Buzz
Tin vui là giả thuyết này có thể giúp chúng ta tránh được viễn cảnh "Cái chết nhiệt" của vũ trụ, theo Định lý thứ hai của nhiệt động lực học. Tin xấu là luôn tồn tại khả năng, toàn bộ "server" vũ trụ sẽ đột ngột ngừng hoạt động, nếu ai đó vô tình rút điện.
Chúng ta có thể chỉ là những nhân vật ảo sống trong một vũ trụ mô phỏng của một nền văn minh siêu tiến? Đây là câu hỏi đã gây ra rất nhiều tranh cãi, thách thức các giả thuyết cũ về cách vũ trụ và các định lý vật lý hoạt động.
Một nhánh khoa học mới nổi, gọi là vật lý thông tin, cho rằng tất cả các thiên hà, ngôi sao và hành tinh trong vũ trụ không phải là thực thể vật lý, mà thay vào đó, chúng là thông tin, được tạo ra qua các quá trình tính toán.
Đặc biệt, một giả thuyết táo bạo gần đây còn cho rằng lực hấp dẫn – thứ giữ các hành tinh và ngôi sao ở gần nhau, khiến Mặt Trăng quay quanh Trái Đất và làm quả táo của Newton rơi xuống – chỉ là một cơ chế nén dữ liệu.
Điều này giống như việc chúng ta nén nhiều tệp tin vào một file RAR để tiết kiệm dung lượng lưu trữ. Nếu vậy, lực hấp dẫn có thể chỉ là một đoạn mã mà Thượng Đế, hay "ai đó" lập trình ra vũ trụ, sử dụng để tiết kiệm dung lượng ổ cứng.
Giả thuyết về Định lý thứ hai trong động lực học thông tin.
Ai đã từng học vật lý phổ thông đều biết đến Định lý thứ hai của nhiệt động lực học, nói rằng entropy (mức độ hỗn loạn hoặc mất trật tự) của một hệ kín sẽ tăng theo thời gian hoặc giữ nguyên nếu trong điều kiện lý tưởng.
Trong vũ trụ, điều này có nghĩa là năng lượng sẽ dần phân tán, chuyển từ trạng thái tập trung có trật tự cao sang trạng thái hỗn loạn, trừ khi có một tác động nào đó từ bên ngoài.
Ví dụ, khi Mặt Trời phát ra nhiệt và ánh sáng ra không gian, năng lượng tập trung trong lõi của ngôi sao sẽ được phân tán ra ngoài dưới dạng bức xạ, chuyển sang trạng thái hỗn loạn.
Quá trình này làm gia tăng entropy của vũ trụ, vì năng lượng không còn ở trạng thái dễ sử dụng nữa.
Tương tự, khi một thiên hà hình thành, khí và bụi vũ trụ sẽ tập hợp lại thành các ngôi sao và hành tinh, dường như tạo ra trật tự, làm giảm entropy cục bộ. Tuy nhiên, quá trình này sẽ giải phóng nhiệt và bức xạ ra không gian, làm tăng entropy tổng thể của vũ trụ.
Khi thiên hà dần già đi, các ngôi sao tắt và phân tán, entropy tiếp tục gia tăng vì vật chất và năng lượng trở nên càng phân tán hơn. Điều này dẫn đến một giả thuyết gọi là "Cái chết nhiệt" của vũ trụ, cho rằng khi entropy đạt đến ngưỡng giới hạn, tất cả năng lượng trong vũ trụ sẽ hoàn toàn phân tán.
Vũ trụ sẽ không còn sự chênh lệch năng lượng hay gradient để thực hiện bất kỳ công việc nào. Các thiên hà và hành tinh sẽ ngừng chuyển động, các ngôi sao ngừng cháy và phát sáng, không còn phản ứng hóa học nào có thể diễn ra, và đương nhiên sẽ không còn gì để duy trì sự sống.
Tuy nhiên, viễn cảnh về cái chết nhiệt của vũ trụ có thể tránh khỏi nếu chúng ta giải thích nó qua một giả thuyết mới, gọi là Định lý thứ hai trong động lực học thông tin.
Giả thuyết này được tiến sĩ Melvin Vopson, phó giáo sư vật lý tại Đại học Portsmouth, đề xuất trong một bài báo gần đây trên tạp chí AIP Advances. Ông cho rằng:
Nếu toàn bộ vũ trụ hoạt động dựa trên thông tin thay vì vật chất như chúng ta hiểu, thì "entropy thông tin" (hay lượng thông tin trung bình truyền tải qua một sự kiện) phải duy trì ổn định hoặc giảm dần theo thời gian.
Điều này hoàn toàn trái ngược với Định lý thứ hai của nhiệt động lực học, theo đó nhiệt luôn di chuyển từ vùng nóng sang vùng lạnh trong vật chất, đồng thời entropy tăng lên.
Nhưng nếu chúng ta coi một ngôi sao đang cháy là thông tin thay vì vật chất, khi nhiệt của nó tỏa ra vũ trụ, điều đó có nghĩa là sự lan truyền thông tin, tức là khả năng xác định vị trí của các phân tử trong không gian của ngôi sao sẽ giảm đi.
Vì vậy, entropy thông tin của ngôi sao đó phải giảm theo thời gian khi entropy nhiệt của nó lại tăng lên.
Nhưng làm sao mà mọi thứ trong vũ trụ lại có thể chỉ là thông tin?
Điều này dẫn chúng ta quay lại với những nguyên lý cơ bản của vật lý thông tin, một nhánh khoa học mới đang phát triển, cho rằng thực tại vật lý không phải là các hạt hay sóng, mà chính là thông tin có cấu trúc.
Lĩnh vực này được đặt nền tảng bởi nhà toán học Claude Shannon và sau đó được phát triển bởi nhà vật lý lý thuyết John Wheeler, người nổi tiếng với câu nói "It from Bit" hay "Vạn vật đều là thông tin".
Nhận xét của Wheeler phản ánh một thực tế rằng vật chất và năng lượng có thể được mã hóa. Mọi hạt, sóng, hay trường năng lượng đều có những đặc tính như khối lượng, tốc độ, và tất cả đều có thể được biểu diễn bằng các con số. Ví dụ, một photon ánh sáng có thông tin về bước sóng, tần số và hướng di chuyển của nó.
Không gian và thời gian cũng là thông tin. Không gian có thể chia thành các "pixel" nhỏ, mà tiến sĩ Vopson gọi là tế bào không gian, mỗi pixel lưu trữ dữ liệu về thứ gì đang tồn tại tại đó. Thời gian có thể được xem là các "khung hình" của vũ trụ, mỗi khung hình thể hiện một trạng thái thông tin.
Tóm lại, toàn bộ vũ trụ có thể được coi là một "hệ thống dữ liệu". Nếu bạn nắm được tất cả thông tin về mỗi hạt, vị trí và trạng thái trong vũ trụ, bạn có thể (về lý thuyết) tái tạo lại vũ trụ.
"Quá trình này giống hệt như cách một trò chơi điện tử, ứng dụng thực tế ảo hay mô phỏng tiên tiến được thiết kế", tiến sĩ Vopson chia sẻ.
Việc coi vũ trụ như một trò chơi điện tử không chỉ kích thích trí tưởng tượng của công chúng, mà còn khiến các nhà khoa học phải nghiêm túc suy nghĩ về nó.
Bởi vì vật lý thông tin đưa ra những khung lý thuyết có thể giải thích những hiện tượng mà ngay cả vật lý hiện đại ngày nay cũng chưa thể lý giải được.
Ví dụ, các lý thuyết cơ học lượng tử cho rằng thông tin không thể bị mất, trong khi thuyết tương đối lại gợi ý rằng thông tin về vật chất rơi vào hố đen sẽ biến mất. Điều này tạo ra sự mâu thuẫn giữa hai lý thuyết.
Vật lý thông tin có thể dung hòa cả hai lý thuyết này thông qua các khái niệm như nguyên lý holographic, theo đó thông tin về vật chất không bị mất đi mà được lưu trữ trên bề mặt chân trời sự kiện của hố đen. Như vậy, hố đen trở thành một tệp tin lớn chứa thông tin trong vũ trụ, giúp giải quyết nghịch lý.
Liệu lực hấp dẫn khiến mọi vật hút nhau có phải vì chúng ta đang bị nén vào một tệp tin RAR?
Một trong những nghịch lý lớn của vật lý hiện đại là các nhà khoa học chưa thể thống nhất bốn lực cơ bản trong vũ trụ thành một lý thuyết duy nhất.
Trong đó, lực điện từ, lực hạt nhân yếu và lực hạt nhân mạnh đều có thể được giải thích thông qua lý thuyết lượng tử. Tuy nhiên, riêng lực hấp dẫn trong thuyết tương đối của Einstein lại không thể giải thích được.
Trong lý thuyết của mình, Einstein mô tả lực hấp dẫn như sự uốn cong của không-thời gian do khối lượng và năng lượng của vật thể tạo ra. Điều này hoạt động rất tốt ở quy mô lớn như các hành tinh, ngôi sao và thiên hà.
Tuy nhiên, ở quy mô lượng tử, nhỏ hơn kích thước một nguyên tử, không-thời gian trở nên "hỗn loạn". Khi các nhà khoa học cố gắng giải phương trình lượng tử cho lực hấp dẫn, họ thường nhận được các kết quả vô hạn, không mang lại ý nghĩa vật lý.
Điều này khiến các nhà khoa học phải đau đầu, vì các phương trình lượng tử cho ba lực cơ bản còn lại đều cho ra kết quả hữu hạn.
Một lần nữa, vật lý thông tin có thể là chìa khóa giải quyết nghịch lý này.
Trong nghiên cứu mới của mình được công bố trên tạp chí AIP Advances, tiến sĩ Vopson đã đề xuất rằng lực hấp dẫn có thể bắt nguồn từ cách mà thông tin về vật chất được tổ chức trong vũ trụ.
Dựa trên Định luật thứ hai của động lực học thông tin, ông chỉ ra rằng các vật thể trong không gian có thể bị kéo lại gần nhau nhờ lực hấp dẫn, vì vũ trụ đang cố gắng giữ thông tin một cách gọn gàng và nén chặt.
Theo đó, khi các pixel không gian trong vũ trụ lưu trữ dữ liệu về các thuộc tính và tọa độ của vật chất trong mô phỏng không-thời gian, mỗi pixel có thể ghi nhận thông tin dưới dạng dữ liệu nhị phân: nếu trống, nó ghi số "0"; nếu có vật chất, nó ghi số "1".
Theo tiến sĩ Vopson, khi một pixel không gian chứa nhiều hơn một hạt vật chất, hệ thống sẽ tự động phát triển bằng cách di chuyển các hạt này để hợp nhất thành một hạt lớn hơn trong một pixel duy nhất.
Điều này tạo ra lực hút, vì quy tắc của hệ thống tính toán yêu cầu giảm thiểu lượng thông tin, từ đó giảm sức mạnh tính toán cần thiết.
Nói một cách đơn giản, việc theo dõi và tính toán vị trí, động lượng của một vật thể trong không gian sẽ tiết kiệm sức mạnh tính toán hơn so với việc theo dõi nhiều vật thể.
Ví dụ, khi vật chất trong vũ trụ tụ lại như các hạt bụi sao tạo thành hành tinh, thông tin về chúng sẽ được nén lại như một file RAR, để số lượng bit cần thiết để mô tả hệ thống giảm xuống.
Nhờ vậy, vũ trụ sẽ tiết kiệm được rất nhiều tài nguyên khi tự tổ chức thông tin trong chính nó. Hoặc giả sử ngoài kia thực sự có một Thượng Đế, hay một "người lập trình vĩ đại", anh ta sẽ tiết kiệm được rất nhiều điện, và cả tiền mua ổ cứng để tạo ra một vũ trụ mô phỏng.
Sự thống nhất của chủ nghĩa duy tâm và duy vật?
"Những khám phá của tôi xác nhận rằng vũ trụ có thể hoạt động như một siêu máy tính khổng lồ, hoặc có thể thực tại của chúng ta chỉ là một mô phỏng. Giống như máy tính luôn tìm cách tiết kiệm dung lượng và tối ưu hóa hiệu suất, vũ trụ có lẽ cũng đang làm điều tương tự."
Đây là một cái nhìn mới về lực hấp dẫn – không chỉ đơn thuần là lực hút, mà là kết quả của việc vũ trụ cố gắng tổ chức mọi thứ một cách ngăn nắp," Tiến sĩ Vopson chia sẻ.
Nghiên cứu này mang đến một cái nhìn mới về lực hấp dẫn, củng cố quan điểm cho rằng lực hút xuất hiện là do động lực cơ bản nhằm giảm entropy thông tin trong vũ trụ.
Kết quả nghiên cứu mở ra những sự khác biệt về khái niệm và phương pháp, cho thấy lực hấp dẫn đóng vai trò như một quá trình tối ưu hóa tính toán, nơi vật chất tự sắp xếp để giảm độ phức tạp của việc mã hóa thông tin trong không-thời gian.
Những hệ quả sâu rộng hơn của nghiên cứu này sẽ ảnh hưởng đến các lĩnh vực vật lý cơ bản, từ nhiệt động lực học hố đen, các vấn đề về vật chất tối và năng lượng tối, cho đến những kết nối tiềm tàng giữa lực hấp dẫn và lý thuyết thông tin lượng tử.
Nhưng trên hết, nghiên cứu này sẽ vén màn một ranh giới kinh điển trong triết học, giữa chủ nghĩa duy tâm và duy vật.
Plato, người sáng lập chủ nghĩa duy tâm, đã chỉ tay lên bầu trời để ám chỉ đến sự tồn tại của một Đấng tối cao.
"Những ghi chép sớm nhất về khái niệm thực tại mô phỏng đã xuất hiện từ thời Hy Lạp cổ đại. Ở đó, Plato (427 TCN) đã đặt câu hỏi: 'Bản chất thực tại của chúng ta là gì?' Chính câu hỏi này của ông đã dẫn đến sự hình thành của chủ nghĩa duy tâm. Những nhà tư tưởng duy tâm cổ đại như Plato coi tâm trí và tinh thần là thực tại vĩnh hằng. Họ cho rằng vật chất chỉ là ảo ảnh hoặc biểu hiện của những ý tưởng," tiến sĩ Vopson cho biết.
Chủ nghĩa duy tâm vẫn tồn tại đến ngày nay, phần lớn vì chủ nghĩa duy vật, mặc dù dựa trên các bằng chứng khoa học, vẫn chưa thể bác bỏ hoàn toàn nó. Vật lý hiện đại vẫn chưa giải thích được một cách triệt để nguồn gốc của ý thức, hay tại sao thực tại lại có vẻ 'thật' với chúng ta.
Nhưng nếu vũ trụ là một mô phỏng, ý thức có thể được hiểu đơn giản như một dạng thông tin được xử lý phức tạp, giống như một chương trình AI trong máy tính.
Điều này cũng giúp giải thích tại sao chúng ta cảm nhận được thực tại, vì chúng ta cũng chính là một phần của 'code' vũ trụ. Chẳng hạn, bộ não của bạn xử lý thông tin từ giác quan để tạo ra trải nghiệm, tương tự như cách một chương trình máy tính tạo ra hình ảnh trên màn hình.
Vậy liệu vũ trụ có thực sự là một mô phỏng tính toán hay không? Câu hỏi này vẫn còn bỏ ngỏ. Tuy nhiên, tiến sĩ Vopson cho rằng giả thuyết mới của ông về nguồn gốc mô phỏng của vũ trụ có thể hòa giải được cả chủ nghĩa duy tâm và duy vật, giống như cách nó đã thống nhất cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng.
"Trong thời đại hiện đại, chủ nghĩa duy tâm đã biến đổi thành một triết lý mới, cho rằng cả thế giới vật chất và ý thức đều là một phần của thực tại mô phỏng," ông chia sẻ.
Công việc hiện tại chỉ là tìm kiếm các bằng chứng có thể xác nhận rằng vũ trụ chính là một mô phỏng. Chẳng hạn, một ngày nào đó bạn tỉnh dậy và thấy bầu trời đang nhấp nháy. Rất có thể, 'ai đó' đang nhấn chuột phải để Refresh màn hình chính của họ. Hãy thử chú ý xem sao!
