Το πέρασμα του χρόνου παραμένει ένα από τα πιο δύσκολα ζητήματα στη φυσική. Ο φυσικός και επιστήμονας των υπολογιστών Stephen Wolfram έχει μια ριζοσπαστική πρόταση για την προέλευσή του και συζήτησε τις ιδέες του για τον χρόνο —και για το τι σημαίνουν αυτές ως προς την ελεύθερη βούληση— με τη ρεπόρτερ Leah Crane.
Τι θα γινόταν αν το σύμπαν ήταν ένας μεγάλος υπολογιστής;
NASA/ESA/J. Lee and pro500/Shutterstock
Η παρέα μου και εγώ κάνουμε συχνά ένα αστείο: ο χρόνος δεν είναι πραγματικός. Ξέχασες ότι μια προθεσμία είναι αύριο, αλλά στην πραγματικότητα είναι σήμερα; Ο χρόνος δεν είναι πραγματικός, αυτό το εξηγεί. Η δεκαετία του 1980 δεν μπορεί να είναι πριν από 40 χρόνια, σωστά; Όχι, φίλε μου, ο χρόνος δεν είναι πραγματικός. Αν εξωγήινοι κοιτούσαν τώρα τη Γη από ένα μακρινό σκάφος, θα έβλεπαν δεινόσαυρους ή απλώς θάλασσες μάγματος; Ο χρόνος σίγουρα δεν είναι πραγματικός.
Όπως συμβαίνει όμως με πολλά αστεία, υπάρχει και μια δόση αλήθειας. Στην προκειμένη περίπτωση, δεν ισχύει ότι ο χρόνος δεν είναι πραγματικός, αλλά ότι δεν τον καταλαβαίνουμε πραγματικά — και με το «δεν τον καταλαβαίνουμε» δεν εννοώ μόνο εγώ και οι φίλοι μου, αλλά η ανθρωπότητα συνολικά. Φυσικοί και φιλόσοφοι προσπαθούν να τον ερμηνεύσουν από τότε που υπάρχει χρόνος, και παρότι κυκλοφορούν πολλές ιδέες, άλλες πιο πειστικές και άλλες λιγότερο, ακόμη δεν υπάρχουν οριστικές απαντήσεις.
No space, no time, no particles: A radical vision of quantum reality
Έθεσα το ερώτημα στον Stephen Wolfram, φυσικό και επιστήμονα των υπολογιστών, ο οποίος έχει δημιουργήσει μερικά από τα πιο χρήσιμα εργαλεία υπολογισμού στη φυσική. Εδώ και δεκαετίες εργάζεται πάνω σε αυτό που ονομάζει «The Wolfram Physics Project», μια τεράστια προσπάθεια να επαναπροσδιοριστεί η φυσική με όρους υπολογισμού, αντί για τα μαθηματικά και τη θερμοδυναμική που χρησιμοποιούν συνήθως οι περισσότεροι φυσικοί και κοσμολόγοι για να κατανοήσουν το σύμπαν. Το να πει κανείς ότι το εγχείρημα έχει προκαλέσει αντιδράσεις στους επιστημονικούς κύκλους ίσως είναι υποτιμητικό. Για αρχή, οι απόψεις του για τον χρόνο απαιτούν, ουσιαστικά, το σύμπαν να είναι ένας μεγάλος υπολογιστής. Αν αυτό ισχύει, τότε η ιδέα αυτή θα μπορούσε επιτέλους να εξηγήσει τι είναι ο χρόνος, γιατί κυλάει ομαλά προς τα εμπρός και γιατί δεν μπορούμε να δούμε το μέλλον. Έτσι, τον κάλεσα για να μιλήσουμε γι’ αυτό.
Leah Crane: Ας ξεκινήσουμε με μια εύκολη ερώτηση. Τι είναι ο χρόνος;
Stephen Wolfram: Σωστά. Ο χρόνος είναι η αναγώγιμη πράξη του υπολογισμού.
Ωραία. Τέλος συνέντευξης, να έχετε μια καλή μέρα.
Ο χρόνος έχει προβληματίσει φυσικούς και φιλοσόφους για αιώνες Vernon Leach / Alamy
Στην πραγματικότητα, ας μη σταματήσουμε εδώ. Εξηγήστε, παρακαλώ, τι σημαίνει αυτό.
Αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως χρόνο είναι η εμπειρία μας από τη διαδικασία με την οποία το σύμπαν υπολογίζει τις διαδοχικές καταστάσεις του.
Μπορώ να το φανταστώ σαν εικόνες σε flipbook που η μία μπαίνει πάνω στην άλλη και δημιουργεί την αίσθηση της κίνησης;
Σε έναν βαθμό, ναι, αν και είναι λίγο πιο περίπλοκο από αυτό. Καθώς υπολογίζονται οι διαδοχικές αυτές καταστάσεις, η μία μετά την άλλη, αυτό αντιστοιχεί στο πέρασμα του χρόνου. Και αυτό που δεν είναι προφανές είναι το εξής: αν υπάρχει ένας συγκεκριμένος κανόνας με τον οποίο υπολογίζονται οι διαδοχικές καταστάσεις του σύμπαντος, μπορεί να πει κανείς: γιατί να μην μπορώ απλώς να πηδήξω μπροστά; Γιατί να υπάρχει αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως ασταμάτητη ροή του χρόνου; Και η απάντηση είναι αυτό που ονομάζω «υπολογιστική μη αναγωγιμότητα», για το οποίο μιλάω από τα μέσα της δεκαετίας του 1980.
Τι σημαίνει εδώ το «μη αναγώγιμο» και πώς αυτό με εμποδίζει να ταξιδέψω στον χρόνο ή να προβλέψω το μέλλον;
Αν γνωρίζετε τους βασικούς κανόνες ενός συστήματος, πώς ξέρετε τι θα κάνει το σύστημα; Ένας τρόπος είναι να τρέξετε απλώς αυτούς τους κανόνες και να δείτε τι θα συμβεί. Αυτό που συνηθίσαμε από τη μαθηματική επιστήμη, και ειδικά από τη μαθηματική φυσική, είναι ότι αν ξέρεις τους θεμελιώδεις κανόνες, μπορείς περίπου να βρεις έναν τύπο για την κατάσταση του συστήματος σε οποιαδήποτε μελλοντική στιγμή. Μπορείς να βάλεις σε αυτόν τον τύπο όποια τιμή θέλεις για τη μεταβλητή t του χρόνου. Δεν χρειάζεται να υπολογίσεις τη λύση για t =1, μετά για t =2, και ούτω καθεξής μέχρι να φτάσεις στην τιμή που σε ενδιαφέρει.
Όμως, όταν εξετάζει κανείς υπολογιστικούς κανόνες, συχνά διαπιστώνει ότι δεν μπορεί να παρακάμψει τα ενδιάμεσα βήματα ούτε να μειώσει το υπολογιστικό έργο που χρειάζεται για να μάθει τι θα συμβεί μετά από πολλά βήματα. Ο μόνος τρόπος να καταλάβεις τι θα γίνει είναι να εκτελέσεις ρητά κάθε βήμα και να δεις πώς εξελίσσεται το σύστημα προς τα εμπρός στον χρόνο. Σε μια μη αναγώγιμη υπολογιστική διαδικασία, πρέπει να περάσεις από όλη αυτή την εξέλιξη — δεν υπάρχουν συντομεύσεις.
Η τολμηρή ιδέα ότι ο χρόνος είναι ψευδαίσθηση και πώς θα μπορούσαμε να το αποδείξουμε
Νομίζω ότι το καταλαβαίνω ως έννοια, αλλά μπορείτε να δώσετε ένα παράδειγμα κάτι που μπορεί να είναι υπολογιστικά μη αναγώγιμο για έναν κανονικό υπολογιστή, και όχι για ολόκληρο το σύμπαν;
Μπορείτε να σκεφτείτε τον υπολογισμό των ψηφίων του π. Αφού τα υπολογίσετε, φαίνονται πρακτικά τυχαία, αλλά υπάρχει μια σαφώς καθορισμένη διαδικασία για να βρεθούν. Δεν μπορείς όμως να υπολογίσεις μόνος σου το 1200ό ψηφίο του π. — πρέπει πρώτα να υπολογίσεις τα πρώτα 1199 ψηφία.
Είναι σαν να ανεβαίνεις σκάλες στο σκοτάδι — δεν ξέρεις με βεβαιότητα πού βρίσκεται το επόμενο σκαλοπάτι μέχρι να πατήσεις πάνω του. Είναι σωστό αυτό;
Ναι, είναι δίκαιο. Το μόνο με τις σκάλες είναι ότι είναι ένα από τα πιο απλά παραδείγματα υπολογισμού. Αυτό είναι σημαντικό για εμάς στην εμπειρία μας από τον κόσμο: ότι υπάρχει προβλεψιμότητα. Ευημερούμε χάρη στην προβλεψιμότητα του κόσμου. Για παράδειγμα, αν είχαμε σκάλες που ήταν απρόβλεπτες, εντελώς τυχαία τοποθετημένες, μάλλον θα μας ήταν πολύ δύσκολο να τις ανεβούμε στο σκοτάδι.
Άρα, μια μη αναγώγιμη υπολογιστική διαδικασία είναι σαν να ανεβαίνεις πολύ κακές σκάλες στο σκοτάδι. Μπορείς να το κάνεις, αλλά χρειάζεται πολλή συγκέντρωση και δεν μπορείς απλώς να παραλείψεις ένα ή δύο σκαλοπάτια. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει ταξίδι στον χρόνο ούτε πρόβλεψη ολόκληρης της μελλοντικής κατάστασης του σύμπαντος. Είναι μέρος αυτού απλώς η φύση των ανθρώπων;
Ως παρατηρητές, οι άνθρωποι έχουν υπολογιστικούς περιορισμούς. Ας πούμε ότι σας δίνεται ένα μήνυμα και είναι κρυπτογραφημένο. Αν τα συστήματα κρυπτογράφησής μας λειτουργούν σωστά, εμείς οι άνθρωποι δεν μπορούμε απλώς να κοιτάξουμε το κρυπτογραφημένο μήνυμα και να ξέρουμε ποιο ήταν το απλό κείμενό του. Είμαστε περιορισμένοι ως προς τους υπολογισμούς που μπορούμε να κάνουμε. Σε αυτή την περίπτωση, για να βρούμε ποιο ήταν το αρχικό μήνυμα, θα έπρεπε να δοκιμάσουμε όλες τις πιθανότητες και να δούμε τι δουλεύει. Το να πούμε ότι οι άνθρωποι είναι υπολογιστικά περιορισμένοι ή υπολογιστικά δεσμευμένοι σημαίνει ότι, όταν έχει προηγηθεί μια υπολογιστικά μη αναγώγιμη διαδικασία, δεν μπορείτε να την εκτελέσετε ολόκληρη. Μπορείτε να κάνετε μόνο περιορισμένους υπολογισμούς· μπορείτε να ακολουθήσετε μόνο έναν περιορισμένο αριθμό βημάτων. Αν ρωτάτε τι θα γίνει μετά από ένα δισεκατομμύριο βήματα, είστε περίπου χαμένοι, γιατί ο εγκέφαλός μας δεν μπορεί να κάνει έναν τέτοιο υπολογισμό.
Όταν ο χρόνος νοείται ως υπολογισμός, δεν μπορείς απλώς να παραλείψεις μερικά βήματα Alex Linch / Alamy
Αν ο εγκέφαλός μου ήταν καλύτερος υπολογιστής —αν ήμουν πραγματικά καλός στο να ανεβαίνω σκάλες, σε αυτή τη σύγκριση— θα μπορούσα να προβλέψω το μέλλον;
Αν είχατε έναν υπολογιστή που θα εκτελούσε κάθε βήμα δύο φορές πιο γρήγορα από ό,τι το σύμπαν, τότε ναι. Όμως, αφού οι μόνοι υπολογιστές που έχουμε είναι φτιαγμένοι από πράγματα μέσα στο σύμπαν, αν προσπαθούμε να προβλέψουμε το σύμπαν, δεν έχουμε πρώτη ύλη από την οποία να φτιάξουμε έναν υπολογιστή που θα τρέχει δύο φορές πιο γρήγορα. Δεν μπορείς να προβλέψεις καλύτερα το σύμπαν από μέσα στο σύμπαν.
Αλλά αν τα πάντα είναι απλώς υπολογισμός, πρόκειται για μια θεωρία υπερντετερμινισμού, όπου κάθε επόμενη κατάσταση είναι αυστηρά προκαθορισμένη από την προηγούμενη; Πού χωράει η ανθρωπότητα και η προοπτική της ελεύθερης βούλησης;
Σε ένα ντετερμινιστικό σύστημα, είναι σαν να σκέφτεστε: «Ω, ξέρω τους κανόνες του συστήματος, άρα μπορώ να προβλέψω τα πάντα που θα συμβούν. Δεν υπάρχει ελεύθερη βούληση εδώ, γιατί μπορώ απλώς να προβλέψω τι θα γίνει». Όμως με την υπολογιστική μη αναγωγιμότητα, ο μόνος τρόπος να ξέρεις τι θα κάνει το πράγμα είναι να τρέξεις τον υπολογισμό και να δεις τι κάνει. Με άλλα λόγια, εσείς ως εξωτερικός παρατηρητής και ο υπολογιστής με την εσωτερική του εμπειρία λειτουργείτε περίπου με τον ίδιο ρυθμό. Δεν μπορείτε να ξεπεράσετε το ίδιο το σύστημα. Για να δείτε τι θα συμβεί, πρέπει να το βιώσετε.
Έτσι, σε κάποιο επίπεδο, θα έλεγε κανείς ότι αυτό είναι κάτι αρνητικό, γιατί περιορίζει την επιστήμη και τη δυνατότητα πρόβλεψης. Από την άλλη όμως, σημαίνει ότι όταν ζούμε τη ζωή μας και βιώνουμε τον χρόνο, στην πραγματικότητα έχουμε πετύχει κάτι. Έχει εκτελεστεί κάποια μη αναγώγιμη υπολογιστική διαδικασία από αυτό το πέρασμα του χρόνου· η εμπειρία του χρόνου έχει νόημα.
Έχουμε ανοίξει μια πόρτα σε ένα κρυφό κομμάτι της πραγματικότητας — τι υπάρχει μέσα;
Αυτό πράγματι φαίνεται να δίνει λίγο περισσότερο νόημα στην ύπαρξή μας από τη συνηθισμένη ιδέα του υπερντετερμινισμού. Αλλά αν σας καταλαβαίνω σωστά, η απάντηση είναι ότι αυτό δεν αλλάζει και τόσο πολύ τον βασικό υπολογισμό, γιατί είτε υπάρχει ελεύθερη βούληση είτε όχι, δεν μπορούμε ούτως ή άλλως να ξέρουμε το επόμενο βήμα, άρα η ύπαρξη παραμένει σημαντική ακόμη και αν η ελεύθερη βούληση δεν υπάρχει αυστηρά.
Το γεγονός ότι υπάρχουν κανόνες, ότι τα πράγματα καθορίζονται από την προηγούμενη κατάσταση, δεν σημαίνει απαραίτητα ότι οι επιλογές μας μέσα σε αυτούς τους κανόνες είναι χωρίς νόημα. Ναι, είμαστε δεμένοι με αυτούς τους κανόνες, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι η δέσμευση αυτή αποκαλύπτει αμέσως τα πάντα για το τι θα κάνουμε· απλοί κανόνες μπορούν να παράγουν πολύ περίπλοκα πράγματα. Πώς θα ήταν αν υπήρχε ελεύθερη βούληση ανεξάρτητη από οποιουσδήποτε υποκείμενους νόμους; Με άλλα λόγια, αν απλώς αποφασίζατε τυχαία να κάνετε το ένα ή το άλλο, χωρίς καμία εξωτερική επιρροή από προηγούμενη κατάσταση; Θα μπορούσατε να έχετε την εικόνα ενός σύμπαντος που δεν είναι ντετερμινιστικό και όπου συμβαίνουν εντελώς αυθαίρετα πράγματα — αυτή είναι μια πιθανή εικόνα για το πώς λειτουργεί το σύμπαν. Δεν νομίζω ότι ισχύει αυτό, αλλά είναι μια πιθανή εικόνα. Όμως, αν ίσχυε, τότε το πρόγραμμα της αναζήτησης νόμων της φυσικής ή νόμων της επιστήμης θα ήταν τελικά καταδικασμένο. Θα λέγαμε απλώς ότι δεν ξέρουμε γιατί συνέβη αυτό και δεν θα μπορούσαμε ποτέ να μάθουμε γιατί συνέβη οτιδήποτε. Δεν υπάρχει νόμος που να καθορίζει τι θα συμβεί. Όμως, από τη στιγμή που είναι δυνατή οποιαδήποτε θεμελιώδης θεωρητική επιστήμη, δεν μπορείς να έχεις αυτή την εικόνα.
Άρα, αν θέλουμε να έχουμε οποιουσδήποτε νόμους της φυσικής, πρέπει να παραδεχτούμε ότι είμαστε, με κάποιον τρόπο, περιορισμένοι. Τη στιγμή που δεν μπορώ να πω κάτι παράλογο, όπως «θα γίνω τώρα μια σφαίρα» και να γίνω σφαίρα, η έννοια της ελεύθερης βούλησης χάνει μέρος του νοήματός της.
Σωστά. Από τη στιγμή που υπάρχουν συγκεκριμένοι νόμοι που κυβερνούν το σύμπαν, δεν μπορεί να υπάρχει αυτή η αντίληψη της ελεύθερης βούλησης που υπονοούσατε. Και τότε το ερώτημα είναι γιατί πιστεύουμε ότι έχουμε ελεύθερη βούληση; Εκεί βρίσκεται το μυστήριο: αν, στην πραγματικότητα, πιστεύουμε ότι υπάρχουν θεμελιώδεις νόμοι, γιατί πιστεύουμε ότι έχουμε ελεύθερη βούληση; Και η απάντηση, νομίζω, είναι αυτό το φαινόμενο της υπολογιστικής μη αναγωγιμότητας. Δηλαδή, αν μπορούσαμε πάντα να προβλέπουμε τι θα κάνουμε έναν χρόνο από τώρα, τότε δεν θα νομίζαμε ότι είναι στο χέρι μας να αποφασίσουμε τι θα κάνουμε έναν χρόνο από τώρα — θα ήμασταν απλώς επιβάτες, καθώς το σύμπαν θα όριζε τι θα κάνουμε.
