ملوین ام. واپسون دانشیار فیزیک در دانشگاه پورتسموث است. این مقاله با مجوز کریتیو کامنز از وب‌سایت The Conversation بازنشر شده است. مقاله‌ی اصلی را بخوانید.
ما مدت‌هاست که گرانش را یکی از نیروهای بنیادی طبیعت می‌دانیم — یکی از رشته‌های نامرئی‌ای که جهان را به هم دوخته‌اند. اما فرض کنید این تصور درست نباشد. فرض کنید قانون گرانش صرفاً پژواکی از چیزی بنیادی‌تر باشد: محصول جانبی از عملکرد جهان بر اساس نوعی کد مشابه رایانه.
این ایده، اساس پژوهش جدید من است که در ژورنال AIP Advances منتشر شده است. این پژوهش پیشنهاد می‌دهد که گرانش نیرویی مرموز که اشیاء را به سوی یکدیگر جذب می‌کند نیست، بلکه حاصل قانونی اطلاعاتی در طبیعت است که من آن را «قانون دوم اطلاعات‌پویایی» (infodynamics) می‌نامم.
این مفهومی است که شاید شبیه داستان‌های علمی‌تخیلی به نظر برسد — اما بر پایه‌ی فیزیک و شواهدی است که نشان می‌دهد جهان مشکوکانه شبیه به یک شبیه‌سازی رایانه‌ای عمل می‌کند. در فناوری‌های دیجیتال — از برنامه‌های گوشی شما گرفته تا دنیای فضای مجازی — کارآمدی حرف اول را می‌زند. رایانه‌ها دائماً داده‌های خود را فشرده‌سازی و بازآرایی می‌کنند تا حافظه و توان محاسباتی را ذخیره کنند. شاید همین روند در سرتاسر جهان هم در حال وقوع است؟
نظریه‌ی اطلاعات — مطالعه‌ی ریاضی کمّی‌سازی، ذخیره‌سازی و انتقال اطلاعات — می‌تواند به ما کمک کند تا درک کنیم چه در حال رخ دادن است. این نظریه ابتدا توسط ریاضی‌دان کلود شانون توسعه یافت و اکنون در فیزیک محبوبیت فزاینده‌ای پیدا کرده و در حوزه‌های پژوهشی متعددی کاربرد دارد.
در مقاله‌ای در سال ۲۰۲۳، من با استفاده از نظریه‌ی اطلاعات، قانون دوم اطلاعات‌پویایی را پیشنهاد دادم. این قانون بیان می‌کند که «آنتروپی اطلاعاتی» — یا میزان بی‌نظمی اطلاعات — باید در هر سیستم بسته‌ی اطلاعاتی کاهش یابد یا ثابت باقی بماند. این برخلاف قانون دوم ترمودینامیک است که می‌گوید آنتروپی فیزیکی — یا بی‌نظمی — همیشه افزایش می‌یابد.
به عنوان مثال، به یک فنجان قهوه‌ی در حال سرد شدن توجه کنید. انرژی از ناحیه گرم به ناحیه سرد منتقل می‌شود تا زمانی که دمای قهوه با دمای اتاق برابر شود و انرژی آن به حداقل برسد — حالتی که تعادل گرمایی نام دارد. در این نقطه، آنتروپی سیستم به حداکثر خود می‌رسد — همه مولکول‌ها تا جای ممکن پراکنده شده‌اند و انرژی یکسانی دارند. این یعنی پراکندگی انرژی در هر مولکول کاهش یافته است.
اگر محتوای اطلاعاتی هر مولکول را بر اساس انرژی‌اش در نظر بگیریم، در ابتدا — در فنجان داغ قهوه — آنتروپی اطلاعاتی حداکثر است، اما در تعادل، آنتروپی اطلاعاتی حداقل می‌شود. چرا که تقریباً همه مولکول‌ها در یک سطح انرژی هستند و در نتیجه همانند نویسه‌هایی یکسان در یک پیام اطلاعاتی عمل می‌کنند. بنابراین، در تعادل گرمایی، پراکندگی انرژی‌های مختلف کاهش یافته است.
اما اگر به جای انرژی، تنها مکان ذرات را در نظر بگیریم، در حالتی که ذرات به‌طور تصادفی در فضا پخش شده‌اند، میزان بی‌نظمی اطلاعاتی زیاد است — چرا که اطلاعات زیادی برای دنبال کردن وضعیت آن‌ها مورد نیاز است. با این حال، هنگامی که این ذرات تحت تأثیر گرانش به هم نزدیک می‌شوند، همان‌گونه که سیارات، ستارگان و کهکشان‌ها چنین می‌کنند، اطلاعات فشرده‌تر و قابل مدیریت‌تر می‌شود.
در شبیه‌سازی‌ها نیز دقیقاً همین اتفاق می‌افتد؛ هنگامی که یک سیستم تلاش می‌کند کارآمدتر عمل کند. بنابراین، حرکت ماده تحت تأثیر گرانش ممکن است اصلاً نتیجه‌ی یک "نیرو" نباشد. شاید این تنها عملکردی از نحوه‌ی فشرده‌سازی اطلاعات توسط جهان باشد — اطلاعاتی که ناچار است با آن کار کند.
در این دیدگاه، فضا دیگر پیوسته و صاف نیست. بلکه از «سلول‌های» کوچکی از اطلاعات ساخته شده است، مشابه پیکسل‌های یک عکس یا خانه‌های مربعی در صفحه‌ی یک بازی رایانه‌ای. در هر سلول، اطلاعات پایه‌ای درباره‌ی جهان قرار دارد — مثلاً مکان یک ذره — و همه‌ی این سلول‌ها با هم ساختار کیهان را شکل می‌دهند.
اگر اشیایی را در این فضا قرار دهید، سیستم پیچیده‌تر می‌شود. اما وقتی تمام آن اشیا به‌جای اینکه جدا از هم باشند، با هم یکی شوند، اطلاعات دوباره ساده می‌شود.
بر اساس این دیدگاه، جهان به‌طور طبیعی تمایل دارد به سوی حالاتی برود که آنتروپی اطلاعاتی در آن‌ها حداقل است. نکته‌ی کلیدی اینجاست که اگر محاسبات ریاضی را انجام دهید، نیروی «اطلاعاتیِ آنتروپیک» که از این گرایش به سادگی ناشی می‌شود، دقیقاً معادل با قانون گرانش نیوتن است — همان‌طور که در مقاله‌ی من نشان داده شده است.
این نظریه بر پایه‌ی مطالعات پیشین درباره‌ی «گرانش آنتروپیک» بنا شده، اما گامی فراتر می‌نهد. با پیوند دادن دینامیک اطلاعات به گرانش، به این نتیجه‌ی جالب می‌رسیم که ممکن است جهان بر پایه‌ی نوعی «نرم‌افزار کیهانی» در حال اجرا باشد. در جهانی مصنوعی، انتظار می‌رود قوانین حداکثر کارآمدی برقرار باشد. تقارن‌ها انتظار می‌روند. فشرده‌سازی اطلاعات انتظار می‌رود. و قانون — یعنی گرانش — باید از همین قواعد محاسباتی ناشی شود.
ما هنوز مدرک قطعی‌ای نداریم که در یک شبیه‌سازی زندگی می‌کنیم. اما هرچه عمیق‌تر نگاه می‌کنیم، جهان ما بیشتر شبیه یک فرایند محاسباتی عمل می‌کند.