Las máquinas de Turing y nuestras computadoras realizan cálculos irreversibles: pueden olvidar sus estados pasados y sobrescribirlos con los resultados de las operaciones actuales. Una operación como [math] a: = b [/ math] olvidará irreversiblemente lo que haya sido el valor de [math] a [/ math] en el pasado.
En contraste, las operaciones individuales en física de partículas parecen ser reversibles:
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Por ejemplo, la aniquilación de un electrón y un positrón, que resulta en la emisión de un fotón (a) es simétrica a la producción de un par electrón / positrón por un fotón de alta energía (b). La absorción de un fotón por un positrón, que resulta en un electrón (c) es simétrica a la emisión de un fotón (y un positrón) por un electrón (d). (En cada imagen, la flecha del tiempo apunta de izquierda a derecha, pero cada imagen se puede derivar de todas las demás girando el eje del tiempo).
Si resulta que todas las operaciones básicas en física son en principio reversibles en el tiempo (lo que actualmente está en disputa por la fuerza débil ), entonces el universo puede construirse sobre cálculos reversibles .
Por supuesto, podemos ver que las cosas en el mundo que nos rodea parecen tener una dirección común e irreversible, es decir, hacia la decadencia, la decadencia y la muerte. Sin embargo, ese no es el resultado de lo que sucede a nivel de partícula, sino de las condiciones iniciales. Si consideramos un montón de hipotéticas bolas de billar sin fricción, encontraremos que todas sus interacciones son completamente reversibles, pero si comenzamos con un grupo ordenado de ellas y empujamos ese grupo con fuerza, las bolas se extenderán hacia afuera en un patrón que se ve más y más desorganizado Mientras ningún límite atrape las bolas y las refleje en su origen, la evolución del sistema será irreversible.
Si es posible simular operaciones reversibles (como bolas de billar idealizadas o partículas elementales) utilizando nuestras computadoras irreversibles. Solo tenemos que asegurarnos de que nunca perdemos un poco de información, para que siempre podamos deshacer cada paso. Obviamente, también podemos construir nuestras computadoras irreversibles sobre las operaciones reversibles de la física, pero cada vez que queremos que nuestros programas sobrescriban la dinámica del universo (por ejemplo, almacenando un bit lógico en una celda de memoria), tenemos que empujar el bits universales físicos que queremos sobrescribir de nuestras computadoras. Estos bits de basura física se manifiestan como calor: el ruido que queda después de restar el orden que queremos de la dinámica que tenemos.
Siempre que un sistema crea un orden de alto nivel sobre una dinámica microscópica compleja, esencialmente está eliminando estas dinámicas. Orden significa: un estado definido, completamente independiente de los detalles particulares del desorden que existían antes. Desde la perspectiva del sistema de pedidos, estos detalles serán un ruido más o menos aleatorio, que se manifestará como una entropía que debe ser expulsada.
En nuestro universo, hay muchos sistemas que tienen estados atractores y, por lo tanto, comienzan a imponer orden. Por ejemplo, la gravedad acumuló gas interestelar en cuerpos celestes, y luego condujo a la formación de órbitas estables de estas masas. Tanto los pozos de gravedad como las trayectorias orbitales son atractores, y cada operación de pedido conduce a un aumento de la entropía (que se irradia principalmente al espacio profundo en forma de fotones).
Las formas de vida tienen el mismo problema: necesitan crear y mantener su orden estructural, independientemente de las perturbaciones causadas por las características cambiantes de su entorno. Como resultado, necesitan expulsar la entropía (partes desordenadas del universo) y reemplazar los bits que faltan con nueva entropía (partes altamente ordenadas del universo, es decir, alimentos). Cada sistema cerrado dinámico acumulará entropía hasta que ya no pueda crear orden. Sin embargo, los sistemas abiertos pueden romper la simetría de la computación reversible, siempre que tengan una forma de volcar la entropía, y pueden mantenerse dinámicos siempre que tengan acceso a una fuente de entropía, es decir, una parte del universo. eso está más ordenado que ellos mismos.
