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大家好，我是魅力科學君，今天我們要聊的話題是：一項近日發表在《AIP進展》（AIP Advances）上的新研究表明，如果宇宙真是計算機虛擬的，那引力就可能是虛擬宇宙的證據。
要理解這個理論，我們得先了解一個在物理學界比較新穎的假設，這被稱為“信息動力學第二定律”（Second Law of Infodynamics），其內容是：在一個孤立的信息系統中，信息熵會趨于減少或保持不變，直到系統達到信息平衡時的最低值。 簡而言之，信息熵這個概念來源于香農信息論，它衡量的是信息的不確定性，一個事件發生的概率越高，其信息熵就越低，反之亦然，在數字世界里，信息由“0”和“1”的比特流組成，信息熵越高，意味著需要更多比特來精確描述其狀態。 此次研究提出的理論認為，“信息動力學第二定律”在宇宙尺度上也是成立的，它解釋了為什么宇宙中存在大量的高度對稱結構，因為一個高度對稱的結構，其信息熵是很低的，一旦你了解了它的一部分，就能推斷出其他部分，這大大減少了描述整個結構所需的信息量。
在此基礎上，該理論提出了一個假設，即：如果宇宙是計算機虛擬的，那宇宙就應該是由由一個個微小、離散的“信息單元”構成的，它們可以被視為宇宙的信息存儲介質，每個單元都能記錄信息，如果單元是空的，它記錄“0”，如果其中有物質存在，它就記錄“1”。 如此一來，物質的分布狀態，就直接決定了整個宇宙的信息熵，也就是說，當物質雜亂地分散在這些信息單元中時，各個單元記錄的“0”和“1”的分布就相對隨機，宇宙的信息熵就比較高，反之，當物質集中在少數幾個信息單元中時，大量單元記錄“0”，少數單元記錄“1”，宇宙的信息熵就變低了。 在這個理論框架下，宇宙的信息熵就會因為因為“信息動力學第二定律”而自發地降低，如何實現呢？一個有效的方法就是，讓分散的物質粒子聚集起來。
這是因為當多個分散的粒子聚集成一個更大的結構時，宇宙的“信息系統”就不再需要分別處理每一個粒子的信息，它只需要處理這個結構的位置即可，所以其信息熵也就降低了。 為方便理解，我們不妨來舉個例子，這就像你電腦里有多個零散的文件，你要管理它們，需要記住每一個文件的位置，但如果你把它們都打包成一個壓縮文件，并歸檔到一個文件夾里，那么你只需要記住這個壓縮包的位置就可以了，在這種情況下，雖然壓縮包里的內容沒有減少，但你管理和查找的效率大大提高了，信息熵也就降低了。 而我們都知道，在已知的宇宙中，引力的作用正是將分散的物質粒子聚集起來。 所以該理論認為，如果宇宙是計算機虛擬的，那引力就應該是一個有力的證據，因為它驅動著物質相互靠近，聚集在一起，從而將原來分散的、需要分別編碼的信息合并成更大的“信息包”，進而大大減少了計算機程序“管理”和“計算”這些物質所需的算力。
引人注目的是，在此次研究中，科學家通過嚴謹的數學方法推導出了基于該理論的引力計算公式，而這個公式，居然與牛頓萬有引力定律中的公式一模一樣！ 這樣的結果無疑是令人吃驚的，相信有不少人會據此認為，宇宙果然是計算機虛擬的。 不過對于嚴謹的科學來講，現在就下結論還為時尚早。科學家表示，此次提出的理論只是為我們探索宇宙的本質，打開了一扇充滿無限可能的新窗口，而該理論是否真的成立，還需要更多的驗證。 參考資料：Is gravity evidence of a computational universe？AIP Advances，Volume 15, Issue 4 April 2025，doi.org/10.1063/5.0264945 |
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