Målingen, der ville afsløre universet som en computersimulering

En af moderne fysiks mest elskede ideer er kvantekromodynamik, teorien, der beskriver den stærke kernekraft, hvordan den binder kvarker og gluoner til protoner og neutroner, hvordan disse danner kerner, der selv interagerer. Dette er universet, når det er mest fundamentalt.

Så en interessant stræben er at simulere kvantekromodynamik på en computer for at se, hvilken slags kompleksitet der opstår. Løftet er, at simulering af fysik på et så grundlæggende niveau er mere eller mindre ækvivalent med at simulere selve universet.

Der er selvfølgelig en eller to udfordringer. Fysikken er ufatteligt kompleks og fungerer i en forsvindende lille skala. Så selv ved at bruge verdens mest kraftfulde supercomputere, har fysikere kun formået at simulere små hjørner af kosmos blot et par femtometer på tværs. (Et femtometer er 10^-15 meter.)

Det lyder måske ikke af meget, men det væsentlige er, at simuleringen i det væsentlige ikke kan skelnes fra den ægte vare (i hvert fald så vidt vi forstår det).

Det er ikke svært at forestille sig, at Moores lov-lignende fremskridt vil gøre det muligt for fysikere at simulere væsentligt større områder af rummet. Et område på blot et par mikrometer på tværs kunne indkapsle hele en menneskelig celles funktion.

Igen ville denne menneskelige celles adfærd ikke kunne skelnes fra den ægte vare.

Det er denne form for tænkning, der tvinger fysikere til at overveje muligheden for, at hele vores kosmos kan køre på en enormt kraftig computer. Hvis ja, er der nogen måde, vi nogensinde kunne vide det?

I dag får vi et slags svar fra Silas Beane, ved universitetet i Bonn i Tyskland, og et par venner. De siger, at der er en måde at se beviser på, at vi bliver simuleret, i det mindste i visse scenarier.

Først lidt baggrund. Problemet med alle simuleringer er, at fysikkens love, som forekommer kontinuerlige, skal overlejres på et diskret tredimensionelt gitter, som går frem i trin af tiden.

Spørgsmålet, som Beane og co stiller, er, om gitterafstanden pålægger nogen form for begrænsning på de fysiske processer, vi ser i universet. De undersøger især højenergiprocesser, som sonderer mindre områder af rummet, efterhånden som de bliver mere energiske

Det, de finder, er interessant. De siger, at gitterafstanden sætter en fundamental grænse for den energi, partikler kan have. Det er fordi intet kan eksistere, der er mindre end selve gitteret.

Så hvis vores kosmos blot er en simulering, burde der være en afskæring i spektret af højenergipartikler.

Det viser sig, at der er præcis denne form for afskæring i energien fra kosmiske strålepartikler, en grænse kendt som Greisen-Zatsepin-Kuzmin eller GZK-afskæringen.

Denne afskæring er blevet grundigt undersøgt og opstår, fordi højenergipartikler interagerer med den kosmiske mikrobølgebaggrund og dermed mister energi, når de rejser lange afstande.

Men Beane og co beregner, at gitterafstanden pålægger spektret nogle yderligere funktioner. Det mest slående træk … er, at vinkelfordelingen af ​​de højeste energikomponenter ville udvise kubisk symmetri i gitterets hvileramme, der afviger væsentligt fra isotropi, siger de.

Med andre ord ville de kosmiske stråler fortrinsvis bevæge sig langs gitterets akser, så vi ville ikke se dem lige meget i alle retninger.

Det er en måling, vi kunne gøre nu med den nuværende teknologi. At finde effekten ville svare til at være i stand til at 'se' orienteringen af ​​det gitter, som vores univers er simuleret på.

Det er fedt, åndssvagt endda. Men beregningerne fra Beane og co er ikke uden nogle vigtige forbehold. Et problem er, at computergitteret kan være konstrueret på en helt anden måde end den, som disse fyre forestiller sig.

En anden er, at denne effekt kun er målbar, hvis gitterafskæringen er den samme som GZK-afskæringen. Dette sker, når gitterafstanden er omkring 10^-12 femtometer. Hvis afstanden er væsentligt mindre end det, ser vi intet.

Ikke desto mindre er det bestemt værd at lede efter, om ikke andet for at udelukke muligheden for, at vi er en del af en simulering af denne særlige art, men i det skjulte i håbet om, at vi finder gode beviser på vores robot-overlords én gang for alle.

Ref: arxiv.org/abs/1210.1847 : Begrænsninger på universet som en numerisk simulering

skjule