Физик количественно оценил количество информации во всей наблюдаемой Вселенной
Пытаясь понять саму природу нашей реальности, у физиков наверняка есть несколько умопомрачительных теорий. Что, если информация является осязаемым и фундаментальным аспектом самой физической реальности — наряду с материей и энергией? Или, что если информация — это пятое состояние материи?
В конце концов, информация — это то, чем измеримо обладает вся материя и энергия. Правила, управляющие их существованием, такие как их масса, скорость или заряд, — это все биты информации, которые они содержат.
Итак, чтобы экспериментально исследовать такую идею, физик Мелвин Вопсон из Портсмутского университета в Великобритании оценил, сколько информации хранит о себе одна элементарная частица, например электрон. Затем он использовал этот расчет для оценки количества информации, содержащейся во всей наблюдаемой Вселенной.
«Впервые такой подход был применен к измерению информационного содержания Вселенной, и он обеспечивает четкое численное обозначение», — говорит Вопсон.
Вопсон подсчитал, что каждая частица в наблюдаемой Вселенной содержит 1,509 бита информации, используя теорию информации Клода Шеннона.
Эта теория связывает энтропию — величину неопределенности в системе — с информацией: информационное содержание сообщения является мерой того, насколько сообщение сокращает неопределенность. Но разные типы сообщений имеют разные значения.
Вопсон применил вычисления информационной энтропии к массе, заряду и спину протонов, нейтронов (и составляющих их кварков) и электронов, чтобы прийти к своей оценке того, сколько информации они содержат.
Затем, используя оценки того, сколько существует этих частиц, он умножил их на всю Вселенную.
Результатом стало число 6, за которым следует ошеломляющие 80 нулей в битах информации, что на самом деле ниже, чем предыдущие оценки. Но Вопсон ожидал этого, учитывая, что прошлые расчеты пытались учесть всю Вселенную, тогда как он ограничил свои вычисления только наблюдаемыми частями — исключая античастицы и силы (например, легкие бозоны).
«Мы рассматривали все бозоны как частицы силы / взаимодействия, ответственные за передачу информации, а не за ее хранение», — пишет Вопсон. «Мы постулируем, что информация может храниться только в частицах, которые стабильны и имеют ненулевую массу покоя, в то время как бозоны, взаимодействия / носители силы могут передавать информацию только через форму волны».
Он также не включил нестабильные частицы или античастицы, поскольку их время жизни чрезвычайно короткое, «поэтому наблюдение возможно только с помощью искусственно созданных экспериментальных условий или теоретически», — пишет он. «Следовательно, их участие в наблюдаемой Вселенной ничтожно, и при экстраполяции способность регистрировать информацию также ничтожна».
«Но важно отметить, что информация также может храниться в других формах, в том числе на поверхности самой пространственно-временной ткани, в соответствии с голографическим принципом».
Идея о том, что информация является физической, существует с 1920-х годов. С тех пор эксперименты продемонстрировали связь между теорией информации и термодинамикой и привели к идее, что Вселенная моделируется в 3D из 2D реальности.
«Эти радикальные теории основаны на том принципе, что информация является физической, информация регистрируется физическими системами, и все физические системы могут регистрировать информацию», — объясняет Вопсон.
Основываясь на расчетах, Вопсон предположил, что информация может быть пятым состоянием материи, наряду с твердым телом, жидкостью, газом и плазмой, и, что еще более важно, эта информация может быть темной материей, за которой охотятся физики.
Новые расчеты могут помочь проверить эти странные и увлекательные гипотезы.
Исследование было опубликовано в AIP Advances.
