Научпоп

11 июня, 12:12

Эксклюзив НВ

Это меняет все. Британский физик предположил, что информация является пятым состоянием материи

Британский физик-теоретик Мелвин Вопсон утверждает, что информация может быть пятым состоянием материи. Если его предположение верно, то это значительно изменит существующую картину мира. Объясняем, как именно.

Подчеркивать важность информации для нашей жизни необходимости нет. Однако что на самом деле кроется за этим термином?

В научных кругах эти дискуссии ведутся уже множество лет: не существует какого-то единого и универсального определения, которое сможет доступно и со всех сторон объяснить, чем же является информация.

Физик-теоретик из Портсмутского университета Мелвин Вопсон пошел еще дальше. В своих работах он пытается найти доказательства того, что информация — это не просто абстрактное понятие; наоборот, она вполне себе существует в нашей Вселенной, причем имеет свое материальное воплощение. Только вот уловить эти частицы практически невозможно.

Если его гипотеза окажется правдивой, наши представления о законах существования нашего мира могут кардинально поменяться. Вопсон планирует провести эксперименты, которые докажут его предположение. Если они пройдет успешно, мы окажемся на шаг ближе к решению загадки темной материи и темной энергии, получим новую головную боль в виде информационной катастрофы и, возможно, узнаем, что наша Вселенная — это всего-навсего симуляция.

Подпишитесь, чтобы прочитать целиком

Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой

Подписаться
Первый месяц 1 ₴. Отписаться можно в любой момент

Теория Вопсона

Со школьных уроков по физике мы знаем о трех агрегатных состояниях материи — твердое, жидкое и газообразное. Если вам повезло с учителем, вы могли слышать о плазме — четвертом состоянии материи, которое появляется при нагревании газа и достаточно высоком давлении. Пятым состоянием материи часто называют конденсат Бозе-Эйнштейна, который образовывается при сверхнизких температурах, близких к абсолютного нулю.

На самом деле агрегатных состояний существует намного больше. Например недавно мы писали о четырехфермионном конденсате, который открывает невероятные перспективы для сверхпроводимости, черном «горячем» суперионном льде, который, вероятно, существует внутри планет, а также спиновой жидкости и темпоральных кристаллах, которые помогут нам создать первый коммерческий квантовый компьютер.

Однако Вопсон уверен, что на самом деле пятое состояние материи — это информация. То есть, каждый бит информации имеет свое физическое воплощение в нашем мире. Как же это работает?

В своей работе Принцип эквивалентности массы-энергии-информации Вопсон предполагает, что каждый бит, который сейчас используется для хранения цифровых данных, имеет «конечную и измеримую массу» в 3,18*10-38 кг до тех пор, пока в нем существует информация. Когда информация пропадает, пропадает и часть энергии бита, — а значит, эту энергию несет в себе информация.

Еще раньше Альберт Эйнштейн установил, что масса равна энергии (да, та самая знаменитая формула E=mc2). Соответственно, если энергия бита уменьшается из-за потери энергии информации, то то же самое происходит и с массой объекта за счет массы информации.

Сама идея о том, что информация материальна, не является чем-то революционным. Первым, кто предположил, что бит обладает определенной энергией и имеет физическое воплощение в нашем мире, был Рольф Ландауэр в 1961 году. Вопсон же развивает эту концепцию и даже предлагает эксперимент, чтобы измерить массу цифровой информации. Физик предполагает, что разница между пустой и забитой флешкой размером в 1ТБ составит 2,5*10-25 кг. В обычной жизни такую разницу почувствовать невозможно, а потому Вопсон предлагает другим ученым объединиться в команду и провести этот эксперимент. В качестве «весов» может выступить чувствительный интерферометр вроде того, который используется в обсерватории LIGO.

Вопсон предполагает, что информация может храниться и в форме ДНК человека или животного. Большинство исследователей считают, что информация существует буквально повсюду. Соответственно, даже самые мелкие частицы вроде атомов и протонов несут в себе информацию, которая необходима для их взаимодействия друг с другом и со Вселенной.

Пятое состояние материи

Если информация существует по всей Вселенной, то у нас есть возможность предсказать ее количество.

Вопсон подсчитал, что один протон несет в себе 1,509 битов информации. Чтобы вычислить, сколько информации существует в видимой Вселенной, физик использовал предел Эддингтона — достаточно спорную концепцию британского астрофизика Артура Эддингтона, который утверждал, что в мире существует 1.57*1079 протонов и столько же электронов. Перемножив эти числа, ученый пришел к выводу, что во всей обозримой Вселенной существует 6,036×1080 битов информации.

«Это очень абстрактное число, основой для которого являются не до конца исследованные аспекты. Однако его достоинство в том, что его можно проверить в лабораторных условиях. Успешное выполнение эксперимента подтвердит принцип эквивалентности массы, энергии и информации, что сильно отразится на физике, космологии, больших данных, вычислениях и технологиях», — пишет Вопсон.

Параллельно физик предлагает еще один эксперимент, который смог бы проверить его предсказание о количестве информации, которое содержится в элементарных частицах. Во время аннигиляции материи и антиматерии (двух частиц, обладающих идентичными показателями во всем, кроме заряда) ученый рассчитывает уловить энергию не только этих двух частиц, но и два «дополнительных» пучка низкоэнергетических фотонов, которые появятся как следствие уничтожения информации, содержащейся в этих частицах.

Успешное завершение этих исследований докажет, что информация является пятым состоянием материи: «Этот новый компонент материи во Вселенной может быть недостающим звеном в объяснении многих необъяснимых явлений, включая темную материю и темную энергию», — утверждает ученый. Пока что он работает над дополнительными расчетами, чтобы предоставить доказательства своей гипотезы.

Информационная катастрофа

Цифровизация человечества привела к тому, что количество информации растет невероятными темпами. Ежедневно мы отправляем 294 млрд электронных писем, пишем 500 млн твитов и загружаем на Youtube 720 тыс. часов контента.

В 2018 году общий объем данных, которое люди создали или потребили составил 33 зетабайта (ЗБ) — 33 трлн гигабайт. В 2020 году этот показатель увеличился почти в два раза — до 59 ЗБ. Вопсон ожидает, что к 2025 году человечество увеличит количество онлайн-информации до 175 ЗБ.

Количество создаваемой людьми информации растет настолько быстро, что через 110 лет мощности, которые будут нам нужны, чтобы поддерживать производство такого количества информации, превысят общее энергопотребление планеты по состоянию на сегодняшний день. Уже через 350 лет цифровых битов будет больше, чем всех атомов на Земле вместе взятых, а примерно через 500 лет цифровой контент составит более половины массы Земли (если гипотеза Вопсона про принцип эквивалентности массы, энергии и информации все-таки подтвердится).

Вопсон вместе с другими исследователями называют это информационной катастрофой. Да, вот так мы и пришли к еще одному потенциальному апокалипсису — и это никуда не девается риск глобальной войны, глобальное изменение климата, нехватка ресурсов, все более массовый голод, потенциальная энергетическая катастрофа… В общем, вариантов вымереть у нас точно достаточно. Просто теперь мы понимаем, что каждое наше действие в онлайне может быть еще одним гвоздем в гроб человечества.

Идея Вопсона об информационной катастрофе достаточно противоречива. Некоторые ученые явно скептически относятся к его выводам — среди них, например, Эрик Холлоуэй, старший научный сотрудник Центра естественного и искусственного интеллекта имени Уолтера Брэдли.

Он, хоть и соглашается с вопсоновским трактованием принципа Ландауэра, утверждает, что гипотеза британского физика противоречит закону сохранения энергии, согласно которому энергия в замкнутой системе остается постоянной. Соответственно, либо Вопсон неправ, либо в наших системах существует некая «брешь», которая позволяет информации возникать якобы из «ниоткуда» и пропадать «в никуда», что противоречит известным нам законам природы.

Холлоуэй подчеркивает, что предположение Вопсона об эквивалентности массы, энергии и информации «завораживает» и может подтолкнуть нас к решению «еще больших тайн, чем те, которые мы решаем сейчас». К примеру, если информация действительно является пятым состоянием материи, ученые наверняка смогут рассматривать гипотезу о том, что наша Вселенная является компьютерной симуляцией, намного серьезнее, чем сейчас.

Другие новости

Все новости