Wszechświat nie jest symulacją. Fizycy z UBC udowodnili to matematycznie

Nowe badania zespołu z University of British Columbia podważają jedną z najbardziej kuszących idei współczesnej popkultury i filozofii nauki – hipotezę, że cały nasz wszechświat jest komputerową symulacją. Naukowcy pokazali, że rzeczywistości nie da się w pełni opisać algorytmicznie, a więc również zasymulować

Od czasów Isaaca Newtona fizyka zmierzała ku coraz głębszym poziomom opisu świata. Najpierw pojawiła się mechanika klasyczna, w której rzeczywistość jawiła się jako zbiór punktowych cząstek poruszających się według deterministycznych praw. Potem Einstein wykazał, że przestrzeń i czas tworzą elastyczną czasoprzestrzeń podlegającą działaniu grawitacji.

Kolejną rewolucją była mechanika kwantowa, gdzie miejsce pewności zajął probabilizm i zasada nieoznaczoności. Najnowsze teorie, od modeli holograficznych po grawitację kwantową, idą krok dalej, sugerując, że przestrzeń i czas nie są fundamentalne, lecz wyłaniają się z czegoś głębszego: z informacji.

I w tym właśnie punkcie nauka zetknęła się z pytaniem, które jeszcze niedawno należało wyłącznie do filozofii: jeśli rzeczywistość jest systemem informacji, czy może być symulacją komputerową?

Granice algorytmów

Na to pytanie postanowił odpowiedzieć dr Mir Faizal, fizyk teoretyk z University of British Columbia Okanagan. Wraz z zespołem – dr. Lawrencem M. Kraussem z Origin Project Foundation, dr. Arshidem Shabirem z Canadian Quantum Research Center oraz dr. Franceskiem Marino z włoskiego CNR –  sięgnął po narzędzia logiki matematycznej. Wyniki opublikowano w Journal of Holography Applications in Physics.

Badacze zastanawiali się, czy możliwe jest stworzenie „teorii wszystkiego”, czyli kompletnego opisu wszystkich zjawisk fizycznych w postaci skończonego zestawu równań i reguł obliczeniowych. Innymi słowy: czy rzeczywistość można zapisać jako kod.

„Pokazaliśmy, że nie da się opisać wszystkich aspektów rzeczywistości w sposób czysto obliczeniowy” – podkreśla dr Faizal. „Dlatego żadna teoria wszystkiego nie może być w pełni sformułowana jako system algorytmów”.

Gödel, Tarski i Chaitin kontra symulacja

Punktem wyjścia dla badaczy są trzy fundamentalne twierdzenia logiki matematycznej: niezupełność Gödla, niedefiniowalność Tarskiego, niekompletność informacyjna Chaitina. W uproszczeniu każde z nich mówi, że w wystarczająco złożonym systemie formalnym istnieją prawdziwe twierdzenia, których nie da się w ramach tego systemu udowodnić.

Jeśli więc fizyka miałaby być skończonym, algorytmicznym systemem, to zawsze istniałyby w niej prawdziwe, lecz nieobliczalne zjawiska.

Faizal i jego zespół nazywają to „niealgorytmicznym rozumieniem” – rodzajem poznania, który wykracza poza czyste obliczenia. Jest to intuicja, semantyczne rozumienie, coś, co Roger Penrose i John Lucas określali jako ludzki wgląd w prawdy nieobliczalne.

„Żadna teoria rzeczywistości nie może być w pełni kompletna i spójna, jeśli opiera się wyłącznie na obliczeniach. Potrzebne jest niealgorytmiczne rozumienie, bardziej fundamentalne niż prawa grawitacji kwantowej, a więc i niż czasoprzestrzeń” – piszą autorzy.

Meta-teoria wszystkiego

Badacze nazwali swoje podejście Meta-Theory of Everything (MToE). To rozszerzenie tradycyjnej fizyki o dodatkową warstwę – „meta-poziom”, który pozwala rozumieć zjawiska niemożliwe do opisania przez algorytmy.

W tym ujęciu nawet tak ekstremalne procesy, jak mikrostruktura czarnych dziur czy powstanie czasoprzestrzeni po Wielkim Wybuchu, nie mogą być w pełni wyjaśnione za pomocą symulacji komputerowej. „Każda symulacja z definicji jest algorytmiczna” – wyjaśnia dr Faizal, dodając: „Skoro jednak najgłębszy poziom rzeczywistości opiera się na niealgorytmicznym rozumieniu, wszechświat nie może być i nigdy nie mógł być symulacją.

Hipoteza symulacji spopularyzowana przez Nicka Bostroma, a rozwijana przez takich myślicieli jak David Deutsch czy David Chalmers zakładała, że wystarczająco potężny komputer mógłby odwzorować cały wszechświat wraz ze świadomymi istotami.

Nauka, której nie da się zaprogramować

Faizal i jego współautorzy pokazują, że taki scenariusz jest nie tylko technologicznie nieosiągalny, lecz logicznie niemożliwy. Ich dowód przesuwa całą debatę z obszaru filozofii w domenę fizyki teoretycznej. Co istotne, autorzy podkreślają, że ograniczenia obliczalności nie są porażką nauki. Przeciwnie, poszerzają jej horyzont.

„Zerwanie z czysto algorytmicznym opisem nie jest załamaniem nauki, lecz dowodem, że natura rozumienia wykracza poza to, co może wykonać komputer” – podsumowują.

Wyniki zespołu z UBC wpisują się w szerszy nurt badań nad granicami poznania od teorii Penrose’a o nieobliczalnym umyśle po współczesne dyskusje o sztucznej inteligencji.

Jeśli fizycy mają rację, świat, który obserwujemy, nie jest wynikiem kodu uruchomionego w superkomputerze obcej cywilizacji, lecz manifestacją prawdy wykraczającej poza obliczalność.

„Aby zrozumieć wszechświat, potrzebujemy czegoś więcej niż komputerów. Potrzebujemy rozumienia, którego nie da się zaprogramować” – podsumowuje dr Lawrence M. Krauss.

Źródło

• Mir Faizal, Lawrence M. Krauss, Arshid Shabir, Francesco Marino, Consequences of Undecidability in Physics on the Theory of Everything, Journal of Holography Applications in Physics, 2025, DOI: 10.22128/jhap.2025.1024.1118.

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi