Byt z bitu, czyli czy Wszechświat jest Bogiem?

Entropia to jedno z najtrudniejszych pojęć występujących w fizyce i pewnie dlatego niezbyt często się o niej pisze w książkach i artykułach popularnonaukowych. Termin nie jest kompletnie nieznany i wielu ludzi powtarza bezmyślnie, że entropia jest miarą nieuporządkowania i zawsze rośnie, z czego jakoby ma wynikać katastroficzny wniosek, iż światdąży do stanu chaosu. Ludzie ci wiedzą, że coś dzwoni, ale w którym kościele – już nie bardzo.

 

W rzeczywistości sens entropii jest o wiele bardziej złożony; sam często zadaję sobie pytanie, czy dobrze rozumiem jej wszystkie aspekty. Po raz pierwszy pojęcie to pojawiło się w termodynamice w trakcie rozważań, ile ciepła może zamienić na pracę maszyna parowa. Wówczas nie miało ono jeszcze żadnego odniesienia do struktury materii, a tym bardziej – stopnia jej nieuporządkowania. Ten sens entropia uzyskała dopiero w ramach mechaniki statystycznej, której celem było wyjaśnienie czysto fenomenologicznych praw termodynamiki za pomocą atomowej teorii budowy materii. Według mechaniki statystycznej, każdy stan jakiegoś układu fizycznego (opisywany przez parametry makroskopowe, takie jak temperatura czy ciśnienie) może być zrealizowany przez materię na wiele różnych sposobów, tak zwanych mikrostanów, różniących się od siebie m.in. położeniami i prędkościami poszczególnych cząstek. Entropia jest tym większa, im więcej mikrostanów odpowiada danemu makroskopowemu stanowi układu.

 

Ale to nie wszystko. Entropia pojawiła się także w czymś na pozór bardzo odległym od fizyki, a mianowicie w teorii informacji, która powstała, by zoptymalizować systemy łączności. Entropia podaje ilość informacji zawartej w układzie. A gdzie ta informacja jest schowana? W przypadku układu fizycznego we wszystkich tworzących go cząstkach elementarnych.

 

Dla przykładu przyjrzyjmy się elektronowi. Ma on własność zwaną spinem. Spin może przyjmować tylko dwie wartości. Przypomina to dwie wartości (zero i jeden), jakie w komputerach może przyjmować podstawowa jednostka pamięci – bit. Tak więc można powiedzieć, że każdy układ fizyczny zawiera w sobie bity informacji. Każdy układ fizyczny – a zatem i cały Wszechświat. Rozważając entropię Wszechświata można nawet stwierdzić, ile bitów zawiera obserwowalna część Wszechświata. Ta liczba to około 10⁹² (jedynka z dziewięćdziesięcioma dwoma zerami).

 

Idąc dalej, zmiana wartości jakiejś wielkości fizycznej (na przykład zmiana wartości spinu elektronu) przypomina najprostszą operację arytmetyczną w komputerze – zmianę wartości bitu. Ponieważ we Wszechświecie ciągle zachodzą zmiany wartości wielkości fizycznych cząstek, w pewnym sensie można patrzeć na niego jako na monstrualny komputer wykonujący jakieś obliczenia przetwarzające informacje. W obserwowalnej części Wszechświata od momentu Wielkiego Wybuchu zaszło 10¹²³ takich operacji arytmetycznych. (Obie powyższe liczby podaję na odpowiedzialność Setha Lloyda i Y. Jacka Ng za ich artykułem Wszechświat jako komputer; Świat Nauki, grudzień 2004).

 

To, co napisałem do tej pory, to rzeczy w miarę dobrze udokumentowane. Ciąg dalszy to już tylko spekulacje. (Napisałem te dwa zdania specjalnie, gdyż w wielu książkach i tekstach popularnonaukowych – nawet tych najlepszych – miesza się często ustalone fakty i teorie z hipotezami, przez co niezorientowany czytelnik może nie mieć jasności, co tak naprawdę wiemy, a czego się tylko domyślamy. Nie chciałbym popełnić tego metodologicznego błędu).

 

Przy takim podejściu narzuca się pytanie: czym jest informacja zawarta we Wszechświecie? Najprostsza – i kto wie, czy nie najbardziej prawdopodobna – odpowiedź brzmi: niczym sensownym. Być może podobieństwo spinu elektronów (i innych własności cząstek) do bitów pamięci komputera jest czysto powierzchowne, a zmiany ich wartości – jeśli potraktować je jako obliczenia – zwykłym chaosem numerycznym.

 

Gdybyśmy serio traktowali pomysły z literatury fantastycznonaukowej, moglibyśmy udzielić skrajnie przeciwnej odpowiedzi: Wszechświat ma sens, gdyż został stworzony przez kogoś z innych wymiarów (Boga?) jako olbrzymia maszyna cyfrowa mająca przetwarzać jakiś program numeryczny, którego sensu nie jesteśmy w stanie pojąć. Coś jeszcze bardziej wyrafinowanego niż komputer Głęboka Myśl z powieści Douglasa Adamsa Autostopem przez Galaktykę, który miał udzielić odpowiedzi na Ostateczne Pytanie o Sens Życia, Wszechświata i w ogóle Wszystkiego. (Osoby, które nie czytały tej książki, informuję że według Głębokiej Myśli ta odpowiedź to liczba 42).

 

Jest jednak jeszcze wariant pośredni. Wiąże się on z wysuniętą przez Johna Archibalda Wheelera koncepcją, że praprzyczyną wszystkich bytów fizycznych – cząstek, pól, a być może nawet czasoprzestrzeni – jest informacja wynikająca z odpowiedzi „tak-nie” na stawiane ustawicznie pytania. (Kto stawia te pytania, to osobna kwestia). To właśnie ona jest zapisana i przetwarzana w cząstkach. A zatem, ponieważ są tylko dwie możliwe odpowiedzi (tak albo nie), praprzyczyną wszystkiego są bity. Wheeler ujął to obrazowo: byt z bitu (oryginalnie it from bit).

 

Czym więc jest przetwarzanie informacji zawartej w cząstkach? Innymi słowy: co liczy Wszechświat? Lloyd i Ng we wspomnianym artykule piszą: Wygląda na to, że (...) oblicza siebie samego. Zaprogramowany przez prawa fizyki, modeluje pola kwantowe, związki chemiczne, bakterie, ludzi, gwiazdy i galaktyki. (...) Liczy, czyli jest.

 

Jeżeli to spojrzenie jest słuszne, zbliża nas do panteistycznych poglądów na Wszechświat. Wszechświat sam siebie oblicza, sam siebie ustawicznie stwarza i określa swój dalszy los, a więc jest Bogiem. I, jako takiemu, należy mu się szacunek, o czym często zapominamy...

 

PS. Nie chciałbym, żeby rozważania opisane poniżej czerwonego fragmentu traktowano szczególnie poważnie, a raczej jako ciekawostkę. Refleksje tego typu snują fizycy w pubach po wypiciu dwóch-trzech piw. Nie są to rzeczy weryfikowalne, nie należy więc przywiązywać do nich zbyt wielkiej wagi. Jeżeli ktoś będzie chciał się ustosunkować do tego tekstu, będzie mi bardzo miło, proszę jednak nie oczekiwać ode mnie jakichś istotnych komentarzy. Zdecydowałem się zamieścić ten artykuł tutaj, gdyż Salon24 to tylko platforma blogerska, a nie recenzowane czasopismo naukowe; nieprawdaż?

 

Prawdaż.