Gravidade e a segunda lei da infodinâmica: o universo como código

Há muito tempo tratamos a gravidade como algo dado: uma das forças básicas da natureza, um fio invisível que mantém o universo “costurado”. Mas e se isso não for exatamente assim? E se a lei da gravidade for apenas o eco de algo mais profundo - um efeito colateral de um universo que funciona segundo um código, como um computador?

Essa é a hipótese central da minha pesquisa mais recente, publicada na revista AIP Advances. Ela propõe que a gravidade não seja uma força misteriosa que faz objetos se atraírem, e sim o resultado de uma lei informacional da natureza que chamo de segunda lei da infodinâmica.

À primeira vista, a ideia lembra ficção científica - porém ela se apoia em física e em indícios de que o universo parece operar de modo suspeitamente parecido com uma simulação computacional.

Eficiência computacional e compressão de dados no universo

Nas tecnologias digitais, dos aplicativos do seu celular ao ciberespaço, eficiência é tudo. Computadores compactam e reorganizam dados o tempo todo para economizar memória e capacidade de processamento. E se algo semelhante estiver acontecendo em todo o cosmos?

É aqui que a teoria da informação - o estudo matemático de como quantificar, armazenar e comunicar informação - pode ajudar a explicar o que está em jogo. Desenvolvida originalmente pelo matemático Claude Shannon, ela vem ganhando espaço na física e hoje é aplicada em um conjunto cada vez maior de linhas de pesquisa.

Em um artigo de 2023, usei a teoria da informação para propor a minha segunda lei da infodinâmica.

A segunda lei da infodinâmica e a “entropia” da informação

Essa lei estabelece que a “entropia” da informação - ou seja, o nível de desorganização informacional - precisa diminuir ou permanecer constante dentro de qualquer sistema fechado de informação. Trata-se do oposto do conhecido segundo princípio da termodinâmica, segundo o qual a entropia física, isto é, a desordem, sempre aumenta.

Considere uma xícara de café esfriando. A energia flui do mais quente para o mais frio até que a temperatura do café se iguale à do ambiente e a energia do sistema seja mínima - um estado chamado de equilíbrio térmico. Nesse ponto, a entropia do sistema é máxima: as moléculas ficam distribuídas do modo mais espalhado possível, todas com a mesma energia. Em outras palavras, a variação de energias por molécula no líquido diminui.

Se pensarmos no conteúdo de informação de cada molécula a partir da sua energia, então, no começo - quando o café está quente - a entropia da informação é máxima; já no equilíbrio, a entropia da informação é mínima. O motivo é que quase todas as moléculas passam a ter o mesmo nível de energia, tornando-se caracteres idênticos dentro de uma “mensagem” informacional. Assim, a variedade de energias disponíveis se reduz quando se chega ao equilíbrio térmico.

Da distribuição no espaço à gravidade

Mas, se em vez de energia considerarmos apenas a localização, surge um cenário diferente: existe muita desordem informacional quando partículas estão espalhadas aleatoriamente no espaço - a quantidade de informação necessária para “acompanhar” todas elas é grande. Quando essas partículas se juntam sob atração gravitacional, como ocorre com planetas, estrelas e galáxias, a informação fica mais compacta e, portanto, mais administrável.

Em simulações, é exatamente isso que acontece quando um sistema tenta funcionar de forma mais eficiente. Assim, o movimento da matéria sob a influência da gravidade não precisaria ser consequência de uma força. Talvez seja uma função de como o universo comprime a informação com a qual precisa operar.

Segunda lei da infodinâmica, “células” de espaço e a lei de Newton

Nessa visão, o espaço não é contínuo nem perfeitamente suave. Ele seria composto por pequenas “células” de informação, parecidas com pixels em uma imagem ou com quadrados na tela de um jogo de computador. Em cada célula existe informação básica sobre o universo - por exemplo, onde uma partícula está - e, em conjunto, elas formam o tecido do cosmos.

Ao colocar itens dentro desse espaço, o sistema se torna mais complexo. Porém, quando todos esses itens se reúnem e passam a ser um único item em vez de muitos, a informação volta a ficar simples.

Desse ponto de vista, o universo tenderia naturalmente a buscar estados de entropia mínima de informação. E aqui está o ponto decisivo: quando se fazem as contas, a “força” informacional entrópica gerada por essa tendência à simplicidade é exatamente equivalente à lei da gravitação de Newton, como mostro no meu artigo.

Essa teoria se apoia em estudos anteriores sobre “gravidade entrópica”, mas avança um passo além. Ao conectar dinâmica da informação e gravidade, chegamos a uma conclusão instigante: o universo pode estar rodando algum tipo de software cósmico. Em um universo artificial, seriam esperadas regras de máxima eficiência. Seriam esperadas simetrias. Seria esperada compressão.

E seria esperado que uma lei - isto é, a gravidade - emergisse dessas regras computacionais.

Ainda não temos evidência definitiva de que vivemos em uma simulação. Mas, quanto mais fundo investigamos, mais o nosso universo parece se comportar como um processo computacional.

Melvin M. Vopson, Professor Associado de Física, Universidade de Portsmouth

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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