Chúng ta sống trong một mô phỏng máy tính như “Ma trận”?
Lý thuyết vũ trụ mô phỏng gợi ý là vũ trụ của chúng ta, với tất cả mọi thiên hà của mình, các hành tinh và các hình thức sống, đều là một mô phỏng máy tính được lập trình tỉ mỉ. Theo kịch bản này, các lực vật lý vận hành thực tại của chúng ta đều là các thuật toán. Các trải nghiệm mà chúng ta có đều được tạo ra từ các quá trình xử lý tính toán của một hệ vô cùng tiên tiến.
Dẫu chỉ mang tính giả định, suy đoán, lý thuyết vũ trụ mô phỏng/vũ trụ giả lập đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học và các nhà triết học do những gợi ý đầy kích thích của nó. Ý tưởng này đã xuất hiện đầy ấn tượng trong văn hóa đại chúng, suốt các bộ phim, chương trình truyền hình và sách, bao gồm cả bộ phim sản xuất năm 1999, Ma trận.
Những ghi nhận sớm nhất về khái niệm này, thực tại là một ảo ảnh, đã có từ thời Hy Lạp cổ đại. Khi đó, câu hỏi “Cái gì là bản chất của thực tại của chúng ta?” từ triết gia Plato và những người khác, đã dẫn đến sự ra đời của chủ nghĩa duy tâm. Các triết gia duy tâm cổ đại như Plato coi trí tuệ và tinh thần như thực tại vĩnh cửu. Vật chất, với họ, chỉ là một sự biểu hiện hoặc ảo ảnh.
Cho đến thời kỳ hiện đại, chủ nghĩa duy tâm đã chuyển thành một triết lý mới. Đó là ý tưởng cả thế giới vật chất và ý thức đều thuộc một thực tại mô phỏng. Đơn giản là một sự mở rộng theo hướng hiện đại hơn của chủ nghĩa duy tâm, được định hướng bằng những tiên tiến công nghệ hiện tại về các công nghệ tính toán và công nghệ số. Trong cả hai trường hợp, bản chất thật của thực tại đã vượt qua hình thức vật lý.
Trong cộng đồng khoa học, khái niệm một vũ trụ mô phỏng/vũ trụ giả lập đã thu hút cả các quan điểm hoài nghi lẫn đồng thuận một cách say mê. Một số nhà khoa học đề xuất là nếu thực tại của chúng ta là một mô phỏng thì có thể có những đột biến hoặc mẫu hình bên trong kết cấu của vũ trụ tiết lộ bản chất mô phỏng của nó.
Tuy nhiên, cuộc kiếm tìm những dị thường như thế vẫn còn là một thách thức. Hiểu biết của chúng ta về các luật vật lý vẫn đang tiến hóa. Cuối cùng, chúng ta thiếu một khung định nghĩa để phân biệt thực tại mô phỏng và phi mô phỏng.
Một lực vật lý mới
Nếu thực tại vật lý là một cấu trúc mô phỏng hơn là một thế giới khách quan tồn tại một cách độc lập với quan sát, chúng ta có thể chứng minh nó như thế nào về mặt khoa học? Trong nghiên cứu năm 2022, một thực nghiệm đã được đề xuất nhưng đến giờ vẫn còn chưa được kiểm nghiệm.
Tuy vậy, vẫn có hy vọng. Lý thuyết thông tin là nghiên cứu toán học về định lượng, lưu trữ và truyền thông thông tin. Do nhà toán học Claude Shannon phát triển, nó ngày một trở thành phổ biến trong vật lý và được sử dụng trên nhiều phạm vi nghiên cứu.
Trong một nghiên cứu mới, xuất bản trên tạp chí AIP Advances, lý thuyết thông tin đã được vận dụng để đề xuất một lực vật lý mới, infodynamics thứ hai (thông tin động lực học) 1. Và quan trọng là, nó hỗ trợ cho lý thuyết vũ trụ mô phỏng.
Tại tâm điểm của lực thông tin động lực học là khái niệm entropy – một đo đạc độ hỗn độn vốn luôn luôn gia tăng theo thời gian trong một hệ cô lập. Khi một cốc cà phê nóng được đặt ở trên bàn, sau một thời gian nó sẽ đạt đến độ cân bằng, khi có được cùng mức nhiệt độ với nhiệt độ môi trường xung quanh. Entropy của hệ này cao nhất tại điểm đó và mức năng lượng của nó đạt mức tối tiểu.
Lực thông tin động lực học thứ hai có trạng thái “information entropy” (entropy thông tin) – lượng trung bình của thông tin được truyền tại một sự kiện – tới một giá trị tối tiểu tại mức cân bằng.
Vì vậy nó toàn hoàn đối lập với lực thứ hai của nhiệt động lực học (nhiệt luôn luôn tỏa một cách tự động từ vùng nóng sang vùng lạnh của vật chất trong khi entropy tăng lên). Với một cốc cà phê lạnh, điều đó nghĩa là sự lan tỏa của xác suất vị trí một phân tử trong chất lỏng bị giảm đi bởi vì sự lan tỏa của năng lượng hiện hữu bị giảm đi khi có sự cân bằng nhiệt. Vì vậy entropy luôn luôn giảm theo thời gian khi entropy tăng.
Nghiên cứu trên tạp chí AIP Advances chỉ ra, sự xuất hiện của lực động lực học thông tin thứ hai là một cần thiết vũ trụ. Nó cũng có thể áp dụng được cho những nhánh khoa học rộng lớn. Chúng ta biết vũ trụ đang giãn nở mà không cần đến sự mất mát hoặc gia tăng của nhiệt, vốn đòi hỏi một entropy của toàn bộ vũ trụ là hằng số. Tuy nhiên chúng ta biết từ nhiệt động lực học là entropy luôn luôn gia tăng. Điều này chứng tỏ phải có một entropy khác–entropy thông tin – để cân bằng với sự gia tăng này.
Lực thông tin động lực học có thể xác nhận cách thông tin di truyền hành xử như thế nào. Nhưng nó cũng chỉ dấu các đột biến di truyền tại mức độ cơ bản nhất chứ không chỉ là các sự kiện ngẫu nhiên, như lý thuyết của Darwin đề xuất. Thậm chí các đột biến di truyền xuất thiện theo lực thông tin động lực học thứ hai, theo cách mà entropy thông tin của hệ gene đó luôn luôn là tối tiểu. Lực này có thể giải thích hiện tượng trong vật lý nguyên tử và sự tiến hóa theo thời gian của dữ liệu số.
Thú vị nhất là lực mới có thể giải thích một trong những bí ẩn lớn nhất của tự nhiên. Tại sao đối xứng lại chiếm ưu thế hơn phi đối xứng trong vũ trụ này? Nghiên cứu cũng chứng tỏ về mặt toán học các trạng thái đối xứng cao là lựa chọn hoàn hảo bởi vì nhiều trạng phải phản hồi với mức độ entropy thông tin thấp nhất. Và khi lực thông tin động lực học thứ hai điều khiển, đó là những gì một hệ sẽ cố gắng đạt được một cách tự nhiên.
Khám phá này có thể có gợi ý to lớn cho nghiên cứu di truyền, sinh học tiến hóa, các liệu pháp gene, vật lý, toán học và vũ trụ học…
Lý thuyết mô phỏng
Hệ quả chính của lực thông tin động lực học thứ hai là sự tối tiểu của nội dung thông tin liên quan đến bất kỳ sự kiện hay tiến trình nào của vũ trụ. Điều này có thể dẫn đến một tối ưu nội dung thông tin hoặc sự cô nén dữ liệu hiệu quả nhất.
Kể từ khi lực thông tin động lực học thứ hai là một cần thiết vũ trụ, và xuất hiện để áp dụng ở mọi chỗ theo cùng một cách, có thể nói rằng điều này chỉ dấu là sự xuất hiện của toàn bộ vũ trụ là một cấu trúc mô phỏng hoặc một cỗ máy tính khổng lồ.
Một vũ trụ siêu phức tạp như vũ trụ của chúng ta, nếu là một mô phỏng, có thể đòi hỏi một tối ưu dữ liệu được xây dựng và cô nén theo thứ bậc để giảm thiểu nguồn lực tính toán và lưu trữ dữ liệu vẫn đòi hỏi để vận hành hệ mô phỏng. Điều này chính xác là cái mà chúng ta đang quan sát ở quanh ta, bao gồm dữ liệu số, các hệ thống sinh học, các đối xứng toán học và toàn bộ vũ trụ.
Cần có những nghiên cứu nữa trước khi chúng ta có thể nhất quyết được trạng thái mà lực thông tin động lực học thứ hai cũng cơ bản như nhiệt động lực học thứ hai. Điều đó cũng tương đồng với giả thuyết vũ trụ mô phỏng.
Nhưng cần xem xét cẩn trọng cả hai lý thuyết thì có lẽ đây là lần đầu tiên bằng chứng khoa học ủng hộ lý thuyết vũ trụ mô phỏng như cuốn sách mới xuất bản, “Reality Reloaded: The Scientific Case for a Simulated Universe” (Thực tại tái nạp: trường hợp khoa học cho một vũ trụ mô phỏng) 2.
Nhàn Thanh tổng hợp
————————————
1.https://pubs.aip.org/aip/adv/article/13/10/105308/2915332/The-second-law-of-infodynamics-and-its
2. https://ipipublishing.org/index.php/ipil/RR
