Físicos, em definitivo, descartaram a hipótese de que o universo seja uma simulação.

Uma questão que intriga os físicos há mais de um século talvez finalmente tenha uma resposta – embora possivelmente não seja aquela que muitos esperavam.

Em uma nova e detalhada análise da teoria atual, uma equipe de físicos liderada por Mir Faizal, da Universidade da Colúmbia Britânica, mostrou que não existe uma "Teoria de Tudo" universal capaz de reconciliar de forma elegante a relatividade geral com a mecânica quântica – pelo menos, não uma teoria algorítmica.

Uma consequência natural disso é que o Universo não pode ser uma simulação, já que qualquer simulação desse tipo precisaria funcionar de maneira algorítmica.

"Nós demonstramos que é impossível descrever todos os aspectos da realidade física usando uma teoria computacional da gravidade quântica", diz Faizal.

"Portanto, nenhuma teoria de tudo fisicamente completa e consistente pode ser derivada apenas da computação. Em vez disso, ela exige uma compreensão não algorítmica, que é mais fundamental do que as leis computacionais da gravidade quântica e, portanto, mais fundamental do que o próprio espaço-tempo."

Um dos problemas mais persistentes em nossa compreensão de como tudo funciona é a relação insolúvel entre o tecido contínuo do espaço-tempo e a dualidade difusa da mecânica quântica. Sabemos que o Universo de fato funciona, mas a matemática usada para descrever cada domínio entra em colapso quando aplicada ao outro.

Há muito tempo os físicos buscam uma solução matemática – a chamada gravidade quântica, ou Teoria de Tudo – que permita à física passar suavemente entre a relatividade geral e a teoria quântica.

Faizal e seus colegas destacaram tentativas populares de resolver os problemas dessa transição, como a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop.

Essas abordagens propõem que o espaço-tempo e os campos quânticos emergem de uma base de pura informação, além da qual nada existe – ideia resumida de forma célebre pelo físico teórico americano John Wheeler com a expressão "it from a bit".

Ainda assim, segundo a equipe, há bons motivos para pensar que os "its" não podem surgir dos "bits".

"Com base em teoremas matemáticos ligados à incompletude e à indefinibilidade, demonstramos que uma descrição totalmente consistente e completa da realidade não pode ser alcançada apenas por meio da computação", explica Faizal.

"Ela requer uma compreensão não algorítmica que, por definição, está além da computação algorítmica e, portanto, não pode ser simulada. Assim, este Universo não pode ser uma simulação."

Partindo da ideia de que a informação da qual a realidade emerge teria de ser ao mesmo tempo fundamental e finita, os físicos recorreram aos matemáticos Kurt Gödel, Alfred Tarski e Gregory Chaitin para testar sua hipótese.

Esses três teóricos – os dois primeiros atuando na primeira metade do século 20, e Chaitin a partir da década de 1960 – mostraram de forma independente que existem limites rígidos para nossa capacidade de compreender o Universo.

Os famosos teoremas da incompletude de Gödel, de 1931, mostraram que qualquer sistema matemático consistente conterá afirmações verdadeiras que, ainda assim, não podem ser provadas usando suas próprias regras. Já o teorema da indefinibilidade de Tarski, de 1933, mostrou que um sistema aritmético não pode definir sua própria verdade.

Por fim, o teorema da incompletude de Chaitin – semelhante ao trabalho de Gödel – indica que existe um limite máximo para quanta complexidade um sistema algorítmico formal consegue descrever.

Com base nesses teoremas lógicos, os pesquisadores concluem que a própria física não pode ser totalmente computável. Eles propõem que a única forma de resolver uma Teoria de Tudo é acrescentar uma camada não algorítmica acima da camada algorítmica, criando uma Meta-Teoria de Tudo, ou MToE.

Essa meta-camada seria capaz de determinar o que é verdadeiro a partir de fora do sistema matemático, oferecendo aos cientistas uma forma de investigar fenômenos como o paradoxo da informação em buracos negros sem violar regras matemáticas.

E, claro, isso também encerra aquela incômoda questão sobre sermos ou não "reais".

"Qualquer simulação é inerentemente algorítmica – ela precisa seguir regras programadas", diz Faizal. "Mas, como o nível fundamental da realidade se baseia em uma compreensão não algorítmica, o universo não pode ser, e nunca poderia ser, uma simulação."

A pesquisa foi publicada no Journal of Holography Applications in Physics.