De meting die het universum zou onthullen als een computersimulatie

Een van de meest gekoesterde ideeën van de moderne natuurkunde is de kwantumchromodynamica, de theorie die de sterke kernkracht beschrijft, hoe het quarks en gluonen in protonen en neutronen bindt, hoe deze kernen vormen die zelf op elkaar inwerken. Dit is het universum op zijn meest fundamentele.

Een interessant streven is dus om kwantumchromodynamica op een computer te simuleren om te zien wat voor soort complexiteit ontstaat. De belofte is dat het simuleren van natuurkunde op zo'n fundamenteel niveau min of meer gelijk staat aan het simuleren van het universum zelf.

Er zijn natuurlijk een of twee uitdagingen. De fysica is verbijsterend complex en werkt op een verwaarloosbaar kleine schaal. Dus zelfs met behulp van 's werelds krachtigste supercomputers zijn natuurkundigen er slechts in geslaagd om kleine hoekjes van de kosmos te simuleren die slechts een paar femtometers breed zijn. (Een femtometer is 10^-15 meter.)

Dat klinkt misschien niet zo veel, maar het belangrijkste punt is dat de simulatie in wezen niet van echt te onderscheiden is (tenminste voor zover we het begrijpen).

Het is niet moeilijk voor te stellen dat de vooruitgang van het type Wet van Moore natuurkundigen in staat zal stellen aanzienlijk grotere gebieden in de ruimte te simuleren. Een gebied van slechts enkele micrometers breed zou de volledige werking van een menselijke cel kunnen omvatten.

Nogmaals, het gedrag van deze menselijke cel zou niet van echt te onderscheiden zijn.

Het is dit soort denken dat natuurkundigen dwingt om de mogelijkheid te overwegen dat onze hele kosmos op een enorm krachtige computer zou kunnen draaien. Zo ja, is er een manier waarop we dat ooit kunnen weten?

Vandaag krijgen we een soort antwoord van Silas Beane, van de Universiteit van Bonn in Duitsland, en een paar vrienden. Ze zeggen dat er een manier is om bewijs te zien dat we worden gesimuleerd, althans in bepaalde scenario's.

Eerst wat achtergrond. Het probleem met alle simulaties is dat de wetten van de fysica, die continu lijken, moeten worden gesuperponeerd op een discreet driedimensionaal rooster dat in stappen van de tijd voortschrijdt.

De vraag die Beane en co stellen is of de roosterafstand enige vorm van beperking oplegt aan de fysieke processen die we in het universum zien. Ze onderzoeken met name processen met hoge energie, die kleinere gebieden in de ruimte onderzoeken naarmate ze energieker worden

Wat ze vinden is interessant. Ze zeggen dat de roosterafstand een fundamentele limiet oplegt aan de energie die deeltjes kunnen hebben. Dat komt omdat er niets kan bestaan ​​dat kleiner is dan het rooster zelf.

Dus als onze kosmos slechts een simulatie is, zou er een afsnijding moeten zijn in het spectrum van hoogenergetische deeltjes.

Het blijkt dat er precies dit soort afsnijding is in de energie van kosmische stralingsdeeltjes, een limiet die bekend staat als de Greisen-Zatsepin-Kuzmin of GZK-afsnijding.

Deze grenswaarde is goed bestudeerd en komt tot stand doordat hoogenergetische deeltjes interageren met de kosmische microgolfachtergrond en zo energie verliezen als ze lange afstanden afleggen.

Maar Beane en co berekenen dat de roosterafstand enkele extra functies op het spectrum oplegt. Het meest opvallende kenmerk ... is dat de hoekverdeling van de componenten met de hoogste energie kubische symmetrie zou vertonen in het rustframe van het rooster, aanzienlijk afwijkend van isotropie, zeggen ze.

Met andere woorden, de kosmische stralen zouden bij voorkeur langs de assen van het rooster reizen, dus we zouden ze niet in alle richtingen gelijk zien.

Dat is een meting die we nu zouden kunnen doen met de huidige technologie. Het vinden van het effect zou hetzelfde zijn als het kunnen 'zien' van de oriëntatie van het rooster waarop ons universum wordt gesimuleerd.

Dat is cool, geestverruimend zelfs. Maar de berekeningen van Beane en co zijn niet zonder enkele belangrijke kanttekeningen. Een probleem is dat het computerrooster op een heel andere manier kan worden geconstrueerd dan deze jongens voor ogen hadden.

Een ander is dat dit effect alleen meetbaar is als de tralieafsnijding gelijk is aan de GZK afsnijding. Dit gebeurt wanneer de roosterafstand ongeveer 10 ^ -12 femtometers is. Als de afstand aanzienlijk kleiner is dan dat, zien we niets.

Desalniettemin is het zeker de moeite waard om ernaar te zoeken, al was het maar om de mogelijkheid uit te sluiten dat we deel uitmaken van een simulatie van deze specifieke soort, maar in het geheim in de hoop dat we voor eens en altijd goed bewijs zullen vinden van onze robotopperheren.

Referentie: arxiv.org/abs/1210.1847 : Beperkingen op het heelal als een numerieke simulatie

zich verstoppen