La información podría ser el quinto estado de la materia, demostrando que vivimos en una simulación

Tratar de dar sentido a la información es una experiencia diaria universal. para físico Melvin Vopson, esta búsqueda va mucho más allá de lo mundano: está tratando de demostrar que la información tiene una presencia física. Es una tarea importante que podría conducir a nuevos conocimientos sobre cómo podemos gestionar el futuro del almacenamiento de información. También podría conducir a un cambio fundamental en la forma en que pensamos sobre el universo.

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Vopson, que estudia teoría de la información en la Universidad de Portsmouth en el Reino Unido, quiere usar un experimento para confirmar que las partículas elementales tienen una masa medible. Implicaría un proceso de aniquilación de materia y antimateria que dispararía un haz de positrones a los electrones en una pieza de metal. Los positrones y los electrones son partículas subatómicas, con la misma masa y magnitud de carga. Sin embargo, los positrones tienen carga positiva y los electrones tienen carga negativa. Una lámina de metal tiene muchos electrones libres, lo que aumenta la probabilidad de colisión con los positrones entrantes.

Vopson propone que una aniquilación de positrones y electrones debería producir energía equivalente a las masas de las dos partículas. También debería producir una pizca extra de energía: dos fotones infrarrojos de baja energía de una longitud de onda específica (que se prevé que sea de unas 50 micras), como resultado directo de borrar el contenido de información de las partículas. Los fotones son partículas de radiación electromagnética.

No se necesita un acelerador de partículas o un colisionador de partículas a gran escala, dice Vopson. “De hecho, necesitamos positrones bastante lentos, por lo que el principal desafío es reducir su velocidad a velocidades térmicas. El experimento es desafiante, pero no inalcanzable”. Los fotones infrarrojos tienen marcadores muy específicos, por lo que deberían ser fáciles de distinguir de cualquier otra energía que emitan las partículas.

Vopson espera colaborar con otros científicos para realizar este experimento. Si tiene éxito, confirmaría las ideas hipotéticas sobre la energía y la masa de la información y cómo se relaciona con el universo físico.

Un nuevo concepto de materia

los principio de equivalencia masa-energía-información Vopson propuso en su 2019 Adelantos AIP El documento asume que un bit de información digital, utilizado para el almacenamiento de datos digitales en la actualidad, no es solo físico, sino que tiene una “masa finita y cuantificable mientras almacena información”. Esta masa muy pequeña es 3.19 × 10³⁸ kilogramos a temperatura ambiente.

Vopson plantea la hipótesis de que si borra ese bit de información, perdería una pequeña cantidad de masa y, por lo tanto, una cantidad equivalente de energía. Por ejemplo, si borra un terabyte de datos de un dispositivo de almacenamiento, su masa disminuiría en 2,5 × 10²⁵ kilogramos, una masa tan pequeña que solo puede compararse con la masa de un protón, que es de aproximadamente 1,67 × 10²⁷ kilogramos

Estas ideas de equivalencia masa-energía no son nuevas. En 1961, Rolf Landauer propuso por primera vez la idea de que un bit es físico y tiene una energía bien definida. Cuando se borra un bit de información, el bit disipa una cantidad medible de energía. Años antes de que este concepto de información entrara en escena, Albert Einstein estableció que la masa es igual a la energía.

Los científicos creen que la materia observable en el universo tiene un contenido de información específico. Por ejemplo, los átomos típicos, que contienen protones, electrones y neutrones, contienen no solo las masas combinadas de estas partículas subatómicas, sino también las minúsculas masas de la información que requieren para interactuar entre sí y con el resto del universo. Este tipo de información podría considerarse el “ADN” de las partículas, según el artículo de Vopson.

Cuando se combinan, las dos “conjeturas de información” hacen predicciones específicas sobre la masa de información en el universo. Por ejemplo, los científicos han estimado que una sola partícula contiene 1,509 bits de información, que representan características como la masa, la carga y el giro de la partícula. Cuando multiplicaron la información de esta única partícula por aproximadamente todas las partículas del universo (conocido como el Número de Eddington), terminaron con una estimación de 6,036 x 10⁸⁰ bits de información en el universo. (Esta es solo una estimación calculada).

Si el experimento propuesto por Vopson resulta como él espera, probaría la existencia de información como el quinto estado de la materia en el universo, junto con los estados de gas, plasma, líquido y sólido.

“Más profundamente, mostrará que nuestro universo es matemático y tendería un puente entre las matemáticas, la computación y el material. [or] mundo físico”, dice Vopson Mecánica Popular en un correo electrónico. “Esto puede transformar radicalmente la forma en que vemos todo en física y otras ciencias. Este nuevo componente de la materia en el universo podría ser el eslabón perdido para explicar tantos fenómenos inexplicables, como la materia oscura y la energía oscura”.

“La catástrofe de la información”

eric isaksonimágenes falsas

También hay un lado práctico en pensar en la información de esta manera; podría ayudarnos a diseñar mejores tecnologías de almacenamiento de información digital, dice Vopson. El primer dispositivo de almacenamiento digital fue el disco duro magnético, inventado en 1956. Codifica información como datos binarios en unos y ceros, o bits (ocho bits forman un byte). El ancho de los bits digitales hoy en día es de entre diez y 30 nanómetros, y podemos suponer que cuanto más pequeño es un bit físico, más bits contendrá un dispositivo de almacenamiento.

La cantidad de información que tenemos hoy en día es asombrosa. “Cada día en la Tierra, generamos 500 millones de tweets, 294 mil millones de correos electrónicos, 4 millones de gigabytes de datos de Facebook, 65 mil millones de mensajes de WhatsApp y 720 000 horas de contenido nuevo agregado diariamente en YouTube, según un artículo que Vopson escribió para el foro Economico Mundial.

La cantidad total de datos “creados, capturados, copiados y consumidos en el mundo” fue de 59 zettabytes en 2020, escribe Vopson en el artículo. Un zettabyte son 8.000.000.000.000.000.000.000 bits. The International Data Corporation, un proveedor global de inteligencia de mercado para la tecnología de la información y las comunicaciones, predice que esta cantidad crecerá a 175 zettabytes para 2025. En otras palabras, estamos creando nueva información a un ritmo tan asombroso que dentro de 350 años, crearemos más bits digitales que todos los átomos en la Tierra, una teoría que investigadores como Vopson llaman “la catástrofe de la información.” En aproximadamente 110 años“la energía requerida para sostener esta producción digital superará el consumo total de energía planetaria en la actualidad”.

La pregunta es, ¿qué restringiría en última instancia la forma material de almacenamiento de datos? El razonamiento en el área de estudio de Vopson es que “el tamaño teórico más pequeño de los bits digitales tendrían que ser las partículas elementales, ya que son los bloques de construcción de materia más pequeños conocidos en el universo”, según su informe de febrero de 2022. papel publicado en Adelantos AIP. Estos son los fragmentos más pequeños de materia que son estables y existen por sí mismos.

Demostrar que la información tiene masa a través de experimentos físicos es el primer paso para encontrar una posible solución al problema del crecimiento explosivo de la información.

Más allá de nuestros problemas terrenales

VICTOR HABBICK VISIONS/BIBLIOTECA DE FOTOS DE CIENCIAimágenes falsas

Probar que la información tiene masa puede explicar misterios como la materia oscura. Eso se debe a que las propiedades físicas de los fragmentos de información imitan lo que parece ser la materia oscura: pequeños fragmentos de partículas de masa sin carga ni espín, dice Vopson.

“Definitivamente necesitamos mirar modelos cosmológicos e intentar conectar este nuevo componente para explicar la dinámica de las galaxias y la expansión acelerada del universo”, dice. Quizás la masa extra de la información contenida en las partículas más básicas pueda explicar la masa de la materia oscura.

Sus cálculos aproximados iniciales indican que 10 a la potencia de 93 bits de información explicaría toda la materia oscura “perdida”.

Y confirmar que la información es el quinto estado de la materia toca una idea extraña: que el universo es en realidad una simulación por computadora. Como ejercicio académico, los científicos han sugirió esta idea antes. Si la información es de hecho un componente clave de todo en el universo, entonces tal vez una computadora en algún lugar esté ejecutando todo nuestro mundo como una simulación.

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