Физики исключили возможность того, что Вселенная — это симуляция

Фото из открытых источников

Вопрос, который мучил физиков на протяжении прошлого столетия, наконец-то может получить решение — но, возможно, не то, на которое все надеялись. 

В новом подробном анализе современной теории группа физиков под руководством Мира Файзала из Университета Британской Колумбии показала, что не существует универсальной «Теории всего», которая бы точно согласовывала общую теорию относительности с квантовой механикой, по крайней мере, алгоритмической. Исследование было опубликовано в журнале Journal of Holography Applications in Physics.

Естественным следствием этого является то, что Вселенная не может быть симуляцией, поскольку любая такая симуляция должна была бы работать алгоритмически.

«Мы продемонстрировали, что невозможно описать все аспекты физической реальности с помощью вычислительной теории квантовой гравитации», — говорит Файзал. «Следовательно, никакая физически полная и непротиворечивая теория всего не может быть выведена исключительно с помощью вычислений. Скорее, для этого требуется неалгоритмическое понимание, которое более фундаментально, чем вычислительные законы квантовой гравитации, и, следовательно, более фундаментально, чем само пространство-время».

Одной из самых опасных заноз в нашем понимании того, как всё устроено, является неразрешимая связь между бесшовной тканью пространства-времени и размытым дуализмом квантовой механики. Мы знаем, что Вселенная функционирует, но математические формулы, используемые для описания каждой из этих сфер, рушатся при применении к другой.

Физики давно ищут математическое решение — так называемую квантовую гравитацию, или Теорию всего, — которая позволила бы физике плавно перейти от общей теории относительности к квантовой теории.

Файзал и его коллеги выделили популярные попытки решения проблем с этим переходом, такие как теория струн и петлевая квантовая гравитация.

Они предполагают, что пространство-время и квантовые поля возникают из фундамента чистой информации, за пределами которой ничего не существует — что американский физик-теоретик Джон Уилер лаконично описал как «получение всего из бита».

Однако, по словам команды, есть веские причины, по которым «its» не может произойти от «bits».

«Опираясь на математические теоремы, связанные с неполнотой и неопределимостью, мы демонстрируем, что полностью последовательное и полное описание реальности не может быть достигнуто только посредством вычислений», — объясняет Файзал. «Для этого требуется неалгоритмическое понимание, которое по определению выходит за рамки алгоритмических вычислений и, следовательно, не может быть смоделировано. Следовательно, эта Вселенная не может быть симуляцией».

Утверждая, что информация, из которой возникает реальность, должна быть как фундаментальной, так и конечной, физики обратились к математикам Курту Гёделю, Альфреду Тарскому и Грегори Хайтину, чтобы те подвергли сомнению их гипотезу.

Эти три теоретика — последние двое работали в первой половине XX века, а Хайтин — в 1960-х годах — независимо друг от друга показали, что существуют жесткие ограничения нашей способности понимать Вселенную.

Знаменитые теоремы Гёделя о неполноте 1931 года показали, что любая непротиворечивая математическая система будет содержать истинные утверждения, которые, тем не менее, не могут быть доказаны с помощью её собственных правил. Теорема Тарского о неопределимости 1933 года показала, что арифметическая система не может определить свою собственную истинность.

Наконец, теорема Хайтина о неполноте, аналогичная работе Гёделя, показывает, что существует жесткий верхний предел сложности, которую может описать формальная алгоритмическая система.

Используя эти логические теоремы, исследователи обнаруживают, что сама физика не может быть полностью вычислимой. Они предполагают, что единственный способ решить Теорию всего — добавить неалгоритмический слой над алгоритмическим, создав Метатеорию всего (MToE).

Этот метаслой сможет определить, что является истинным извне математической системы, предоставив ученым возможность исследовать такие явления, как информационный парадокс черной дыры, не нарушая математических правил.

И, конечно же, это развеивает надоедливую проблему: а «реальны ли» мы на самом деле?

«Любая симуляция по своей сути алгоритмична – она должна следовать запрограммированным правилам», – говорит Файзал. «Но поскольку фундаментальный уровень реальности основан на неалгоритмическом понимании, Вселенная не может быть и никогда не сможет быть симуляцией».