Це змінює все. Британський фізик припустив, що інформація є п’ятим станом матерії

Теорія Вопсона

Зі шкільних уроків із фізики ми знаємо про три агрегатні стани матерії — твердий, рідкий і газоподібний. Якщо вам пощастило з учителем, ви могли чути про плазму — четвертий стан матерії, який з’являється при нагріванні газу й досить високому тиску. П’ятим станом матерії часто називають конденсат Бозе-Ейнштейна, який утворюється за наднизьких температур, близьких до абсолютного нуля.

Насправді агрегатних станів є набагато більше. Наприклад, недавно ми писали про чотириферміонний конденсат, який відкриває неймовірні перспективи для надпровідності, чорний «гарячий» суперіонний лід, який, імовірно, існує всередині планет, а також спінову рідину й темпоральні кристали, які допоможуть нам створити перший комерційний квантовий комп’ютер.

Проте Вопсон упевнений, що насправді п’ятий стан матерії — це інформація. Тобто кожен біт інформації має своє фізичне втілення в нашому світі. Як це працює?

У своїй роботі Принцип еквівалентності маси-енергії-інформації Вопсон припускає, що кожен біт, який зараз використовуваний для зберігання цифрових даних, має «кінцеву і вимірну масу» в 3,18*10^-38 кг доти, поки в ньому існує інформація. Коли інформація пропадає, пропадає і частина енергії біта, а отже, цю енергію несе в собі інформація.

Ще раніше Альберт Ейнштейн установив, що маса дорівнює енергії (так, та сама знаменита формула E=mc²). Відповідно, якщо енергія біта зменшується через утрату енергії інформації, те саме відбувається і з масою об'єкта за рахунок маси інформації.

Сама ідея про те, що інформація є матеріальною, не є чимось революційним. Першим, хто припустив, що біт має певну енергію і має фізичне втілення в нашому світі, був Рольф Ландауер у 1961 році. Вопсон розвиває цю концепцію і навіть пропонує експеримент, аби виміряти масу цифрової інформації. Фізик передбачає, що різниця між порожньою та забитою флешкою розміром 1ТБ складе 2,5*10^-25 кг. У звичайному житті таку різницю відчути неможливо, тому Вопсон пропонує іншим ученим об'єднатися в команду і провести цей експеримент. За «ваги» може слугувати чутливий інтерферометр на кшталт того, що використовують в обсерваторії LIGO.

Вопсон припускає, що інформація може зберігатися й у формі ДНК людини чи тварини. Більшість дослідників уважають, що інформація існує практично всюди. Відповідно, навіть найдрібніші частинки на кшталт атомів і протонів несуть у собі інформацію, яка необхідна для їхньої взаємодії одна з одною і з Усесвітом.

П’ятий стан матерії

Якщо інформація існує по всьому Всесвіту, то ми маємо можливість передбачити її кількість.

Вопсон підрахував, що один протон несе в собі 1,509 біт інформації. Щоб обчислити, скільки інформації існує у видимому Всесвіті, фізик використав межу Еддінгтона — досить спірну концепцію британського астрофізика Артура Еддінгтона, який стверджував, що у світі існує 1.57*10⁷⁹ протонів і стільки ж електронів. Перемноживши ці числа, учений дійшов висновку, що у всьому доступному для огляду Всесвіті існує 6,036×10⁸⁰ бітів інформації.

Це дуже абстрактне число, основою для якого є не до кінця досліджені аспекти. Однак його перевага в тому, що його можна перевірити в лабораторних умовах. Успішне виконання експерименту підтвердить принцип еквівалентності маси, енергії й інформації, що позначиться на фізиці, космології, великих даних, обчисленнях і технологіях", — пише Вопсон.

Паралельно фізик пропонує ще один експеримент, який зміг би перевірити його пророцтво про кількість інформації, що міститься в елементарних частинках. Під час анігіляції матерії й антиматерії (двох частинок, що мають ідентичні показники у всьому, крім заряду) учений розраховує вловити енергію не тільки цих двох частинок, а й два «додаткові» пучки низькоенергетичних фотонів, які з’являться як наслідок знищення інформації, що міститься в цих частинках.

Успішне завершення цих досліджень доведе, що інформація є п’ятим станом матерії: «Цей новий компонент матерії у Всесвіті може бути відсутньою ланкою у поясненні багатьох незрозумілих явищ, включно з темною матерією та темною енергією», — стверджує вчений. Поки що він працює над додатковими розрахунками, щоб надати докази своєї гіпотези.

Інформаційна катастрофа

Цифровізація людства призвела до того, що кількість інформації зростає неймовірними темпами. Щодня ми надсилаємо 294 млрд електронних листів, пишемо 500 млн твітів і завантажуємо на Youtube 720 тис. годин контенту.

У 2018 році загальний обсяг даних, який люди створили або споживали, склав 33 зетабайти (ЗБ) — 33 трлн гігабайтів. 2020 року цей показник збільшився майже вдвічі — до 59 ЗБ. Вопсон очікує, що до 2025 року людство збільшить кількість онлайн-інформації до 175 ЗБ.

Кількість інформації, створюваної людьми, зростає настільки швидко, що через 110 років потужності, які будуть нам потрібні, щоб підтримувати виробництво такої кількості інформації, перевищать загальне енергоспоживання планети станом на сьогоднішній день. Уже через 350 років цифрових бітів буде більше, ніж усіх атомів на Землі разом узятих, а приблизно через 500 років цифровий контент складе більше половини маси Землі (якщо гіпотеза Вопсона про принцип еквівалентності маси, енергії та інформації все-таки підтвердиться).

Вопсон разом з іншими дослідниками називають це інформаційною катастрофою. Так, ось так ми й прийшли до ще одного потенційного апокаліпсису — і це нікуди не зникає ризик глобальної війни, глобальна зміна клімату, брак ресурсів, усе більш масовий голод, потенційна енергетична катастрофа… Загалом, варіантів вимерти в нас достатньо. Просто тепер ми розуміємо, що кожна наша дія в онлайні може бути ще одним цвяхом у труну людства.

Ідея Вопсона про інформаційну катастрофу досить суперечлива. Деякі вчені явно скептично ставляться до його висновків — серед них, наприклад, Ерік Голловей, старший науковий співробітник Центру природного та штучного інтелекту імені Волтера Бредлі.

Він, хоч і погоджується з вопсонівським трактуванням принципу Ландауера, стверджує, що гіпотеза британського фізика суперечить закону збереження енергії, згідно з яким енергія в замкнутій системі залишається постійною. Відповідно, або Вопсон хибить, або в наших системах існує якийсь «пролом», який дає інформації змогу виникати нібито з «нізвідки» і пропадати «в нікуди», що суперечить відомим нам законам природи.

Голловей наголошує, що припущення Вопсона про еквівалентність маси, енергії та інформації «зачаровує» і може підштовхнути нас до розгадки «ще більших таємниць, ніж ті, які ми розгадуємо зараз». Наприклад, якщо інформація справді є п’ятим станом матерії, учені напевно зможуть розглядати гіпотезу про те, що наш Усесвіт є комп’ютерною симуляцією, набагато серйозніше, ніж зараз.