Het universum als computersimulatie

“Welkom… in de echte wereld” – het is een bekend citaat uit The Matrix, een film die in 1999 het nodige opzien baarde en zich afspeelt in een door machines beheerste wereld waarin mensen in een diepe slaap worden gehouden en deel uitmaken van een computersimulatie. Het idee is niet nieuw; het verhaal is gebaseerd op denkbeelden van westerse filosofen als Plato en op ideeën uit onder meer het boeddhisme. Sindsdien is al vaak de vraag gesteld of wij in een soortgelijke simulatie zouden kunnen leven. Fysici denken nu een methode te hebben gevonden waarmee deze vraag mogelijk kan worden beantwoord.

Eén van de meest gekoesterde ideeën in de fysica dezer dagen is kwantumchromodynamica, een theorie die de wisselwerking tussen elementaire deeltjes als quarks en gluonen beschrijft. Het is het universum in zijn meest fundamentele vorm, en daarom is het een interessant streven om die wisselwerking te simuleren op een computer en te zien wat voor complexiteit daaruit ontstaat. Hoewel fysici op dit moment zelfs op ’s werelds krachtigste computers slechts minieme stukjes van de kosmos na kunnen bootsen, is het belangrijkste dat een dergelijke simulatie, voor zover wij het begrijpen, niet te onderscheiden is van de realiteit.

Door de huidige technologische vooruitgang is het niet ondenkbaar dat onderzoekers over een niet al te lange tijd aanzienlijke ‘grotere’ delen van de ruimte kunnen simuleren. Op een gebied van slechts enkele micrometers zou de gehele werking van een menselijke cel kunnen worden nagebootst. Het is dit soort denken dat fysici ertoe zet om de mogelijkheid in aanmerking te nemen dat het universum in feite op een enorm krachtige computer zou kunnen draaien. Is er alleen een manier om daar achter te komen?

Volgens Silas Beane, onderzoeker aan de Universiteit van Bonn in Duitsland, en zijn collega’s is er een manier waarop bewijs verkregen kan worden voor een universum als computersimulatie, althans in bepaalde gevallen. Het probleem met alle simulaties is dat de natuurwetten moeten worden gesuperponeerd op een driedimensionaal raster dat in de loop van de tijd verandert. De vraag die het team stelde is of er daaruit enige vorm van beperkingen op de natuurwetten die in het heelal voortvloeien. Daarbij keken de onderzoekers in het bijzonder naar processen waarbij veel energie vrijkomt.

Wat blijkt is dat er een fundamenteel limiet is op de hoeveelheid energie die een deeltje kan bevatten. Mocht onze kosmos dus slechts een simulatie zijn, dan moet het spectrum van energierijke deeltjes ‘afgesneden’ worden. Dit is precies het geval is bij de deeltjes die we kunnen vinden in de kosmische straling die aanwezig is in ons universum. Deze bovengrens staat ook wel bekend als het zogeheten ‘GZK-limiet’, dat in 1966 werd opgesteld door drie fysici.

Uit berekeningen blijkt verder dat de kosmische straling zich in een simulatie voornamelijk langs de assen van het raster zou bewegen, waardoor we het niet in alle richtingen in dezelfde mate kunnen zien. Een dergelijke meting zouden we met de huidige technologie kunnen doen in het ‘echte’ universum. Daarmee zou men kunnen ‘zien’ wat de oriëntering van het raster is waarop de simulatie waarin wij leven wordt gedraaid.

Hierbij moeten echter wel enkele kanttekeningen worden geplaatst. Dit computerraster kan namelijk op een heel andere manier kan zijn geconstrueerd dan die door de onderzoekers is gebruikt. Een ander probleem is dat dit effect alleen meetbaar is wanneer de begrenzing op het raster exact hetzelfde is als het eerdergenoemde GZK-limiet.

Desalniettemin zijn de bevindingen van Beane en collega’s zeer interessant te noemen. Of we de vraag of we in een matrix-achtige schijnwereld leven ooit zullen kunnen beantwoorden? De tijd zal het leren.

Afbeelding: Warner Bros