Оценено 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, альтернативно, 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 позволить экспериментальное исследование таких идей, 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 ошеломляющего количества информации, содержащейся во всей наблюдаемой Вселенной.

"Впервые такой подход был применен к измерению информационного содержания Вселенной, и он обеспечивает четкое численное предсказание", - 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.

Например, результат (сообщение) честного подбрасывания монеты содержит 1 бит информации: это событие было орлом, а не решкой. Если монета была двуглавой, ожидаемый результат орла содержит 0 бит информации, потому что он не добавляет ничего нового к тому, что мы уже знали.

Но если монета смещена в сторону орла, и вы получите решку, этот неожиданный результат дает немного больше информации, чем обычное 1-битное событие: это событие было решкой, и его не ожидали.

Вопсон применил эти 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 было около 6, за которыми следовали ошеломляющие 80 нулей в битах информации, что на самом деле ниже, чем предыдущие оценки. Но Вопсон ожидал этого, учитывая, что прошлые расчеты пытались объяснить 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, отвечающие за передачу информации, а не за ее хранение", - пишет Вопсон. "Мы постулируем, что информация может храниться только в стабильных частицах с ненулевой массой 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 их наблюдение возможно только с помощью искусственно созданных экспериментальных условий или теоретически", - пишет он. "Следовательно, их участие в наблюдаемой Вселенной ничтожно, и при экстраполяции их способность регистрировать информацию также ничтожна".

"Но важно отметить, что информация может также храниться в других формах, в том числе на поверхности самой пространственно-временной ткани, в соответствии с голографическим принципом".

Идея о том, что информация носит физический характер, существует с 1920-х годов. С тех пор эксперименты продемонстрировали связь между теорией информации и термодинамикой и привели к безумной 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 этом, Вопсон ранее предполагал, что информация может быть пятым состоянием материи, наряду с твердым, жидким, газом и плазмой, и, что еще более важно, эта информация может быть темной материей, за которой охотятся физики.

Эти новые расчеты могут помочь проверить эти странные и увлекательные гипотезы.

"Текущий подход предлагает уникальный инструмент для оценки содержания информации на элементарную частицу, который очень полезен для разработки практических экспериментов для проверки этих предсказаний", - заключает Вопсон.

Кроме того, если свет может быть частицей, а физические состояния могут быть неопределенными, пока не наблюдаются, почему, черт возьми, информация не может быть физической и фундаментальной частью Вселенной?