Αν το σύμπαν είναι μια προσομοίωση σε υπολογιστή πόσα …μπιτ πληροφορίας περιέχει;

12:30 11/11/2021 - Πηγή: Blueskytv

Το bit (=binary digit), στα ελληνικά δυφίο, είναι η στοιχειώδης μονάδα πληροφορίας στο δυαδικό σύστημα με τα γνωστά ψηφία 0 και 1. Στους υπολογιστές αποθηκεύεται σε κάποιο φυσικό σύστημα που μπορεί να βρίσκεται σε δυο καταστάσεις όπως: οι δυο κατευθύνσεις μαγνήτισης, οι δυο θέσεις ενός διακόπτη, δυο τάσεις ηλεκτρικού ρεύματος κ.λπ. Την έννοια του bit εισήγαγε το 1948 Claude Shannon στην εργασία του με τίτλο ‘A Mathematical Theory of Communication‘. To bit χρησιμοποιείται ως μονάδα μέτρησης της πληροφορίας, όπως η απόσταση μετριέται σε μέτρα ή η ταχύτητα σε m/s.

Πριν από έξι δεκαετίες,

ο Rolf Landauer πρότεινε έναν τύπο ισοδυναμίας μεταξύ πληροφορίας και ενέργειας, καθώς η διαγραφή ενός ψηφιακού bit σε έναν υπολογιστή παράγει μια μικρή ποσότητα θερμότητας, η οποία είναι μια μορφή ενέργειας [Irreversibility and Heat Generation in the Computing Process].

Έτσι, ο Melvin Vopson, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Portsmouth, αφού υπέθεσε ότι μπορεί να υπάρχει σχέση μεταξύ πληροφοριών, ενέργειας και μάζας, χρησιμοποίησε την εξίσωση ισοδυναμίας μάζας-ενέργειας του Albert Einstein E = mc2 του Albert Einstein. Ο Vopson ξεκίνησε υπολογίζοντας την ποσότητα πληροφορίων που αποδίδεται σε ένα μόνο σωματίδιο, όπως ένα πρωτόνιο ή ένα νετρόνιο. Τέτοιες οντότητες μπορούν να περιγραφούν πλήρως από τρία βασικά χαρακτηριστικά: τη μάζα, το φορτίο και το σπιν τους. Αυτές οι ιδιότητες κάνουν τα στοιχειώδη σωματίδια να διακρίνονται μεταξύ τους και θα μπορούσαν να θεωρηθούν ως «πληροφορίες».

Χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις του Shannon, ο Vopson υπολόγισε ότι ένα πρωτόνιο ή ένα νετρόνιο πρέπει να περιέχει το ισοδύναμο 1,509 bit κωδικοποιημένης πληροφορίας. Στη συνέχεια, ο Vopson έκανε μια εκτίμηση για τον συνολικό αριθμό των σωματιδίων στο παρατηρήσιμο σύμπαν: 4×1080 σωματίδια, που συμφωνεί με προηγούμενες εκτιμήσεις. Έτσι, υπολόγισε το συνολικό περιεχόμενο πληροφοριών του ορατού σύμπαντος ως: 6,036×1080 ή 603,6 εκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια bits. Μπορούμε να διαβάσουμε τις λεπτομέρειες των υπολογισμών του στην εργασία με με τίτλο ‘Estimation of the information contained in the visible matter of the universe‘, στο περιοδικό AIP Advances.

Σύμφωνα με τον Vopson, παρότι ο αριθμός που υπολόγισε είναι τεράστιος, δεν συμφωνεί με τις παλαιότερες εκτιμήσεις που δίνουν ακόμα μεγαλύτερες τιμές. Ωστόσο, ο υπολογισμός του αναφέρεται μόνο στις πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες σε σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα κουάρκ που τα αποτελούν. Οι προηγούμενες εκτιμήσεις αναφέρονται στο συνολικό περιεχόμενο πληροφοριών του σύμπαντος. Επιπλέον, ακολουθείται μια διαφορετική προσέγγιση, χρησιμοποιώντας την θεωρία πληροφοριών, η οποία δίνει την πιο αποτελεσματική συμπίεση πληροφορίας.

Η ασυμφωνία θα μπορούσε επίσης να οφείλεται στο ότι το σύμπαν πιθανότατα περιέχει περισσότερες πληροφορίες, οι οποίες είναι αποθηκευμένες και σε άλλα στοιχειώδη σωματίδια που δεν λήφθηκαν υπόψη. Για παράδειγμα, όλα τα μποζόνια φορείς των αλληλεπιδράσεων θεωρήθηκαν υπεύθυνα για την μεταφορά πληροφοριών, αντί για την αποθήκευση πληροφοριών.

Επίσης, αγνοήθηκαν όλα τα αντισωματίδια, καθώς και όλα τα νετρίνα. Αν και υπάρχει περιθώριο για περαιτέρω βελτιώσεις αυτής της εργασίας, είναι η πρώτη φορά που η θεωρία της πληροφορίας χρησιμοποιείται για την εκτίμηση του περιεχομένου πληροφοριών του παρατηρήσιμου σύμπαντος, και αυτή η μεθοδολογία θα βοηθήσει μελλοντικές μελέτες.

Επομένως, το μόνο που μπορούμε να πούμε με σιγουριά είναι ότι, αν το σύμπαν είναι μια γιγάντια προσομοίωση σε υπολογιστή, τότε ο αριθμός των μπιτ πληροφορίας που περιέχει είναι μεγαλύτερος από 6,036×1080.

Πηγή: physicsgg.me

Αν το σύμπαν είναι μια προσομοίωση σε υπολογιστή πόσα …μπιτ πληροφορίας περιέχει; on BLUE SKY.