Главная Новости Сколько информации хранит одна элементарная частица в наблюдаемой Вселенной?

Физики оценили количество информации во Вселенной

Пытаясь определить сущность природы, физики иногда выдвигают поражающие воображение теории. Например: информация — наряду с материей и энергией - является осязаемым и фундаментальным аспектом нашей реальности. Или: информация - это пятое состояние материи.

Количество информации во Вселенной

Если информация чем-то и является, то измеряемым всей материей и энергии. Правила, которые управляют их существованием, - масса, скорость или заряд, - все это биты информации, которые они содержат.

Чтобы экспериментально проверить этот подход, физик Мелвин Вопсон из Портсмутского университета в Великобритании подсчитал, 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.

"Такой подход к измерению информационного содержания Вселенной был применен впервые, и он дает четкое числовое представление", - говорит Вопсон.

Вопсон подсчитал, что каждая частица в наблюдаемой Вселенной содержит 1,509 бита информации, используя теорию информации Клода Шеннона.

Эта теория связывает энтропию - количество неопределенности в системе - с информацией. Информативность сообщения - это мера того, насколько неопределенность уменьшается благодаря сообщению.

Разные типы сообщений имеют разные значения.

Например, результат (сообщение) честного подбрасывания монеты имеет 1 бит информации: это событие - орел, а не решка. Если монета была двухкопеечной, то ожидаемый результат имеет 0 бит информации, потому что он не добавляет ничего нового к тому, что мы уже знаем.

Пятое состояние материи

Но если монета перекошена в сторону и в итоге выпала решка, то такой неожиданный исход дает немного больше информации, чем обычное событие с 1 битом: событие - решка, и оно не было ожидаемым.

Вопсон применил аналогичные расчеты информационной энтропии к массе, заряду и спину протонов, нейтронов (и составляющих их кварков) и электронов, чтобы получить свою оценку того, сколько информации они хранят.

Затем он оценил количество частиц, в том числе по отношению ко всей Вселенной.

В результате получилось около 6(80 нулей) бит информации, что на самом деле ниже, чем предыдущие оценки. Но Вопсон ожидал конкретную цифру, поскольку он ограничил свой расчет только наблюдаемой материей, исключив античастицы и световые 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 могут передавать информацию только в форме волны".

Он также не включил нестабильные частицы или античастицы, поскольку их время жизни чрезвычайно мало, "поэтому их наблюдение возможно только в искусственно созданных экспериментальных условиях или теоретически", - пишет он.

Участие таких частиц в наблюдаемой Вселенной пренебрежимо мало, как и способность регистрировать информацию.

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

Идея о том, что информация имеет физическую природу, существует с 1920-х годов. С тех пор эксперименты продемонстрировали связь между теорией информации и термодинамикой; возникла дикая идея, что Вселенная смоделирована в 3D из 2D реальности.

"Эти радикальные теории основаны на принципе, что информация является физической, информация регистрируется физическими системами, и все физические системы могут регистрировать информацию", - объясняет Вопсон.

Основываясь на этом, Вопсон ранее предложил, что информация может быть пятым состоянием материи, наряду с твердым, жидким, газом и плазмой, и, что еще более дико, что информация может быть темной материей, за которой охотятся физики.

"Нынешний подход предлагает уникальный инструмент для оценки содержания информации элементарной частицей, что очень полезно для разработки практических экспериментов по проверке этих предсказаний", - заключает Вопсон.

Если свет может быть частицей, а физические состояния - неопределенными до тех пор, пока не будут наблюдаться, то почему информация не может быть физической и фундаментальной частью Вселенной?