Pomiar, który ujawni wszechświat jako symulację komputerową

Jednym z najbardziej cenionych pomysłów współczesnej fizyki jest chromodynamika kwantowa, teoria opisująca silne oddziaływanie jądrowe, w jaki sposób wiąże kwarki i gluony w protony i neutrony oraz w jaki sposób tworzą one jądra, które same ze sobą oddziałują. To jest wszechświat w swojej najbardziej fundamentalnej postaci.

Tak więc interesującym dążeniem jest symulacja chromodynamiki kwantowej na komputerze, aby zobaczyć, jaki rodzaj złożoności się pojawi. Obietnica jest taka, że ​​symulacja fizyki na tak fundamentalnym poziomie jest mniej więcej równoważna symulacji samego wszechświata.

Oczywiście jest jedno lub dwa wyzwania. Fizyka jest niesamowicie złożona i działa na znikomo małą skalę. Tak więc nawet przy użyciu najpotężniejszych superkomputerów na świecie fizycy zdołali zasymulować tylko maleńkie zakątki kosmosu o średnicy zaledwie kilku femtometrów. (Femtometr ma 10^-15 metrów.)

To może nie brzmieć dużo, ale istotne jest to, że symulacja jest zasadniczo nie do odróżnienia od rzeczywistości (przynajmniej o ile ją rozumiemy).

Nietrudno sobie wyobrazić, że postęp typu Prawa Moore'a pozwoli fizykom symulować znacznie większe obszary przestrzeni. Obszar o szerokości zaledwie kilku mikrometrów może zawierać całe działanie komórki ludzkiej.

Znowu zachowanie tej ludzkiej komórki byłoby nie do odróżnienia od rzeczywistości.

Ten rodzaj myślenia zmusza fizyków do rozważenia możliwości, że cały nasz kosmos może działać na niezwykle potężnym komputerze. Jeśli tak, czy jest jakiś sposób, w jaki moglibyśmy się kiedykolwiek dowiedzieć?

Dzisiaj otrzymujemy odpowiedź od Silasa Beane z Uniwersytetu w Bonn w Niemczech i kilku kumpli. Mówią, że istnieje sposób, aby zobaczyć dowody na to, że jesteśmy symulowani, przynajmniej w niektórych scenariuszach.

Najpierw trochę tła. Problem ze wszystkimi symulacjami polega na tym, że prawa fizyki, które wydają się ciągłe, muszą zostać nałożone na dyskretną trójwymiarową sieć, która postępuje w krokach w czasie.

Pytanie, które zadają Beane i współpracownicy, brzmi, czy odstępy między sieciami nakładają jakiekolwiek ograniczenia na procesy fizyczne, które obserwujemy we wszechświecie. Badają w szczególności procesy wysokoenergetyczne, które badają mniejsze obszary przestrzeni, gdy stają się bardziej energetyczne

To, co znajdują, jest interesujące. Mówią, że odstępy w sieci nakładają fundamentalne ograniczenie na energię, jaką mogą mieć cząstki. To dlatego, że nie może istnieć nic mniejszego niż sama siatka.

Więc jeśli nasz kosmos jest tylko symulacją, powinno nastąpić odcięcie w widmie cząstek o wysokiej energii.

Okazuje się, że istnieje właśnie takie odcięcie w energii cząstek promieniowania kosmicznego, granica znana jako odcięcie Greisen-Zatsepin-Kuzmin lub GZK.

To odcięcie zostało dobrze zbadane i pojawia się, ponieważ cząstki o wysokiej energii oddziałują z kosmicznym mikrofalowym tłem i tracą energię podczas pokonywania dużych odległości.

Ale Beane i wsp. obliczyli, że odstępy między sieciami nakładają na widmo pewne dodatkowe cechy. Najbardziej uderzającą cechą… jest to, że rozkład kątowy składników o najwyższej energii wykazywałby symetrię sześcienną w spoczynkowej ramie sieci, znacznie odbiegając od izotropii, jak mówią.

Innymi słowy, promienie kosmiczne poruszałyby się preferencyjnie wzdłuż osi sieci, więc nie zobaczylibyśmy ich jednakowo we wszystkich kierunkach.

To pomiar, który możemy teraz zrobić przy obecnej technologii. Znalezienie efektu byłoby równoznaczne z możliwością „zobaczenia” orientacji sieci, na której symulowany jest nasz wszechświat.

To fajne, nawet oszałamiające. Ale obliczenia Beane'a i spółki nie są pozbawione kilku ważnych zastrzeżeń. Jednym z problemów jest to, że sieć komputerowa może być skonstruowana w zupełnie inny sposób niż przewidywany przez tych facetów.

Innym jest to, że efekt ten jest mierzalny tylko wtedy, gdy odcięcie kraty jest takie samo jak odcięcie GZK. Dzieje się tak, gdy odstęp między sieciami wynosi około 10^-12 femtometrów. Jeśli odstęp jest znacznie mniejszy, nic nie zobaczymy.

Niemniej jednak z pewnością warto go szukać, choćby po to, by wykluczyć możliwość, że jesteśmy częścią tego rodzaju symulacji, ale potajemnie w nadziei, że raz na zawsze znajdziemy dobry dowód na naszych robo-władców.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1210.1847 : Ograniczenia Wszechświata jako symulacja numeryczna

ukryć