20.09.2025 12:57
SLY_G 0 15000 Источник

Если это правда, эта идея может даже помочь нам понять всю тёмную материю в нашей вселенной.

Попытки понять смысл информации — это повседневный опыт каждого человека. Для физика Мелвина Вопсона это стремление выходит далеко за рамки обыденности — он пытается доказать, что информация физически присутствует в нашем мире. Это сложная задача, которая может привести к новым открытиям о том, как мы можем управлять будущим хранения информации. Это также может привести к фундаментальному изменению в нашем представлении о Вселенной.

Доктор Вопсон изучает теорию информации в Университете Портсмута в Великобритании и хочет провести эксперимент. Если всё пойдёт так, как он ожидает, результаты докажут, что информация имеет массу и является пятым состоянием вещества во Вселенной наряду с газообразным, плазменным, жидким и твёрдым состояниями.

«Более глубоко, это покажет, что наша вселенная является математической, и это соединит математику, вычисления и материальный [или] физический мир, — говорит Вопсон в электронном письме Popular Mechanics. — Это может радикально изменить наше представление о физике и других науках. Этот новый компонент материи во вселенной может быть недостающим звеном в объяснении многих необъяснимых явлений, включая тёмную материю и тёмную энергию».

Вопсон описал свой предлагаемый эксперимент в статье, опубликованной в марте 2022 года в журнале AIP Advances. Во-первых, в процессе аннигиляции материи и антиматерии пучок позитронов будет направлен на электроны в куске металла. Позитроны и электроны — это субатомные частицы с одинаковой массой и величиной заряда. Однако позитроны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный. В металлическом листе много свободных электронов, что увеличивает вероятность столкновения с поступающими позитронами.

По словам Вопсона, аннигиляция позитрона и электрона должна произвести энергию, эквивалентную массе двух частиц. Она также должна произвести дополнительный всплеск энергии, поскольку информация, содержащаяся в частицах, будет стёрта. Должны будут появиться два инфракрасных фотона низкой энергии — частицы электромагнитного излучения — с определённой длиной волны (по прогнозам, около 50 микрон).

По словам Вопсона, для этого не требуется крупномасштабный ускоритель частиц или коллайдер. «На самом деле нам нужны довольно медленные позитроны, поэтому главная задача состоит в том, чтобы замедлить их до тепловых скоростей. Эксперимент сложен, но не невозможен». Инфракрасные фотоны имеют очень специфические маркеры, поэтому их должно быть легко отличить от любой другой энергии, излучаемой частицами.

Вопсон надеется сотрудничать с другими учёными для проведения этого эксперимента. В случае успеха он подтвердит гипотетические представления об энергии и массе информации и их связи с физической вселенной.

Принцип эквивалентности массы, энергии и информации, предложенный Вопсоном в его более ранней статье, опубликованной в 2019 году в журнале AIP Advances, предполагает, что бит цифровой информации, используемый сегодня для хранения цифровых данных, является не только физическим, но и имеет «конечную и поддающуюся количественному измерению массу, пока он хранит информацию». Эта очень маленькая масса составляет 3,19 × 10-38 килограмма при комнатной температуре.

Вопсон выдвигает гипотезу, что при удалении этого бита информации теряется крошечное количество массы и, следовательно, эквивалентное количество энергии. Например, если удалить один терабайт данных с устройства хранения, его масса уменьшится на 2,5 × 10-25 килограмма, что настолько мало, что можно сравнить только с массой протона, которая составляет около 1,67 × 10-27 килограмма.

Эти идеи эквивалентности массы и энергии не являются новыми. В 1961 году Рольф Ландауэр впервые выдвинул идею о том, что бит является физическим явлением и имеет чётко определённую энергию. Когда один бит информации стирается, он рассеивает измеримое количество энергии. За много лет до появления этой концепции информации Альберт Эйнштейн установил, что масса эквивалентна энергии.

Учёные считают, что наблюдаемая материя во Вселенной имеет определённое информационное содержание. Например, типичные атомы, содержащие протоны, электроны и нейтроны, обладают не только совокупной массой этих субатомных частиц, но и крошечной массой информации, необходимой им для взаимодействия друг с другом и с остальной частью Вселенной. По словам Вопсона, этот тип информации можно считать чем-то вроде «ДНК» частиц.

В совокупности эти две «информационные гипотезы» позволяют сделать конкретные прогнозы о массе информации во Вселенной. Например, учёные подсчитали, что одна частица содержит 1,509 бита информации, представляющей такие характеристики, как масса, заряд и спин частицы. Умножив информацию об одной частице примерно на все частицы во Вселенной (известные как число Эддингтона), они получили оценку в 6,036 x 1080 бит информации во Вселенной. (Это всего лишь одна из расчётных оценок).

Такой подход к информации имеет и практическую сторону: он может помочь нам разработать более совершённые технологии хранения цифровой информации, говорит Вопсон. Первым устройством цифрового хранения информации был магнитный жёсткий диск, изобретённый в 1956 году. Он кодирует информацию в виде двоичных данных в виде единиц и нулей, или битов (восемь битов образуют байт). Ширина цифровых битов сегодня составляет от 10 до 30 нанометров, и можно предположить, что чем меньше физический бит, тем больше битов может хранить устройство хранения.

Объём информации, которым мы располагаем сегодня, ошеломляет. «Каждый день на Земле мы генерируем 500 миллионов твитов, 294 миллиарда электронных писем, 4 миллиона гигабайт данных Facebook, 65 миллиардов сообщений WhatsApp и 720 000 часов нового контента, добавляемого ежедневно на YouTube», — говорится в статье, написанной Вопсоном для Всемирного экономического форума.

Общий объём данных, «созданных, захваченных, скопированных и потреблённых в мире», в 2020 году составил 59 зеттабайт, пишет Вопсон в своей статье. Один зеттабайт равен 8 000 000 000 000 000 000 000 битов. Международная корпорация International Data Corporation, глобальный поставщик рыночной информации в области информационных технологий и коммуникаций, прогнозирует, что к 2025 году этот объём вырастет до 175 зеттабайт. Другими словами, мы создаём новую информацию с такой ошеломляющей скоростью, что через 350 лет мы создадим больше цифровых битов, чем всех атомов на Земле, — теория, которую такие исследователи, как Вопсон, называют «информационной катастрофой». Примерно через 110 лет «мощность, необходимая для поддержания этого цифрового производства, превысит общее потребление энергии на планете сегодня», — говорится в его статье в журнале AIP Advances.

Вопрос в том, что в конечном итоге ограничит материальную форму хранения данных? Согласно его статье 2022 года «наименьший теоретический размер цифровых битов должен быть равен размеру элементарных частиц, поскольку они являются наименьшими известными строительными блоками материи во Вселенной». Это мельчайшие частицы материи, которые являются стабильными и существуют самостоятельно.

Доказательство того, что информация имеет массу, с помощью физических экспериментов — это первый шаг к поиску возможного решения проблемы взрывного роста объёма информации.

И это доказательство может объяснить такие космические загадки, как тёмная материя. Это потому, что физические свойства битов информации имитируют то, чем, по-видимому, является тёмная материя — небольшие частицы массы без заряда и спина, говорит Вопсон.

«Нам определённо нужно изучить космологические модели и попытаться включить в них этот новый компонент, чтобы объяснить динамику галактик и ускоренное расширение Вселенной», — говорит он. Возможно, дополнительная масса информации, содержащаяся в самых простых частицах, может объяснить массу тёмной материи.

Его первоначальные приблизительные расчёты показывают, что 10 в степени 93 бита информации объясняют всю «ненайденную» тёмную материю.

Подтверждение того, что информация является пятым состоянием материи, косвенно относится и к другой смелой идее: что Вселенная на самом деле является компьютерной симуляцией. Дополнительным доказательством этой потенциальной реальности является гравитация. Учёные уже выдвигали гипотезу симуляции в качестве академического упражнения, но последняя статья Вопсона по этой теме, опубликованная в апреле в журнале AIP Advances, идёт дальше, описывая гравитацию как механизм, который заставляет информацию переходить от хаоса к порядку.

Если информация действительно является ключевым компонентом Вселенной, то, возможно, какой-то компьютер управляет всем нашим миром как симуляцией.

Комментарии (0)


  1. Tzimie
    20.09.2025 13:26
    #28860830

    Что за бред? При аннигиляции электрона и позитрона информация не уничтожается, а сохраняется в фотонах которые рождаются при аннигиляции


  1. anonymous
    20.09.2025 13:26
    #28861232


    1. net_racoon
      20.09.2025 13:26
      #28867754

      Ни в коем случае не спорю с вами. Но разве можно из получившегося фотона восстановить информацию об исходном позитроне и электроне?


      1. Oncenweek
        20.09.2025 13:26
        #28867816

        Из одного нельзя, из двух можно - из энергии и импульса фотонов можем понять точку аннигиляции, начальные импульсы электрона и позитрона. Ну с точностью до предела измерений, но сам по себе фотон эту информацию несет


      1. Kabach
        20.09.2025 13:26
        #28868060

        Ну в волновом состоянии всей системы закодирована вся иноформация, другое дело, что с точки зрения современной науки ее полностью считать не представляется возможным, только детали.


    1. achekalin
      20.09.2025 13:26
      #28868220

      Мне кажется, мы тут из области физики уходим в вопросы веры. А именно, верить или не верить в повествование, на вид логичное, но никак не проверенное, от человека, которые рассуждает о мире, где верят только эксперименту как критерию истины.

      Я вот как рассуждаю: информация не висит в пустоте, и методы работы с неё применяются к материи, эту информацию хранящей.

      Поэтому процесс стирания бита — это не «волшебное исчезновение», а физическое переустройство системы. Чтобы перемагнитить домен на диске, нужно затратить энергию (например, подав ток в головку диска). Большая часть этой энергии рассеивается в виде тепла (нагрев головки, трение, джоулевы потери).

      Как на этом фоне отделить «энергию стирания информации» от «энергии перемагничивания»? С точки зрения стандартной физики — никак. Потому что это одна и та же энергия.

      Вопсон утверждает, что существует минимальный, принципиально неустранимый предел энергии, который обязательно рассеется в виде тепла при стирании 1 бита, независимо от конкретной технологии. Это не энергия, потраченная на перемагничивание (которая может быть уменьшена за счет улучшения технологий), а фундаментальная «плата» за необратимость акта стирания.

      Даже если этот минимальный предел существует, как его измерить в реальном эксперименте? Наш грубый технологический процесс «зашумляет» этот крошечный эффект, отличающися от затраченной за стирание энергии на многие порядки величин.

      В общем, «хороший заход, товарищ Вопсон, но — нет!»


      1. Tzimie
        20.09.2025 13:26
        #28868240

        С точки зрения квантовой механики нет никаких стираний бит! Бит невозможно стереть! Информация не исчезает!

        Здесь противоречие между двумя подходами к информации: практическом (полезная информация) и физическим (путь в фазовом пространстве)

        Пример: возьмите SSD диск и расплавьте его в печи. С практической точки зрения информация пропала. С квантомеханической - нет


        1. achekalin
          20.09.2025 13:26
          #28868262

          «Это вы доценту Вопсону скажите, он уже на кафедре двух профессоров почти убедил!»

          В общем, никто не обещал, что на Хабре не будет перевода чуши - вот мы и столкнулись )


        1. zarfaz
          20.09.2025 13:26
          #28868762

          Стирания бита не происходит - если мы рассматриваем систему глобально. И действительно в фазовом пространстве есть полная история системы, которую можно интерпретировать как сохранение информации.

          Но если рассматривать локальную подсистему, то это необратимый процесс - информация не уничтожается, а утекает в окружение, запутываясь с ним. Для наблюдателя, имеющего доступ только этой локальной подсистеме, эта информация теряется. Именно эта потеря (утекание в окружение) и проявляется как выделение тепла.

          Тут конечно еще большой вопрос, что называть битом, если мы опускаемся до квантовых объектов.


        1. MountainGoat
          20.09.2025 13:26
          #28869814

          С той же точки зрения, тогда и возникновения информации тоже не происходит. Но в начале вселенной нам обещали сингулярность - полное обнуление информации. Значит кто-то врёт.


  1. Jedy
    20.09.2025 13:26
    #28860874

    ох уж эти британские ученые...

    Так вот почему мой комп, когда занят расчётами, так греется - оказывается, он испускает инфракрасные фотоны от стирания информации

    вся эта «революционная» теория попахивает псенвдонаучной спекуляцией. Аннигиляция электрона и позитрона — один из самых изученных процессов в физике. Он прекрасно описывается квантовой электродинамикой. Аннигиляция чаще всего даёт два фотона гамма-диапазона с энергией 511 кэВ каждый. Предположение Вопсона, что появится дополнительная энергия в виде низкоэнергетических ИК-фотонов, грубо нарушает закон сохранения энергии и импульса. Иначе это заставит пересматривать вообще все процессы в физике и проверять их на сходимость законов сохранения. Но почему то закон сохранения энергии без учета информации сейчас соблюдается абсолютно во всех экспериментах с огромной точностью доступной нам.


    ИК-фотоны вблизи металла будут появляться от тривиальных тепловых процессов, так как фоновый шум огромен. Построить нефальсифицируемый эксперимент в таких случаях практически невозможно. Даже если эксперимент не обнаружит ИК-фотонов, можно будет списать на недостаточную чувствительность детекторов.

    Вопсон заявляет, что его эксперимент докажет, что информация имеет массу, это звучит как заявить, что при сжигании полена в костре выделяется тепло от горения органики и дополнительно — «тепло от исчезновения сущности полена».


    1. Tzimie
      20.09.2025 13:26
      #28860932

      Извините, подушню. Два фотона если спин электрона и фотона противоположно ориентирован. Если одинаково, то рождается три фотона. Также вместо 2 фотонов может рождаться любое четное число (с мЕньшей вероятностью), а вместо 3 - любое нечётное (но не 1)


      1. Jedy
        20.09.2025 13:26
        #28860946

        согласен, спасибо за уточнение, два фотона, три фотона, реже четыре и больше — закон сохранения энергии и импульса по замерам выполняется абсолютно точно во всех случаях


    1. vkomen
      20.09.2025 13:26
      #28867880

      Немного не соглашусь. Если эти гипотетические фотоны вылетят под правильными углами, то закон сохранения импульса не будет нарушен. Что касается энергии, то она, видимо, настолько мала, что находится за пределами измерений сегодняшних


    1. achekalin
      20.09.2025 13:26
      #28868126

      ...Аннигиляция чаще всего даёт два фотона гамма-диапазона с энергией 511 кэВ каждый. Предположение Вопсона, что появится дополнительная энергия в виде низкоэнергетических ИК-фотонов, грубо нарушает закон сохранения энергии и импульса...

      Скажите, Вы сами писал весь свой коммент?

      Только что закинул пост в дипсик, и он мне выдал коммент, на 95% совпадающий с вашим - за исключением явно написанных человеком вводых слов. И про 511 кэВ, и про полено.

      Чёрт, ИИ и комменты юзеру пишет )


  1. ArtyomOchkin
    20.09.2025 13:26
    #28860892

    Рен ТВ снова приехало на Хабр. Спасибо, не надо. Уже сыты.

    Не ожидал от этого автора такого мягко говоря спорного с научной точки зрения материала. ЗЫ. Да, я вижу, что это перевод. Но всё равно, материал, не имеющий какой-либо смысловой нагрузки.


  1. anonymous
    20.09.2025 13:26
    #28861240


  1. lambdaLab
    20.09.2025 13:26
    #28861380

    Не понятно что за информацию тут имеют в виду, в квантовой механике как то два типа, если я не ошибаюсь хотя тема скользкая очень, но ладно пусть информация.

    1. Информация-потенциал (Закодированная в волновой функции): Это полное описание всех возможных состояний системы и их амплитуд. Это «информация о том, что может случиться». Она фундаментальна и определена волновой функцией.

    2. Информация-реализация (Классический outcome): Это конкретный результат, который мы получаем при измерении (например, «частица здесь», «спин вверх»). Это «информация о том, что случилось». Она возникает в процессе взаимодействия (измерения/декогеренции).

    Скорее всего он имеет в виду какую то другую информацию, не хочется за него думать, но тогда должен быть уровень некоторого смысла типа какой-то супер квантовой теории и вот тогда… но это меня занесло в духе этой статьи уже в лес с вечными двигателями, так что либо жестко фантазировать либо не искать в лесу рыбнадзор.


  1. anonymous
    20.09.2025 13:26
    #28861492


  1. Moog_Prodigy
    20.09.2025 13:26
    #28861556

    Ну что же сразу с критикой набросились, информация имеет определенную энергию, а значит ее можно и в массу перевести. Хотя симуляция - это бред бредовый.

    Другое дело - там такая мизерная энергия, что-то на уровне 10Е-30 (могу наврать с порядком) если говорить даже про петабайты данных. Какое тепло, какое излучение? На хабре была статья про это, но давно и искать лень.


  1. anonymous
    20.09.2025 13:26
    #28861600


    1. kadmy
      20.09.2025 13:26
      #28867608

      В статье напутано всё на уровне 7-го класса школы.

      Второй абзац: «информация имеет массу и является пятым состоянием вещества во Вселенной наряду с газообразным, плазменным, жидким и твёрдым состояниями».

      Состояние вещества спутано с энергией и информацией. Если информация — отдельное состояние, наряду с жидкостью, то в жидкости нет информации?


      1. Kabach
        20.09.2025 13:26
        #28868072

        И самое главное - пятое состояние вещества это все что угодно кроме информации, начиная от бозеэйнштеновского конденсата, кончая кваркглюонной плазмой и вырожденным веществом в нейтронной звезде.


  1. fujikiriku
    20.09.2025 13:26
    #28862392

    Вопсон выдвигает гипотезу, что при удалении этого бита информации теряется крошечное количество массы

    Стоп стоп, а как можно удалить бит, например с жёсткого диска? Ну был допустим 1, станет 0. Но это же не удаление, а изменение. Удалить его можно только одним способом - выпаять из диска этот самый магнитный домен, в котором хранится 0 или 1. Да, при этом потеряется масса, разумеется. Но совсем не та, что соответствует принципу ландауэра.

    Ну и, конечно, непонятно при чем тут "пятое состояние вещества", новые физические принципы и религиозная гипотеза симуляции.


    1. zarfaz
      20.09.2025 13:26
      #28862576

      Исходная концепция принадлежит Ландауэру, который постулировать цепочку рассуждений: стирание информации - это необратимый процесс (иначе информация не стерлась, а перекодировалась) —-> в термодинамике такие необратимые процессы должны вызывать увеличение энтропии —-> второе начало термодинамики требует выделения энергии.

      Что бы необратимо изменить бит на физическом накопителе, необходимо изменить состояние элементов (например частиц, намагниченность области и тд), кодирующих этот бит, а изменение состояния требует обмена энергией.

      Но этот постулат никак не связывался ни с состоянием вещества, ни с попыткой ввести какой либо дополнительный закон сохранения, а был исключительно выведен из термодинамики.


      1. bak
        20.09.2025 13:26
        #28867502

        То есть это не "удаление бита" а "изменение бита" приводит к уменьшении массы жесткого диска? То есть при каждодневном использовании к концу срока службы жесткий диск должен ощутимо потерять в массе?


        1. zarfaz
          20.09.2025 13:26
          #28868622

          С точки зрения пользователя это действительно изменение бита, но только потому что под битом имеется ввиду ячейка для хранения бита, а не само значение. И для этого действия нужна энергия. Другими словами, перезапись бита будет вести к нагреванию диска (а не потере массы)

          С точки зрения энтропии бит - это информация, а не ее носитель. И перезатирая бит, безвозвратно удаляется прошлое значение бита и записывается новое. Сам факт безвозвратного удаления старого бита информации ведет к повышению энтропии, а согласно термодинамике, повышение энтропии ведет к выделению энергии. Диск нагревается.


  1. zarfaz
    20.09.2025 13:26
    #28862584

    Блин, а я так надеялся в статье прочитать про интерпретацию волновой функции частиц и ее «новое физическое значение»... А то везде при попытках найти осмысленную интерпретацию я натыкаюсь на «удобную математическую конструкцию» или «это информация, представленная в виде вероятности», “напрямую не наблюдается».


  1. michael108
    20.09.2025 13:26
    #28863388

    В свое время был фантастический рассказ о "сумасшедшем" профессоре, который считал, что информация имеет массу. Для проверки своей концепции он нанялся к какому-то африканскому царьку и помогал ему в борьбе с соседом. Для своей работы он потребовал самый совершенный суперкомпьютер, который поставил на сверчувствительные весы, и напихивал а этот комп всю информацию, какую мог. И в какой-то момент весы показали увеличение массы. А согласно теории профессора, когда количество произведенной в мире информации превысит некотороый порог (кажется, речь шла о нескольких граммах), она схлопнется и исчезнет. Что в конце концов и произошло )) К сожалению, название рассказа и автора не помню -- давно читал.


    1. nolirpaf
      20.09.2025 13:26
      #28863666

      Станислав Лем. "Профессор А. Донда" 1976 год.

      Рассказ совсем небольшой, всем советую.

      Вот пару цитат:

      Скрытый текст

      "...Эти строки я пишу на глиняных табличках, сидя перед своей пещеркой. Раньше я часто задумывался, как же это делалось в Вавилоне, но никак не мог предположить, что мне самому придется этим заняться. Тогда, наверное, глина была лучше, а может быть, клинопись больше подходит для такого случая. У меня глина то расплывается, то крошится, но все равно это лучше, чем царапать известняком по сланцу, - с детства не переношу скрежета. Теперь я уже не стану называть первобытную технику примитивной. Прежде чем уйти, профессор долго наблюдал, как я мучаюсь, высекая огонь, а после того как я сломал поочередно консервный ключ, наш последний напильник, перочинный нож и ножницы, он заметил, что доктор Томпкинс из Британского Музея сорок лет назад попробовал вручную изготовить обыкновенный скребок, какие делали в каменном веке, но только вывихнул себе запястье и разбил очки. Профессор добавил еще что-то о презрительном высокомерии, с которым мы привыкли смотреть на своих пещерных предков. Он прав. Мое новое жилище убого, матрас совсем сгнил, а из артиллерийского бункера, где мы, было, так хорошо устроились, нас выгнала старая больная горилла, которую черт принес из джунглей. Профессор утверждает, что горилла нас совсем не выселяла. Это тоже правда - она не проявляла агрессивности, но меня нервировали ее игры с гранатами...

      ...Профессор убежден, что это вовсе не конец света, а только конец нашей цивилизации. Я вынужден с ним согласиться, ибо нельзя события таких размеров мерить своими личными неудобствами. Ничего страшного не произошло, - говорил поначалу профессор и предлагал Марамоту и мне что-нибудь спеть, однако, когда у него кончился табак, он потерял душевное спокойствие и после попытки набить трубку кокосовыми волокнами отправился в город за новым табаком, хотя вполне представлял себе, чем грозит в теперешних условиях такое путешествие..."


      1. michael108
        20.09.2025 13:26
        #28864538

        Да там, как и все у Лема, замечательно. Как будто про сегодняшний день написано )) Ну и юмор -- где скрытый, где откровенный -- сплошное удовольствие. Спасибо, что напомнили про этот рассказ.


      1. legolegs
        20.09.2025 13:26
        #28867596

        Профессор Донда появился на свет благодаря серии ошибок. Его отцом была метиска из индийского племени Навахо, матерей же у него было две с дробью

        Ничего себе нетрадиционные семейные отношения! Запрещёночкой делитесь, гражданин!


  1. MasterPeaceMC
    20.09.2025 13:26
    #28866952

    Но ведь электрон материи аннигилирует с позитроном антиматерии, слипаясь друг с другом в темную материю. То есть вся энергия уйдет в темную материю. А значит и измерять надо изменение энергии в темной материи. А это пока никто делать не умеет.


  1. Smerig
    20.09.2025 13:26
    #28867028

    По-моему, автор путает причину и следствие.


  1. Anorx
    20.09.2025 13:26
    #28867628

    Глядя на то, что сейчас происходит, можно смело заявить, что симуляция лагает)


  1. net_racoon
    20.09.2025 13:26
    #28867758

    Ну у меня канеш сильно поверхностные знания, но разве квантовая теория поля не говорит что все вокруг- это информация?


  1. BioHazzardt
    20.09.2025 13:26
    #28867842

    Ага, поверил, ну и бредятина (с)

    З.Ы. Глянул чем знаменит автор, и все стало на свои места. Просто фанат теории симуляции, пытающийся всеми руками и ногами натянуть сову на глобус


  1. HandrIT
    20.09.2025 13:26
    #28869088

    Информация может храниться и в расстоянии частиц друг от друга. Если его изменить, информация потеряется, а масса частиц не изменится