Liệu con người chúng ta chỉ đang là những nhân vật ảo, sống trong một vũ trụ mô phỏng của một nền văn minh tiên tiến? Câu hỏi này từ lâu đã tạo ra một cuộc tranh luận sôi nổi, thách thức mọi suy nghĩ trước đây của các nhà khoa học về cách mà vũ trụ và các định luật vật lý vận hành.
Trong đó nổi lên một nhánh khoa học gọi là vật lý thông tin cho rằng toàn bộ các thiên hà, các ngôi sao và hành tinh trong vũ trụ của chúng ta thực chất không phải thực thể vật lý. Thay vào đó, chúng đều mang bản chất thông tin như một quá trình tính toán.
Đặc biệt, một giả thuyết táo bạo gần đây còn ví lực hấp dẫn - thứ giữ các hành tinh và ngôi sao lại gần nhau, khiến Mặt Trăng quay quanh Trái Đất và làm cho quả táo của Newton rơi xuống đất - chỉ như một cơ chế nén dữ liệu.
Nó tương tự như việc chúng ta nén nhiều tệp tin vào một file RAR để tiết kiệm dung lượng lưu trữ trong máy tính. Nếu vậy, lực hấp dẫn có thể chỉ là một đoạn code mà Thượng Đế, hay "ai đó" lập trình ra vũ trụ, đã dùng để tiết kiệm dung lượng và đỡ phải mua ổ cứng mới mà thôi.
Giả thuyết mới cho rằng vũ trụ chỉ là mô phỏng máy tính, lực hấp dẫn khiến mọi thứ hút nhau là do chúng ta đang bị nén vào một file RAR, để "người lập trình" đỡ tốn ổ cứng.
Giả thuyết về Định luật thứ hai của động lực học thông tin
Bất cứ ai từng học qua chương trình vật lý phổ thông đã đều biết đến nó, Định luật thứ hai nhiệt động lực học nói rằng entropy (mức độ hỗn loạn hoặc mất trật tự) của một hệ kín luôn tăng theo thời gian hoặc giữ nguyên trong những điều kiện lý tưởng.
Trong vũ trụ, điều này có nghĩa là năng lượng có xu hướng phân tán, chuyển từ trạng thái tập trung có trật tự cao sang trạng thái phân tán hỗn loạn, trừ khi có công tác động từ bên ngoài.
Ví dụ như khi một ngôi sao như Mặt Trời tỏa nhiệt và ánh sáng ra không gian, năng lượng ban đầu tập trung trong lõi ngôi sao có trật tự cao được phân tán dưới dạng bức xạ ra vũ trụ dưới dạng hỗn loạn.
Quá trình này làm tăng entropy của vũ trụ, vì năng lượng không còn tập trung để dễ dàng sử dụng.
Entropy của vũ trụ luôn tăng theo thời gian.
Tương tự, khi một thiên hà hình thành, khí và bụi vũ trụ tập hợp lại thành các ngôi sao và hành tinh, dường như đang tạo ra trật tự làm giảm entropy cục bộ. Tuy nhiên, quá trình này giải phóng nhiệt và bức xạ ra vũ trụ, làm tăng entropy tổng thể.
Khi thiên hà già đi, các ngôi sao chết và phân tán, entropy tiếp tục tăng vì vật chất và năng lượng trở nên phân tán hơn. Điều này thậm chí còn dẫn đến một giả thuyết gọi là "Cái chết nhiệt" của vũ trụ, cho rằng khi entropy của nó tăng đến ngưỡng tới hạn và mọi năng lượng trong vũ trụ đã phân tán hoàn toàn.
Vũ trụ sẽ không còn gradient, hay sự chênh lệch năng lượng để thực hiện bất kỳ công việc nào nữa. Chuyển động của các thiên hà và hành tinh sẽ dừng lại, các ngôi sao sẽ dừng cháy và phát sáng, không còn phản ứng hóa học nào trong vũ trụ có thể xảy ra nữa, và dĩ nhiên không còn gì để có thể duy trì sự sống.
Khi đạt tới ngưỡng tới hạn, năng lượng của vũ trụ sẽ phân tán hoàn toàn.
Đó là lúc cái chết nhiệt xảy ra.
Thế nhưng, viễn cảnh về cái chết nhiệt của vũ trụ có thể tránh khỏi nếu chúng ta chuyển sang giải thích nó bằng một giả thuyết mới, được gọi là Định luật thứ hai của động lực học thông tin.
Giả thuyết này được tiến sĩ Melvin Vopson, một phó giáo sư vật lý tại Đại học Portsmouth đề xuất trong một bài báo mới trên tạp chí AIP Advances nói rằng:
Nếu toàn bộ vũ trụ hoạt động dựa trên thông tin thay vì vật chất như chúng ta biết, "entropy thông tin" (hay lượng thông tin trung bình được truyền tải bởi một sự kiện) phải duy trì không đổi hoặc giảm dần theo thời gian.
Điều này trái ngược hoàn toàn với định luật thứ hai của nhiệt động lực học cho rằng nhiệt luôn tự chảy từ vùng nóng sang vùng lạnh của vật chất trong khi entorpy tăng.
Nhưng nếu chúng ta coi một ngôi sao đang cháy là thông tin thay vì vật chất, khi nhiệt của nó tỏa vào vũ trụ cũng có nghĩa là sự lan truyền thông tin, ở đây là xác suất xác định vị trí của một phân tử trong không gian của nó sẽ giảm.
Vì vậy, entropy thông tin của nó phải giảm theo thời gian khi entropy nhiệt tăng lên.
Entropy thông tin đối ngịch với entropy nhiệt như một chiếc đồng hồ cát, khi đại lượng này tăng lên thì đại lượng kia giảm xuống.
Nhưng làm thế nào mà mọi thứ trong vũ trụ đều có thể là thông tin?
Điều này dẫn chúng ta quay ngược lại những nguyên lý cơ bản của vật lý thông tin (information physics), một nhánh khoa học mới nổi cho rằng thực tại vật lý không phải là các hạt hay sóng, mà là thông tin có cấu trúc.
Lĩnh vực này ban đầu được đặt nền móng bởi nhà toán học Claude Shannon, 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 định của Wheeler trên một thực tế rằng vật chất và năng lượng đều có thể được mã hóa. Mọi hạt, sóng, hay trường năng lượng đều có các thuộc tính như khối lượng, tốc độ, đều có thể được biểu diễn bằng số liệu. Ví dụ, một photon ánh sáng có thông tin về bước sóng, tần số, và hướng di chuyển.
Không gian và thời gian cũng là thông tin, không gian có thể được chia thành các "pixel" nhỏ xíu, thứ mà tiến sĩ Vopson gọi là tế bào không gian, mỗi pixel chứa dữ liệu về thứ gì đang ở đó. Thời gian có thể được xem như các "khung hình" của vũ trụ, mỗi khung là một trạng thái thông tin.
Khi các pixel không gian trong vũ trụ lưu trữ dữ liệu về 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".
Tổng hợp lại, toàn bộ vũ trụ có thể là một "hệ thống dữ liệu". Nếu bạn biết hết tất cả thông tin về mọi 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 cách một trò chơi điện tử, ứng dụng thực tế ảo hay mô phỏng tiên tiến được thiết kế", tiến sĩ Vopson cho biết.
Việc coi toàn thể vũ trụ như một trò chơi điện tử không chỉ hấp dẫn trí tưởng tượng của công chúng nói chung, mà nó khiến các nhà khoa học cũng phải nghiêm túc suy nghĩ về điều đó.
Bởi vật lý thông tin đưa ra những khung lý thuyết có thể giải thích được những hiện tượng mà ngay cả vật lý hiện đại ngày nay cũng chưa thể giải thích.
Chẳng hạn như các lý thuyết cơ học lượng tử cho rằng thông tin không thể bị mất, nhưng thuyết tương đối gợi ý rằng khi vật chất rơi vào hố đen, thông tin về nó biến mất. Điều này gây 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, cho rằng thông tin của vật chất không mất đi mà được lưu trữ trên bề mặt chân trời sự kiện của hố đen. Hố đen khi đó trở thành một tệp lớn lưu trữ thông tin trong vũ trụ, giúp nghịch lý được giải quyết.
"Ai đó" đã giải nén tệp RAR BigBang và vũ trụ đã bắt đầu?
Lực hấp dẫn khiến mọi thứ hút nhau là do chúng ta đang bị nén vào một tệp tin RAR?
Một trong số những nghịch lý tiếp theo của vật lý hiện đại là việc các nhà khoa học hiện chưa thể thống nhất 4 lực cơ bản trong vũ trụ vào cùng một khung lý thuyết duy nhất.
Trong đó, lực điện từ, lực hạt nhân yếu và lực hạt nhân mạnh đều có thể được giải thích bằng lý thuyết lượng tử. Nhưng riêng lực hấp dẫn trong thuyết tương đối của Einstein thì không.
Trong lý thuyết của mình, Einstein mô tả lực hấp dẫn như sự uốn cong của không-thời gian xuất phát từ khối lượng và năng lượng của vật thể. Điều này hoạt động tuyệt vời ở quy mô lớn như các hành tinh, các ngôi sao và thiên hà.
Nhưng ở quy mô lượng tử nhỏ hơn kích thước của 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 đều nhận được các kết quả vô hạn, không có ý nghĩa về mặt vật lý.
Điều này làm các nhà khoa học đau đầu, vì các phương trình lượng tử với ba lực cơ bản còn lại đều cho kết quả hữu hạn.
Một lần nữa, vật lý thông tin có thể giải quyết nghịch lý này.
Vật lý thông tin có thể giải quyết nhiều nghịch lý mà vật lý hiện đại không thể giải quyết được.
Trong nghiên cứu mới của mình đăng trên tạp chí AIP Advances, tiến sĩ Vopson đã đề xuất rằng lực hấp dẫn có thể xuất phát từ cách 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 thông qua lực hấp dẫn, vì vũ trụ đang cố gắng giữ thông tin gọn gàng và nén chặt.
Theo đó, khi các pixel không gian trong vũ trụ lưu trữ dữ liệu về 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 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 cần thiết để tính toán.
Giả thuyết về nguồn gốc lực hấp dẫn trong vật lý thông tin.
Nói 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 nhiều vật thể.
Chẳng hạn khi vật chất trong vũ trụ tập hợp lại như các hạt bụi sao dần tạo thành một hành tinh, thông tin về chúng sẽ bị nén lại như một file RAR, để số bit thông tin cần để mô tả hệ thống giảm xuống.
Nhờ vậy mà vũ trụ sẽ tiết kiệm được rất nhiều tài nguyên khi tự tổ chức thông tin trong chính nó. Hoặc giả ngoài kia thực sự có một Thượng Đế, hay một "người lập trình vĩ đại", anh ta sẽ 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 phát hiện của tôi ủng hộ ý tưởng rằng vũ trụ hoạt động như một siêu máy tính khổng lồ, hoặc thực tại của chúng ta là một mô phỏng. Cũng giống như máy tính luôn tìm cách tiết kiệm dung lượng và chạy hiệu quả hơn, vũ trụ có lẽ cũng làm điều tương tự.
Đây là một cách nhìn mới về lực hấp dẫn – không chỉ là lực hút, mà là kết quả của việc vũ trụ cố gắng sắp xếp mọi thứ ngăn nắp", Tiến sĩ Vopson chia sẻ.
Phó giáo sư, tiến sĩ Melvin Vopson tại Đại học Portsmouth, người đề xuất giả thuyết thông tin mới về vũ trụ.
Nghiên cứu này mang đến một góc nhìn mới về lực hấp dẫn, củng cố quan điểm rằng lực hút xuất hiện do động lực cơ bản nhằm giảm entropy thông tin trong vũ trụ.
Kết quả nghiên cứu mở ra những 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 chạm 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, đến những kết nối tiềm tàng giữa lực hấp dẫn và lý thuyết thông tin lượng tử.
Nhưng trên hết, nó sẽ chạm tới một ranh giới kinh điển trong triết học, giữa chủ nghĩa duy tâm và duy vật.
Plato, người khai sinh ra chủ nghĩa duy tâm, chỉ tay lên trời ám chỉ đến sự tồn tại của một Đấng tối thượng.
"Những ghi chép sớm nhất về khái niệm thực tại mô phỏng đã xuất phát từ thời Hy Lạp cổ đại. Ở đó, Plato (427 TCN) đã đặt ra câu hỏi "Bản chất thực tại của chúng ta là gì?". Chính câu hỏi này của ông đã khai sinh ra chủ nghĩa duy tâm. Những nhà tư tưởng duy tâm cổ đại như Plato coi tâm trí và tinh thần là thực tại trường tồn. Họ lập luận rằng vật chất chỉ là một ảo ảnh hoặc một biểu hiện của ý tưởng", tiến sĩ Vopson cho biết.
Chủ nghĩa duy tâm vẫn tồn tại cho tới tận bây giờ, là bởi chủ nghĩa duy vật dựa trên các bằng chứng khoa học chưa thể phủ nhận được nó. Vật lý hiện đại chưa thể giải thích được 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 giải thích đơn giản là một dạng thông tin được xử lý phức tạp, giống như một chương trình AI trong máy tính.
Điều này cũng giải thích tại sao chúng ta cảm nhận được thực tại, vì chúng ta cũng là một phần của "code" vũ trụ. Ví dụ, 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 ấy vẫn còn bỏ ngỏ. Nhưng tiến sĩ Vopson cho biết, giả thuyết mới của ông về nguồn gốc mô phỏng của vũ trụ có thể thống nhất cả chủ nghĩa duy tâm và duy vật như cách nó thống nhất cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng.
"Trong thời hiện đại, chủ nghĩa duy tâm đã biến đổi thành một triết lý mới. Đây là ý tưởng cho rằng cả thế giới vật chất và ý thức đều là một phần của thực tế mô phỏng", ông nói.
Công việc lúc này chỉ là đi tìm các bằng chứng có thể chứng minh vũ trụ là mô phỏng. Chẳng hạn như một ngày bạn thức 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 cứ thử để ý!
