A Física da Informação sugere que a realidade é composta por bits
Por Melvin M. Vopson*, The Conversation
Os físicos vêm tentando explicar há muito tempo por que o universo surgiu com condições apropriadas para a evolução da vida.
Por que as leis e as constantes da física assumem exatamente os valores específicos que permitem o desenvolvimento das estrelas, dos planetas e, por fim, da vida?
A energia escura, por exemplo, que é a força de expansão do universo, é muito mais fraca do que sugerem as teorias, o que permite que a matéria se aglomere em vez de se partir.
Uma resposta comum a essa questão é que vivemos em um multiverso infinito composto de vários universos. Por isso, não seria uma surpresa se pelo menos um desses universos saísse como o nosso.
Mas outra resposta é que o nosso universo é uma simulação computadorizada, com alguém (talvez uma espécie alienígena avançada) definindo as condições.
Esta última condição é apoiada por um ramo da ciência chamado de Física da Informação. Ela sugere que o espaço-tempo e a matéria não são fenômenos fundamentais. Na verdade, a realidade física seria basicamente composta de bits de informação e, a partir deles, "emerge" nossa experiência de espaço-tempo.
Da mesma forma, a temperatura "emerge" do movimento coletivo dos átomos. Fundamentalmente, nenhum átomo tem temperatura.
Isso nos leva à extraordinária possibilidade de que todo o nosso Universo possa, na verdade, ser uma simulação de computador.
A ideia não é nova. Em 1989, o conceituado físico norte-americano John Archibald Wheeler sugeriu que o universo é fundamentalmente matemático e pode ser observado emergindo a partir da informação. Ele cunhou o famoso aforismo "it from bit" (ou seja, cada partícula do universo vem de um bit de informação).
Em 2003, o filósofo Nick Bostrom, da Universidade de Oxford, no Reino Unido, formulou sua hipótese da simulação. Ele argumenta que, na verdade, é muito provável que nosso universo seja uma simulação.
Isso porque uma civilização avançada deve atingir um ponto em que sua tecnologia é tão sofisticada que as simulações não podem ser diferenciadas da realidade, e os participantes não saberiam que estão em uma simulação.
O físico Seth Lloyd, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, na sigla em inglês), nos Estados Unidos, levou a hipótese da simulação para o nível seguinte, sugerindo que todo o Universo poderia ser um computador quântico gigante. E, em 2016, o empresário Elon Musk disse que "muito provavelmente, estamos em uma simulação".
'A realidade virtual precisa de um observador ou programador para que tudo aconteça'
Provas empíricas
Existem algumas evidências que indicam que nossa realidade física pode ser uma realidade virtual simulada e não um mundo objetivo que existe independentemente do observador.
Qualquer mundo em realidade virtual seria baseado no processamento de informações. Isso significa que, em última análise, tudo é digitalizado ou dividido em pixels até um tamanho mínimo que não pode mais ser subdividido: os bits.
Isso parece imitar a nossa realidade, segundo a teoria da mecânica quântica, que rege o mundo dos átomos e partículas. Ela afirma que existe uma unidade menor e discreta de energia, distância e tempo. E, da mesma forma, as partículas elementares, que compõem toda a matéria visível do universo, são as menores unidades de matéria.
Em resumo, nosso mundo é composto de pixels.
As leis da Física que regem tudo no Universo também relembram linhas de código de computador que uma simulação seguiria na execução do programa. Além disso, equações matemáticas, números e padrões geométricos estão presentes em todos os lugares - o mundo parece ser totalmente matemático.
Outra curiosidade da física que sustenta a hipótese da simulação é o limite máximo de velocidade do Universo, que é a velocidade da luz. Em realidade virtual, esse limite corresponderia ao limite de velocidade do processador ou ao limite de potência de processamento.
Sabemos que um processador sobrecarregado reduz a velocidade de processamento do computador em uma simulação. Da mesma forma, a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein demonstra que o tempo perde velocidade nas proximidades de um buraco negro.
Mas a evidência mais forte da hipótese da simulação talvez venha da mecânica quântica. Ela sugere que a natureza não é "real": partículas em determinados estados, como locais específicos, aparentemente não existem, a menos que você realmente as observe e meça.
Elas estão, na verdade, em uma série de diferentes estados simultaneamente. E, da mesma forma, a realidade virtual precisa de um observador ou programador para que tudo aconteça.
O "entrelaçamento" quântico também permite que duas partículas sejam conectadas de forma assustadora. Quando você manipula uma, também manipula a outra, automática e imediatamente. Não importa a distância entre elas. O efeito parece ser mais rápido que a velocidade da luz, o que deveria ser impossível.
Mas isso também poderia ser explicado pelo fato de que, em um código de realidade virtual, todos os "locais" (pontos) devem estar aproximadamente à mesma distância de um processador central.
Por isso, podemos pensar que duas partículas estão a milhões de anos-luz de distância, mas elas não estariam a essa distância se fossem criadas em uma simulação.
'O filme 'Matrix' e suas continuações trabalharam na ficção a ideia de que vivemos em uma simulação'
Possíveis experimentos
Considerando que o Universo seja, de fato, uma simulação, que tipo de experimentos podemos realizar dentro da simulação para comprovar isso?
É razoável considerar que um universo simulado conteria muitos bits de informação em toda parte. Esses bits de informação representam o próprio código de programação.
Detectar esses bits de informação comprovaria a hipótese da simulação. O princípio da equivalência entre massa, energia e informação (M/E/I) recentemente proposto - que sugere que a massa pode ser expressa na forma de energia ou informação, ou vice-versa - indica que os bits de informação devem possuir uma pequena massa. Esse princípio nos fornece algo para procurar.
Eu defendi que a informação, na verdade, é uma quinta forma de matéria no universo. Cheguei a calcular o conteúdo esperado de informação por partícula elementar. Estes estudos levaram à publicação, em 2022, de um protocolo experimental para testar essas previsões.
O experimento envolve apagar a informação contida dentro das partículas elementares, deixando que elas e suas antipartículas (todas as partículas possuem versões "anti" de si próprias, que são idênticas, mas têm carga oposta) aniquilem-se em um clarão de energia - emitindo "fótons", ou partículas de luz.
'O físico John Barrow argumentou que a simulação acumularia pequenos erros de computação que o programador precisaria consertar para que ela continuasse'
Previ a faixa exata de frequências esperada dos fótons resultantes com base na física da informação. O experimento pode ser conduzido com ferramentas existentes e lançamos um site de financiamento coletivo para sua realização.
Existem também outras abordagens. O falecido físico britânico John Barrow argumentou que a simulação acumularia pequenos erros de computação que o programador precisaria consertar para que ela continuasse.
Ele sugeriu que poderíamos presenciar esses consertos na forma de resultados experimentais contraditórios que surgiriam subitamente, como mudanças das constantes da natureza. Por isso, monitorar os valores dessas constantes seria outra opção.
A natureza da nossa realidade é um dos maiores mistérios que existem. Quanto mais levarmos a sério a hipótese da simulação, maiores as possibilidades de, um dia, podermos comprová-la ou descartá-la.
*Melvin M. Vopson é professor de física da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido.
BBC Brasil