大家好，我是魅力科學(xué)君，今天我們要聊的話題是：一項(xiàng)近日發(fā)表在《AIP進(jìn)展》（AIP Advances）上的新研究表明，如果宇宙真是計(jì)算機(jī)虛擬的，那引力就可能是虛擬宇宙的證據(jù)。

要理解這個(gè)理論，我們得先了解一個(gè)在物理學(xué)界比較新穎的假設(shè)，這被稱為“信息動(dòng)力學(xué)第二定律”（Second Law of Infodynamics），其內(nèi)容是：在一個(gè)孤立的信息系統(tǒng)中，信息熵會(huì)趨于減少或保持不變，直到系統(tǒng)達(dá)到信息平衡時(shí)的最低值。

簡(jiǎn)而言之，信息熵這個(gè)概念來(lái)源于香農(nóng)信息論，它衡量的是信息的不確定性，一個(gè)事件發(fā)生的概率越高，其信息熵就越低，反之亦然，在數(shù)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(lái)精確描述其狀態(tài)。

此次研究提出的理論認(rèn)為，“信息動(dòng)力學(xué)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(duì)稱結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐粋€(gè)高度對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，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(gè)結(jié)構(gòu)所需的信息量。

在此基礎(chǔ)上，該理論提出了一個(gè)假設(shè)，即：如果宇宙是計(jì)算機(jī)虛擬的，那宇宙就應(yīng)該是由由一個(gè)個(gè)微小、離散的“信息單元”構(gòu)成的，它們可以被視為宇宙的信息存儲(chǔ)介質(zhì)，每個(gè)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(zhì)存在，它就記錄“1”。

如此一來(lái)，物質(zhì)的分布狀態(tài)，就直接決定了整個(gè)宇宙的信息熵，也就是說(shuō)，當(dāng)物質(zhì)雜亂地分散在這些信息單元中時(shí)，各個(gè)單元記錄的“0”和“1”的分布就相對(duì)隨機(jī)，宇宙的信息熵就比較高，反之，當(dāng)物質(zhì)集中在少數(shù)幾個(gè)信息單元中時(shí)，大量單元記錄“0”，少數(shù)單元記錄“1”，宇宙的信息熵就變低了。

在這個(gè)理論框架下，宇宙的信息熵就會(huì)因?yàn)橐驗(yàn)椤靶畔?dòng)力學(xué)第二定律”而自發(fā)地降低，如何實(shí)現(xiàn)呢？一個(gè)有效的方法就是，讓分散的物質(zhì)粒子聚集起來(lái)。

這是因?yàn)楫?dāng)多個(gè)分散的粒子聚集成一個(gè)更大的結(jié)構(gòu)時(shí)，宇宙的“信息系統(tǒng)”就不再需要分別處理每一個(gè)粒子的信息，它只需要處理這個(gè)結(jié)構(gòu)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(lái)舉個(gè)例子，這就像你電腦里有多個(gè)零散的文件，你要管理它們，需要記住每一個(gè)文件的位置，但如果你把它們都打包成一個(gè)壓縮文件，并歸檔到一個(gè)文件夾里，那么你只需要記住這個(gè)壓縮包的位置就可以了，在這種情況下，雖然壓縮包里的內(nèi)容沒(méi)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(zhì)粒子聚集起來(lái)。

所以該理論認(rèn)為，如果宇宙是計(jì)算機(jī)虛擬的，那引力就應(yīng)該是一個(gè)有力的證據(jù)，因?yàn)樗?qū)動(dòng)著物質(zhì)相互靠近，聚集在一起，從而將原來(lái)分散的、需要分別編碼的信息合并成更大的“信息包”，進(jìn)而大大減少了計(jì)算機(jī)程序“管理”和“計(jì)算”這些物質(zhì)所需的算力。

引人注目的是，在此次研究中，科學(xué)家通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)方法推導(dǎo)出了基于該理論的引力計(jì)算公式，而這個(gè)公式，居然與牛頓萬(wàn)有引力定律中的公式一模一樣！

這樣的結(jié)果無(wú)疑是令人吃驚的，相信有不少人會(huì)據(jù)此認(rèn)為，宇宙果然是計(jì)算機(jī)虛擬的。

不過(guò)對(duì)于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)來(lái)講，現(xiàn)在就下結(jié)論還為時(shí)尚早?？茖W(xué)家表示，此次提出的理論只是為我們探索宇宙的本質(zhì)，打開(kāi)了一扇充滿無(wú)限可能的新窗口，而該理論是否真的成立，還需要更多的驗(yàn)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