قربانی کردن برنامه هفتم پای بروکراسی
از بنبست کنجاله تا جهنم دموراژ؛ هشدار نسبت به سقوط تولید پروتئین
چگونه جابجایی مرزهای مهاجرت با «دیپلماسی مجازی»
وقتی کشتیهای نهاده قربانی سیاست پولی میشوند
آیا جهان یک شبیهسازی کامپیوتری است؟
فرضیه «جهان شبیهسازیشده» سالها بیشتر در قلمرو فلسفه و داستانهای علمیتخیلی مطرح بود و اغلب به عنوان پرسشی غیرقابل آزمون در نظر گرفته میشد. اما پژوهش تازهای که در Journal of Holography Applications in Physics منتشر شده، تلاش کرده این بحث را به حوزه ریاضیات و فیزیک وارد کند. میر فیضال و همکارانش، از جمله لارنس کراوس، در این پژوهش استدلال میکنند که در نظریههای پیشرفته امروز ــ به ویژه در گرانش کوانتومی ــ حتی فضا و زمان نیز بنیادی نیستند و از لایهای عمیقتر پدیدار میشوند: «اطلاعات محض» در آنچه فیزیکدانان «قلمرو افلاطونی» مینامند.
پژوهشگران با تکیه بر قضیههای ریاضی مرتبط با ناتمامیت و تعریفناپذیری، از جمله قضیه ناتمامیت گودل، نتیجه میگیرند که یک توصیف «کامل و سازگار» از واقعیت نمیتواند تنها از راه محاسبه به دست آید. به گفته آنان، برخی حقیقتها ــ آنچه در گزارش از آنها به عنوان «حقایق گودلی» یاد میشود ــ واقعیاند؛ اما با محاسبه قابل اثبات نیستند. از همین رو، این مطالعه تاکید میکند که واقعیت در سطح بنیادین به چیزی فراتر از الگوریتم نیاز دارد؛ چیزی که «فهم غیرالگوریتمی» نامیده میشود.
بر اساس این استدلال، چون هر شبیهسازی ناگزیر الگوریتمی و تابع قواعد برنامهریزیشده است؛ اما بنیاد واقعیت از الگوریتم فراتر میرود، جهان نمیتواند یک شبیهسازی باشد. در ادامه، برای روشنتر شدن این پژوهش و معنای آن در فیزیک امروز، با پروفسور وحید کریمیپور، فیزیکدان ایرانی گفتوگو کردهایم.
«دکتر وحید کریمیپور» استاد تمام دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف و از چهرههای برجسته فیزیک نظری در ایران است. او از پیشگامان معرفی و گسترش علم اطلاعات کوانتومی در کشور به شمار میرود و نقش مهمی در تربیت نسلهای جوان پژوهشگران این حوزه داشته است.
دکتر کریمیپور در زمینههای متعددی از جمله نظریه درهمتنیدگی، کانالهای کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی و حل دقیق سیستمهای بس ذرهای پژوهش کرده و آثار علمی او در سطح بینالمللی شناخته شده است. وی همچنین عضو آکادمی علوم جهان (TWAS) است و سابقه همکاری علمی با مرکز فیزیک نظری عبدالسلام (ICTP) در ایتالیا را نیز در کارنامه دارد.
بسیاری از مخاطبان از خود میپرسند «یعنی چه که جهان یک شبیهسازی نیست؟» برای شروع، آیا میتوانید به زبان ساده توضیح دهید این پژوهش دقیقا به دنبال چه پرسشی بوده و چه پاسخی برای آن یافته است؟
اول باید ببینیم معنای این گزاره که «جهان یک شبیه سازی است» چیست؟ اگر به بازیهای کامپیوتریای که روز به روز پیشرفتهتر میشوند، نگاه کنیم متوجه پیچیدگی روزافزون آنها میشویم. شهرهایی میبینیم با همه امکانات، ساختمانها، آدمها، اتومبیلها و بیشمار حوادثی که در آنها اتفاق میافتد و کسانی که مشغول این بازیها هستند، همه آن حوادث و رویدادها را کنترل میکنند.
این رویدادها مثل تصادف اتومبیلها یا بازی فوتبال و نظایر آن نیز هر روز که توان کامپیوترهای ما بیشتر میشود، واقعیتر به نظر میرسند. برنامهای که این بازیها بر اساس آن نوشته شده طوری است که گویی شخصیتهای درون این بازیها، هم میفهمند، هم احساس دارند، از گل زدن خوشحال میشوند و از شکست خوردن افسرده میشوند، از ضربه خوردن ممکن است آسیب ببینند و یا از دنیا بروند.
تنها چیزی که ما نمیدانیم این است که آیا این شخصیتها به وجود خود آگاه هستند یا نیستند. نمیدانیم که آیا آن بازیکنی که بعد از گل زدن شادی میکند به شادیاش آگاه است یا نه. دوست داریم که چنین فکر کنیم که او این آگاهی را ندارد و فقط شخصیتی درون بازی ماست.
ما فکر میکنیم که این شخصیتها «خودآگاه» نیستند و بنابراین جهان آنها یک جهان واقعی نیست، ولی این گزاره از آنجا که ما هنوز از درک معنای «خودآگاهی» خیلی فاصله داریم چندان قابل سنجش یا اثبات نیست. البته میتوانیم بازی را ببندیم و او را موقتا محو کنیم. ولی به محض اینکه به بازی برمیگردد بسته به آلگوریتمی که نوشته شده ممکن است به یاد آورد که قبلا در کجا بوده و چه بازیهایی کرده و چه گلهایی زدهاست.
به همین قیاس هم ما به آن قطعیت نمیتوانیم حکم کنیم که آیا «خودآگاه» هستیم و همه آنچه را که میبینیم و احساس میکنیم واقعی است یا اینکه شخصیتهایی درون یک شبیه سازی بسیار بسیار بزرگ و پیچیده هستیم و همه اشیایی که میبینیم و لمس میکنیم، صداهایی که میشنویم، حرکاتی که هر روز انجام میدهیم، درخت و آسمان و جنگل و کوه و ستارگان و همه آدمهایی که دور و بر ما هستند و آنها را میبینیم، و احساساتی که از برهم کنش با دنیای بیرون پیدا میکنیم، ناشی از یک آلگوریتم خیلی پیچیده درون یک برنامه خیلی بزرگ است.
این شبیه سازی شاید توسط یک تمدن خیلی خیلی پیشرفتهتر ایجاد شده یا اینکه از ابتدا وجود داشته است. دکارت چند قرن قبل از اینکه مفهوم شبیه سازی ابداع شده باشد، به این سوال اندیشیده بود و پاسخ اش این بود که «می اندیشم، پس هستم.» یعنی نهایتا با ارجاع به خودآگاهی مسئله را حل کرده بود. ولی امروزه میدانیم که این استنتاجات کلامی انقدرها که قبلا فکر میکردیم مستحکم نیستند. حداقل میدانیم که احساسات و عواطفی مثل غم و اندوه و عشق و دلبری کردن در حیوانات خیلی ساده هم وجود دارد، طرح ریزی و فکر و برنامه ریزی هم همین طور؛ بنابراین نمیتوانیم بگوییم که آن مرزی که بین موجودات زنده هست و خودآگاهان را از ناخودآگاهان جدا میکند کجاست.
خوشبختانه با کمرنگ شدن مرز بین فلسفه و دیگر علوم میشود به این نوع مسائل نگاه دقیقتری داشت. برای پاسخ به این سوال که آیا ما در یک جهان شبیه سازی شده زندگی میکنیم نیز میتوانیم از روشهای علمی و ریاضی کمک بگیریم.
البته برای پاسخ به این پرسش بهتر است نخست به تحولات فیزیک مدرن اشاره کنیم؛ چرا که این تحولات نشان داده که جهان ما علیرغم ظاهر بسیار پیچیدهاش، مبتنی بر قوانین سادهای است و به مرور که پیش رفتهایم این قوانین و پدیدههای بنیادی سادهتر و بسیطتر شدهاند. جهان از نظر پیشینیان نیوتن و معاصران او از اشیای واقعی و قابل لمس تشکیل شده که همگی در «فضا» حرکت میکنند و حرکت آنها طی «زمان» اتفاق میافتد؛ بنابراین در جهان نیوتنی واقعیت خیلی ساده و قابل لمس و مشخص است.
اشیاء وجود دارند و فضا و زمان به صورت دو عنصر جداگانه. البته تا همین جا هم نسبت به دانش یونانی یک میزانی از انتزاع رخ داده بود؛ چرا که نیروی گرانش بین دو سیاره نه از یک طریق ملموس (مثل نیرویی که یک اسب بر یک ارابه وارد میکند) بلکه از راه دور و در یک محیط نامرئی وارد میشد. با ظهور نسبیت خاص معلوم شد که فضا و زمان دو عنصر جداگانه نیستند بلکه در یک عنصر دیگر به اسم فضا-زمان ادغام میشوند و زمان هم مطلق نیست و بستگی به ناظر دارد. با ظهور نسبیت عام هم معلوم شد که گرانش ناشی از یک نیروی راه دور نیست بلکه ناشی از انحنایی در فضا-زمان است. با ظهور مکانیک کوانتومی سطح درک ما از واقعیت بازهم انتزاعیتر شد به این معنا که تصوری از ذره با موقعیت و سرعت معین حتی در فضا-زمان هم درست نیست بلکه فقط از یک تابع موج احتمال یا از یک بردار در یک فضای ریاضی میتوانیم حرف بزنیم.
حتی با تلفیق نسبیت خاص و مکانیک کوانتومی خود مفهوم ذره نیز تبدیل به یک مفهوم ثانوی شد که تعداد و نوع آن میتواند بستگی به ناظر داشته باشد. به این ترتیب میدان کوانتومی جای ذره را گرفت و ذره فقط تحریکاتی در این میدان کوانتومی است. در پنجاه سال اخیر و با تلاش پیگیر برای تلفیق گرانش و مکانیک کوانتومی و تکینگیهایی که در سیاهچالهها بوجود میآید، این دیدگاه تقویت شده که شاید خود فضا زمان هم یک مفهوم برساخته ثانوی باشد و شاید آنچه که واقعیت دارد فقط یک سلسله اصل موضوع ریاضی یا افلاطونی باشد که همه چیز از جمله خود فضازمان و میدانها و ذرات درون آن با استنتاج ریاضی مطابق یک سلسله دستورهای آلگوریتمی از این اصول ناشی میشوند. این پژوهش به دنبال پرسشی برای این پاسخ است که آیا چنین چیزی ممکن است یا نه.
بنابراین، اینکه آیا ما در یک جهان شبیه سازی شده به سر میبریم یا نه نتیجه فرعی این پژوهش است نه نقطه شروع آن؛ و البته این پژوهش به این سوال پاسخ منفی میدهد. احتمالا این همان پاسخی است که ما دوست داریم، چون میخواهیم که در یک جهان واقعی زندگی کنیم و نه یک شبیه سازی بزرگ.
در این پژوهش گفته شده قوانین بنیادی طبیعت را نمیتوان «کاملا محاسباتی» یا «الگوریتمی» دانست. این اصطلاحها چه معنایی دارند؟ در فیزیک وقتی میگوییم یک پدیده الگوریتمی نیست دقیقا از چه حرف میزنیم؟
آلگوریتم به معنای این است که ما برای حل یک مسئله، چه ساده و چه دشوار، یک مجموعه متناهی از قواعد و دستورها را تکرار میکنیم تا به نتیجه برسیم. در اینجا «متناهی» بودن آن مجموعه اهمیت اساسی دارد. به عنوان مثال برای ضرب کردن دو عدد در هم یک مجموعه خیلی کوچک از دستورها وجود دارد که هر دانش آموز ابتدایی آن را یاد میگیرد.
با کاربرد این دستورها هر کودکی به شرطی که وقت و حوصله کافی داشته باشد میتواند اعداد ده هزار رقمی را نیز در هم ضرب کند. حالا وقتی که از قوانین «کاملا محاسباتی» یا «آلگوریتمی» طبیعت صحبت میکنیم، منظور این است که آیا یک مجموعه متناهی از اصول موضوع وجود دارد که بتوان از آنها همه پدیدههای طبیعت را، از فضا و زمان گرفته تا ذره و میدان و برهم کنشها و نیروها را نتیجه گرفت یا نه. این یعنی حد نهایی انتزاعی که در پاسخ به همان سوال اول گفتم.
یکی از نکات مهم پژوهش استفاده از قضیه گودل است. این قضیه معمولا در منطق و ریاضیات مطرح میشود. چگونه ممکن است یک قضیه ریاضی محدودیتهایی درباره توصیف فیزیکی جهان به ما نشان دهد؟
ادعای نویسندگان این است که اگر بپذیریم، همه قوانین جهان را از همان مجموعه متناهی از اصول موضوع میتوان با زبان ریاضی و منطق ریاضی استنتاج کرد، آنوقت قضیه گودل هم در مورد آن کاربرد خواهد داشت. البته خاستگاه قضیه گودل منطق و حساب است و احتمالا نمیتوان محدوده اعتبار آن را به دلخواه گسترش داد. این را باید از منطق دانان و ریاضی دانان بپرسید.
شاید در این جا بهتر باشد از قضیهای معادل آن در رایانش و آلگوریتم حرف بزنیم، یعنی «قضیه تورینگ». قضیه تورینگ ثابت میکند که واقعا نمیتوان همه مسایل ریاضی را با آلگوریتم حل کرد، به عبارت دیگر نمیتوان از آن مجموعه اصل موضوعی که فیزیکدانها در نظر دارند درباره درستی یا نادرستی هر گزارهای در باره یک پدیده فیزیکی به نتیجه معینی رسید.
پژوهشگران از چیزی به نام «فهم غیرالگوریتمی» یا (non-algorithmic understanding) صحبت میکنند. آیا میتوانید یک مثال شهودی یا یک تشبیه ساده ارائه کنید که مخاطب عام بفهمد چه نوع واقعیتی را نمیتوان در قالب یک ماشین یا کامپیوتر ریخت؟
شاید مثال زیر گویا باشد. میخواهیم بدانیم که آیا در سال ۲۰۵۰ یک سیارک به زمین برخورد خواهد کرد یا نه؟ برای پاسخ به این سوال میتوانیم موقعیت همه ستارههای منظومه شمسی و هم چنین کمربند تشکیل شده از سیارکها و قوانین گرانش نیوتنی و قوانین حرکت را به یک کامیپوتر بدهیم. این کامپیوتر یک آلگوریتم ساده را حل میکند به این معنا که بر اساس قوانین گرانش و قانون نیروی نیوتن، موقعیت روز به روز سیارکها و زمین را مشخص میکند و به ما جوابی میدهد که با احتمال بسیار بسیار زیاد صحیح است.
به این ترتیب ما یک فهم آلگوریتمی از مسئله برخورد سیارک به زمین داریم. اما نمیتوان به این کار اصطلاح «فهمیدن» را اطلاق کرد. «فهمیدن» در اینجا همان کشف قوانین نیوتن و گرانش بوده که به عنوان داده ورودی به این کامپیوتر داده شده. حال سوال این است که «ایا میتوانستیم از یک کامپیوتر بزرگ بخواهیم که از روی همه دادههای مربوط به حرکت سیارات و سیارکها قوانین نیوتن را کشف کند؟» یا مثلا با مشاهده رفتار جامدات و مایعات و گازها به قوانین مکانیک کوانتومی دست پیدا کند؟ اگر چنین چیزی ممکن بود میتوانستیم بگوییم که ما به فهم آلگوریتمی مکانیک نیوتنی یا مکانیک کوانتومی دست پیدا کردهایم.
به نظر من که این کار کاملا غیرممکن است. البته این روزها بعضیها امیدوارند یا ادعا میکنند که با پیشرفتهای انجام شده در «داده پردازیهای بزرگ» ممکن است بتوان در درون مجموعههای بسیار بزرگی از دادههای تجربی، طرحی را پیدا کرد که به ما توانایی پیش بینی بدهد، ولی به نظر من این طرح و پیشگویی، اگرچه کار خواهد کرد، ولی هیچگاه نمیتواند شکل انتزاعی، زیبا و محکمی را پیدا کند که ما با تفکر غیرآلگوریتمی به آن میرسیم. مثلا نمیتوان با پردازش آلگوریمتی داده هااز میان انبوهی از دادههای امواج رادیویی و اپتیکی و الکترومغناطیسی به چیزی مثل معادلات ماکسول رسید.
برخی معتقدند اگر کامپیوترهای کوانتومی یا پردازندههای فوقپیشرفتهتری در آینده ساخته شوند، شاید بتوانند همه جزئیات جهان را شبیهسازی کنند. این پژوهش چرا میگوید حتی چنین دستگاههایی هم به بنبست میرسند؟
کامپیوترهای کوانتومی در گستره و نوع مسایلی که میتوانند حل کنند، هیچ فرقی با کامپیوترهای کلاسیک و امروزی ندارند. تنها فرق آنها این است که بسیار سریعتر هستند. یعنی اگر مسئلهای به طور اصولی برای کامپیوترهای امروزی غیر قابل حل باشد، برای کامپیوترهای کوانتومی هم غیرقابل خواهد بود؛ بنابراین طبیعی است که اگر بتوانیم ثابت کنیم شبیه سازی جهان ما یک مسئله غیرقابل حل با آلگوریتم است، این اثبات با وجود کامپیوترهای کوانتومی نیز همچنان معتبر است. اما این حرف درست است که روزی خواهد رسید که ما کامپیوترهای کوانتومی داشته باشیم که بتوانند پدیدههای کوچک و مشخص کوانتومی را شبیه سازی کنند. یعنی درست مثل کامپیوترهای امروزی که پدیدههای کلاسیک مثل حرکت سیارات را شبیه سازی میکنند، آن کامپیوترهای کوانتومی هم خواهند توانست مثلا تحول تابع موج یک مولکول بزرگ چند اتمی را شبیه سازی کنند. اما این خیلی فرق دارد با شبیه سازی همه جزئیات جهان.
آیا نتایج این پژوهش چیزی درباره «بنیاد واقعیت» به ما میگوید؟ برای نمونه آیا نشان میدهد که واقعیت چیزی فراتر از اطلاعات خام یا فرمولهای فیزیکی است؟
گمان نمیکنم، چون ما واقعا نمیتوانیم تعریف دقیقی از «بنیاد واقعیت» داشته باشیم. بعد از سالها تلاش، فیزیکدانها موفق شدهاند که تعریف دقیقی از «واقعیت موضعی» (Local Realism) ارائه دهند که تازه آنهم محل مناقشه است و بسیاری آن را فقط تعریفی از «موضعیت» (Locality) میدانند و نه واقعیت. فیزیک هیچ چیزی درباره واقعیت اشیا به ما نمیگوید، تنها به ما میگوید که تاثرات حسی ما از اشیاء چگونه است. اگر موجودات هوشمند دیگری در سیارات دیگری مثل ما یا بیشتر از ما پیشرفت کرده باشند ولی تکامل زیست شناسی شان با ما متفاوت باشد، مثلا تاثیراتی که از دنیای اطراف میبینند بیشتر از طریق صوت باشد تا نور، احتمالا قوانین فیزیک شان هم به کلی با ما فرق میکند، اگر چه هر دو در یک دنیا زندگی میکنیم.
اگر جهان از اساس شبیهسازیپذیر نباشد، آیا این موضوع برای فیزیکدانانی که به دنبال نظریه Theory of Everything هستند محدودیتی ایجاد میکند؟ یعنی ممکن است طبیعت اجازه ندهد یک نظریه کامل و بسته داشته باشیم؟
فکر نمیکنم این موضوع یعنی شبیه سازی پذیر بودن یا نبودن محدودیتی برای آنها ایجاد کند یا اینکه اساسا ربطی به نظریه همه چیزی که آنها در جستجویش هستند، داشته باشد. در هر حال نظریه همه چیزی که آنها پیدا خواهند کرد نظریهای خواهد بود یا درباره جهان واقعی یا به همان اندازه معتبر در باره جهان شبیه سازی شدهاست.
به نظر من چیزی که برای آنها محدودیت ایجاد میکند فهم ناقص ما از مکانیک کوانتومی از یک سو و دنیای بینهایت ناشناخته بزرگ از سوی دیگر است. اگر بپذیریم که نظریه همه چیز فقط محدود به آن ذرات و نیروهایی است که تا کنون شناختهایم و نیروی جدیدی نیز در آینده کشف نخواهد شد، آنوقت محدودیت دوم بی مورد است، اما محدودیت اول همچنان پابرجاست. چون همه این نظریهها بخصوص نظریه ریسمان تمام ساختمان خود را بر اساس مکانیک کوانتومی بنا میکنند و روزی که مکانیک کوانتومی جای خود را به یک چارچوب کاملتر بدهد، این نوع نظریات هم به شدت و به شکل اساسی تحت تاثیر قرار خواهند گرفت و تغییر خواهند کرد.
در نهایت، از دیدگاه شما این نتایج چه پیامدهایی برای انسان عادی دارد؟ آیا چنین پژوهشی میتواند نگاه ما را به اختیار، معنا یا جایگاهمان در جهان تغییر دهد؟ یا اینها بیشتر پرسشهای فلسفی است تا علمی؟
این نوع پژوهشها از این جهت اهمیت دارند که سعی میکنند به پرسشهایی که همیشه فکر میکردیم در حوزه خاص فلسفه قرار دارند با روشهای دقیق تری غیر از استدلال کلامی پاسخ بدهند. مثلا پرسشی مثل «واقعیت موضعی» (Local Reality) که از سال ۱۹۳۵ محل بحث و نزاع کلامی بود در سال ۱۹۶۵ توسط بل و نامساوی مشهور او تبدیل شد به سنجش درستی یک نامساوی ریاضی ساده که میشد آن را به محک تجربه و آزمایش دقیق سپرد. از آن موقع تا کنون هم این آزمایش بارها و با دقت فزاینده تکرار شده. به همین ترتیب هم پرسشی نظیر اینکه آیا ما در جهان شبیه سازی شده به سر میبریم یا واقعیت جهان چیست را میتوان تبدیل به قضایای ریاضی محض کرد و آنها را یا در آزمایش تجربی یا به مدد سازگاری منطقی آنها (مثل محک خوردن با قضیه گودل) سنجید.
این نوع پژوهشها برای انسان عادی هم این فایده را دارد که این سوالهای اساسی را به عرصه آگاهی ما میآورد و هر بار آنها را با دقت و عمق بیشتری مطرح میکند. از زمان باستان تا کنون به مدد انقلابهای علمی گوناگون مثل انقلاب کوپرنیکی و کشفیات کیهانشناسی و زیست شناسی تکاملی و کشفیات مربوط به نسبیت و کوانتوم مرتبا جایگاه بشر و غرور او از این جایگاه که منحصربهفرد به نظر میرسید، دچار تنزل شده. در نتیجه ما هم به دنبال معنای جدیدتر و عمیق تری از جایگاه مان در جهان بودهایم. مهمترین دستاورد این کشفیات این بوده که ما را متواضعتر کرده است و مداراگرتر کرده است.
انتهای پیام/
