Mätningen som skulle avslöja universum som en datorsimulering

En av modern fysiks mest uppskattade idéer är kvantkromodynamik, teorin som beskriver den starka kärnkraften, hur den binder kvarkar och gluoner till protoner och neutroner, hur dessa bildar kärnor som själva interagerar. Detta är universum när det är som mest fundamentalt.

Så en intressant strävan är att simulera kvantkromodynamik på en dator för att se vilken typ av komplexitet som uppstår. Löftet är att simulering av fysik på en sådan grundläggande nivå är mer eller mindre likvärdig med att simulera själva universum.

Det finns en eller två utmaningar såklart. Fysiken är förbluffande komplex och verkar i en försvinnande liten skala. Så även med hjälp av världens mest kraftfulla superdatorer har fysiker bara lyckats simulera små hörn av kosmos bara några femtometer tvärs över. (En femtometer är 10^-15 meter.)

Det låter kanske inte så mycket, men den viktiga poängen är att simuleringen i princip inte går att skilja från den äkta varan (åtminstone så vitt vi förstår det).

Det är inte svårt att föreställa sig att Moores framsteg av lagtyp kommer att göra det möjligt för fysiker att simulera betydligt större områden i rymden. En region bara några mikrometer tvärs över skulle kunna kapsla in hela funktionen hos en mänsklig cell.

Återigen, beteendet hos denna mänskliga cell skulle inte kunna skiljas från den verkliga varan.

Det är den här typen av tänkande som tvingar fysiker att överväga möjligheten att hela vårt kosmos kan köras på en enormt kraftfull dator. Om så är fallet, finns det något sätt vi någonsin kan veta?

Idag får vi ett slags svar från Silas Beane, vid universitetet i Bonn i Tyskland, och några kompisar. De säger att det finns ett sätt att se bevis på att vi simuleras, åtminstone i vissa scenarier.

Först lite bakgrund. Problemet med alla simuleringar är att fysikens lagar, som verkar kontinuerliga, måste överlagras på ett diskret tredimensionellt gitter som avancerar i tidssteg.

Frågan som Beane och co ställer är om gitteravståndet sätter någon form av begränsning på de fysiska processer vi ser i universum. De undersöker särskilt högenergiprocesser, som undersöker mindre områden i rymden när de blir mer energiska

Det de finner är intressant. De säger att gitteravståndet sätter en grundläggande gräns för energin som partiklar kan ha. Det beror på att ingenting kan existera som är mindre än själva gallret.

Så om vårt kosmos bara är en simulering, borde det finnas en avskärning i spektrumet av högenergipartiklar.

Det visar sig att det finns exakt den här typen av avstängning i energin hos kosmiska strålpartiklar, en gräns som kallas Greisen-Zatsepin-Kuzmin eller GZK-avskärningen.

Denna gräns har studerats väl och kommer till på grund av att högenergipartiklar interagerar med den kosmiska mikrovågsbakgrunden och förlorar energi när de reser långa sträckor.

Men Beane och co beräknar att gitteravståndet påtvingar några ytterligare funktioner på spektrumet. Det mest slående särdraget...är att vinkelfördelningen av de högsta energikomponenterna skulle uppvisa kubisk symmetri i gittrets viloram, avvikande avsevärt från isotropi, säger de.

Med andra ord skulle de kosmiska strålarna färdas företrädesvis längs gittrets axlar, så vi skulle inte se dem lika i alla riktningar.

Det är en mätning vi skulle kunna göra nu med nuvarande teknik. Att hitta effekten skulle vara likvärdigt med att kunna 'se' orienteringen av gitter som vårt universum simuleras på.

Det är coolt, häpnadsväckande till och med. Men beräkningarna från Beane och co är inte utan några viktiga varningar. Ett problem är att datornätverket kan vara konstruerat på ett helt annat sätt än det som dessa killar föreställer sig.

En annan är att denna effekt endast är mätbar om gitteravskärningen är densamma som GZK-avskärningen. Detta inträffar när gitteravståndet är cirka 10^-12 femtometer. Om avståndet är betydligt mindre än så ser vi ingenting.

Ändå är det verkligen värt att leta efter, om så bara för att utesluta möjligheten att vi är en del av en simulering av det här slaget men i hemlighet i hopp om att vi ska hitta bra bevis på våra robotöverherrar en gång för alla.

Ref: arxiv.org/abs/1210.1847 : Restriktioner för universum som en numerisk simulering

Dölj