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Un physicien a déterminé la quantité d’informations dans tout l’univers visible

Pour tenter de comprendre la nature de notre réalité, les physiciens ont sûrement des théories ahurissantes. Comme si l’information était un aspect tangible et essentiel de la réalité physique elle-même – A côté de la matière et de l’énergie? Ou, alternativement, que se passe-t-il si l’information est Le cinquième état de l’article?

L’information, après tout, est quelque chose que toute matière et énergie possèdent sous une forme mesurable. Les règles qui régissent son existence, telles que sa masse, sa vitesse ou sa charge, sont toutes des informations qu’il contient.

Ainsi, pour permettre une enquête expérimentale sur de telles idées, le physicien Melvin Fobson de l’Université de Portsmouth au Royaume-Uni a estimé la quantité d’informations qu’une seule particule fondamentale, comme un électron, stocke sur elle-même. Utilisez ensuite ce calcul pour estimer la quantité étonnante d’informations contenues dans l’ensemble de l’univers observable.

« C’est la première fois que cette approche est utilisée pour mesurer le contenu informationnel de l’univers, et elle fournit une prédiction numérique claire », dit Vopson.

Vopson a estimé que chaque particule dans l’univers observable porte 1 509 bits d’information, en utilisant Claude La théorie de l’information de Shannon.

Cette théorie relie l’entropie – la quantité d’incertitude dans un système – à l’information : Contenu de l’information Le message est une mesure de combien d’incertitude est réduite par le message. Mais différents types de messages ont des valeurs différentes.

Par exemple, le résultat (le message) d’un tirage au sort équitable contient une information : cet événement était une image, pas une pile. Si la pièce a deux faces, alors le résultat attendu des en-têtes contient 0 bits d’information, car il n’ajoute rien de nouveau à ce que nous savons déjà.

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Mais si la pièce est biaisée vers le visage et que vous vous retrouvez avec des queues, alors cela résultat surprenant Il fournit un peu plus d’informations qu’un événement de routine 1 bit : cet événement était terminal et n’était pas attendu.

Fobson a appliqué ces calculs d’entropie à la masse, à la charge et au spin des protons, des neutrons (et de leurs quarks constitutifs) et des électrons, pour arriver à son estimation de la quantité d’informations qu’ils contiennent.

Ensuite, en utilisant des estimations du nombre de ces particules, multipliez-les dans l’univers entier.

Le score était d’environ 6 suivi de 80 zéros dans les bits d’information, ce qui est en fait inférieur aux estimations précédentes. Mais Vopson l’avait prédit, car les calculs précédents tentaient de prendre en compte l’univers entier, tout en limitant son calcul aux seules parties observables – à l’exclusion des particules et des anti-forces (telles que la lumière). bosons).

« Nous avons considéré tous les bosons comme des particules de force/interaction responsables de la transmission d’informations, plutôt que de stockage d’informations », Vopson écrit. « Nous supposons que les informations ne peuvent être stockées que dans des particules stables et dont la masse au repos n’est pas nulle, tandis que les bosons de force d’interaction/porteuse ne peuvent transmettre des informations qu’à travers la forme d’onde. »

Il n’a pas non plus inclus de particules ou d’antiparticules instables, car elles ont une durée de vie très courte, « leur observation n’est donc possible que dans des conditions expérimentales artificielles ou théoriques ». il écrit. « Par conséquent, leur participation à l’univers visible est négligeable, et par extrapolation, leur capacité à enregistrer des informations est négligeable.

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« Mais il est important de noter que l’information peut également être stockée sous d’autres formes, y compris à la surface du tissu spatio-temporel lui-même, selon le principe holographique. »

L’idée que l’information était physique Depuis les années vingt du siècle dernier. Depuis, des expériences ont montré un lien entre Théorie de l’information et thermodynamique, et a conduit à l’idée folle que l’univers est simulé en trois dimensions à partir d’une réalité en deux dimensions.

« Ces théories extrêmes sont basées sur le principe selon lequel l’information est physique, l’information est enregistrée par des systèmes physiques et tous les systèmes physiques peuvent enregistrer l’information. » Fobson Explique.

Sur cette base, Vopson a précédemment suggéré que l’information pourrait être un Le cinquième état de l’article, ainsi que des solides, des liquides, des gaz, des plasmas et bien plus encore L’information peut être de la matière noire que les physiciens recherchaient.

Ces nouveaux calculs peuvent aider à tester ces hypothèses étranges et merveilleuses.

« L’approche actuelle offre un outil unique pour estimer le contenu informationnel de chaque particule élémentaire, et est très utile pour concevoir des expériences pratiques pour tester ces prédictions, » Fobson Conclut.

De plus, si la lumière peut être une particule et que les états physiques peuvent être indéfinis jusqu’à ce qu’ils soient observés, pourquoi l’information ne peut-elle pas être une partie physique et fondamentale de l’univers ?

Cette recherche a été publiée dans AIP avancé.