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    • 物理学家预算了宇宙中的信息总量

      物理学家预算了宇宙中的信息总量插图

      物理学家有许多令人费解的理论。例如,如果信息是物理现实本身的一个有形和基本的方面–与物质和能量并列?或者说,如果信息是物质的第五种状态呢?

      毕竟,信息是所有物质和能量都可测量地拥有的东西。管理它们存在的规则,如它们的质量、速度或电荷,都是它们包含的信息位。

      因此,为了允许对这种想法进行实验探究,来自英国朴茨茅斯大学的物理学家梅尔文·沃普森估计了单个基本粒子,如电子,储存了多少关于自身的信息。然后他用这种计算方法来估计整个可观测宇宙所包含的惊人的信息量。

      沃普森利用克劳德·香农的信息理论,估算出可观测宇宙中的每个粒子都拥有1.509比特的信息。

      这一理论将熵–一个系统中的不确定性数量–与信息联系起来。熵是衡量事件不确定性的标准。但不同类型的信息有不同的熵。

      例如,一个公平的投掷硬币的结果(信息)有1比特的信息。如果硬币两面一样,则结果有0比特的信息,因为它对我们已经知道的东西没有增加任何新的内容。

      但如果硬币偏向于正面,而你最后得到的是反面,这个令人惊讶的结果就会比常规的1比特事件提供更多的信息。

      沃普森将这些信息熵应用于质子、中子(及其组成夸克)和电子的质量、电荷和自旋,以得出他对它们所拥有的信息量。

      然后,利用对这些粒子存在数量的估计,他把它乘以整个宇宙。

      结果是大约6……后面是惊人的80个零的信息位,这实际上比以前的估计要低。但沃普森预计到了这一点,因为过去的计算试图说明整个宇宙,而他将计算限制在可观察的部分–不包括反粒子和力(如光玻色子)。

      “我们认为所有玻色子都是负责传递信息的力/相互作用粒子,而不是储存信息。”沃普森写道,”我们推测,信息只能存储在稳定且具有非零静止质量的粒子中,而相互作用/力的载体玻色子只能通过波形传递信息。”

      他也没有包括不稳定的粒子或反粒子,鉴于它们的寿命极短,”所以它们只能通过人为创造的实验条件或理论上的观察来实现。因此,它们对可观测宇宙的参与是可以忽略不计的,而且通过推断,它们记录信息的能力也是可以忽略不计的。

      “但必须提到的是,根据全息原理,信息也可以以其他形式存储,包括在时空结构本身的表面。”

      信息是物理实体的这一观点自20世纪20年代以来一直存在。从那时起,实验证明了信息理论和热力学之间的联系,并导致了一个疯狂的想法,即宇宙是由二维现实模拟出的三维。

      “这些激进的理论是基于这样的原则:信息是物理的,信息是由物理系统记录的,所有的物理系统都可以登记信息。”

      在此基础上,此前曾提出,信息可能是物质的第五种状态,与固体、液体、气体和等离子体并列,甚至更疯狂的是,信息可能是物理学家一直在寻找的暗物质。

      这些新的计算方法可以帮助测试这些奇怪而迷人的假说。

      “目前的方法为估计每个基本粒子的信息含量提供了一个独特的工具,这对于设计实际的实验来测试这些预测非常有用,”

      此外,如果光可以是一个粒子,而物理状态在被观察到之前可以不被确定,那么为什么信息不能成为宇宙的一个物理和基本部分呢?

      这项研究发表在《AIP进展》上。

      广东·东莞
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