Hoàng Anh
Writer
Liệu thực tại chúng ta đang trải nghiệm có phải chỉ là một chương trình mô phỏng phức tạp chạy trên siêu máy tính của một nền văn minh tiên tiến nào đó? Câu hỏi mang màu sắc khoa học viễn tưởng này thực chất lại đang được một nhánh khoa học mới nổi gọi là vật lý thông tin nghiêm túc xem xét. Thậm chí, một giả thuyết mới đầy táo bạo còn cho rằng lực hấp dẫn – thứ níu giữ chúng ta trên mặt đất và khiến các thiên hà quần tụ – về bản chất chỉ là một cơ chế "nén dữ liệu", tương tự như cách chúng ta nén nhiều tệp thành một file RAR để tiết kiệm dung lượng ổ cứng cho "người lập trình" ra vũ trụ này.
Vật lý thông tin và Định luật thứ hai của Infodynamics
Vật lý thông tin, với câu nói nổi tiếng "It from Bit" (Vạn vật từ Bit) của nhà vật lý John Wheeler, đề xuất rằng nền tảng cơ bản của thực tại không phải là vật chất hay năng lượng, mà là thông tin. Mọi hạt, sóng, trường lực, thậm chí cả không gian và thời gian, đều có thể được mô tả và mã hóa bằng thông tin (bit). Vũ trụ, theo đó, có thể được xem như một hệ thống xử lý thông tin khổng lồ, một siêu máy tính vũ trụ.
Trên cơ sở này, Tiến sĩ Melvin Vopson, một phó giáo sư vật lý tại Đại học Portsmouth (Anh), đã đề xuất một định luật mới mang tính cách mạng trong bài báo đăng trên tạp chí AIP Advances gần đây: Định luật thứ hai của động lực học thông tin (infodynamics). Định luật này phát biểu rằng, entropy thông tin (một thước đo lượng thông tin hoặc mức độ bất ngờ/phức tạp của một hệ thống) có xu hướng giảm hoặc giữ nguyên theo thời gian. Điều này hoàn toàn trái ngược với Định luật thứ hai của Nhiệt động lực học quen thuộc, vốn khẳng định entropy nhiệt (mức độ hỗn loạn, mất trật tự của năng lượng/vật chất) luôn tăng lên trong một hệ kín.
Lập luận của Vopson là khi năng lượng phân tán ra (entropy nhiệt tăng), thì thông tin cần thiết để xác định trạng thái (vị trí, năng lượng) của các thành phần trong hệ thống lại giảm đi (entropy thông tin giảm). Nếu định luật này đúng, nó có thể mang lại hy vọng rằng vũ trụ sẽ tránh được kịch bản "Cái chết nhiệt" (Heat Death) – trạng thái cân bằng nhiệt cuối cùng nơi mọi năng lượng đã phân tán hết và không còn hoạt động nào có thể xảy ra.
Lực hấp dẫn là "thuật toán nén" của vũ trụ?
Từ định luật thứ hai của infodynamics, Tiến sĩ Vopson đi đến một giả thuyết còn táo bạo hơn về bản chất của lực hấp dẫn. Ông cho rằng lực hấp dẫn không phải là một trong bốn lực cơ bản theo cách hiểu truyền thống, mà là một hiện tượng nổi lên (emergent phenomenon) từ xu hướng tối ưu hóa thông tin của vũ trụ.
Theo đó, vũ trụ, giống như một hệ thống máy tính hiệu quả, luôn tìm cách giảm thiểu lượng thông tin cần thiết để mô tả chính nó, nhằm tiết kiệm "tài nguyên tính toán". Việc vật chất co cụm lại dưới tác động của lực hấp dẫn (ví dụ: bụi vũ trụ tạo thành sao và hành tinh) chính là một cách để "nén" thông tin. Mô tả một hành tinh duy nhất sẽ cần ít bit thông tin hơn là mô tả hàng tỷ tỷ hạt bụi riêng lẻ tạo nên nó. Lực hút mà chúng ta cảm nhận là hệ quả của việc vũ trụ "muốn" tự sắp xếp thông tin một cách gọn gàng, hiệu quả nhất. Nói cách khác, lực hấp dẫn có thể chỉ là một "thuật toán nén" mà "người lập trình" vũ trụ sử dụng để tiết kiệm "ổ cứng" và "CPU".
Giả thuyết này, dù còn cần rất nhiều kiểm chứng, lại mở ra hướng giải quyết tiềm năng cho một số nghịch lý lớn của vật lý hiện đại. Ví dụ, nó có thể giúp dung hòa thuyết tương đối rộng (mô tả hấp dẫn) và cơ học lượng tử (mô tả ba lực còn lại) mà không cần phải "lượng tử hóa" trực tiếp lực hấp dẫn – một quá trình đang gặp nhiều bế tắc lý thuyết. Nó cũng có thể liên quan đến việc giải quyết nghịch lý thông tin hố đen.
Triết học và cái kết bất ngờ
Ý tưởng vũ trụ là một mô phỏng máy tính thực ra có nguồn gốc triết học sâu xa từ thời Hy Lạp cổ đại với chủ nghĩa duy tâm của Plato (cho rằng thế giới vật chất chỉ là ảo ảnh của thế giới ý niệm). Vật lý thông tin hiện đại dường như đang tạo ra một cầu nối bất ngờ giữa chủ nghĩa duy vật (vật chất là gốc) và chủ nghĩa duy tâm, khi cho rằng cả vật chất lẫn ý thức đều có thể chỉ là các dạng thông tin được xử lý phức tạp.
Tuy nhiên, giả thuyết mô phỏng cũng đi kèm một hệ lụy đáng lo ngại: nếu chúng ta chỉ là những thực thể số trong một siêu máy tính, điều gì sẽ xảy ra nếu "ai đó" ngoài kia quyết định tắt máy chủ hoặc vô tình rút điện? Đó là một khả năng, dù nhỏ, nhưng luôn tồn tại trong khuôn khổ giả thuyết này. Tiến sĩ Vopson thậm chí còn hài hước đề nghị chúng ta hãy thử để ý xem bầu trời có bao giờ "nhấp nháy" như màn hình máy tính cần "Refresh" hay không!
Dù còn mang nặng tính lý thuyết và suy đoán, công trình của Tiến sĩ Vopson và lĩnh vực vật lý thông tin đang mang đến những góc nhìn mới lạ, đầy kích thích về bản chất sâu xa nhất của vũ trụ và thực tại mà chúng ta đang trải nghiệm.
Vật lý thông tin và Định luật thứ hai của Infodynamics
Vật lý thông tin, với câu nói nổi tiếng "It from Bit" (Vạn vật từ Bit) của nhà vật lý John Wheeler, đề xuất rằng nền tảng cơ bản của thực tại không phải là vật chất hay năng lượng, mà là thông tin. Mọi hạt, sóng, trường lực, thậm chí cả không gian và thời gian, đều có thể được mô tả và mã hóa bằng thông tin (bit). Vũ trụ, theo đó, có thể được xem như một hệ thống xử lý thông tin khổng lồ, một siêu máy tính vũ trụ.
Trên cơ sở này, Tiến sĩ Melvin Vopson, một phó giáo sư vật lý tại Đại học Portsmouth (Anh), đã đề xuất một định luật mới mang tính cách mạng trong bài báo đăng trên tạp chí AIP Advances gần đây: Định luật thứ hai của động lực học thông tin (infodynamics). Định luật này phát biểu rằng, entropy thông tin (một thước đo lượng thông tin hoặc mức độ bất ngờ/phức tạp của một hệ thống) có xu hướng giảm hoặc giữ nguyên theo thời gian. Điều này hoàn toàn trái ngược với Định luật thứ hai của Nhiệt động lực học quen thuộc, vốn khẳng định entropy nhiệt (mức độ hỗn loạn, mất trật tự của năng lượng/vật chất) luôn tăng lên trong một hệ kín.
Lập luận của Vopson là khi năng lượng phân tán ra (entropy nhiệt tăng), thì thông tin cần thiết để xác định trạng thái (vị trí, năng lượng) của các thành phần trong hệ thống lại giảm đi (entropy thông tin giảm). Nếu định luật này đúng, nó có thể mang lại hy vọng rằng vũ trụ sẽ tránh được kịch bản "Cái chết nhiệt" (Heat Death) – trạng thái cân bằng nhiệt cuối cùng nơi mọi năng lượng đã phân tán hết và không còn hoạt động nào có thể xảy ra.
Lực hấp dẫn là "thuật toán nén" của vũ trụ?
Từ định luật thứ hai của infodynamics, Tiến sĩ Vopson đi đến một giả thuyết còn táo bạo hơn về bản chất của lực hấp dẫn. Ông cho rằng lực hấp dẫn không phải là một trong bốn lực cơ bản theo cách hiểu truyền thống, mà là một hiện tượng nổi lên (emergent phenomenon) từ xu hướng tối ưu hóa thông tin của vũ trụ.
Theo đó, vũ trụ, giống như một hệ thống máy tính hiệu quả, luôn tìm cách giảm thiểu lượng thông tin cần thiết để mô tả chính nó, nhằm tiết kiệm "tài nguyên tính toán". Việc vật chất co cụm lại dưới tác động của lực hấp dẫn (ví dụ: bụi vũ trụ tạo thành sao và hành tinh) chính là một cách để "nén" thông tin. Mô tả một hành tinh duy nhất sẽ cần ít bit thông tin hơn là mô tả hàng tỷ tỷ hạt bụi riêng lẻ tạo nên nó. Lực hút mà chúng ta cảm nhận là hệ quả của việc vũ trụ "muốn" tự sắp xếp thông tin một cách gọn gàng, hiệu quả nhất. Nói cách khác, lực hấp dẫn có thể chỉ là một "thuật toán nén" mà "người lập trình" vũ trụ sử dụng để tiết kiệm "ổ cứng" và "CPU".
Giả thuyết này, dù còn cần rất nhiều kiểm chứng, lại mở ra hướng giải quyết tiềm năng cho một số nghịch lý lớn của vật lý hiện đại. Ví dụ, nó có thể giúp dung hòa thuyết tương đối rộng (mô tả hấp dẫn) và cơ học lượng tử (mô tả ba lực còn lại) mà không cần phải "lượng tử hóa" trực tiếp lực hấp dẫn – một quá trình đang gặp nhiều bế tắc lý thuyết. Nó cũng có thể liên quan đến việc giải quyết nghịch lý thông tin hố đen.
Triết học và cái kết bất ngờ
Ý tưởng vũ trụ là một mô phỏng máy tính thực ra có nguồn gốc triết học sâu xa từ thời Hy Lạp cổ đại với chủ nghĩa duy tâm của Plato (cho rằng thế giới vật chất chỉ là ảo ảnh của thế giới ý niệm). Vật lý thông tin hiện đại dường như đang tạo ra một cầu nối bất ngờ giữa chủ nghĩa duy vật (vật chất là gốc) và chủ nghĩa duy tâm, khi cho rằng cả vật chất lẫn ý thức đều có thể chỉ là các dạng thông tin được xử lý phức tạp.
Tuy nhiên, giả thuyết mô phỏng cũng đi kèm một hệ lụy đáng lo ngại: nếu chúng ta chỉ là những thực thể số trong một siêu máy tính, điều gì sẽ xảy ra nếu "ai đó" ngoài kia quyết định tắt máy chủ hoặc vô tình rút điện? Đó là một khả năng, dù nhỏ, nhưng luôn tồn tại trong khuôn khổ giả thuyết này. Tiến sĩ Vopson thậm chí còn hài hước đề nghị chúng ta hãy thử để ý xem bầu trời có bao giờ "nhấp nháy" như màn hình máy tính cần "Refresh" hay không!
Dù còn mang nặng tính lý thuyết và suy đoán, công trình của Tiến sĩ Vopson và lĩnh vực vật lý thông tin đang mang đến những góc nhìn mới lạ, đầy kích thích về bản chất sâu xa nhất của vũ trụ và thực tại mà chúng ta đang trải nghiệm.
