Az Amerikai Fizikai Intézet AIP Advances című folyóiratában nemrég megjelent tanulmányában Melvin M. Vopson, a Portsmouthi Egyetem kutatója pontosan kiszámolta, mennyi információ van az univerzumban. Mint a tanulmányban írja: "Meghatároztuk, hogy a megfigyelhető univerzum minden egyes részecskéje 1,509 bit információt tartalmaz, és a megfigyelhető univerzum összes anyagrészecskéjében ∼6 × 1080 bit információ van tárolva".
Ahhoz, hogy a Vopson által végzett matematikának értelme legyen, el kell fogadni a kutató által a tanulmányban megfogalmazott elvet, miszerint "az információ fizikai, az információt fizikai rendszerek tartják nyilván, és minden fizikai rendszer képes információt nyilvántartani".
Míg az univerzum "információs kapacitását" évtizedek óta hevesen vitatják, Vopson megközelítése más, mivel a Shannon-féle információelméletre támaszkodva jutott el a becsléshez. Vopson kidolgozott egy képletet, amely kiszámítja a megfigyelhető univerzumban lévő összes proton számát, az úgynevezett Eddington-számot. Ebből a számból a kutató megbecsülte az univerzumban található összes elemi részecske számát és az egyes részecskékben található, önmagukról szóló információ mennyiségét.
A Vopson által alkalmazott információelméletet, a "digitális korszak atyjaként" ismert Claude Shannon matematikus javasolta. Shannon információelméleti munkája 1948-ban született, és az információ számszerűsítésének módszerét vázolja fel. Az elmélet az entrópiát, azaz a rendszerben lévő bizonytalanság mértékét hozza összefüggésbe az információval. Az elmélet logikája szerint egy üzenet információtartalma annak a mértéke, hogy az üzenet mennyi entrópiát (vagy bizonytalanságot) csökkent, és a különböző üzeneteknek különböző értékei vannak.
Vopson ilyen entrópia-számításokat alkalmazott, hogy kitalálja, mennyi információt hordozhatnak a tömegről, a spinről és a töltésről a protonok, a neutronok és az elektronok, majd az eredményeket az egész világegyetemre extrapolálta. "Ez az első alkalom, hogy ezzel a megközelítéssel mérik az univerzum információtartalmát, és egyértelmű numerikus előrejelzést ad. Még ha nem is teljesen pontos, a numerikus előrejelzés egy lehetséges utat kínál a kísérleti tesztelés felé" - magyarázta Vopson.
A kutató jelenlegi tanulmányának vannak bizonyos korlátai, mivel nem veszi figyelembe az antirészecskéket és a neutrínókat. Emellett néhány feltételezést tesz az univerzumban zajló információátvitelre és -tárolásra vonatkozóan. Ennek ellenére becslési eszközként szolgálhat a további kutatásokhoz és gyakorlati kísérletekhez, amely összhangban van más kutatók e területen végzett közelmúltbeli munkáival.
Bár a kutatók egyre inkább arra összpontosítanak, hogy kiderítsék az információ pontos természetét, az mindeddig viszonylagos rejtély maradt. Bár az információt sokféleképpen leírhatjuk, mint ami tényekből, fizikai állapotok leírásából vagy matematikai képletekből áll, a kérdés továbbra is fennáll: van-e fizikai jelenléte, ami mérhető, ahogy azt néhányan javasolják?
Vopson korábban felvetette, hogy az információ az anyag ötödik állapota, és akár még az is lehet, hogy a titokzatos sötét anyag, amely a becslések szerint az ismert világegyetem mintegy 27 százalékát teszi ki. Ezt azonban kísérletileg még nem erősítették meg. Összehasonlításképpen, a normál anyag, amelyet az univerzumban megfigyelhetünk, az összes anyagnak csak öt százalékát teszi ki.
Nem Vopson az első, aki feltételezi, hogy az információ lehet a valóság kulcsfontosságú építőköve. John Archibald Wheeler fizikus úgy írta le ezt az elképzelést, hogy "it from bit", ahol az "it" az univerzumban lévő mindent jelenti, a "bit" pedig az információra utal.
Seth Lloyd, az MIT professzora, aki a kvantuminformációval foglalkozik, az univerzumot egy óriási számítógépnek látja, és "olyan fizikai rendszernek nevezi, amely az információt bitekre bontja, és ezeket a biteket szisztematikusan átforgatja".
Az elektron példája szerint a spinje a kvantummechanika szerint kétféle értéket vehet fel: felfelé vagy lefelé. Lloyd ezt a számítógép bitjeihez, a digitális információ legkisebb egységeihez hasonlítja, amelyek szintén kétféle információt vesznek fel, a 0-t vagy az 1-et. Ahogy minden elemi részecske tartalmaz információt, úgy az univerzum is, amely Lloyd szerint szintén úgy dolgozza fel ezt az információt, hogy az nagyon hasonlít a számítógéphez. Valójában, állítja Lloyd, a világegyetem nem egyszerűen olyan, mint egy számítógép, hanem egy olyan számítógép, amelyben a világegyetemben végbemenő minden változás "számításnak" tekinthető.
A "Számítógépes univerzumról" szóló tanulmányában Lloyd tulajdonképpen ezeknek a számításoknak a végösszegével állt elő, megbecsülve, hogy az univerzum hány "elemi logikai műveletet" hajtott végre a kezdete óta, ami közel 10120. Korábban saját becsléssel is előállt arra vonatkozóan, hogy hány bitet tartalmazhat a világegyetemben jelenleg található anyagmennyiség. Szerinte 1090 bitet.
Természetesen annak bizonyítása, hogy az univerzum egy számítógép, komoly filozófiai és gyakorlati következményekkel járna. Egy nagy kérdés. hogy ki programozza az univerzum számítógépét? Lloyd szerint a magyarázat "kis véletlenszerű kvantumfluktuációkban" rejlik. Szerinte a kvantumfluktuációk lehetnek felelősek mindenféle fizikai jelenségért, programozhatják az univerzumot, sőt még a DNS-ünket is, bár bizonyos fokú véletlenszerűséggel. "Ha ezt a véletlenszerűséget visszavezetjük, azt találjuk, hogy ez a véletlenszerűség valójában kis kvantumfluktuációkból ered, amelyek termikus és kémiai fluktuációknak álcázzák magukat. A génjeinket kvantumfluktuáció programozta" - magyarázza Lloyd.
