O PROJETO HIPER GRÁFICO DE STEPHEN WOLFRAM VISA UMA TEORIA FUNDAMENTAL DA FÍSICA
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Universo Misterioso abril 15, 2020
Graças a Kevin Bacon, todo mundo hoje em dia conhece redes.
Não existem apenas redes de atores do tipo Bacon, ligadas por aparecer no mesmo filme, mas também redes sociais, redes neurais e redes de transmissão viral. Existem redes de redes de energia, redes ecológicas e a maior rede de todas, a internet. Às vezes, parece que o universo inteiro deve ser apenas uma grande rede.
O físico, cientista da computação e empresário Stephen Wolfram acredita que o universo é uma vasta e crescente rede de relacionamentos que constitui o próprio espaço e tudo dentro dele. Nesta imagem, Wolfram vê a base para a teoria última subjacente a todas as leis físicas.
Wolfram expressou algo como essa visão há 18 anos em um tomo de 1.197 páginas intitulado Um Novo Tipo de Ciência . Mas naquela época sua foto ainda estava um pouco confusa. Agora ele acha que encontrou uma visão mais focada em como explicar a realidade.
"Estou emocionado em dizer", ele escreve em um documento resumido lançado em 14 de abril, "que acho que encontramos um caminho para a teoria fundamental da física".
No centro da abordagem de Wolfram está a noção de um hipergrafo. "Gráfico", neste contexto, é como a representação diagramática de uma rede: linhas conectando pontos. Mas a realidade não pode ser capturada por linhas que vinculam pontos em uma folha plana de papel. Wolfram gera visualizações de computador para representar relacionamentos em "hipergráficos" mais complicados. (Em um hipergrafo, as "linhas" podem conectar qualquer número de pontos, não apenas um ao outro.)
As investigações de Wolfram indicam que os hipergrafos complexos podem imitar muitas características do universo, incluindo matéria e energia, além de reproduzir as estruturas e processos físicos descritos pela teoria da relatividade e da mecânica quântica.
"Em nosso modelo, tudo no universo - espaço, matéria, qualquer que seja - deve ser representado por características de nosso hipergrama em evolução", escreve Wolfram.
Seu ponto principal é que esses hipergrafos extremamente complexos podem ser produzidos aplicando regras simples a um ponto de partida simples. Suponha que você tenha dois "elementos abstratos" rotulados como A e B. Você tem uma regra que diz que todo A deve ser alterado para BBB e todo BB deve ser substituído por A.
Comece com A. Pela regra, você "atualiza" A para BBB. BBB possui dois BBs. Então, você atualiza BBB duas vezes: Uma vez, transformando os dois primeiros Bs em um A (tornando AB) e, em seguida, transformando os dois primeiros Bs em um A, criando BA. Assim:
que está conectado a ambos
AB e BA.
Atualizações de AB e BA produzem BBBB. Mas o BBBB produz ABB, BBA e BAB. À medida que você continua aplicando a regra, o gráfico fica mais complicado.
Segundo Wolfram, essas etapas de atualização correspondem à nossa noção comum de tempo, uma espécie de sinal do relógio cósmico. Como regra é aplicada repetidamente a um conjunto de entidades abstratas, as conexões resultantes - o gráfico dos relacionamentos que as vinculam - correspondem à estrutura do espaço. Portanto, o espaço (nesta figura) não é um mero conjunto uniforme de pontos indistinguíveis; pelo contrário, é uma rede de pontos ligados em padrões insondáveis ​​e complexos que reproduzem matéria e energia e os relacionamentos conhecidos coletivamente como as leis da física.
"É basicamente assim que acho que o espaço no universo funciona", escreve Wolfram. "Por baixo, há um monte de relações abstratas e discretas entre pontos abstratos. Mas na escala em que estamos passando, o padrão de relações que faz parece um espaço contínuo do tipo com que estamos acostumados. "
É como se os peixes percebessem o oceano como um fluido suave e sem característica, mesmo que a água seja feita de moléculas minúsculas e discretas.
Em certo sentido, Wolfram acredita que tudo o que existe é basicamente feito do espaço. "Dito de outra maneira", escreve ele, "é exatamente o mesmo hipergrafo que está nos dando a estrutura do espaço e tudo o que existe no espaço".
Parece quase que físicos teóricos deveriam fechar as lojas e apenas executar algumas simulações de computador usando as regras de Wolfram. Mas, como ele reconhece, o trabalho ainda não está concluído. Até agora, o projeto de Wolfram identificou quase 1.000 regras que produzem estruturas complicadas que parecem um universo. Resta ver que regra produz precisamente o universo em que todos habitamos.
"Em algum momento - espero que em breve - possa haver apenas uma regra ... que possua todas as propriedades corretas e que descobriremos lentamente que sim, é isso - nosso universo finalmente decodificado", escreve Wolfram.
Em seu resumo, Wolfram declara que os hipergráficos ilustram um princípio que ele chama de "invariância causal". Isso significa que, às vezes, vários caminhos distintos pelo hipergrafo podem convergir. Tais convergências permitem que a cadeia de eventos de causa e efeito ao longo do tempo seja preservada.
Em um hipergrafo "não existe apenas um caminho do tempo; existem muitos caminhos e muitas 'histórias' ", escreve Wolfram. Mas um caminho da história supostamente independente pode se fundir com outro. "Mesmo quando os caminhos da história que são seguidos são diferentes, esses relacionamentos causais podem acabar sendo os mesmos - e que, na verdade, para um observador incorporado no sistema, ainda há apenas um fio de tempo".
Graças à invariância causal, os hipergráficos de Wolfram reproduzem muitas das consequências de várias teorias físicas, como a teoria especial da relatividade de Einstein. Viajar rapidamente diminui o tempo (como diz a relatividade especial) porque as estruturas de hipergrafo correspondentes aos objetos em movimento fazem um ângulo através do hipergrafo que aumenta a distância entre atualizações (ou intervalos de tempo). A velocidade da luz é uma velocidade máxima, como afirma a relatividade, porque representa a taxa máxima em que as informações podem se espalhar pelo hipergrafo à medida que são atualizadas. E a gravidade - descrita pela teoria geral da relatividade de Einstein - surge na relação entre características no hipergrafo que podem ser interpretadas como partículas de matéria. (Partículas seriam pequenos conjuntos de pontos vinculados que persistem à medida que o hipergráfico é atualizado,
Em uma extensão ainda mais complicada dessas idéias, Wolfram explora como as propriedades do hipergrafo correspondem até às características estranhas da mecânica quântica. "Em nossos modelos, a mecânica quântica não é apenas possível; é absolutamente inevitável ", afirma Wolfram.
O espaço construído nesses hipergráficos pode ter uma estrutura muito fina, como um sensor de câmera digital com bilhões de megapixels. Wolfram estima que um hipergrafo correspondente ao universo de hoje possa ter aplicado 10 500 etapas de tempo (incompreensivelmente mais do que a idade do universo em segundos, aproximadamente 10 15) Portanto, o espaço poderia ter uma granularidade suficiente para conter estruturas de partículas de matéria muito, muito menores que as partículas conhecidas da física. De fato, sugere Wolfram, super-pequenas partículas desconhecidas, que ele chama de oligons, podem ter sido criadas em abundância logo após o início do universo. Tais oligons, sujeitos apenas à gravidade, agora poderiam estar passando por galáxias completamente despercebidas - exceto por seu impacto gravitacional. Oligons pode, portanto, explicar por que os astrônomos inferem a existência de grandes quantidades de "matéria escura" invisível no espaço. (E isso também pode explicar por que as tentativas até agora para identificar a natureza da matéria escura não foram bem-sucedidas.)
Da mesma forma, a misteriosa "energia escura" que leva o universo a se expandir a um ritmo acelerado pode ser apenas uma característica natural dos hipergráficos de Wolfram. Talvez a energia escura possa, em essência, ser exatamente do que o próprio espaço é feito.
Além disso, Wolfram acredita que seus hipergráficos poderiam resolver disputas atuais sobre quais das muitas teorias especulativas são as melhores apostas para explicar a física fundamental. A teoria das supercordas, a gravidade quântica do laço, os conjuntos causais e outras idéias têm sido propostas e debatidas há décadas. Wolfram acredita que os hipergrafos podem conter todos eles.