Στη φυσική και στην κοσμολογία η Ψηφιακή Φυσική αποτελεί μια συλλογή θεωρητικών απόψεων που ξεκινούν με την υπόθεση ότι το σύμπαν, στη βάση του, είναι πληροφορικής φύσεως και είναι υπολογιζόμενο. Με δεδομένες τις παραπάνω υποθέσεις, το σύμπαν μπορεί να νοηθεί είτε ως το αποτέλεσμα κάποιου προγράμματος σ’ έναν υπολογιστή ή ότι είναι κάποιου είδους συσκευή ψηφιακού υπολογισμού.
Η Ψηφιακή Φυσική βασίζεται σε μια ή περισσότερες από τις παρακάτω υποθέσεις.- Πληροφοριακό στην ουσία του
- Ψηφιακό στην ουσία του
- Το ίδιο ένας γιγάντιος υπολογιστής
- Το αποτέλεσμα μιας άσκησης προσομοίωσης πραγματικότητας
Η υπόθεση ότι το σύμπαν είναι ένας ψηφιακός υπολογιστής εισήχθηκε από τον Konrad Zuse στο βιβλίο του 'Rechnender Raum' (Calculating Space, η αγγλική του μετάφραση Υπολογιζόμενος Χώρος). Ο όρος 'Ψηφιακή Φυσική' προτάθηκε αρχικά από τον Edward Fredkin που αργότερα προτίμησε τον όρο 'Ψηφιακή Φιλοσοφία'.
Η ψηφιακή φυσική προτείνει ότι υπάρχει, τουλάχιστον ως αρχή, ένα πρόγραμμα για έναν συμπαντικό υπολογιστή που υπολογίζει σε πραγματικό χρόνο την εξέλιξη του σύμπαντος. Ο υπολογιστής αυτός θα μπορούσε να είναι για παράδειγμα, όπως πρότεινε ο Zuse το 1967, ένα γιγάντιο κυτταρικό αυτόματο. Τον ορισμό του κυτταρικού αυτομάτου, όπως το χρησιμοποιεί στις θεωρητικές του προτάσεις, διαβάζουμε από τον Zuse:
Ένα Πεπερασμένο Αυτόματο λειτουργεί με έναν διακριτό αριθμό διακριτών καταστάσεων. Είναι περίπου ισοδύναμο με μια ψηφιακή μηχανή επεξεργασίας δεδομένων, που απαρτίζεται από έναν περιορισμένο αριθμό στοιχείων, κάθε ένα από τα οποία έχει τη δυνατότητα να λαμβάνει έναν περιορισμένο αριθμό καταστάσεων (τουλάχιστον δύο), με αποτέλεσμα ολόκληρο το αυτόματο να μπορεί να δεχτεί μόνο έναν περιορισμένο αριθμό καταστάσεων........
.... Το Αυτόνομο Αυτόματο δεν μπορεί να δεχτεί εισόδους και μπορεί έτσι να θεωρηθεί ως μια μηχανή που λειτουργεί ανεξάρτητα από τη στιγμή που θα ξεκινήσει. Το Κυτταρικό Αυτόματο αντιπροσωπεύει μια ειδική μορφή Αυτομάτου που είναι κατασκευασμένη από αλληλοσυσχετιζόμενα, περιοδικά αναδημιουργούμενα κελιά. Με τον όρο 'θεωρητικός τρόπος σκέψης μέσω των αυτομάτων' αντιλαμβανόμαστε έναν τρόπο παρατήρησης σύμφωνα με τον οποίο, ένα τεχνικό, μαθηματικό ή φυσικό μοντέλο θεάται από την οπτική μιας αλληλουχίας καταστάσεων, που ακολουθούν η μία την άλλη σύμφωνα με προκαθορισμένους κανόνες.
.... Το Αυτόνομο Αυτόματο δεν μπορεί να δεχτεί εισόδους και μπορεί έτσι να θεωρηθεί ως μια μηχανή που λειτουργεί ανεξάρτητα από τη στιγμή που θα ξεκινήσει. Το Κυτταρικό Αυτόματο αντιπροσωπεύει μια ειδική μορφή Αυτομάτου που είναι κατασκευασμένη από αλληλοσυσχετιζόμενα, περιοδικά αναδημιουργούμενα κελιά. Με τον όρο 'θεωρητικός τρόπος σκέψης μέσω των αυτομάτων' αντιλαμβανόμαστε έναν τρόπο παρατήρησης σύμφωνα με τον οποίο, ένα τεχνικό, μαθηματικό ή φυσικό μοντέλο θεάται από την οπτική μιας αλληλουχίας καταστάσεων, που ακολουθούν η μία την άλλη σύμφωνα με προκαθορισμένους κανόνες.
Ή θα μπορούσε να είναι μια καθολική μηχανή Turing, όπως πρότεινε ο Schmidhuber το 1997. Ο τελευταίος τόνισε ότι υπάρχει ένα πολύ σύντομο πρόγραμμα που μπορεί να υπολογίσει όλα τα πιθανά υπολογίσιμα σύμπαντα με έναν ασυμπτωτικά ευνοϊκό τρόπο.
Κάποιοι προσπαθούν να ταυτίσουν απλά σωματίδια της φυσικής με απλά bits. Για παράδειγμα, εάν ένα σωματίδιο όπως ένα ηλεκτρόνιο, αλλάζει από μια κβαντική κατάσταση σε μια άλλη, μπορεί να είναι ανάλογο ενός bit που αλλάζει π.χ. από το 0 στο 1. Ένα μόνο bit αρκεί για να περιγράψει την αλλαγή ενός μόνο κβάντου ενός δοσμένου σωματιδίου. Καθώς το σύμπαν φαίνεται να αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια, η συμπεριφορά των οποίων μπορεί πλήρως να περιγραφεί από τις κβαντικές αλλαγές που υφίστανται, αυτό υποδηλώνει ότι το σύμπαν ως ολότητα μπορεί να περιγραφεί με bits. Κάθε κατάσταση είναι πληροφορία και κάθε αλλαγή κατάστασης αποτελεί αλλαγή στην πληροφορία (απαιτώντας τον χειρισμό ενός ή περισσότερων bits). Αν αφήσουμε κατά μέρος τη σκοτεινή ύλη και ενέργεια, που δεν είναι πλήρως κατανοητές για την ώρα, το γνωστό σύμπαν αποτελείται από 10 στην 80η πρωτόνια και τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων. Το σύμπαν, θα μπορούσε ωστόσο να προσομοιωθεί από έναν υπολογιστή που θα μπορούσε να φυλάξει και να χειριστεί περίπου 10 στην 90η bits. Εάν αυτή ήταν η απαιτούμενη προσομοίωση, ο υπερυπολογιστής θα ήταν αδύνατος.
Το 1990 ο φυσικός John Archibald Wheller έγραψε: «Δεν είναι αναίτιο το να φανταστούμε ότι η πληροφορία βρίσκεται στον πυρήνα της φυσικής, όπως βρίσκεται στον πυρήνα ενός υπολογιστή. It from Bit. Η αλλιώς, κάθε τι (it) κάθε σωματίδιο, κάθε πεδίο δύναμης, ακόμα και το ίδιο το χωροχρονικό συνεχές οφείλει τη λειτουργία του, το νόημα και την ίδια του την ύπαρξη ακόμα και σε κάποιες περιπτώσεις εμμέσως από τις μηχανικά παραγόμενες απαντήσεις σε ερωτήσεις τύπου ναι και όχι, δυαδικές επιλογές, απλά bits. Το 'it from bit' συμβολίζει την ιδέα ότι κάθε οντότητα του φυσικού κόσμου έχει έναν πυθμένα, έναν πολύ βαθύ πυθμένα στις περισσότερες περιπτώσεις, μια μη υλική προέλευση και εξήγηση. Αυτό που αποκαλούμε πραγματικότητα προκύπτει σε τελική ανάλυση από τη θέση ερωτήσεων τύπου ναι και όχι και τη μηχανική καταγραφή αποκρίσεων. Κοντολογίς, πως όλα τα πράγματα στη φύση είναι στην ουσία τους πληροφορικής φύσεως και πως ζούμε σε ένα συμμετοχικό σύμπαν.»
Το 1990 ο φυσικός John Archibald Wheller έγραψε: «Δεν είναι αναίτιο το να φανταστούμε ότι η πληροφορία βρίσκεται στον πυρήνα της φυσικής, όπως βρίσκεται στον πυρήνα ενός υπολογιστή. It from Bit. Η αλλιώς, κάθε τι (it) κάθε σωματίδιο, κάθε πεδίο δύναμης, ακόμα και το ίδιο το χωροχρονικό συνεχές οφείλει τη λειτουργία του, το νόημα και την ίδια του την ύπαρξη ακόμα και σε κάποιες περιπτώσεις εμμέσως από τις μηχανικά παραγόμενες απαντήσεις σε ερωτήσεις τύπου ναι και όχι, δυαδικές επιλογές, απλά bits. Το 'it from bit' συμβολίζει την ιδέα ότι κάθε οντότητα του φυσικού κόσμου έχει έναν πυθμένα, έναν πολύ βαθύ πυθμένα στις περισσότερες περιπτώσεις, μια μη υλική προέλευση και εξήγηση. Αυτό που αποκαλούμε πραγματικότητα προκύπτει σε τελική ανάλυση από τη θέση ερωτήσεων τύπου ναι και όχι και τη μηχανική καταγραφή αποκρίσεων. Κοντολογίς, πως όλα τα πράγματα στη φύση είναι στην ουσία τους πληροφορικής φύσεως και πως ζούμε σε ένα συμμετοχικό σύμπαν.»
Ο φιλόσοφος που έχει αφιερωθεί στην έρευνα της συνείδησης, David Chalmers, σχολιάζει τη θέαση αυτή του Wheeler στο άρθρο του 'Facing up the problem of Consciousness΄(1995) ως εξής: «ο Wheeler πρότεινε ότι η πληροφορία είναι θεμελιώδης στη συμπαντική φυσική. Σύμφωνα με τη δοξασία του 'it from bit', οι νόμοι της φυσικής μπορούν να ειδωθούν με όρους πληροφορίας, προτείνοντας διαφορετικές καταστάσεις που γεννούν διαφορετικά αποτελέσματα χωρίς να έχει σημασία ακόμα και ποιο είναι το περιεχόμενο αυτών των καταστάσεων. Μόνο η θέση τους στον πληροφοριακό χώρο είναι αυτό που έχει σημασία. Εάν ισχύει αυτό, η πληροφορία αποτελεί έναν φυσικό υποψήφιο για να παίξει ρόλο στη θεμελιώδη θεωρία της συνείδησης. Οδηγούμαστε σε μια εννοιολογική σύλληψη του κόσμου όπου η πληροφορία είναι θεμελιώδης και που έχει δύο βασικές όψεις, αντιστοιχώντας στις φυσικές και στις φαινόμενες ιδιότητες του κόσμου.»
Μια ένσταση που απευθύνεται στα μοντέλα της ψηφιακής φυσικής είναι πως δεν είναι συμβατά με την ύπαρξη διάφορων συνεχών χαρακτηριστικών φυσικών συμμετριών, όπως είναι η στροφική συμμετρία, η μετατροπική συμμετρία, η συμμετρία Τα, η συμμετρία Lorenz και η ηλεκτρασθενής συμμετρία, οι οποίες είναι κεντρικά σημεία στην τρέχουσα θεωρητική μελέτη της φυσικής. Οι υποστηρικτές της ψηφιακής φυσικής αντιτείνουν πως αυτές που συνεχείς συμμετρίες είναι μόνο βολικές (και πολύ καλές) προσεγγίσεις μιας διακριτής πραγματικότητας. Για παράδειγμα, το σκεπτικό που οδηγεί σε συστήματα φυσικών μονάδων και το συμπέρασμα ότι το μήκος Planck αποτελεί τη μικρότερη απόσταση στο σύμπαν υποδηλώνουν ότι σε κάποιο επίπεδο ακόμα και ο χώρος είναι κβαντισμένος.
Άλλες ενστάσεις αφορούν στην τοπικότητα (κάποια μοντέλα της ψηφιακής φυσικής θεωρείται ότι παραβιάζουν τις σχετικές διάφορες θέσεις της κβαντικής φυσικής) ή και στο γεγονός ότι η θεωρία της φυσικής απαιτεί την έννοια του συνεχούς. Πιο αναλυτικά, έχει διατυπωθεί το επιχείρημα ότι η ψηφιακή φυσική, που βασίζεται στη θεωρία των μηχανών πεπερασμένων καταστάσεων και ιδιαίτερα στα διακριτά μαθηματικά, δεν μπορεί να βγάλει πορίσματα για μια φυσική θεωρία που τα μαθηματικά της απαιτούν τους πραγματικούς αριθμούς, κάτι που ισχύει για όλες τις φυσικές θεωρίες που έχουν κάποια αξιοπιστία. Η γνωστή φυσική είναι υπολογίσιμη, αλλά μια τέτοια δήλωση χρειάζεται περαιτέρω αιτιολόγηση. Ένας αριθμός και συγκεκριμένα ένας πραγματικός αριθμός, ένας αριθμός με άπειρο αριθμό ψηφίων λέγεται ότι είναι υπολογίσιμος εάν μια μηχανή Turing θα συνεχίσει να εξάγει ψηφία χωρίς τέλος. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει τελευταίο ψηφίο. Αλλά αυτό δε δένει με οποιαδήποτε πρόταση που προτείνει ότι το σύμπαν είναι η παραγόμενη έξοδος μιας άσκησης εικονικής πραγματικότητας που εκτελείται σε πραγματικό χρόνο. Οι γνωστοί νόμοι της φύσης (συμπεριλαμβανόμενης της κβαντικής μηχανικής και του συνεχούς της φάσματος) είναι σε μεγάλο βαθμό διηθημένες από πραγματικούς αριθμούς και από τα μαθηματικά του συνεχούς.
Όπως τελικά το θέτει ο Feynman: «Πάντα με απασχολεί ότι, σύμφωνα με τους νόμους όπως του κατανοούμε σήμερα, χρειάζεται για μια υπολογιστική μηχανή ένας άπειρος αριθμός υπολογιστικών λειτουργιών για να βγάλουμε συμπέρασμα σχετικά με το τι γίνεται, ακόμα κι αν αυτό αφορά μόνο ένα μικροσκοπικό τμήμα του χώρου και ένα μικροσκοπικό χρονικό διάστημα. Πως μπορούν να γίνονται αυτά σε ένα τόσο απειροελάχιστο διάστημα; Γιατί θα έπρεπε να απαιτείται μια άπειρη ποσότητα λογικής για να αντιληφθούμε τι πρόκειται να γίνει σε ένα απειροελάχιστο τμήμα του χώρου και του χρόνου;»
Απαντάει στη συνέχεια στο ίδιο του το ερώτημα: «Έτσι, συχνά έκανα την υπόθεση πως τελικά η φυσική δε θα χρειάζεται μια μαθηματική δήλωση, πως στο τέλος ο μηχανισμός θα αποκαλυφθεί και οι νόμοι θα προκύψουν ότι είναι εξαιρετικά απλοί, όπως η σκακιέρα με όλες τις φανερές της πολυπλοκότητες. Αλλά αυτή η υποψία είναι της ίδιας φύσης όπως αυτές που κάνουν άλλοι άνθρωποι, 'μ' αρέσει, δε μ' αρέσει', και δεν είναι καλό να είσαι προκατειλημμένος απέναντι σ' αυτά τα πράγματα.»
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου