Совсем недавно в интернете появилась статься о том, то в Портсмутском университете, Англия, физик доктор Мелвин Вопсон опубликовал исследование, предполагающее, что информация имеет массу и что все элементарные частицы, мельчайшие известные строительные блоки Вселенной, хранят информацию о себе подобно тому, как у людей есть ДНК. В свете последних событий эта статья прошла незамеченной в русском интернет пространстве. А ведь авторы исследования предполагают, что информация может оказаться искомой нами темной материей, которая составляет 23% нашей Вселенной.
С момента разработки IBM первого магнитного жесткого диска (RAMAC) в 1956 году цифровые технологии хранения информации радикально изменили наше современное общество. В двоичном коде цифровая информация хранится в виде логических единиц и нулей, известных как биты. Биты информации могут храниться в любом материале, способном отображать два отличительных и переключаемых физических состояния (магнитное, электрическое, оптическое и резистивное) путем присвоения каждому физическому состоянию логического 0 или 1. Цифровая информация настолько укоренилась во всех аспектах жизни нашего общества, что недавний рост производства информации кажется неудержимым. Каждый день на Земле мы создаем 500 × 106 твитов, 294 × 109 электронных писем, 4 × 106 гигабайт данных Facebook, 65 × 109 сообщений WhatsApp и 720 000 часов нового контента, ежедневно добавляемого на YouTube. В 2018 г. данные, созданные, захваченные, скопированные и использованные в мире, составляли 33 зеттабайта (ZB) или эквивалент 264 × 1021 бит2, где 1 ZB — это 8 × 1021 бит. В 2020 году этот показатель вырос до 59 ЗБ, а к 2025 году, по прогнозам, достигнет 175 ЗБ. Примерно через 350 лет мы создадим больше цифровых битов, чем все атомы на Земле. Это теоретически предсказанное явление было названо информационной катастрофой.
Интересное упражнение состоит в том, чтобы оценить фундаментальный предел хранения цифровых данных в соответствии с физическими реалиями нашей вселенной и ее управляющими законами. Другими словами, ограничивая оценку материальными формами хранения данных, наименьший размер цифрового бита должен быть наименьшим битом материи, который стабилен и может существовать сам по себе. Был сделан вывод, что наименьший теоретический размер цифровых битов должен быть у элементарных частиц, поскольку они являются самыми маленькими известными строительными блоками материи во Вселенной. Конечно, это теоретический предел, предполагающий, что в далеком будущем будут разработаны технологии хранения данных, позволяющие записывать/считывать цифровые данные в/из элементарных частиц. Тем не менее, это очень поучительно, так как недавняя оценка дала верхний предел примерно в 6 × 1080 бит для количества цифровых данных, которые могут храниться во всей Вселенной. Исследование было основано на теории информации Шеннона, предполагающей наиболее эффективное сжатие, механизм, который дал значение 1,288 бит информации, хранящейся на электрон (e-), протон (p+) и нейтрон (n0). При учете кварков максимальное количество информации, которое может быть сохранено на одну элементарную частицу, составляет 1,509 бита. Следовательно, оценку информационного содержания наблюдаемой Вселенной можно интерпретировать как максимальное количество информации, которое может быть сохранено в цифровом виде, если бы Вселенная была гигантским устройством хранения данных. Однако автор исследования утверждал, что это не просто теоретический верхний предел емкости хранения информации, а фактически элементарные частицы уже хранят информацию о себе. Было высказано предположение, что эту информацию можно рассматривать как ДНК частицы или ДНК материи, и она физически представляет различимые степени свободы каждой частицы или чистые квантовые состояния.
В 1961 году Ландауэр впервые выдвинул идею о том, что бит цифровой информации является физическим и имеет связанную с ним четко определенную энергию. Это известно как принцип Ландауэра и недавно было подтверждено экспериментально. В исследовании с использованием теории информации Шеннона и термодинамических соображений принцип Ландауэра был расширен до принципа эквивалентности Масса-Энергия-Информация (М/Э/И). Принцип М-Э-И утверждает, что информация является формой материи, он физический и может быть идентифицирован по удельной массе на бит при хранении информации или по рассеянию энергии после операции необратимого стирания информации, как это диктуется принципом Ландауэра. Принцип М/Э/И был сформулированы при строгом обсуждении цифровых состояний информации. Однако, поскольку теория информации Шеннона применима ко всем формам информационных систем и не ограничивается только цифровыми состояниями, автор экстраполировал применимость принципа М/Э/И ко всем формам информации, предполагая, что информация является пятым состоянием материи. Эти идеи, рассматриваемые как информационные гипотезы, являются поистине трансформационными, поскольку, не нарушая никаких законов физики, они предлагают возможные объяснения ряда нерешенных проблем в физике, а также дополняют и расширяют наше понимание всех разделов физики и Вселенной и ее управляющих законов. Следовательно, экспериментальная проверка этих информационных предположений имеет чрезвычайно важное значение.
Чтобы полностью стереть информацию внутри любой элементарной частицы, нужно удалить частицу из существования. Это может быть достигнуто с помощью реакции аннигиляции материи и антиматерии. К счастью, в случае электрона существует общедоступный процесс, известный как электрон-позитронная аннигиляция, где позитрон (е+) является античастицей электрона (е-), и столкновение между электроном и позитроном может привести к к их взаимному уничтожению. В процессе аннигиляции энергия массы покоя и кинетическая энергия электрона и позитрона преобразуются в излучение.
В зависимости от полного спина позитрон-электронной пары процесс аннигиляции может происходить по двум возможным путям испускаемого излучения. Когда общий спин равен единице, аннигиляция производит три гамма-фотона. Когда позитрон-электронная пара имеет полный спин, равный нулю, процесс аннигиляции производит два гамма-фотона.
Этот последний процесс является идеальным кандидатом для изучения информационного содержания входных частиц путем изучения того, что может возникнуть в результате стирания информации при их уничтожении.
Массы покоя электрона и позитрона, а также их информационное содержание должны быть равны друг другу. Сохранение энергии снова обеспечивает получение двух гамма-квантов с энергией около 511 кэВ. Однако, если частицы хранят информацию, после аннигиляции (т. е. стирания) информационное содержание также должно быть сохранено за счет создания двух фотонов с информационной энергией ν+ и ν−.
Успешное обнаружение фотонов информационной энергии ν+ и ν− подтвердит обе информационные гипотезы: (i) принцип эквивалентности массы-энергии-информации и (ii) битовую информативность элементарных частиц, предполагающую существование информации как пятого состояния материи.
"Существует бесчисленное множество теорий о темной материи — в том числе, стоит отметить, что ее вообще не существует — поэтому, хотя идея Вопсона провокационна, лучше воздержаться от суждений, пока ему действительно не удастся проверить свою гипотезу."
#информация #информационное поле #темная материя
