Mõõtmine, mis paljastaks universumi arvutisimulatsioonina

Artikli kuulamine on saadaval MINU TELEGRAM tellijatele

12. märts 2013 kell 10:48



matrix-hallway

Teoreetikud ütlevad, et kui kosmos on numbriline simulatsioon, siis peaks olema viiteid sellele kõrge energiaga kosmilise kiirguse spektris. Üks moodsate füüsikute südamelähedasemaid ideid on kvantkromodünaamika – teooria, mis kirjeldab tugevat vastastikmõju, seletades, kuidas see seob kvarke ja gluuoneid prootoniteks ja neutroniteks ning kuidas need moodustavad aatomite tuumad, mis ise on omavahel vastasmõjus. See on universum oma kõige fundamentaalsemal tasandil.

 

Põnevaid tulemusi annab püüdlus kvantkromodünaamikat arvutil simuleerida, et näha, milline keerukus sellest esile kerkib. Lubatakse, et füüsika simuleerimine sellisel fundamentaalsel tasandil on rohkem või vähem võrdväärne universumi enda simuleerimisega.

 

Simuleerida õnnestub vaid imeväikesi ruume

Selle ülesandega kaasneb paar väljakutset. Füüsika paneb oma keerulisusega mõistuse proovile ja toimib kaduvväikesel skaalal. Seega, isegi kasutades maailma kõige võimsamaid superarvuteid, on füüsikutel õnnestunud simuleerida vaid imeväikesi kosmose nurkasid, mis on mõne femtomeetrise läbimõõduga (femtomeeter on 10-15 meetrit).

See võib tunduda liiga väikese ruumina, ent asja sisu on selles, et simulatsioon on oma olemuselt eristamatu tegelikkusest (vähemalt nii palju, kui meie sellest aru saame).

Ei ole raske ette kujutada, et Moore’i seaduse tüüpi areng lubab füüsikutel simuleerida märkimisväärselt suuremaid kosmose piirkondi. Vaid mõnemikromeetrise läbimõõduga piirkond võib hõlmata inimraku tervet mehhanismi. Taas kord oleks simuleeritud inimraku käitumine eristamatu päris asjast.

 

Kuidas tõestada simulatsiooni olemasolu?

Seda laadi mõtlemine sunnib füüsikuid arvestama võimalusega, et kogu meie universum võiks töötada simulatsioonina tohutu võimsal arvutil. Ja kui see on nii, siis kas on mingit viisi, kuidas meie sellest teada saaks?

Vastust sellele proovib anda Silas Beane’i uurimisrühm Bonni ülikoolist. Nende sõnul on olemas võimalusi, et leida tõendeid selle kohta, et meid simuleeritakse – vähemalt teatud olukordades.

Kõikide simulatsioonide puhul on probleem selles, et füüsikaseadused, mis näivad olevat pidevad, tuleb kohandada diskreetsesse kolmemõõtmelisse ruumi, mis muutub ajas kindlate sammudena edasi.

Beane’i uurimisrühm esitas küsimuse, kas selle diskreetse ruumi samm tekitab mingeid piiranguid füüsikalistele protsessidele, mida me universumis näeme. Nad uurisid põhjalikumalt kõrge energiaga protsesse, mis sondeerivad seda väiksemaid ruumi piirkondi, mida suurem on nende protsesside energia.

 

GZK piir

Tulemused on huvitavad. Nimelt määrab arvutussõrestiku samm piiri energiale, mis osakestel võib olla, kuna ei saa eksisteerida mitte miski, mis on väiksem sõrestikust endast.

Seega, kui meie kosmos on vaid arvutisimulatsioon, peaks eksisteerima ülemine piir kõrge energiaga osakeste spektris. Tuleb välja, et täpselt selline piirväärtus ongi olemas kosmiliste kiirguse osakeste energias – seda tuntakse Greiseni-Zatsepini-Kuzmini piirina ehk GZK piirina.

Seda ülemist piiri on põhjalikult uuritud ja see tuleb esile, sest kõrge energiaga osakesed on vastastikmõjus kosmilise mikrolainelise taustkiirgusega ja kaotavad seetõttu pikki vahemaid läbides energiat.

 

Arvutussõrestik võib olla konstrueeritud teisiti

Aga Beane’i uurimisrühma arvutuste kohaselt tekitab see sõrestiku samm spektrile lisatunnuseid. “Kõige tähelepanuväärsem tunnus on, et suurimate energiakomponentide nurkjaotus näitab kuubilist sümmeetriat sõrestikuga seotud taustsüsteemis, kaldudes oluliselt kõrvale isotroopiast.” Teisisõnu leviks kosmiline kiirgus eelistatavalt mööda sõrestiku telgi, seega ei näeks me neid võrdselt igas suunas.

See on mõõtmine, mida me suudaksime praegu teha olemasoleva tehnoloogiaga. Efekti leidmine oleks võrdne võimega „näha“ sõrestiku orientatsiooni, millel meie universumit simuleeritakse.

See on lahe, isegi jahmatamapanev avastus. Kuid Beani ja tema kolleegide arvutustes on mõningad olulised nüansid. Üks probleem on selles, et arvutussõrestik võib olla konstrueeritud hoopis teistmoodi kui nende poolt ette kujutati.

 

Tõestus, et me pole osa simulatsioonist?

Teine probleem on selles, et see efekt on mõõdetav vaid siis, kui sõrestiku piir on sama kui GZK piir. See juhtub, kui sõrestiku samm on umbes 10-12 femtomeetrit. Kui see vahe on oluliselt väiksem, siis ei näe me midagi.

Sellegipoolest on see väärt ootamist, kasvõi selleks, et eemale heita võimalus, et me oleme osa sellisest teatud laadi simulatsioonist, kuid salaja loodame, et me leiame lõpuks ometi häid tõendeid oma robotitest ülemuste kohta.

 

Allikas: Technology Review

 

Toimetas Rein Rebane