En busca de la realidad

T.E.L: 6 min. 34 seg.

La realidad, ¿es digital o análoga? Un concurso de ensayos propone ese tema con el objetivo de debatir y conocer nuevas ideas sobre una cuestión central en la cosmología y física modernas.
Mundo virtual

El concurso de la comunidad FQXi es promovido por la Fundación Gruber y Scientific American.
FQXi es el Instituto de las Preguntas Fundamentales (Foundational Questions Institute).
Está dirigido por Max Tegmark, de MIT y Anthony Aguirre de UC Santa Cruz, junto con un consejo asesor integrado por otros prestigiosos investigadores entre los que se encuentran Alan Guth, Martin Rees, Lee Smolin y Frank Wilczek.

La idea es hallar respuestas innovadoras sobre un tema profundo. Mientras la física clásica está basada en números reales con un conjunto de valores continuos, la mecánica cuántica indica que ciertas cantidades físicas sólo pueden tomar valores discretos. Consecuentemente, muchos enfoques actuales sobre cuestiones fundacionales en física y cosmología proponen una imagen discreta o "digital" de la naturaleza. ¿Cómo puede el espacio-tiempo u otro continuum emerger de una descripción 'digital'?
¿Cuál es la naturaleza del espacio, cómo un universo discreto se expandería sin que esa característica de discreción se vuelva evidente? ¿O es evidente?

Los invito a recorrer los trabajos que allí, hasta el 15 de febrero, pueden participar del concurso. Son ideas innovadoras, nuevos enfoques que, aunque en algunos casos chocan con nuestros conceptos actuales, son válidos de pensar.

El universo de Brian Whitworth: procesando la realidad
Uno de los participantes es Brian Whitworth. Su ensayo es "Exploring the Virtual Reality Conjecture".

Mi primer contacto con Brian fue hace algunos años, tras leer una nota en Universe Today.

A raíz de aquel artículo, en el que se hace referencia a un paper escrito por él, leí su trabajo y luego lo contacté por mail.
El universo de Brian no es fácil de describir en unas pocas líneas. Lo voy a intentar, pero ruego que, a quien le resulte interesante, lea sus trabajos completos y no se quede con esa somera idea, muy reducida.

Un universo digital, no una simulación
Lo que propone Brian no es que vivimos en una Matrix o en un Piso trece. En aquellas novelas y películas existe un mundo físico sobre el cual se produce una simulación. En esos casos, la realidad es como un dibujo animado en una pantalla, creado por una realidad física. Como si Lara Croft tuviera conciencia de sí misma y se preguntara ¿qué es la realidad?. Evidentemente, Lara forma parte de un mundo simulado por nosotros.
En Matrix hay una única realidad física también, un mundo destruido, sobre el cual dominan las máquinas. Lo que nosotros vivimos, en ese esquema, es una simulación. Somos cerebros en una cubeta.

Del cómic XKCD original, a bunch of rocks

La idea de Brian es distinta. Surge de la analogía entre el mundo que vivimos y el procesamiento de datos informáticos, digitales.
Fíjese: Ud. está leyendo este texto. Pero este texto no es "real". Es el producto o resultado de un procesamiento de información. Impulsos electrónicos, convertidos en bits. Circulan estos impulsos desde su motherboard, procesador, memoria RAM, tarjeta de video, pantalla, y "crean" este texto.
El mundo, tal como lo experimentamos, es real, lo podemos tocar y lo vivimos como tal, pero sería el resultado del procesamiento de información cuántica.
Si lo pensamos un segundo, la imagen del mundo puede parecer muy similar a la que tenemos hoy, en algún sentido.
Las Leyes de la Naturaleza "producen" la realidad que experimentamos. Al "procesarse" los elementos básicos (partículas elementales) se forman los demás objetos del mundo.
Esta imagen del universo, empero, tiene sus problemas. ¿Qué es exactamente el espacio-tiempo? ¿Por qué tiene un límite la velocidad de la luz? ¿Por qué existen tantas partículas "elementales"?
También hay otros obstáculos en esta imagen actual del mundo, más allá de lo físico. ¿Cómo es que el universo tiene un principio? ¿Qué había antes? ¿Qué es eso que había antes?
Evidentemente estas últimas preguntas, todavía, pertenecen más al reino de la filosofía que al de la física moderna y permiten que algunas personas -incluidos científicos- piensen en conceptos como el de seres superiores o divinos. La imagen actual del mundo restringe claramente el accionar de esas supuestas entidades, pero no necesariamente anula su existencia, a pesar de lo que diga Stephen Hawking.
Y estoy hablando de la imagen actual del universo.

Quizás el mundo que creemos real sea el resultado del procesamiento de información.
En ese sentido, así como todas las letras "a" de esta página son iguales, del mismo modo todos los electrones o fotones lo son, ya que se originarían en el mismo "código".
Ser el resultado de algoritmos presenta, por un lado, una imagen del mundo semejante a la actual, si comparamos a los algoritmos con la función de las leyes de la naturaleza, pero estaríamos buscando algo más concreto.

Brian señala que no sería válido forzar esta analogía. Los seres humanos tenemos la capacidad de encontrar lo que estamos buscando. Así, hay personas que buscan a seres divinos en cualquier parte...y lo encuentran!
Por eso, según el autor, habría que tener pocas suposiciones y razonables. Podría pensarse que si encontramos coincidencias en esta analogía digital sería coincidencia. Eso podría ser diferente si las coincidencias son muchas y detalladas.
Este enfoque podría abrir nuevas perspectivas en física si la hipótesis permite explicar muchas cosas.
Por ejemplo, así como las "partículas elementales" surgirían de un código como antes señalé, el límite de la velocidad de la luz podría ser entendido en términos informáticos, como la tasa máxima de intercambio de información en un sistema. ¿O acaso su computadora procesa sin límites?
Por otro lado, quizás se halle que este enfoque pueda explicar cosas que el enfoque moderno no.

de las "Segundas Jornadas de los Dioses de Multiversos", organizadas por "La risa de la ciencia"

¿Y dónde está el hardware?
Antes mencioné que el enfoque actual tiene problemas más filosóficos que físicos, por ejemplo, sobre el Big Bang. Eso no es posible responderlo con las ideas actuales. Tampoco con las de Brian. Se infiere, sin embargo, que si hay un procesamiento de información debe haber un "equipo" allí afuera, algo que de origen a ese procesamiento. Y uno podría pensar que ese hardware es una analogía de un "algo místico". Pero es la misma situación con la perspectiva actual.

Pensar las cosas de otra manera puede ser útil. ¿Conoce Ud. cómo llegamos a tener la tabla periódica de los elementos? Pues organizar la información de otra manera permitió descubrir nuevas cosas.

El sistema
La teoría de sistemas permite analogías muy fuertes en casi cualquier contexto. Todo es un sistema (o subsistema). Como cajitas chinas.
Hay, empero, una objeción rápida. Cualquiera que haya estudiado sistemas sabe que ningún sistema puede carecer ni de entrada ni de salida.
En este caso, Brian propone una única entrada de datos y la conservación de la información.
Nótese que esa conservación sería análoga a la la energía, masa, spin, carga, etc, pero reducida a una sola.

Fíjese que en la historia de la ciencia, la reducción de ideas a otras más simples es poderosa. Ahí tenemos la idea de simetría.

En el segundo de sus trabajos sobre el tema Brian aborda específicamente el problema del espacio-tiempo. ¿Existe el tiempo como algo en sí mismo? ¿Si desaparecieran todas las partículas, seguiría estando allí, es un objeto?

Repito que esto es sólo un esbozo de sus ideas. Los remito a sus artículos para quienes tengan interés. En FXQi hay otros trabajos interesantes al respecto con diversos enfoques.

Otros papers
Basándome en los votos/ratings de cada paper, además del de Brian (9.7 con 6 votos), otros que se destacan son:
Scales Solve the Continuous vs. Discrete Paradox, por Ray B Munroe (9.2, 14 votos)
La posición del autor es que la Naturaleza es fundamentalmente continua y discreta y que esa paradoja es directamente responsable de la dualidad onda-partícula.

Fluctuation and Superposition of Digital and Analog Aspects of Spacetime, por Willard Mittelman (9.3, 8 votos)
Básicamente parte de la misma idea anterior al describir la microestructura del espacio-tiempo como continuamente fluctuante entre estados discretos y un estado continuo.

Otra visión: la mente precede a la información
En el estupendo blog NPR 13.7, Marcelo Gleiser aborda esta cuestión en un post sobre la búsqueda de la esencia de la realidad física. Allí alude a una noción parecida, pero diferente de la de Brian, la de “It from Bit” sugerida por el físico John Archibald Wheeler. Idea similar también a la de Seth Lloyd en su libro Programando al universo.

Sin embargo, Marcelo señala que aunque ve el atractivo de estas ideas, no las comparte completamente. En primer lugar porque dan lugar a una "mente universal", bañando el cosmos con una teología que es, en definitiva, una metáfora moderna de la divinidad.

Marcelo tiene otro punto. Dice que el concepto de que la información está en lo esencial de la realidad física lo confunde porque para él somos nosotros quienes damos significado a los patrones materiales que vemos en la Naturaleza. Cada pieza de materia tiene información, el "recibo" que explica cómo las diferentes partes están formadas para crear el todo. De alguna manera, a través de las ciencias físicas, somos decodificadores de esta información. Pero no ve cómo esa información puede preceder a la materia, a menos que llamemos a las interacciones físicas y químicas esa "información". Pero entonces, todo es cuestión de semántica.
Por eso él piensa que la "mente" (entendida como la habilidad de dar forma y función a la materia) precede a la información: creamos la noción de información para ayudarnos a darle sentido al mundo.

Mientras pensar en estas cuestiones no tiene una consecuencia tangible, empírica y utilitaria, no por eso hay que dejarlas de lado. Por lo contrario entonces sería ponerse una venda en los ojos y "creer" que el mundo es tal y como nos dicen. Los grandes adelantos (como diría Kuhn) se dan cuando pensamos diferente, no cuando nos cegamos a una visión que tiene sus problemas. Quizás el universo es distinto de lo que interpretamos.

Aunque las ideas actuales no respondan todos nuestros interrogantes, está claro que es mejor utilizar la lógica y el raciocinio que "creer" cualquier cosa. Hay cosas que sabemos mucho mejor que otras y, en ese sentido, no "todo" es posible. Cuidado: hay quienes harán cosas estúpidas el año próximo (2012) por "suponer" cualquier cosa.
Abrir nuestro cerebro a nuevas ideas, sí. Dejar que se nos caiga, no.

"Las reglas del juego científico incluyen relatividad, incertidumbre, incompletitud e indecibilidad. Desde el punto de vista de la ciencia, el entender estas limitaciones nos puede llevar a nuevos descubrimientos acerca de cómo funciona el universo. Aún a través de este punto ciego, podemos ver."
Carlos Castillo, Doctor en Ciencias por la Universidad de Chile, en Teorema de Incompletitud de Gödel, Epistemowikia.

Fuentes y links relacionados

Sitio de Brian Whitworth
Concurso de ensayos FQXi
Searching For The Essence Of Physical Reality, por Marcelo Gleiser.

Papers de Brian sobre VR:

Whitworth, B., 2010, Simulating space and time, Prespacetime Journal, March 2010, Vol. 1, Issue 2, Page 218-243.arXiv:1011.5499v1 [cs.OH]
Whitworth, B., 2010, The Light of Existence, Centre for Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science Research Report 390. arXiv:1011.5705v1 [cs.OH]
Whitworth, B., 2007, The physical world as a virtual reality, CDMTCS Research Report, CDMTCS-316, arXiv:0801.0337v2 [cs.OH]
The emergence of the physical world from information processing, arXiv:1011.3436v1 [cs.OH]
Sus otros trabajos, muchos de los cuales son sobre las publicaciones científicas, merecen ser leídos también.