Оцінено кількість інформації у всьому спостережуваному всесвіті

0
18

Намагаючись зрозуміти саму природу нашої реальності, у фізиків напевно є кілька запаморочливих теорій. Що робити, якщо інформація є відчутним і фундаментальним аспектом самої фізичної реальності-поряд з матерією та енергією ? або, альтернативно, що, якщо інформація-це п’ятий стан матерії?

Зрештою, інформація – це те, чим вимірно володіє вся матерія і енергія. Правила, що керують їх існуванням, такі як їх маса, швидкість або заряд, – це всі біти інформації, які вони містять.

Отже, щоб дозволити експериментальне дослідження таких ідей, фізик мелвін вопсон з портсмутського університету у великобританії оцінив, скільки інформації зберігає про себе одна елементарна частинка, наприклад електрон. Потім він використовував цей розрахунок для оцінки приголомшливої кількості інформації, що міститься у всьому спостережуваному всесвіті.

“вперше такий підхід був застосований до вимірювання інформаційного змісту всесвіту, і він забезпечує чітке чисельне передбачення”, – говорить вопсон.

Вопсон підрахував, що кожна частинка в спостережуваній всесвіті містить 1,509 біта інформації, використовуючи теорію інформації клода шеннона.

Ця теорія пов’язує ентропію – величину невизначеності в системі – з інформацією: інформаційний зміст повідомлення є мірою того, наскільки повідомлення скорочує невизначеність. Але різні типи повідомлень мають різні значення.

Наприклад, результат (повідомлення) чесного підкидання монети містить 1 біт інформації: ця подія була орлом, а не решка. Якщо монета була двоголовою, очікуваний результат орла містить 0 біт інформації, тому що він не додає нічого нового до того, що ми вже знали.

Але якщо монета зміщена в бік орла, і ви отримаєте решку, цей несподіваний результат дає трохи більше інформації, ніж звичайна 1-бітна подія: ця подія була решка, і його не очікували.

Вопсон застосував ці обчислення інформаційної ентропії до маси, заряду і спину протонів, нейтронів (і складових їх кварків) і електронів, щоб прийти до своєї оцінки того, скільки інформації вони містять.

Потім, використовуючи оцінки того, скільки існує цих частинок, він помножив їх на весь всесвіт.

Результат був приблизно 6, а потім приголомшливий 80 нулів у бітах інформації, що насправді нижче, ніж попередні оцінки. Але вопсон очікував цього, враховуючи, що минулі розрахунки намагалися пояснити всю всесвіт, тоді як він обмежив свої обчислення тільки спостережуваними частинами – виключаючи античастинки і сили (наприклад, легкі бозони).

“ми розглядали всі бозони як частинки сили / взаємодії, що відповідають за передачу інформації, а не за її зберігання”, – пише вопсон. “ми постулюємо, що інформація може зберігатися тільки в стабільних частинках з ненульовою масою спокою, в той час як бозони взаємодії / носії сили можуть передавати інформацію тільки через форму хвилі”.

Він також не включив нестабільні частинки або античастинки, оскільки їх час життя надзвичайно короткий, «тому їх спостереження можливе тільки за допомогою штучно створених експериментальних умов або теоретично”, – пише він. “отже, їх участь у спостережуваній всесвіті мізерна, і при екстраполяції їх здатність реєструвати інформацію також мізерна”.

“але важливо відзначити, що інформація може також зберігатися в інших формах, в тому числі на поверхні самої просторово-часової тканини, відповідно до голографічним принципом”.

Ідея про те, що інформація носить фізичний характер, існує з 1920-х років . З тих пір експерименти продемонстрували зв’язок між теорією інформації та термодинамікою і призвели до божевільної ідеї, що всесвіт моделюється в 3d з 2d реальності.

“ці радикальні теорії базуються на принципі, що інформація є фізичною, інформація реєструється фізичними системами, і всі фізичні системи можуть реєструвати інформацію”, – пояснює вопсон.

Грунтуючись на цьому, вопсон раніше припускав, що інформація може бути п’ятим станом матерії, поряд з твердим, рідким, газом і плазмою, і, що більш важливо, ця інформація може бути темною матерією, за якою полюють фізики.

Ці нові розрахунки можуть допомогти перевірити ці дивні та захоплюючі гіпотези.

“поточний підхід пропонує унікальний інструмент для оцінки вмісту інформації на елементарну частинку, який дуже корисний для розробки практичних експериментів для перевірки цих прогнозів”, – підсумовує вопсон.

Крім того, якщо світло може бути часткою, а фізичні стани можуть бути невизначеними, поки не спостерігаються, чому, чорт візьми, інформація не може бути фізичною і фундаментальною частиною всесвіту?

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що .