система стає складнішою. Але коли всі ці елементи об’єднуються в один елемент замість багатьох, інформація знову стає простою.
З цієї точки зору, Всесвіт природно прагне перебувати в станах мінімальної інформаційної ентропії. Справжній хіт полягає в тому, що якщо підрахувати, ентропійна «інформаційна сила», створена цією тенденцією до простоти, точно еквівалентна закону всесвітнього тяжіння Ньютона, як показано в моїй статті .
Ця теорія ґрунтується на попередніх дослідженнях «ентропійної гравітації», але йде ще далі. Пов’язуючи інформаційну динаміку з гравітацією, ми доходимо до цікавого висновку, що Всесвіт може працювати на якомусь космічному програмному забезпеченні. У штучному Всесвіті очікувалися б правила максимальної ефективності. Очікувалися б симетрії. Очікувалося б стиснення. І закон, тобто гравітація, як очікується, випливатиме з цих обчислювальних правил. Можливо, у нас ще немає остаточних доказів того, що ми живемо в симуляції. Але чим глибше ми дивимося, тим більше наш Всесвіт поводиться як обчислювальний процес .