domingo,22 mayo 2022
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El nuevo ‘Principio de computacionalidad’ afirma que el Universo posee dos constantes físicas fundamentales que deben ser añadidas a las ya conocidas para su descripción, la potencia computacional y la jerarquía de complejidades computacionales

Investigadores de la Universidad de Salamanca proponen un nuevo principio de la física que interconecta la física fundamental y la informática teórica

Universe publica el artículo de Sergio Miguel-Tomé, Ángel Luis Sánchez-Lázaro y Luis Alonso-Romero que ofrece un profundo análisis e interpretación sobre la investigación en física que usa conceptos de teoría de la computación

Los conceptos de las ciencias de la computación han ido incorporándose en muchos ámbitos de la sociedad y la ciencia. En el ámbito de la física, la adopción de conceptos de la informática teórica ha llegado hasta el punto de que una de las afirmaciones que más interés y más discusiones provoca es la de considerar que el Universo sea una computadora.

En medio de este debate, los científicos de la Universidad de Salamanca Sergio Miguel-Tomé, investigador de la Facultad de Ciencias, y Ángel Luis Sánchez-Lázaro y Luis Alonso-Romero, profesor titular y catedrático jubilado del Departamento de Informática y Automática, respectivamente, acaban de publicar un artículo que analiza en profundidad las relaciones existentes entre la física fundamental y la computación que ha dado como resultado la presentación del nuevo ‘Principio de computacionalidad’ que entraña una nueva visión del Universo y relaciona la física fundamental con la teoría de la computación.

Esta nueva idea fundamental dicta que, “el Universo es un sistema computacional que tiene un poder computacional específico y una jerarquía de clases de complejidad especifica asociados a él”, informa a Comunicación USAL Sergio Miguel-Tomé, autor principal del trabajo. El artículo, recogido por la revista Universe, ofrece una amplia revisión histórica sobre la adopción de conceptos de la teoría de la computación en la física y analiza cuestiones discutidas en el seno de esta ciencia con respecto a la computación. En especial, la afirmación objeto de numerosas disputas entre la comunidad científica durante los últimos 30 años en torno a que el Universo sea una computadora.

Origen del proyecto y reacciones de los académicos

Miguel-Tomé, explica que, “la obtención de este nuevo principio surge como consecuencia de razonar y reflexionar sobre qué es un modelo computacional, qué es un sistema físico y qué es una teoría de física fundamental”. Analizando las conexiones entre los conceptos, el científico de la USAL se dio cuenta de que “existía un proceso deductivo que permitía obtener el Principio de computacionalidad como consecuencia de esas relaciones”, comenta.

Kenneth Wharton, catedrático de física de la San José State University (Estados Unidos), ha elogiado el artículo de la USAL destacando del trabajo “la impresionante síntesis que contiene de todos los nuevos caminos en los que los conceptos computacionales han sido conectados a la física”.

¿Es el Universo un computador? Disputa científica de las últimas décadas

La afirmación que sugiere que el Universo es un sistema computacional ha generado numerosas disputas en la física en las últimas décadas. El artículo analiza los siete argumentos dados hasta la fecha en contra de la idea y su resultado muestra que en todos ellos se usa un concepto de computación que no aprecia la extensión total del concepto. Este sería el motivo por el que “los argumentos han sido refutados con contraejemplos de la computación y sus demostraciones concluyen en fracaso”, subraya el científico de la USAL.

Wharton, autor de reconocidos ensayos críticos contra el supuesto, considera que la idea está “bellamente abordada” en el artículo y muestra cómo “una visión suficientemente amplia de computación pareciera que soportara una respuesta positiva sobre la cuestión”. Además, ha resaltado lo valioso del enfoque adoptado en el artículo porque ha conducido a “una conjetura intrigante”, según la cual “ciertos parámetros computacionales podrían ser propiedades fundamentales del Universo, e investigar en ellas podría, por lo tanto, informar de los fundamentos mismos de la física”.

Por su parte, Christian Hoelbling, catedrático de física de la Universität Wuppertal (Alemania), destaca especialmente del estudio “la cuidadosa distinción que en él se hace entre las distintas propuestas sobre el Universo como sistema computacional”, algo que, en palabras del experto, “ayuda enormemente a clarificar las diferentes nociones sobre computabilidad, cómo se aplican generalmente a las teorías físicas y dónde podrían ser demasiado restrictivas”.

La publicación aborda también la interesante hipótesis de que tanto nuestras mentes y el Universo sean una simulación y muestra, además, cómo esta hipótesis mezclada junto con la idea del Universo como sistema computacional ha producido confusión conduciendo a afirmaciones erróneas sobre resultados en ciertos experimentos.

Al respecto, al científico alemán le gusta especialmente “la cuidadosa separación” que se hace en el artículo entre computabilidad y las recientes propuestas del Universo como una simulación, algo que considera “esencial para separar el concepto de que las leyes físicas puedan ser, en principio, computacionales de las ideas altamente especulativas sobre un universo simulado”.

Nebulosa Laguna
Nebulosa Laguna

Computación, física y nuevo paradigma para la física fundamental

Averiguar por qué se han ido adoptando en física los conceptos de la informática fue una de las primeras cuestiones abordadas por los investigadores de la USAL en el trabajo. Su análisis muestra que la cuestión no es una simple coincidencia matemática, sino que existe una conexión muy profunda entre física y computación debido al importante papel que en ambas disciplinas juega el concepto de estado, lo que hace que exista una superposición entre ambas ciencias y sea la razón por la que la física encuentra herramientas matemáticas para describir fenómenos físicos en la informática teórica.

Los investigadores también muestran en su estudio que, combinando el nuevo principio con el marco matemático de la informática teórica surge un nuevo marco para el desarrollo de teorías para la física fundamental, al que han denominado Marco Computacionalista (MC). Así, el MC contiene una nueva visión sobre los conceptos de computación y fenómeno físico de tal manera que la computación deja de ser un concepto matemático para convertirse en una propiedad física que debe ser investigada por la física para describir los sistemas y fenómenos físicos, incluido el propio Universo.

Al respecto, el profesor de la USAL Alonso-Romero indica que el MC “ayuda a obtener una visión más profunda y precisa de la naturaleza de un fenómeno físico y de lo que subyace debajo de su descripción matemática”. Una propuesta “sumamente interesante” para el profesor Hoelbling, que declara estar “deseando ver qué frutos concretos puede dar el MC en el futuro”.

Aún hay un gran número de preguntas que la informática teórica no puede resolver en el ámbito de la física, sobre lo que Sánchez-Lázaro comenta, por su parte, que, “esta relación intrínseca debería impulsar el avance simultáneo en la investigación en ambos campos”. Para ello sería necesario “la creación de programas de investigación específicos que generen grupos de investigación o proyectos con especialistas de las dos disciplinas debido a la escasez de expertos con altos conocimientos conjuntos en ambas materias, tanto en física fundamental como en informática teórica”, remarca.

Premio Nobel Eugene Wigner y conexión con las Ciencia Cognitivas

Asimismo, el MC tiene repercusiones más allá de la propia física y en el artículo también se revisan las relativas a la matemática. Un ejemplo sería el famoso artículo en 1960 del Premio Nobel Eugene Wigner en el que se preguntaba por qué las matemáticas eran tan efectivas describiendo todo tipo de fenómenos naturales. Un hecho que, aunque se antoje algo irrazonable, sin embargo, es un hecho.

El MC arrojaría ahora luz sobre el enigma y ayudaría a explicar la irrazonable efectividad de las matemáticas al sugerir que un modelo computacional permite simular otros modelos computacionales. Cabe recordar que en informática se ha observado cómo una máquina de Turing puede ser recreada dentro de un autómata celular en el llamado el juego de la vida. El hecho de que unos modelos computacionales puedan ser recreados por otros sería justo lo que pasaría en nuestro Universo, es decir, “al ser nuestro Universo un sistema computacional, se pueden recrear otros modelos computacionales que tengan la misma o menos potencia computacional que la que el mismo posea”, apunta Miguel Tomé.

Para concluir, los científicos identifican la conexión de la física con las ciencias cognitivas como otra de las consecuencias evidentes del MC. Hasta el momento, la física está desconectada de las teorías científicas que mejor explican el comportamiento de los seres humanos y, además, las ciencias cognitivas han considerado que la mente es un proceso computacional sin considerar que los procesos computacionales fueran físicos. El MC hace replantear ahora “la relación entre física y las ciencias cognitivas, permitiendo que las ciencias cognitivas tengan su base en la física”, concluyen.

Máquina de Turing
Máquina de Turing

Referencia del artículo:

Miguel-Tomé, S.; Sánchez-Lázaro, Á.L.; Alonso-Romero, L. Fundamental Physics and Computation: The Computer-Theoretic Framework. Universe 2022, 8, 40. Universe | Free Full-Text | Fundamental Physics and Computation: The Computer-Theoretic Framework (mdpi.com)

Los autores han pagado los costes de la publicación del artículo para que su acceso sea en abierto y cualquier persona del mundo pueda consultarlo gratuitamente.

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