Od začetka digitalne dobe (približno sedemdeseta leta 20. stoletja) so teoretični fiziki ugibali o možni povezavi med informacijo in fizičnim vesoljem. Glede na to, da je vsa snov sestavljena iz informacij, ki opisujejo stanje kvantnega sistema (tudi kvantne informacije), genetske informacije pa so kodirane v naši DNK, sploh ni pretirano misliti, da je fizično realnost mogoče izraziti v obliki podatkov. .
To je privedlo do številnih miselnih eksperimentov in paradoksov, kjer so raziskovalci poskušali oceniti informacijsko zmogljivost kozmosa. V nedavni študiji je dr. Melvin M. Vopson – matematik in višji predavatelj na Univerza v Portsmouthu – ponudil nove ocene koliko informacij je kodiranih v vsej barionski snovi (tudi navadni ali 'svetleči' snovi) v vesolju.
Študija, ki opisuje njegove raziskovalne ugotovitve, se je pred kratkim pojavila v znanstveni revijiAIP Advances,publikacija, ki jo vzdržuje Ameriški inštitut za fiziko (AIP). Medtem ko so bile narejene prejšnje ocene o količini kodiranih informacij v vesolju, je Vopson's prvi, ki se zanaša na informacijsko teorijo (IT) – študijsko področje, ki se ukvarja s prenosom, obdelavo, ekstrakcijo in uporabo informacij.
Ilustracija podatkov, ki izvirajo iz osrednje regije Rimske ceste. Zasluge: UCLA SETI Group/Yuri Beletsky, observatorij Carnegie Las Campanas
Ta nov pristop mu je omogočil, da se je lotil vprašanj, ki izhajajo iz IT, in sicer: 'Zakaj so informacije shranjene v vesolju in kje so?' in 'Koliko informacij je shranjenih v vesolju?' Kot je Vopson pojasnil v nedavnem Sporočilo za javnost AIP :
»Informacijska zmogljivost vesolja je tema razprav že več kot pol stoletja. Bilo je različnih poskusov ocene informacijske vsebine vesolja, vendar v tem prispevku opisujem edinstven pristop, ki dodatno postulira, koliko informacij je mogoče stisniti v en sam elementarni delec.
Medtem ko so podobne raziskave raziskale možnost, da so informacije fizične in jih je mogoče izmeriti, je natančen fizični pomen tega razmerja ostal nedosegljiv. V upanju, da bo rešil to vprašanje, se je Vopson zanašal na delo slavnega matematika, elektroinženirja in kriptografa Clauda Shannona – imenovanega »oče digitalne dobe« zaradi njegovega pionirskega dela v teoriji informacij.
Shannon je svojo metodo za kvantificiranje informacij opredelil v dokumentu iz leta 1948 z naslovom ' Matematična teorija komunikacije ', kar je povzročilo sprejetje 'bita' (izraz, ki ga je uvedla Shannon) kot mersko enoto. To ni bilo prvič, da se je Vopson poglobil v IT in fizično kodirane podatke. Pred tem je obravnaval, kako je mogoče ekstrapolirati fizično naravo informacij za izdelavo ocen o množici samih podatkov.
To je bilo opisano v svojem prispevku iz leta 2019, ' Theinformacije o masi energijenačelo enakovrednosti ,« ki razširja Einsteinove teorije o medsebojnem odnosu materije in energije na podatke same. V skladu z IT je Vopsonova študija temeljila na načelu, da so informacije fizične in da lahko vsi fizični sistemi registrirajo informacije. Ugotovil je, da je masa posameznega bita informacije pri sobni temperaturi (300K) 3,19 × 10-38kg (8,598 x 10-38lbs).
Kvantne informacije so eden od načinov, kako se fizično vesolje lahko izrazi v podatkih.Zasluge: Univerza v Nottinghamu
Z nadaljevanjem Shannonove metode je Vopson ugotovil, da ima vsak elementarni delec v opazovanem vesolju ekvivalent 1.509 bitov kodiranih informacij. 'To je prvič, da je bil ta pristop uporabljen pri merjenju informacijske vsebine vesolja in zagotavlja jasno številčno napoved,' je dejal. 'Čeprav ni povsem natančna, numerična napoved ponuja potencialno pot do eksperimentalnega testiranja.'
Najprej je Vopson uporabil dobro znano Eddingtonovo število, ki se nanaša na skupno število protonov v opazovanem vesolju (trenutne ocene kažejo, da je 1080). Iz tega je Vopson izpeljal formulo za pridobitev števila vseh elementarnih delcev v kozmosu. Nato je prilagodil svoje ocene, koliko bi vsak delec vseboval glede na temperaturo opazne snovi (zvezde, planeti, medzvezdni medij itd.)
Iz tega je Vopson izračunal, da je skupna količina kodiranih informacij enaka 6×1080bitov. Če to izrazimo v računskem smislu, je to veliko bitov enako 7,5 × 1059zetabajtov ali 7,5 oktodeciliona zetabajtov. Primerjajte to s količino podatkov, ki so bili proizvedeni po vsem svetu v letu 2020 – 64,2 zetabajta. Ni treba posebej poudarjati, da je to razlika, ki jo lahko opišemo le kot »astronomsko«.
Ti rezultati temeljijo na prejšnjih študijah Vopsona, ki je domneval, da je informacija peto stanje snovi (poleg trdnega, tekočine, plina in plazme) in da je temna snov sama lahko informacija. Prav tako so skladni z veliko raziskavami, opravljenimi v zadnjih letih, ki so vse poskušale osvetliti, kako informacije in zakoni fizike medsebojno delujejo.
To vključuje, kako informacije izstopajo iz črne luknje, znano kot 'informacijski paradoks o črni luknji', in izhaja iz dejstva, da črne luknje oddajajo sevanje. To pomeni, da črne luknje sčasoma izgubijo maso in ne ohranijo informacij o vdoru snovi (kot je bilo prej verjel). Obe odkritji pripisujemo Stephenu Hawkingu, ki je prvi odkril ta pojav, ustrezno poimenovan ' Hawkingovo sevanje .'
To postavlja tudi holografsko teorijo, načelo teorije strun in kvantne gravitacije, ki domneva, da fizična realnost izhaja iz informacij, kot hologram izhaja iz projektorja. In obstaja bolj radikalna razlaga tega, znana kot teorija simulacije, ki trdi, da je celotno vesolje velikanska računalniška simulacija, ki jo je morda ustvarila zelo napredna vrsta, da nas vse zadrži (splošno znana kot ' Hipoteza o planetariju . ”)
Kot je bilo pričakovano, ta teorija predstavlja nekaj težav, na primer, kako se antisnov in nevtrini prilegajo enačbi. Prav tako daje določene predpostavke o tem, kako se informacije prenašajo in shranjujejo v našem vesolju, da dobimo konkretne vrednosti. Kljub temu ponuja zelo inovativno in povsem novo sredstvo za ocenjevanje informacijske vsebine vesolja, od elementarnih delcev do vidne snovi kot celote.
Skupaj z Vopsonovimi teorijami o informacijah, ki sestavljajo prvo stanje snovi (ali temne snovi same), ta raziskava ponuja temelje, na katerih lahko prihodnje študije gradijo, testirajo in ponarejajo. Še več, dolgoročne posledice te raziskave vključujejo možno razlago za kvantno gravitacijo in resolucije za različne paradokse.
Nadaljnje branje: AIP , AIP Advances