Όλοι μας διαβάζουμε και επεξεργαζόμαστε χιλίαδες πληροφορίες καθημερινά. Για τον φυσικό Μέλβιν Βόψον, οι πληροφορίες δεν είναι απλά δεδομένα προς επεξεργασία, μιας και ο ίδιος προσπαθεί να αποδείξει ότι οι πληροφορίες έχουν φυσική παρουσία. Αυτό είναι ένα σημαντικό εγχείρημα που θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες ιδέες σχετικά με το πώς θα μπορούσε να είναι το μέλλον της αποθήκευσης πληροφοριών. Θα μπορούσε επίσης να οδηγήσει σε μια θεμελιώδη αλλαγή στον τρόπο που σκεφτόμαστε για το σύμπαν.
Ο Βόψον, που μελετά τη θεωρία των πληρφοριών στο Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ στο Ηνωμένο Βασίλειο, θέλει να διεξάγει ένα πείραμα για να επιβεβαιώσει ότι τα στοιχειώδη σωματίδια των δεδομένων μιας πληροφορία έχουν μετρήσιμη μάζα. Το πείραμα αυτό θα περιλαμβάνει μια διαδικασία εκμηδένισης ύλης-αντιύλης που θα εκτοξεύσει μια δέσμη ποζιτρονίων σε ηλεκτρόνια σε ένα κομμάτι μετάλλου. Τα ποζιτρόνια και τα ηλεκτρόνια είναι και τα δύο υποατομικά σωματίδια, με την ίδια μάζα και μέγεθος φορτίου. Ωστόσο, τα ποζιτρόνια είναι θετικά φορτισμένα και τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένα. Ένα φύλλο μετάλλου έχει πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια, αυξάνοντας την πιθανότητα σύγκρουσης με τα εισερχόμενα ποζιτρόνια.
Σύμφωνα με τη θεωρία του Βόψον, η εκμηδένιση ποζιτρονίων-ηλεκτρονίων θα πρέπει να παράγει ενέργεια ισοδύναμη με τις μάζες των δύο σωματιδίων. Θα πρέπει επίσης να παράγει μια επιπλέον ορμή ενέργειας: δύο υπέρυθρα φωτόνια χαμηλής ενέργειας συγκεκριμένου μήκους κύματος, ως άμεσο αποτέλεσμα της διαγραφής του περιεχομένου πληροφοριών των σωματιδίων. Τα φωτόνια είναι σωματίδια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
Δεν απαιτείται επιταχυντής σωματιδίων μεγάλης κλίμακας ή επιταχυντής σωματιδίων για το πείραμα, λέει ο Βόψον. «Στην πραγματικότητα, χρειαζόμαστε αργά ποζιτρόνια, επομένως η κύρια πρόκληση είναι να τα επιβραδύνουμε σε θερμικές ταχύτητες. Το πείραμα έχει προκλήσεις, αλλά δεν είναι ανέφικτο». Τα υπέρυθρα φωτόνια έχουν πολύ συγκεκριμένους δείκτες, επομένως θα πρέπει να είναι εύκολο να διακριθούν από οποιαδήποτε άλλη ενέργεια που εκπέμπουν τα σωματίδια.
Ο Βόψον ελπίζει να συνεργαστεί και με άλλους επιστήμονες για τη διεξαγωγή αυτού του πειράματος. Εάν είναι επιτυχές, θα επιβεβαιώσει υποθετικές ιδέες σχετικά με την ενέργεια και τη μάζα των πληροφοριών και πώς αυτες σχετίζονται με το φυσικό περιβάλλον.
Μια νέα μορφή ύλης
Η αρχή της ισοδυναμίας μάζας-ενέργειας-πληροφορίας που πρότεινε ο Βόψον στην έρευνά του στο AIP Advances του 2019 υποθέτει ότι ένα ψηφιακό bit πληροφοριών, που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση ψηφιακών δεδομένων σήμερα, δεν είναι απλώς φυσικό, αλλά έχει μια «πεπερασμένη και μετρήσιμη μάζα ενώ αποθηκεύει πληροφορίες». Αυτή η πολύ μικρή μάζα είναι 3,19 × 10-38 κιλά σε θερμοκρασία δωματίου.
Ο Βόψον υποθέτει ότι εάν διαγράψουμε τα δεδομένα, θα χάσουμε μια μικροσκοπική ποσότητα μάζας, και επομένως μια ισοδύναμη ποσότητα ενέργειας. Για παράδειγμα, εάν διαγράψουμε ένα terabyte δεδομένων από μια συσκευή αποθήκευσης, θα μειωνόταν σε μάζα κατά 2,5 × 10-25 κιλά, μια μάζα τόσο μικρή που μπορεί να συγκριθεί μόνο με τη μάζα ενός πρωτονίου, που είναι περίπου 1,67 × 10-27 κιλά.
Αυτές οι ιδέες της ισοδυναμίας μάζας-ενέργειας δεν είναι νέες. Το 1961, ο Ρολφ Λαντάουερ μίλησε για πρώτη φορά για την ιδέα ότι ένα bit έχει και φυσική υπόσταση και έχει μια καλά καθορισμένη ενέργεια. Όταν διαγράφεται ένα bit πληροφοριών, το bit διαχέει μια μετρήσιμη ποσότητα ενέργειας. Χρόνια πριν να κάνει την εμφάνισή της αυτή η έννοια της πληροφορίας, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν διαπίστωσε ότι η μάζα ισούται με ενέργεια.
Εάν το προτεινόμενο πείραμα του Βόψον αποδειχτεί όπως πιστεύει, θα αποδείξει ότι οι πληροφορίες είναι η πέμπτη κατάσταση της ύλης στο σύμπαν, μαζί με την αέρια, την στερεά, την υγρή και το πλάσμα.
Πέρα από τα επίγεια προβλήματά μας
Η απόδειξη ότι η πληροφορία έχει μάζα μπορεί να εξηγήσει μυστήρια όπως η σκοτεινή ύλη. Αυτό συμβαίνει επειδή οι φυσικές ιδιότητες των πληροφοριών μιμούνται αυτό που μάλλον είναι η σκοτεινή ύλη, δηλαδή μικρά σωματίδια μάζας χωρίς φορτίο ή σπιν, λέει ο Βόψον.
Αν επιβεβαιωθεί ότι η πληροφορία είναι η πέμπτη κατάσταση της ύλης, αυτό αγγίζει μια περίεργη ιδέα: ότι το σύμπαν είναι στην πραγματικότητα μια προσομοίωση υπολογιστή. Ως ακαδημαϊκή άσκηση, οι επιστήμονες έχουν προτείνει αυτήν την ιδέα στο παρελθόν. Αν οι πληροφορίες είναι πράγματι ένα βασικό συστατικό των πάντων στο σύμπαν, τότε ίσως ένας υπολογιστής κάπου να «τρέχει» ολόκληρο τον κόσμο μας ως προσομοίωση.
Πηγή: PopularMechanics – huffingtonpost.gr
