فیزیکدانان پاسخ قاطع دادند: چرا زندگی ما نمی‌تواند یک شبیه‌سازی کامپیوتری باشد؟

فیزیکدانان پس از دهه‌ها تلاش برای آشتی دادن دو نظریه بنیادین جهان هستی، یعنی نسبیت عام و مکانیک کوانتومی، به یک نتیجه‌گیری قاطع و شگفت‌انگیز رسیده‌اند: ما در یک دنیای شبیه‌سازی‌شده زندگی نمی‌کنیم. این یافته‌ها که بر محدودیت‌های ذاتی محاسبات تکیه دارند، مسیر جدیدی را برای درک عمیق‌تر واقعیت فیزیکی گشوده‌اند.

چالش دیرینه: گرانش کوانتومی و نسبیت عام

رابطه میان گرانش (توصیف‌شده توسط نسبیت عام) و مکانیک کوانتومی، دهه‌هاست که به عنوان بزرگترین معضل فیزیک مدرن شناخته می‌شود. این دو تئوری بنیادین، که جهان را در مقیاس‌های بسیار بزرگ و بسیار کوچک توصیف می‌کنند، در توصیف جهان هستی در مقیاس‌های مختلف با یکدیگر سازگار نیستند. به همین دلیل، فیزیکدانان همواره در پی دستیابی به یک «تئوری همه‌چیز» جامع بوده‌اند.

رد فرضیه شبیه‌سازی بر اساس محدودیت‌های الگوریتمی

تیمی از فیزیکدانان به سرپرستی میر فیضال از دانشگاه بریتیش کلمبیا، با ارائه یک تحلیل دقیق از نظریه‌های کنونی، نشان داده‌اند که هیچ «تئوری همه‌چیز» جامعی برای آشتی دادن نسبیت عام و مکانیک کوانتومی وجود ندارد، حداقل از نوع الگوریتمی آن. این نتیجه‌گیری مهم، پیامد طبیعی دیگری نیز دارد: دنیای شبیه‌ساز نمی‌تواند وجود داشته باشد.

فیضال و همکارانش تاکید کرده‌اند که توصیف تمام جنبه‌های واقعیت فیزیکی با استفاده از یک تئوری محاسباتی گرانش کوانتومی غیرممکن است. هر شبیه‌سازی باید به صورت الگوریتمی عمل کند، اما سطح بنیادین واقعیت بر اساس درکی غیرالگوریتمی است.

این بدان معناست که یک تئوری همه‌چیزِ کامل و سازگار فیزیکی، تنها از محاسبات قابل استخراج نیست، بلکه نیازمند درکی غیرالگوریتمی است که بنیادی‌تر از قوانین محاسباتی گرانش کوانتومی و حتی خود فضا-زمان است.

استدلال‌های ریاضی: قضیه‌های ناتمامیت و تعریف‌ناپذیری

تیم تحقیقاتی فیضال برای اثبات اینکه «واقعیت» نمی‌تواند از «بیت‌ها» (اطلاعات محاسباتی) نشأت گرفته باشد، به قضیه‌های ریاضی مرتبط با ناتمامیت و تعریف‌ناپذیری متوسل شدند. آن‌ها از کارهای ریاضیدانان برجسته‌ای چون کورت گودل، آلفرد تارسکی و گرگوری چایتین استفاده کردند که محدودیت‌های سختی را در توانایی ما برای درک کیهان نشان داده‌اند.

قضیه‌های کلیدی در رد فرضیه شبیه‌سازی

• قضیه ناتمامیت گودل (۱۹۳۱): هر سیستم ریاضی سازگار، حاوی گزاره‌های درستی است که با استفاده از قوانین خود آن سیستم قابل اثبات نیستند.
• قضیه تعریف‌ناپذیری تارسکی (۱۹۳۳): یک سیستم حسابی نمی‌تواند حقیقت خود را تعریف کند.
• قضیه ناتمامیت چایتین: یک حد بالای سخت برای میزان پیچیدگی قابل توصیف توسط یک سیستم الگوریتمی رسمی وجود دارد.

با تکیه بر این قضیه‌های منطقی، پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که خود فیزیک نمی‌تواند به طور کامل محاسباتی باشد. از آنجایی که هر شبیه‌سازی ذاتاً الگوریتمی است و باید از قوانین برنامه‌ریزی‌شده پیروی کند، و سطح بنیادین واقعیت غیرالگوریتمی است، دنیای شبیه‌ساز نمی‌تواند وجود داشته باشد.

«فرا تئوری همه‌چیز» (MToE)؛ راه حل پیشنهادی

پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که تنها راه حل برای دستیابی به یک «تئوری همه‌چیز»، افزودن یک لایه غیرالگوریتمی به لایه الگوریتمی است که آن را «فرا تئوری همه‌چیز» (Meta Theory of Everything یا MToE) می‌نامند. این لایه فرا‌نظری قادر خواهد بود حقیقت را از خارج از سیستم ریاضی تعیین کند.

این تحقیق مهم در نشریه Journal of Holography Applications in Physics منتشر شده است.