هل يأتي الوقت من الكون بأكمله عن طريق إجراء حسابات؟

وفيما يلي مقتطف من لدينا فقدت في الزمكان النشرة الإخبارية. كل شهر، نتعمق في أفكار رائعة من جميع أنحاء الكون. يمكنك الاشتراك في فقدت في الزمكان هنا.

أنا وزملائي نتبادل نكتة: الوقت ليس حقيقيًا. أوه، كنت تعتقد أن الموعد النهائي كان غدا، لكنه في الواقع اليوم؟ الوقت ليس حقيقيا. وهذا ما يفسر ذلك. لا يمكن أن تكون فترة الثمانينات قبل 40 عامًا، أليس كذلك؟ لا يا صديقي، الوقت ليس حقيقياً. إذا كان الفضائيون ينظرون إلى الأرض الآن من سفينة بعيدة، فهل سيرون ديناصورات أم مجرد بحار من الصهارة؟ الوقت ليس حقيقيا بالتأكيد.

ولكن، مثل الكثير من النكات، هناك نواة من الحقيقة هناك. في هذه الحالة، لا يعني ذلك أن الوقت ليس حقيقيا، بل إننا لا نفهمه حقا ــ وبكلمة “نحن” لا أقصد أنا وزملائي فقط، بل أقصد الإنسانية ككل. لقد كان الفيزيائيون والفلاسفة يتعاملون مع هذا المفهوم منذ زمن سحيق، وعلى الرغم من وجود العديد من الأفكار المتداولة (بعضها أكثر معقولية من غيرها)، إلا أنه لا توجد حتى الآن أي إجابات قوية.

طرحت السؤال على ستيفن ولفرام، عالم الفيزياء وعالم الكمبيوتر الذي ابتكر بعض أدوات الحوسبة الأكثر فائدة في الفيزياء. لعقود من الزمن، كان يعمل على ما يسميه “مشروع ولفرام للفيزياء”، وهو جهد هائل لإعادة تعريف الفيزياء من حيث الحساب، بدلاً من الرياضيات النموذجية والديناميكا الحرارية التي يستخدمها معظم الفيزيائيين وعلماء الكون لفهم الكون. إن القول بأن المشروع كان مثيرًا للجدل في الأوساط العلمية ربما يكون بخسًا. بالنسبة للمبتدئين، فإن أفكاره في الوقت المحدد تتطلب أن يكون الكون في الأساس جهاز كمبيوتر واحدًا كبيرًا. إذا كان هذا صحيحًا، فإن هذه الفكرة لديها القدرة على شرح ماهية الوقت أخيرًا، ولماذا يتدفق بسلاسة إلى الأمام، ولماذا لا نستطيع التنبؤ بالمستقبل. لذا، اتصلت به لإجراء محادثة حول هذا الموضوع.

ليا كرين: لنبدأ بسؤال سهل. ما هو الوقت؟

ستيفن ولفرام: صحيح. الوقت هو العمل غير القابل للاختزال للحساب.

عظيم. نهاية المقابلة، أتمنى لك يومًا سعيدًا.

في الواقع، دعونا لا ننتهي عند هذا الحد. يرجى توضيح ماذا يعني ذلك.

ما نعتبره وقتًا هو تجربتنا في عملية حساب الكون لحالاته المتعاقبة.

هل يمكنني أن أفكر في ذلك مثل الصور الموجودة في دفتر الصور المتحركة، حيث يتم تكديسها لجعلها تبدو وكأنها حركة؟

بمعنى ما، نعم، على الرغم من أن الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك قليلًا. كما يتم حساب تلك الحالات المتعاقبة، واحدة من السابقة، والتي تتوافق مع مرور الوقت. والشيء غير الواضح هو هذا: إذا كان لديك قاعدة محددة يتم من خلالها حساب الحالات المتعاقبة للكون، فقد تقول، حسنًا، لماذا لا أستطيع القفز للأمام؟ لماذا يوجد أي شيء نعتبره نوعًا من مرور الوقت الذي لا يرحم؟ والجواب هو هذه الظاهرة التي أسميها “عدم القابلية للاختزال الحسابي” والتي كنت أتحدث عنها منذ منتصف الثمانينات.

ماذا يعني عدم الاختزال هنا، وكيف يمنعني ذلك من السفر عبر الزمن، أو التنبؤ بالمستقبل؟

إذا كنت تعرف القواعد الأساسية للنظام، فكيف تعرف ما الذي سيفعله النظام؟ حسنًا، هناك شيء واحد يمكنك فعله وهو تشغيل هذه القواعد ورؤية ما سيحدث. الشيء الذي اعتدنا عليه نوعًا ما من تقاليد العلوم الرياضية، والفيزياء الرياضية على وجه الخصوص، هو أنه إذا كنت تعرف القواعد الأساسية، فيمكنك فقط التوصل إلى صيغة لما ستكون عليه حالة النظام في أي وقت في المستقبل. يمكنك توصيل أي قيمة للمتغير ر للوقت في تلك الصيغة التي تريدها. ليس عليك أن تجد الحل لـ ر=1 ثم ر=2، وهكذا حتى تصل إلى القيمة لـ ر الذي تبحث عنه.

لكن الشيء الذي يكتشفه المرء هو أنه عندما تنظر إلى القواعد الحسابية، فغالبًا ما لا يمكنك القفز إلى الأمام وتقليل مقدار الجهد الحسابي اللازم لمعرفة ما يحدث بعد عدد كبير من الخطوات. الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها معرفة ما سيحدث هي القيام بكل خطوة من هذه الخطوات بشكل صريح ورؤية ما يحدث مع تطور النظام المعني مع مرور الوقت. في عملية حسابية غير قابلة للاختزال، عليك أن تمر بهذا التطور بأكمله – لا توجد طرق مختصرة.

أعتقد أنني أفهمها كمفهوم، لكن هل يمكنك أن تعطيني مثالاً لشيء قد يكون غير قابل للاختزال حسابيًا بالنسبة لجهاز كمبيوتر عادي، وليس للكون بأكمله؟

يمكنك التفكير في حساب أرقام pi. بمجرد حساب هذه الأرقام، فإنها تبحث عن جميع الأغراض العملية وكأنها عشوائية، ولكن هناك عملية محددة جيدًا لحسابها. لا يمكنك حساب الرقم 1200 من pi بمفرده، لكن عليك حساب أول 1199 رقمًا أولاً.

إن الأمر يشبه صعود الدرج في الظلام، فأنت لا تعرف على وجه اليقين مكان الدرج التالي حتى تخطو عليه. هل هذا دقيق؟

نعم هذا عادل. الشيء الوحيد في السلالم هو أن السلالم هي نوع من الإعداد البسيط الحسابي. وهذا مهم بالنسبة لنا في تجربتنا مع العالم، وهو أن يكون هناك إمكانية للتنبؤ. نحن نزدهر على القدرة على التنبؤ بالعالم. لذا، على سبيل المثال، إذا كان لدينا سلالم لا يمكن التنبؤ بها، ومرتبة بشكل عشوائي تمامًا، فمن المحتمل أن نواجه صعوبة كبيرة في صعودها في الظلام.

لذا، فإن الحساب غير القابل للاختزال يشبه تسلق سلالم سيئة للغاية في الظلام. إنه أمر ممكن التنفيذ، لكنه يتطلب الكثير من التركيز، ولا يمكنك تخطي خطوة أو خطوتين فقط. مما يعني عدم السفر عبر الزمن وعدم التنبؤ بالحالة المستقبلية للكون بالكامل. هل جزء من ذلك فقط بسبب طبيعة البشر؟

كمراقبين، البشر محدودون حسابيًا. لنفترض أنه تم تقديم رسالة ما إليك، وأنها مشفرة. إذا كانت أنظمة التشفير لدينا تعمل، فلن نتمكن نحن البشر من مجرد إلقاء نظرة على الرسالة المشفرة ومعرفة النص العادي لتلك الرسالة. نحن محدودون في الحسابات التي يمكننا القيام بها. لذا، في هذه الحالة، لمعرفة ماهية الرسالة الأصلية، علينا تجربة كل الاحتمالات ومعرفة ما سينجح. إن القول بأن البشر محدودون حسابيًا أو مقيدون حسابيًا يعني أنه عندما تكون هناك عملية غير قابلة للاختزال حسابيًا، لا يمكنك إجراء تلك العملية الحسابية غير القابلة للاختزال بالكامل. يمكنك إجراء عملية حسابية محدودة فقط؛ يمكنك اتباع عدد محدود من الخطوات. إذا سألت ماذا سيحدث بعد مليار خطوة، فأنت غير محظوظ نوعًا ما، لأن أدمغتنا لا تستطيع إجراء عملية حسابية كهذه.

إذا كان عقلي جهاز كمبيوتر أفضل – إذا كنت جيدًا حقًا في صعود السلالم، في هذه المقارنة – هل كان بإمكاني التنبؤ بالمستقبل؟

إذا كان لديك جهاز كمبيوتر يمكنه القيام بكل خطوة بسرعة تعادل ضعف سرعة الكون، فنعم. لكن بما أن أجهزة الكمبيوتر الوحيدة التي لدينا هي تلك المصنوعة من أشياء موجودة في الكون، إذا كنا نحاول التنبؤ بالكون، فلا توجد مادة خام يمكننا منها صنع جهاز كمبيوتر يعمل بسرعة مضاعفة. لا يمكنك التنبؤ بالكون من داخل الكون.

ولكن إذا كان كل شيء مجرد حساب، فهل هذه نظرية حتمية فائقة، حيث يتم تحديد كل حالة متتالية بشكل صارم من قبل الحالة السابقة؟ أين تتناسب الإنسانية واحتمال الإرادة الحرة مع ذلك؟

في النظام الحتمي، يبدو الأمر كما لو كنت تعتقد، “أوه، أنا أعرف قواعد النظام، لذا يمكنني التنبؤ بكل شيء سيحدث. لا توجد إرادة حرة تحدث هنا، لأنني أستطيع فقط التنبؤ بما سيحدث.” ولكن مع عدم القابلية للاختزال الحسابي، فإن الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها معرفة ما سيفعله الشيء هي تشغيل الحساب ومعرفة ما سيفعله. لذا، بمعنى آخر، أنت كمراقب خارجي، والكمبيوتر بتجربته الداخلية، أنت تعمل بنفس المعدل. لا يمكنك تجاوز النظام نفسه. لمعرفة ما سيحدث، عليك تجربته.

لذلك، على مستوى ما، قد تقول إن هذا أمر سيئ حقًا، لأنه يمثل قيدًا على العلم وقوته التنبؤية. لكن على مستوى آخر، فهذا يعني أنه عندما نعيش حياتنا ونختبر الوقت، نكون قد حققنا شيئًا ما بالفعل. هناك بعض الحسابات غير القابلة للاختزال التي تم إجراؤها خلال مرور الوقت؛ تجربة الوقت تعني شيئًا ما.

يبدو أن هذا يضفي معنى لوجودنا أكثر قليلاً من الفكرة القياسية للحتمية الفائقة. لكن إذا كنت أفهمك بشكل صحيح، فالإجابة هي أن هذا لا يحدث فرقًا كبيرًا في الحساب الأساسي، لأن الإرادة الحرة أم لا، لا يمكننا معرفة الخطوة التالية بغض النظر، لذا فإن الوجود لا يزال مهمًا حتى بدون وجود الإرادة الحرة بشكل صارم.

حقيقة أن هناك قواعد، وأن الأمور محددة مسبقًا بواسطة الحالة السابقة، لا تجعل بالضرورة خياراتنا ضمن تلك القواعد بلا معنى. نعم، نحن مقيدون بهذه القواعد، لكن الأمر ليس وكأن هذا النير يخبرنا على الفور بكل شيء عما سنفعله؛ القواعد البسيطة يمكن أن تفعل أشياء معقدة للغاية. كيف سيكون الأمر لو كانت هناك إرادة حرة، مستقلة عن أي قوانين أساسية؟ بمعنى آخر، ماذا لو كنت تقرر بشكل عشوائي أن تفعل هذا أو ذاك، بطريقة لا تحتوي على مدخلات خارجية من أي حالة سابقة؟ من الممكن أن يكون لديك صورة حيث الكون ليس حتميًا، بل تحدث أشياء اعتباطية تمامًا – هذه صورة محتملة لكيفية عمل الكون. لا أعتقد أن هذا هو الحال، لكن هذه صورة محتملة. ولكن إذا كان الأمر كذلك، فإن برنامج إيجاد قوانين الفيزياء أو قوانين العلوم محكوم عليه بالفشل في النهاية. يمكننا أن نقول فقط، لا نعرف لماذا حدث هذا، ولا يمكننا أبدًا أن نعرف لماذا حدث أي شيء. ولا يوجد قانون يحدد ما سيحدث. لكن بمجرد أن يصبح أي علم نظري أساسي ممكنًا، فلن تتمكن من الحصول على تلك الصورة.

لذا، إذا أردنا أن يكون لدينا أي قوانين فيزيائية على الإطلاق، علينا أن نعترف بأننا، بطريقة ما، محدودون. في اللحظة التي لا أستطيع فيها أن أقول شيئاً سخيفاً مثل: “سوف أتحول إلى جرم سماوي الآن”، ثم أصبح جرماً سماوياً، فإن مفهوم الإرادة الحرة يفقد بعضاً من معناه.

صحيح، بمجرد أن تكون هناك قوانين محددة تحكم الكون، لن يكون بإمكانك الحصول على فكرة الإرادة الحرة التي كنت تلمح إليها. والسؤال إذن هو، لماذا نعتقد أن لدينا إرادة حرة؟ هذا هو اللغز: إذا كنا، في الواقع، نعتقد أن هناك قوانين أساسية، فكيف نعتقد أن لدينا إرادة حرة؟ والإجابة، في اعتقادي، هي بسبب ظاهرة عدم القابلية للاختزال الحسابي. أي أنه إذا كان بإمكاننا دائمًا التنبؤ بما سنفعله بعد عام في المستقبل، فلن نتخيل أن الأمر متروك لنا لمعرفة ما سنفعله في عام في المستقبل – سنكون فقط نجلس هنا كمسافرين، ونجعل الكون يحدد ما سنفعله.