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

Poucas ideias pop fizeram tanto barulho na física quanto a pergunta “e se tudo isso for só uma simulação?”. Mas uma dúvida que incomoda pesquisadores há cerca de um século pode estar chegando a um tipo de resposta - só que não exatamente a que muita gente imaginava.

Em uma análise nova e detalhada do que a teoria atual permite, uma equipe liderada por Mir Faizal, da University of British Columbia, mostrou que não existe uma “Teoria de Tudo” universal que concilie de forma elegante a relatividade geral com a mecânica quântica - pelo menos não uma teoria que seja algorítmica.

Uma consequência direta disso é que o Universo não poderia ser uma simulação, já que qualquer simulação teria de funcionar de maneira algorítmica.

“Demonstramos que é impossível descrever todos os aspectos da realidade física usando uma teoria computacional de gravidade quântica”, afirma Faizal.

“Portanto, nenhuma teoria de tudo fisicamente completa e consistente pode ser derivada apenas da computação. Em vez disso, ela exige um entendimento não algorítmico, mais fundamental do que as leis computacionais da gravidade quântica e, por isso, mais fundamental do que o próprio espaço-tempo.”

Um dos espinhos mais difíceis na nossa compreensão de como tudo funciona é a relação insolúvel entre o tecido contínuo do espaço-tempo e a dualidade “nebulosa” da mecânica quântica. Sabemos que o Universo funciona, mas a matemática usada para descrever cada domínio entra em colapso quando tentamos aplicá-la ao outro.

Há décadas, físicos procuram uma solução matemática - a chamada gravidade quântica, ou Teoria de Tudo - que permita uma transição suave entre a relatividade geral e a teoria quântica.

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

Essas abordagens sugerem que espaço-tempo e campos quânticos emergem de uma base de informação pura, além da qual nada existiria - ideia resumida pelo físico teórico americano John Wheeler como obter um “it from a bit” (“algo a partir de um bit”).

Só que, segundo a equipe, há bons motivos para que esses “its” não possam surgir de “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 computação”, explica Faizal.

“Ela requer um entendimento não algorítmico que, por definição, está além do cálculo algorítmico e, portanto, não pode ser simulado. Assim, este Universo não pode ser uma simulação.”

Partindo do argumento de que a informação da qual a realidade emergiria precisaria ser ao mesmo tempo fundamental e finita, os físicos recorreram aos matemáticos Kurt Gödel, Alfred Tarski e Gregory Chaitin para testar a hipótese.

Esses três teóricos - os dois primeiros atuando na primeira metade do século 20, e Chaitin a partir dos anos 1960 - mostraram de forma independente que existem limites duros para a 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 consegue definir sua própria verdade.

Por fim, o teorema da incompletude de Chaitin - semelhante ao trabalho de Gödel - indica que existe um limite superior rígido para o quanto de complexidade um sistema formal algorítmico consegue descrever.

A partir desses teoremas lógicos, os pesquisadores concluem que a própria física não pode ser totalmente computável. Eles propõem que a única forma de chegar a uma Teoria de Tudo seria adicionar uma camada não algorítmica acima da camada algorítmica, criando uma Meta Teoria de Tudo, ou MToE.

Essa meta-camada poderia determinar o que é verdadeiro “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 questão incômoda sobre se somos, de fato, “reais”.

“Qualquer simulação é inerentemente algorítmica - ela precisa seguir regras programadas”, diz Faizal. “Mas como o nível fundamental da realidade se baseia em um entendimento não algorítmico, o universo não pode ser, e nunca poderia ser, uma simulação.”

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