L'Universo è troppo efficiente per essere reale

Melvin Vopson stava osservando il modo in cui si comporta l'informazione quando ha notato un pattern che non dovrebbe esistere in un universo caotico e organico. Nel nostro mondo fisico, le cose tendono generalmente a diventare più disordinate nel tempo: è la famosa legge dell'entropia. Ma nel mondo dell'informazione digitale, le cose tendono a fare l'opposto. Si comprimono. Si ottimizzano. Eliminano il superfluo e conservano solo ciò che è necessario per funzionare. Vopson, fisico presso l'University of Portsmouth, si è reso conto che l'universo sembra fare esattamente questo: zippare i propri file per risparmiare spazio.

Non si tratta solo di una riflessione filosofica da sotto la doccia. Vopson ha formalizzato questa osservazione in quella che definisce Seconda Legge dell'Infodinamica. Essa suggerisce che il contenuto informativo dei sistemi non fluttua semplicemente, ma si minimizza attivamente. In un mondo di fredda e dura fisica, questo appare meno come la caotica espansione dell'evoluzione e più come l'elegante codice di uno sviluppatore che cerca di evitare che un programma massiccio mandi in crash il server. Se l'universo sta cercando di risparmiare potenza di calcolo, ciò implica che da qualche parte ci sia un processore che dirige lo spettacolo.

L'ossessione dell'universo per i file zip

La maggior parte di noi pensa all'informazione come a qualcosa inventato dagli esseri umani: bit su un disco rigido o parole in un libro. Ma per un fisico, l'informazione è una proprietà fisica. È lo stato di ogni particella, lo spin di ogni elettrone, la configurazione specifica che rende un atomo di idrogeno diverso da una fetta di pane tostato. Solitamente, la Seconda Legge della Termodinamica ci dice che l'universo è diretto verso uno stato di massimo disordine. Il tuo caffè si raffredda, la tua auto arrugginisce e le stelle alla fine si spengono.

La scoperta di Vopson inverte la rotta. Egli sostiene che nei sistemi informativi l'entropia rimanga costante o diminuisca. Questa efficienza manifesta è ovunque. Osserviamo la simmetria in natura: dalla perfezione esagonale di un fiocco di neve alle metà speculari delle ali di una farfalla. Perché l'universo ama la simmetria? Vopson sostiene che sia perché la simmetria è l'hack definitivo per risparmiare dati. È molto più facile memorizzare il codice di metà volto e dire al sistema di "ripeterlo" piuttosto che renderizzare un pasticcio asimmetrico completamente unico.

Ciò crea un'enorme tensione con la nostra comprensione tradizionale della realtà. Se l'universo fosse un evento naturale e spontaneo, non avrebbe motivo di essere efficiente. La natura è solitamente una dispendiosa consumatrice di energia e spazio. Ma se viviamo all'interno di una simulazione, l'efficienza è l'unico modo in cui il sistema può sopravvivere. Ogni bit di dati ridondanti rimosso è un bit di memoria liberata. Non viviamo solo in un universo; potremmo vivere all'interno di un software altamente ottimizzato.

Calcolare l'incalcolabile

I ricercatori della UBC si sono concentrati sull'enorme quantità di potenza computazionale necessaria per simulare le interazioni quantistiche di appena poche centinaia di elettroni. Poiché le particelle quantistiche esistono in un alone di molteplici stati contemporaneamente — la sovrapposizione — la quantità di dati necessaria per tracciarle cresce in modo esponenziale. Per simulare anche solo un piccolo gruppo di atomi con perfetta fedeltà, servirebbe un computer più grande dell'universo osservabile stesso. Non è una questione di costruire un Mac Pro migliore; è una questione di fisica fondamentale.

Questo crea uno stallo tra due scuole di pensiero. Vopson vede il "codice" e l'ottimizzazione come prova di un creatore o di un programmatore. Il team della UBC vede l'estrema complessità della fisica come prova che nessun computer potrebbe mai gestire il carico. Il dibattito ruota attorno a una singola, assillante domanda: la simulazione deve essere perfetta? Se stai giocando a un videogioco, il computer non renderizza l'intero mondo in una volta sola: renderizza solo ciò che stai guardando. Questo è un concetto chiamato frustum culling, e alcuni fisici sostengono che l'universo faccia esattamente la stessa cosa a livello quantistico.

Il problema dell'archiviazione del DNA

L'affermazione più provocatoria di Vopson riguarda i mattoni fondamentali della vita. Egli suggerisce che il DNA non sia solo un progetto biologico, ma un sistema di archiviazione delle informazioni altamente sofisticato che segue le leggi dell'infodinamica. Analizzando le sequenze genetiche di virus e organismi, ha scoperto che la loro entropia informativa diminuisce nel tempo man mano che mutano. Non si stanno solo evolvendo; stanno ottimizzando il loro codice.

Ciò sfida la visione darwiniana standard della mutazione casuale. Se le mutazioni fossero davvero casuali, ci aspetteremmo una deriva caotica nel contenuto informativo. Invece, Vopson vede una tendenza verso la compressione dei dati. È come se il mondo biologico cercasse di adattare quanta più complessità funzionale possibile nella più piccola impronta genetica possibile. Per uno scettico, questo suona come un fantasma digitale nella macchina. Per un biologo, è un radicale ripensamento di come la vita mantenga la propria integrità nel corso di miliardi di anni.

I critici, tuttavia, sono pronti a sottolineare che Vopson potrebbe confondere la mappa con il territorio. Solo perché possiamo descrivere l'universo usando la teoria dell'informazione, non significa che l'universo *sia* informazione. Abbiamo descritto l'universo come un meccanismo a orologeria nel XVIII secolo perché quella era la nostra tecnologia più avanzata. Ora che abbiamo internet e l'IA, vediamo l'universo come un computer. È un classico caso di proiezione umana: vediamo ciò che conosciamo.

Perché il Paradosso di Fermi indica un glitch

Se siamo in una simulazione, ciò potrebbe finalmente spiegare perché i cieli sono così silenziosi. Il Paradosso di Fermi — la contraddizione tra l'alta probabilità di vita aliena e la totale mancanza di prove a riguardo — ossessiona gli astronomi da decenni. Se l'universo è una simulazione progettata per l'umanità, o un esperimento specifico focalizzato sulla Terra, i "programmatori" non si preoccuperebbero di renderizzare altre civiltà. Sarebbero un inutile rumore di fondo che consuma potenza di calcolo.

Questa è spesso chiamata "Ipotesi del Planetario". Suggerisce che le stelle che vediamo siano solo uno sfondo ad alta risoluzione, un guscio attorno al nostro sistema solare che dà l'illusione di un vuoto vasto e desolato. In questo scenario, non vediamo alieni perché non sono nel copione. L'universo sembra infinito non perché lo sia, ma perché è programmato per apparire tale ogni volta che puntiamo un telescopio verso il cielo.

Ma anche le migliori simulazioni hanno dei bug. Alcuni teorici indicano la stranezza della meccanica quantistica come il "glitch" definitivo. Il fatto che le particelle non abbiano una posizione definita finché non vengono osservate — l'Effetto dell'Osservatore — sembra sospettosamente simile a un computer che renderizza un oggetto solo quando un giocatore entra nella stanza. Perché sprecare energia calcolando la posizione di ogni particella subatomica nel cuore di una stella se non c'è nessuno a verificarne i risultati? L'universo diventa "reale" solo quando lo guardiamo, un trucco che farebbe risparmiare a una simulazione una quantità inimmaginabile di energia.

Il costo della teoria della 'Sim'

Il compromesso filosofico nel credere in una simulazione è notevole. Se accettiamo l'infodinamica di Vopson come prova, dobbiamo fare i conti con il fatto che la nostra realtà è derivata. Siamo un sottoprocesso. Ciò porta al famoso trilemma di Nick Bostrom: o tutte le civiltà si estinguono prima di poter costruire simulazioni, o scelgono di non eseguirle, o quasi certamente viviamo in una di esse. Se anche solo una civiltà ottenesse alla fine il potere di eseguire una "simulazione ancestrale ad alta fedeltà", probabilmente ne eseguirebbe migliaia. Statisticamente, ciò significherebbe che esiste un solo mondo "reale" e milioni di quelli falsi. Le probabilità che noi siamo in quello reale sarebbero di milioni contro una.

Tuttavia, la matematica della UBC Okanagan offre un barlume di speranza per coloro che trovano deprimente l'idea della simulazione. La loro prova si basa sul concetto di "complessità quantistica", che suggerisce che la natura sia molto più intricata di quanto qualsiasi approssimazione digitale potrà mai essere. C'è una ricchezza nel mondo fisico — una profondità caotica e incomprimibile — che nessuna quantità di codice può imitare. Secondo i loro calcoli, l'universo non è ottimizzato; è in realtà incredibilmente e meravigliosamente inefficiente su scala quantistica.

Ci ritroviamo con due versioni contrastanti della realtà. Una è un programma elegante e ottimizzato in cui anche il tuo DNA espelle bit in eccesso per rimanere snello. L'altra è una centrale fisica così complessa da sfidare ogni tentativo di essere simulata. Vopson è attualmente alla ricerca della "pistola fumante": un esperimento che comporterebbe la cancellazione di informazioni da una particella per vedere se perde massa. Se l'informazione ha una massa, come egli prevede, la teoria della simulazione si sposta dal regno della filosofia a quello del laboratorio. Fino ad allora, restiamo a fissare i pixel, chiedendoci se arrivino fino in fondo.