Por algumas estimativas, o universo conhecido pode conter até 2 trilhões de galáxias, com uma taxa média de aproximadamente 100 milhões de estrelas e um número incontável de planetas em cada uma delas. Mas poderia haver várias cópias do universo como nós conhecemos?

O conceito de um multiverso - mundos que invisivelmente convivem ao nosso lado, talvez representando versões da realidade que são quase idênticos aos nossos próprios - é uma ideia difundida na ficção científica e que tem intrigada gerações de físicos, bem como criadores de fãs de ficção científica.

Embora os cientistas ainda precisem encontrar evidências de que existem multiversos, há uma série de hipóteses que usam as leis da física para explorar a possibilidade de universos múltiplos, às vezes desafiando a nossa compreensão da própria realidade no processo, disse Erin Macdonald, astrofísica e auto proclamada "uma grande lerda da sci-fi", durante um painel no sábado (17 de junho) no Future Con, um festival que destacou a intersecção entre a ciência, a tecnologia e ficção científica em Washington, DC.

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Existe o nosso universo dentro do tecido do espaço-tempo - o espaço 3D combinado com o tempo, para criar um continuum 4D, explicou Macdonald, que agora é uma educadora da ciência no Museu Denver for Nature e Science. Mas os cientistas não podem dizer com certeza com o que o espaço-tempo se parece, o que significa que pode-se haver inúmeros universos que são invisíveis para nós, disse ela.

A versão mais simples do conceito de multiverso é o chamado universo espelho, em que um único universo alternativo está paralelo ao nosso, mas é também o seu oposto - como o episódio "Mirror, Mirror" da série original de televisão "Star Trek", em que um grupo de desembarque erroneamente viaja até uma versão diferente da Enterprise, ocupado por versões mais brutais de seus colegas de tripulação familiares.

Outra perspectiva sobre o multiuniverso é o universo brana , que descreve a nossa universo como uma membrana de uma vasta pilha, possivelmente infinito de universos de membrana, mas sem conexão ou meios para comunicar entre eles, o referido Macdonald.

Erin Macdonald no painel da Future Con intitulado "Teoria paralela e Multi-Universo em Sci-Fi". 

Crédito: M. Weisberger / Ciência Viva

Universos múltiplos podem também existir dentro de bolhas de espaço-tempo, um conceito explorado no vídeo game "BioShock Infinite". Por este cálculo, os habitantes de dois universos poderiam, teoricamente, interagir em suas "bolhas" conectando-se diretamente entre si, de acordo com Macdonald.

Universos quânticos aparecem mais comumente em sci-fi, disse Macdonald. Essa ideia sugere que cada decisão que uma pessoa faz gera uma nova linha do tempo, criando um universo novo e independente que segue um caminho diferente. Escritores de ficção científica que criam histórias de viagem no tempo com frequência invocam as regras de universos quânticos para explicar como os personagens podem viajar para o passado e não apagarem sua própria existência - cada escolha sua faz nascer novos universos inteiramente, deixando o seu universo de origem intacto.

Mas talvez a premissa mais perturbadora de tudo isso é se o universo que percebemos como real for, na verdade, uma simulação de algum tipo, como no filme "The Matrix".

"Você quer saber se você fosse uma simulação e não tivesse controle algum? Poderíamos testar se estivéssemos em uma simulação e fôssemos todos apenas códigos?" Macdonald perguntou à platéia. Por agora, muitas perguntas permanecem sem resposta - sobre universos múltiplos e a realidade do nosso próprio, disse ela.

"Nenhum deles pode ser testados - mas eles são divertidos para pensar", disse Macdonald.

Artigo original no LiveScience.

Um estudo em conjunto com canadenses, ingleses e italianos forneceram o que os pesquisadores acreditam ser a primeira evidência observacional de que o nosso universo poderia ser um vasto e complexo holograma.

Físicos e astrofísicos teóricos, investigando irregularidades na radiação cósmica de fundo (o "remanescente" do Big Bang), descobriram que há provas substanciais uma explicação holográfica do universo - apesar de haver uma explicação tradicional dessas irregularidades usando a teoria da inflação cósmica.

Os pesquisadores, da Universidade de Southampton (Reino Unido), Universidade de Waterloo (Canadá), do Instituto Perimeter (Canadá), INFN, Lecce (Itália) e da Universidade de Salento (Itália), publicaram conclusões na revista Physical Review Letters.

Um universo holográfico, uma ideia sugerida pela primeira vez na década de 1990, é aquele em que todas as informações que compõe a nossa "realidade" 3-D (mais o tempo) está contida em uma superfície 2-D em suas fronteiras. 

Professor de Ciências Matemáticas Kostas Skenderis, da Universidade de Southampton, explica: "Imagine que tudo o que você ver, sentir e ouvir em três dimensões (e sua percepção do tempo) de fato emana de um campo bidimensional plano. A ideia é semelhante a isso. De hologramas comuns onde uma imagem tridimensional é codificada em uma superfície bi-dimensional, com em um holograma de cartão de crédito. No nosso caso, todo o universo é codificado."

Apesar de não ser um exemplo com propriedades holográficas, isto poderia ser imaginado como se estivéssemos assistindo um filme 3-D em um cinema. Vemos as imagens como tendo altura, largura e crucialmente, profundidade, quando na verdade tudo se origina a partir de uma tela plana 2-D. A diferença, em nosso universo 3-D, é que podemos tocar em objetos e a "projeção"da nossa perspectiva é "real".

Nas últimas décadas, os avanços nos telescópios e equipamentos de detecção permitiram aos cientistas detectar uma vasta quantidade de dados escondidos no "ruído branco" ou microondas (em parte responsáveis pelos pontos pretos e brancos aleatórios que você vê nos televisores antigos) que sobraram a partir do momento em que o universo foi criado. Usando essas informações, a equipe foi capaz de fazer comparações complexas entre as redes de recursos nos dados e teoria quântica de campos. Eles descobriram que algumas das teorias quânticas de campos mais simples poderia explicar quase todas as observações cosmológicas do início do universo.

O Professor Skenderis comentou: "A holografia é um enorme salto na maneira como pensamos sobre a estrutura e criação do universo. A teoria da relatividade geral de Einstein explica quase tudo em grande escala no universo, mas começa a falhar quando examina suas origens e mecanismos em nível quântico. Os cientistas têm trabalhado durante décadas para combinar a teoria da gravidade de Eintein e a teoria quântica. Alguns acreditam que o conceito de um universo holográfico tem o potencial para conciliar os dois. Espero que a nossa pesquisa nos ajudar a dar mais um passo nesse sentido"

Os cientistas agora esperam que seu estudo abra uma porta para promover nossa compreensão do universo primitivo e explique como o espaço e o  tempo surgiram.

Phys

Mais informações:

Niayesh Afshordi et al. From Planck Data to Planck Era: Observational Tests of Holographic Cosmology, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.041301 

Se alguma coisa pode resumir o quão pouco nós realmente sabemos sobre o universo, são os buracos negros. Nós não podemos vê-los, porque nem mesmo a luz pode escapar de sua atração gravitacional, não temos ideia do que é feito, e pra onde vai tudo que passa para dentro dele. ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Os físicos não podem sequer concordar sobre se os buracos negros são enormes, gigantes tridimensionais, ou apenas superfícies bidimensionais que são projetadas em 3D apenas como um holograma.

Mas um novo estudo feito apenas para o caso de buracos negros holográficos ainda mais fortes, com um novo cálculo da entropia - ou desordem - no interior, apoiam a possibilidade de estes gigantes enigmáticos do Universo serem nada mais que uma ilusão de ótica.

Primeiro, vamos falar sobre a hipótese da holografia. Proposta pela primeira vez pelo físico Leonard Susskind na década de 1990, que prevê que, matematicamente falando, o Universo precisa de apenas duas dimensões - não três - para que as leis da física e da gravidade funcionem como deveriam.

Para nós, porém, tudo o que aparece como uma imagem tridimensional na verdade são dois processos dimensionais projetadas em um enorme horizonte cósmico.

Isso pode parecer loucura, mas poderia realmente resolver algumas grandes contradições entre a teoria da relatividade e mecânica Quântica de Einstein como o paradoxo da informação que diz que "nada pode escapar de um buraco negro, mas a matéria nunca pode ser completamente destruída".

E, como Fiona MacDonald explicou para nós no ano passado, os físicos têm tido grande sucesso em combinar os resultados de fenômenos gravitacionais ao comportamento das partículas quânticas usando apenas duas dimensões espaciais: "Desde 1997, mais de 10.000 artigos têm sido publicados apoiando a ideia. "

Deixando todo o Universo de lado por agora, vamos aplicar esse pensamento para um buraco negro.

Os físicos têm sugerido a razão pelo qual não consigo descobrir o que acontece com o material, uma vez que cai sobre a borda - ou horizonte de eventos - e em um buraco negro, é porque não há "interior". Em vez disso, tudo o que passa pela borda fica preso nas flutuações gravitacionais na superfície. 

Uma equipe liderada pela física Daniele Pranzetti do Instituto Max Planck de Física Teórica na Alemanha veio com uma nova estimativa para a quantidade de entropia presente em um buraco negro, e seus cálculos suportam este cenário.

"Fomos capazes de usar um modelo mais completo e mais rico em comparação com o que [foi] feito no passado... e obtevemos um resultado muito mais realista e robusto", disse Pranzetti. "Isso nos permitiu resolver várias ambiguidades matemáticas anteriores."

Os pesquisadores estavam centrando-se sobre a entropia - uma propriedade física que codifica quão ordenado, ou desordenada, algo está. Stephen Hawking sugeriu no passado que a entropia de um buraco negro deve ser proporcional à sua área, mas não o seu volume, e essa ideia é o que estimulou os primeiros pensamentos sobre a possibilidade de buracos negros holográficos.

"Embora haja algum consenso na comunidade científica de que os buracos negros devem ter entropia ou a sua existência seria violada a segunda lei da termodinâmica, nenhum acordo foi feito sobre a origem desta entropia, ou a forma de calcular o seu valor", explica Joanne Kennel para o explorador Science. 

Em uma nova maneira de pensar sobre este problema, Pranzetti e seus colegas usaram uma abordagem teórica chamada de Gravitação Quântica em Loop (LQG) para explicar um conceito conhecido como gravidade quântica.

Em física teórica, a gravidade quântica procura descrever a força da gravidade de acordo com os princípios da mecânica quântica, e prevê que o tecido do espaço-tempo é composto de minúsculos grãos conhecidos como quanta - os "átomos" de espaço-tempo. 

Coleções destes quanta são conhecidos como condensados, e a equipe descobriu que, assim como um jarro cheio de átomos que compõem as moléculas de água, um buraco negro feito de condensados ​​teria as mesmas propriedades, e seu comportamento e impactos gravitacionais coletivos poderia ser determinado estudando as propriedades de apenas um.

Isto significa que o fato de não podermos realmente ver ou medir o que está além do horizonte de eventos de um buraco negro - e, portanto, sua entropia - realmente não importa, se as propriedades coletivas de todos os seus "átomos" podem ser medidas apenas uma vez.

"Apenas fluidos na nossa escala aparecem como materiais contínuos apesar da sua constituição de um grande número de átomos, de forma semelhante, na gravidade quântica, os átomos constituintes fundamentais do espaço formam um tipo de fluido, que é contínuo espaço-tempo," explica a equipe em um comunicado de imprensa. "A geometria contínua e homogênea (como a de um buraco negro esfericamente simétrico) pode ser descrita como um condensado."

Então, o que isso significa para a nossa hipótese de holograma?

Agora é minha hora preferida, a analogia: Bem, pense em um buraco negro como uma cesta de basquete tridimensional - o anel é o horizonte de eventos, e a rede é o buraco em que toda a matéria cai e desaparece. Empurre a rede para dentro do anel de modo que forme um plano bidimensional, e depois imagine que tudo o que é de metal e corda é feito de água. Agora tudo que você medir no anel pode ser aplicado para o restante da net. 

Com isto em mente, Pranzetti e sua equipe têm agora um modelo concreto para mostrar que a natureza 3D de buracos negros poderia ser apenas uma ilusão - todas as informações de um buraco negro, teoricamente, podem ser contidos em uma superfície bidimensional, sem necessidade para um 'buraco' real ou no interior. "Daí a ligação entre entropia e a área de superfície, e não no volume", diz The Daily Galaxy.

Seu modelo foi descrito em um artigo no Physical Review Letters, e enquanto ele for limítrofe, é impossível provar definitivamente que os buracos negros são na verdade de duas dimensões, mas os físicos teóricos vão tentar de qualquer maneira. Este estudo pode ser apenas o próximo grande passo para conseguir essa proeza científica, e, se comprovada, essa louca hipótese vai parar nos nossos livros de ciências e dá um nó (ou encantar) a mente de muitas pessoas. 

Via Science Alert

Será que eles duplicam ou destroem? A mecânica quântica diz: nenhum dos dois (Image: Visuals Unlimited, Inc. / Victor HABBICK / Getty)

É mais um tiro nas guerras dos buracos negros. A borda de um buraco negro poderia ser uma parede de tijolos, contra os quais informações sobre a matéria saltam de volta como uma bola de tênis, disse ganhador do Nobel Gerard 't Hooft

A ideia surgiu quando 't Hooft respondia a um anúncio de Stephen Hawking de uma nova solução para o paradoxo das informações - um problema que tem atormentado os cientistas há 40 anos.

O paradoxo é o seguinte: se qualquer objeto, seja um iPhone ou um elefante, se aventurar em um buraco negro, ele permanecerá lá. Do lado de fora, nós nunca seremos capazes de aprender sobre qualquer uma de suas características, as informações sobre ele desaparecem por trás da cortina preta.

Mas em 1974, Hawking descobriu que um esquisitice quântica em suas bordas provoca buracos negros a vazam radiação na forma de fótons. Esta radiação, apelidada de radiação Hawking, faz buracos negros lentamente perderem massa e evaporarem.

Eventualmente, eles se esvaem completamente da existência, apagando todos os detalhes que viviam no interior. Mas a mecânica quântica diz que a informação não pode ser criada nem destruída, por isso, a informação tem de ir para algum lugar.  Mas onde?

"A resposta é que a matéria  que vai para o buraco tem um efeito de saída sobre partículas Hawking", diz 't Hooft. "Hawking não acredita a princípio, mas aos poucos ele está revendo essa opinião."

A Nova reivindicação de Hawking é que se, digamos, um elefante passa sobre a borda de um buraco negro, as informações do elefante permanecem na borda como uma marca holográfica.

 Quando o radiação Hawking escoa para fora, ela carrega essa marca com ela. Mas as perguntas permanecem: como é que a matéria em queda faz esta "marca"? E como é que isso marca tatua em si mesma na radiação que sai?"O trabalho de Hawking gerou muita discussão", diz 't Hooft. Isso o fez rever uma ideia que ele tinha proposto pela primeira vez em 1987. "Eu percebi que eu posso fazer um cálculo melhor", disse ele.

A ideia de 't Hooft diz que a gravidade responde a duas perguntas. Se um elefante começa a deslizar ao longo da borda, acontecem alterações do campo gravitacional do animal. Quando a radiação Hawking de saída passa pelo campo gravitacional, o seu caminho é alterado e pode transmitir informações sobre paquiderme condenada.

Informações sobre ele, como sua massa, em seguida, saltam para o espaço, apesar de o próprio animal não ter a mesma sorte.

"Mesmo que nós descrevemos os modos da matéria em queda que 'se recuperam contra o horizonte', estes saltos só se referem às informações que nossas partículas estão carregando, enquanto as partículas continuarão seu caminho de queda para dentro, " escreveu 't Hooft no artigo.

As ideias de Hawking e 't Hooft têm um problema semelhante: a sobrecarga de informações. Suas soluções podem realmente fazer uma segunda cópia da informação, criando a informação em vez de destruí-la.

Se o pobre elefante vai para o buraco negro, todas as suas características irão com ele. Mas essa informação também paira no horizonte, no caso de Hawking, ou salta para fora, no caso de 't Hooft.

"A mecânica quântica proíbe tal duplicação", diz Steven Giddings, da Universidade da Califórnia, Santa Barbara. Também não está claro como a transferência de informação gravitacional engrena-se com a mecânica quântica. "O diabo está nos detalhes", diz Giddings.

A batalha sobre buracos negros está longe de terminar. Vamos ter de esperar por mais, em um estado de subcarga de informações, para ver o que realmente acontece na borda de um buraco negro.

Buracos Negros são conhecidos por ter muitas propriedades estranhas, uma vez que eles permitem que nada nem mesmo a luz, possa escapar depois de cair dentro dele. Uma propriedade menos conhecida, mas igualmente bizarra é que os buracos negros parecem "saber" o que acontece no futuro. No entanto, essa estranha propriedade decorre da maneira em que os buracos negros são definidos, o que tem motivado alguns físicos a explorar em definições alternativas.

Em um novo artigo publicado na Physical Review Letters, Raphael Bousso, professor da Universidade da Califórnia, Berkeley e Lawrence Berkeley National Laboratory e Netta Engelhardt, um estudante de graduação na Universidade da Califórnia, Santa Barbara, relataram uma nova área em geral da lei da relatividade que baseia-se numa interpretação de buracos negros como objetos geométricos curvos, chamados "telas holográficas".

"A então chamada teleologia do horizonte de eventos do buraco negro é um artefato da maneira em que os físicos definem um horizonte de eventos: o horizonte de eventos é definido em relação ao tempo decorrido no futuro infinito, então por definição isso é 'saber' sobre o destino de todo o universo," disse Engelhardt. " Na Relatividade Geral, o horizonte de eventos do buraco negro não pode ser observado por qualquer observador físico em tempo finito, e não há um sentido no qual o buraco negro como uma entidade, saber sobre o futuro infinito. É simplesmente uma maneira conveniente de descrever buracos negros".

Como explicou Engelhardt, uma das razões por as telas holográficas serem tão interessantes é que elas são definidas de uma forma que depende de propriedades locais e não requer informações sobre o futuro infinito.

"Esta é uma propriedade que faz com que objetos como telas holográficas serem tão atraentes: elas não sofrem com tais propriedades bizarras da forma em que eles são definidos,"  disse ela.

Em um estudo, os físicos relatam uma nova lei da área que diz em qual direção a área de uma tela holográfica aumenta, que depende se a tela é uma "tela holográfica futura" ou uma "tela holográfica passada." Como explicam os cientistas, estes dois tipos de telas correspondem aos tipos diferentes de campos gravitacionais.

"Telas holográficas são de certa forma um limite de local para regiões de campos gravitacionais fortes", disse Engelhardt. "Telas holográficas futuras correspondem aos campos gravitacionais que puxam matéria em conjunto (por exemplo, buracos negros, big crunch), telas holográficas passadas correspondem às regiões que espalharam a matéria para fora (por exemplo, big bang, buraco brancos)."

A nova lei de área afirma que a área de uma tela holográfica futura fica sempre aumentando em uma direção, enquanto a área de um tela holográfica passada está sempre aumentando em uma segunda direção (diferente). Esta lei tem algumas interpretações intrigantes quando vista do ponto de vista termodinâmico e usando a ideia de que o espaço-tempo é um holograma. De acordo com o princípio holográfico, a quantidade de informações ou de entropia em uma determinada área está relacionada com a área de superfície. Então para interpretar a área como um limite sobre a entropia, a lei de área pode revelar a direção do tempo termodinâmico (que, como informam os cientistas, não é o mesmo que tempo matemático).

Como a área de futuro e telas holográficas passadas aumenta em direções diferentes, a direção do tempo é diferente para os dois tipos de telas. Nas telas do passado, o tempo avança. Universos em expansão, como o nosso, envolvem telas holográficas passadas, e por isso, naturalmente percebem o tempo termodinâmico como correndo para a frente. Em contraste, o tempo corre para trás em futuras telas holográficas. Em certo sentido, esta interpretação tem o resultado ímpar: o tempo corre para trás dentro em buracos negros e universos em colapso.

Os cientistas também observam em seu estudo que esta é a primeira nova lei de área amplamente aplicável em relatividade geral desde 1971, quando Stephen Hawking mostrou que o horizonte de eventos do buraco negro (e, portanto, sua área de superfície total) nunca fica menor. Mais tarde, no entanto, Hawking mostrou que, na presença de efeitos quânticos, buracos negros emitem radiação. Esta emissão faz com que no horizonte de eventos de um buraco negro, a área de superfície e em massa diminuia ao longo do tempo, de modo que o buraco negro se evapore. Na ausência de efeitos quânticos, no entanto, a lei área Hawking ainda se mantém.

Esta é também uma área de pesquisa futura para Bousso e Engelhardt investigarem como a nova lei de área pode realizar-se na presença de efeitos quânticos.

"Nossa lei de área detêm-se na ausência de efeitos quânticos, e nós esperamos que no futuro provar uma lei de área mais generalizada, que vai realizar-se mais geralmente na presença de certos efeitos quânticos", disse Engelhardt.

Traduzido e adaptado de Phys

Interstellar estava certo. Se você cair em um buraco negro, isso não será o seu fim, afirmou o professor Stephen Hawking.

Embora os físicos tenham assumido que toda a matéria deve ser destruída pelas enormes forças gravitacionais de um buraco negro, Hawking disse em um pronunciamento na Suécia que há uma possibilidade de escapar e até viajar para outra dimensão.

A teoria resolve o "paradoxo da informação" que tem intrigado cientistas há décadas. Embora a mecânica quântica diz que nada pode ser destruído, a relatividade geral diz que deve ser.

No entanto, sob a nova teoria de Hawking, tudo o que é sugado para um buraco negro é efetivamente preso no horizonte de eventos - a esfera em torno do buraco de onde se pensava que nada pudesse escapar.

E ele afirma que qualquer coisa que cair em um BN poderia reemergir em nosso universo, ou um paralelo, por meio de radiação Hawking - prótons que conseguem escapar do buraco negro por causa de flutuações quânticas.

"Se você sente que você está em um buraco negro, não desista, há uma maneira de sair", disse Hawking em uma audiência realizada no Royal Institute of Technology KTH em Estocolmo

No filme Interstellar, Cooper, interpretado por Matthew McConaughey, mergulha no buraco negro Gargantua. Como o nave de Cooper se quebra na força, ele evacua e acaba em um Tesseract - um cubo de quatro dimensões. Ele finalmente consegue sair do buraco negro.

O buraco negro Gargantua do filme Interstellar

Os buracos negros são estrelas que entraram em colapso sob sua própria gravidade, produzindo forças extremas que nem a luz pode escapar.

Mas Hawking afirma que a informação nunca desaparece dentro do buraco negro a princípio, em vez disso, ela é 'traduzida' em uma espécie de holograma que fica no horizonte de eventos.

"Proponho que a informação não é armazenada no interior do buraco negro como se poderia esperar, mas na sua fronteira, o horizonte de eventos", disse Hawking.

"A idéia é que as super traduções são um holograma das partículas", disse ele. "Assim, eles contêm todas as informações que de outra forma seriam perdidas."

Hawking também acredita que a radiação que deixa o buraco negro pode pegar algumas das informações armazenadas no horizonte de eventos e levá-la de volta para fora. No entanto, é pouco provável que seja no mesmo estado em que entrou.

"A informação sobre as partículas é devolvida, mas de uma forma caótica e inútil", disse ele. "Este é o paradoxo informações. Para todos os efeitos práticos, a informação é perdida."

"A mensagem desta palestra é que os buracos negros não são tão negros assim. Eles não são as prisões eternas na qual se pensava que fossem. As coisas tanto podem chegar do outro lado como, possivelmente, sair em outro universo."

Agora, espera-se que Hawking e seus colegas publiquem um artigo sobre o trabalho no próximo mês.

Traduzido e adaptado de Telegraph

A noção de que a humanidade pode estar vivendo em uma realidade artificial - um universo simulado - parecia uma ideia imatura, na melhor das hipóteses, ficção científica. 

Mas, em uma entrevista com cientistas e filósofos no programa "Closer to Truth", percebeu-se que a noção de que tudo o que os seres humanos vêem e sabem é um jogo de computador gigantesco, uma criação de hackers existentes em outro lugar. Não é uma piada. 

David Brin, escritor de ficção científica e do cientista espacial, relata a parábola de um imperador chinês sonhando que era uma borboleta, e esta, sonhando que era um imperador. Em versões contemporâneas, disse Brin, no ano de 2050, as pessoas estarão vivendo em uma simulação de computador da vida no início do século 21 - ou daqui a bilhões de anos, onde as pessoas estarão em uma simulação de planetas primitivos.

Nick Bostrom, filósofo e diretor do Future of Humanity Institute na Universidade de Oxford, descreve um universo fake como uma "simulação de software ricamente detalhado de pessoas, incluindo os seus antecessores históricos, criado por uma civilização tecnologicamente muito avançada."

É como o filme "The Matrix", disse Bostrom, exceto que "em vez de ter cérebros encubados que são alimentados por informações sensoriais a partir de um simulador, os cérebros em si também seria parte da simulação. Seria um grande programa de computador que simula tudo, incluindo os cérebros humanos, com neurônios e sinapses. "

Bostrum não está dizendo que a humanidade está vivendo de tal simulação. Ao invés disso, seu "argumento Simulação" procura mostrar que um dos três cenários possíveis podem ser verdadeiros (assumindo que há outras civilizações inteligentes):

Seu ponto de vista é que todas as civilizações cósmicas ou desaparecem (por exemplo, destruindo-se) antes de se tornar tecnologicamente capazes, ou elas decidem não gerar simulações do mundo inteiro (por exemplo, decidirem que tais criações fogem da ética, ou podem gerar tédio nas pessoas). A palavra de ordem é "tudo" - porque se mesmo uma civilização em qualquer lugar no cosmos pode gerar tais simulações, então mundos simulados podem multiplicar rapidamente e quase certamente a humanidade seria em um desses.

Como a tecnologia visionária, disse Ray Kurzweil, "talvez todo o nosso universo é um experimento científico de algum estudante da escola secundária em outro universo." (Dada a forma como as coisas estão indo, brinca ele, certamente ele não vai conseguir uma boa nota).

A visão de mundo de Kurzweil é baseada nas implicações profundas do que acontece ao longo do tempo, quando o poder computacional crescer exponencialmente. Para Kurzweil, uma simulação precisa não é significativamente e diferente da realidade real. Corroborando a evidência de que este universo é executado em um computador, diz ele, "as leis físicas serão conjuntos de processos computacionais" e "a informação está em constante mutação, sendo manipulada, rodando em algum substrato computacional." E isso significaria, concluiu ele, que "o universo é um computador." Kurzweil disse que se considera um "padrão de informação." 

Quais são os blocos de construção básicos do cosmos? Átomos, partículas, energia e massa? A Mecânica quântica, Forças, campos? Espaço e espaço-tempo? Pequenas cordas com muitas dimensões?

Segundo um novo estudo, surge um novo candidato: a a "informação" que, segundo os cientistas é a base da realidade. 

O falecido físico John Archibald Wheeler caracterizava a ideia como "It do bit" — "it" referindo-se a todas as coisas do universo e "bit" significa informação. "It do bit" seria algo como "O universo feito de informação"

Não é nenhuma novidade que a informação está mudando a sociedade. O que há de novo é que a informação está mudando a ciência. Então, a pergunta  é como compreender essas "informações", um termo comum cujo sentido técnico científico pode ser prejudicial.

A informação tem vários significados: fatos ou conhecimentos (coisas que se pode aprender); uma medida da diferença ou surpresa (quanto aprender); um dos dois estados opostos (ligar-desligar, sim-não, 0-1 ); a descrição matemática de um sistema de comunicação; o conteúdo de computação; Estados de entrelaçamento quântico (permitindo o vasto poder de computação); e poder de explicar e, possivelmente, para causar.

Então aqui vai uma pergunta profunda:  A informação é o constituinte final na qual o cosmos foi construído? (Iniciei como um cético). Informações como realidade parece tão estranhas, tão na moda — uma metáfora em esteróides.

Eis aqui uma pergunta emoldurada pelo físico Paul Davies, diretor de BEYOND: O centro de conceitos fundamentais em ciência na Arizona State University: "Historicamente, a questão tem estado na base da cadeia explicativa, e a informação tem sido uma espécie de derivada secundária dela, disse Davies. Agora, acrescentou, "há um interesse crescente entre pelo menos um pequeno grupo de físicos para virar isto de cabeça para baixo e dizer, talvez no fundo do poço, que o Universo é feito de informações e processado por informações, e a questão emerge como um conceito secundário."

O universo escrito em binário

Seth Lloyd, um professor do MIT especializando em informação quântica, defende esta ideia comparando o universo com um computador, "um sistema físico que rompe a informação em pedaços e inverte os bits de forma sistemática."

Ele explicou que os elétrons têm spins, que são descritos pelas leis da mecânica quântica. Elétrons podem assumir apenas dois valores distinguíveis: girando para cima ou girando para baixo — os mesmos caracteres binários como bits de computador. Então, no fundo do poço, Lloyd disse, o Universo é composto de informações; cada partícula elementar carrega informações.

"Então, o que é o universo?" Lloyd pergunta. "O universo é um sistema físico que contém e processa informações de forma sistemática e que pode fazer tudo que um computador pode fazer."

Para Lloyd, a informação não é apenas uma maneira de apreciar ou aproximar da resposta de como o universo funciona, mas a maneira literal, mais fundamental  de como ele realmente funciona. Ele vê o Universo não é como um computador em uma metáfora explicativa; Isso realmente é um computador como um fato científico. Como tal, ele afirma que todas as alterações no Universo são como "cálculos".

A alegação é monumental.

Para Raphael Bousso, um teórico das cordas da Universidade da Califórnia, em Berkeley, a informação não é apenas uma ferramenta de medida - é um componente principal do que está acontecendo no mundo. A Informação, disse Bousso, não é "a modelagem do sistema" - ela é o sistema. A realidade não vai funcionar, ressaltou ele, a menos que a informação seja, em certo sentida, verdadeira.

Pense em uma onda do mar batendo na margem, disse Lloyd. "Todas as moléculas de água — por sua configuração, por sua rotação, por sua posição em relação a outras moléculas de água — carregam com elas bits de informação," explicou Lloyd. "E entã,  sempre que quaisquer duas moléculas de água se chocam, elas mudam, processando os bits de informação." Imagine que cada molécula de água essencialmente esteja dizendo a outras moléculas de água o que fazer, combinando inúmeras moléculas e interagindo com as outras, e você tem uma onda, ele disse.

Enquanto não há acordo geral que a informação desempenha um papel em tudo o que acontece no cosmos, é ainda uma opinião minoritária, que é mais fundamental do que física.

Alegações extraordinárias exigem evidências extraordinárias

Para Alan Guth, um dos fundadores da cosmologia contemporânea e um físico teórico e cosmólogo do MIT, a noção de informação como fundamental não é convincente — pelo menos não ainda.

"Não vejo justificativa para a afirmação," disse Guth, "embora talvez poderíamos ser convencidos no futuro. A menos que os bits estejam fazendo algo diferente das leis da física, não vejo que há uma questão fundamental aqui. Se duas coisas são equivalentes, acho que não há nenhuma forma válida para falar sobre o que é mais fundamental, e vejo os dois como equivalente. "

Eu gosto de abordagem equilibrada de Guth que descreve a matéria, energia e informação como quase idênticos. Isso é em parte porque ele pode explicar a possibilidade de que nosso universo poderia ser uma simulação, executado em um computador cósmico, ele me disse.

Se a informação é primária e o Universo é, fundamentalmente, um computador, então deve ser possível, pelo menos teoricamente viável, em princípio,  simular o mundo inteiro em supercomputadores futuros. Portanto, nós não poderíamos agora rejeitar a possibilidade que nosso universo é uma simulação.

Há uma outra consequência. Um universo simulado, totalmente formado como a nosso, confirmaria o reducionismo — a ideia de que tudo, incluindo a consciência, poderia ser explicada pela física, até mesmo por eventos digitas. (Pessoalmente, acho que este resultado é improvável — não vejo a consciência, experiências interiores, sendo totalmente explicadas em termos de física fundamental — deixarei essa questão para um futuro discurso.)

Poderiam estas teorias darem lugar a informações — no entanto abstratas e até mesmo bizarras —  serem testadas? Mesmo se o universo fosse uma simulação, simulações nunca são perfeitas, então talvez seja possível detectar, em níveis extremos de precisão, imprecisão, falhas ou até mesmo erros nas medições físicas, tais como desvios em constantes de núcleo (por exemplo, a velocidade da luz).

Se as informações foram fundamentais, não deve haver maneiras de usar as informações para melhorar o modelo padrão da física fundamental, que, apesar de altamente bem sucedidas, tem vários parâmetros livres até agora sem demonstração e coerência subjacente. Outros testes possíveis de informações como fundamental pode incluir a confirmação da teoria de que o universo é um holograma (uma imagem 3D projetada a partir de uma fonte 2D) e que o espaço não é suave e contínuo, mas como uma grade e discreto (como informação).

Portanto, a questão é real:  na grande cadeia de existência, a informação é um alicerce?

Traduzido e adaptado de space

À primeira vista, não há a menor dúvida: para nós, o universo parece tridimensional. Mas uma das teorias mais fecundas da física teórica nas últimas duas décadas é um desafio esta suposição. O "Princípio Holográfico" afirma que uma descrição matemática do universo na verdade requer uma dimensão a menos do que parece. O que percebemos como tridimensional podem ser apenas a imagem de processos bidimensionais em um enorme horizonte cósmico.

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Até agora, este princípio só tem sido estudado em espaços exóticos com curvatura negativa. Isto é interessante do ponto de vista teórico, mas tais espaços são bastante diferentes do espaço em nosso próprio universo. Os resultados obtidos por cientistas do TU Wien (Viena) sugerem que o princípio holográfico ainda detém em um espaço-tempo plano.

O princípio holográfico

Todos sabemos o que são hologramas de cartões de crédito ou notas. Eles estão duas dimensões, mas para nós, eles aparecem tridimensionais. Nosso universo poderia comportar-se muito da mesma forma: "Em 1997, o físico Juan Maldacena propôs a ideia de que há uma correspondência entre as teorias gravitacionais em espaços curvos anti-de Sitter por um lado, e teorias quânticas de campos em espaços com um dimensão a menos do outro", diz Daniel Grumiller (TU Wien).

Fenômenos gravitacionais são descritos em uma teoria com três dimensões espaciais, o comportamento das partículas quânticas é calculado em uma teoria com apenas duas dimensões espaciais - e os resultados de ambos os cálculos podem ser mapeados entre um e outro. Essa correspondência é bastante surpreendente. É como descobrir que as equações de um livro de astronomia também podem ser usadas para reparar um CD-player. Mas este método tem provado ser muito bem sucedido. Mais de dez mil artigos científicos sobre "Correspondências-Anúncios-CFT" do Maldacena foram publicados até à data.

Correspondência, mesmo em espaços planos

Para a física teórica, isto é extremamente importante, mas não parece ter muito a ver com o nosso próprio universo. Aparentemente, nós não vivemos em tal um espaço anti-de sitter. Estes espaços têm propriedades bastante peculiares. Eles são negativamente  curvos, qualquer objeto jogado para fora em linha reta irá eventualmente retornar. "Nosso universo, em contraste, é bastante plano - e nas distâncias astronômicas, tem curvatura positiva", disse Daniel Grumiller.

No entanto, Grumiller tem suspeitado há algum tempo que um princípio da correspondência pode também ser verdadeiro para nosso universo real. Para testar esta hipótese, teorias gravitacionais tem que serem construídas, e não podem necessitar de espaços de anti-de sitter exóticos, mas sim de um espaço plano. Há três anos, ele e sua equipe na TU Wien (Viena) tem trabalhado nisso, em cooperação com a Universidade de Edimburgo, Harvard, Pune IISER, o MIT e a Universidade de Kyoto. Agora Grumiller e colegas da Índia e Japão já publicaram um artigo na revista Physical Review Letters, confirmando a validade do princípio da correspondência em um universo plano.

Calculado duas vezes, mesmo resultado

"Se a gravidade quântica em um espaço plano permite uma descrição holográfica de uma teoria quântica padrão e, em seguida, por grandezas físicas, que podem ser calculadas em teorias -  os resultados devem concordar", diz Grumiller. Especialmente, uma característica fundamental da mecânica quântica - entrelaçamento quântico - tem de aparecer na teoria gravitacional.

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Quando as partículas quânticas são emaranhadas, eles não podem ser descritas individualmente. Eles formam um objeto quântico único, mesmo que se encontram distantes. Há uma medida para a quantidade de emaranhamento em um sistema quântico, chamado "entropia do entrelaçamento". Arjun Bagchi, Rudranil Basu e Max Riegler, Daniel Grumiller conseguiram mostrar que esta entropia de entrelaçamento toma o mesmo valor, na gravidade quântica plana e em uma teoria quântica de campos de baixa dimensão.

"Este cálculo afirma nossa suposição de que o princípio holográfico também pode ser realizado em espaços planos. É a evidência para a validade desta correspondência em nosso universo", diz Max Riegler (TU Wien). "O fato de que podemos mesmo falar sobre informação quântica e entropia de entrelaçamento em uma teoria da gravidade é surpreendente em si e dificilmente seria imaginável apenas alguns anos atrás. Agora somos capazes de usar isso como uma ferramenta para testar a validade do princípio holográfico e se este teste funciona, será bastante notável", diz Daniel Grumiller.

Isto no entanto, não ainda prova que realmente vivemos em um holograma - mas aparentemente há crescentes evidências para a validade do princípio da correspondência em nosso próprio universo.

Mais informações: Entropia de Emaranhamento em Teorias de Campo Conformal de Galileu e holografia plana, Phys. Rev. Lett. 114, 111602 – publicado 19 de março de 2015, dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.111602

Jornal de Referência: Physical Review letras 

Traduzido e adaptado de: Phys