Hay 6 × 10 ^ 80 bits de información en el universo observable

Desde el comienzo de la Era Digital (hacia la década de 1970), los físicos teóricos han especulado sobre la posible conexión entre la información y el Universo físico. Teniendo en cuenta que toda la materia está compuesta de información que describe el estado de un sistema cuántico (también conocido como información cuántica), y la información genética está codificada en nuestro ADN, no es descabellado pensar que la realidad física se puede expresar en términos de datos. .

Esto ha llevado a muchos experimentos mentales y paradojas, donde los investigadores han intentado estimar la capacidad de información del cosmos. En un estudio reciente, el Dr. Melvin M. Vopson, matemático y profesor titular de la Universidad de Portsmouth , ofreció nuevas estimaciones de cuánta información está codificada en toda la materia bariónica (también conocida como materia ordinaria o “luminosa”) en el Universo.

El estudio que describe los hallazgos de su investigación apareció recientemente en la revista científica AIP Advances, una publicación mantenida por el Instituto Americano de Física (AIP). Si bien se han realizado estimaciones anteriores sobre la cantidad de información codificada en el Universo, Vopson es el primero en confiar en la Teoría de la Información (TI), un campo de estudio que se ocupa de la transmisión, procesamiento, extracción y utilización de información.

Ilustración de datos que emanan de la región central de la Vía Láctea. Crédito: UCLA SETI Group / Yuri Beletsky, Observatorio Carnegie Las Campanas

Este enfoque novedoso le permitió abordar las preguntas que surgen de la TI, a saber: “¿Por qué hay información almacenada en el universo y dónde está?” y “¿Cuánta información se almacena en el universo?” Como explicó Vopson en un comunicado de prensa reciente de AIP :

“La capacidad de información del universo ha sido un tema de debate durante más de medio siglo. Ha habido varios intentos de estimar el contenido de información del universo, pero en este artículo, describo un enfoque único que además postula cuánta información podría comprimirse en una sola partícula elemental “.

Si bien una investigación similar ha investigado la posibilidad de que la información sea física y pueda medirse, el significado físico preciso de esta relación sigue siendo difícil de alcanzar. Con la esperanza de resolver esta cuestión, Vopson se basó en el trabajo del famoso matemático, ingeniero eléctrico y criptógrafo Claude Shannon, llamado el “padre de la era digital” debido a su trabajo pionero en la teoría de la información.

Shannon definió su método para cuantificar información en un artículo de 1948 titulado ” Una teoría matemática de la comunicación “, que resultó en la adopción del “bit” (un término que introdujo Shannon) como unidad de medida. Esta no fue la primera vez que Vopson profundizó en TI y en datos codificados físicamente. Anteriormente, abordó cómo se puede extrapolar la naturaleza física de la información para producir estimaciones sobre la masa de datos en sí.

Esto se describió en su artículo de 2019, “ El principio de equivalencia de información de masa-energía-información ”, que amplía las teorías de Einstein sobre la interrelación de la materia y la energía con los datos en sí. De acuerdo con las TI, el estudio de Vopson se basó en el principio de que la información es física y que todos los sistemas físicos pueden registrar información. Concluyó que la masa de un bit individual de información a temperatura ambiente (-300K) es de 3,19 x 10 -38 kg (8,598 x 10 -38 libras).

La información cuántica es una de las formas en que el Universo físico se puede expresar en datos. Crédito: Universidad de Nottingham

Llevando el método de Shannon más allá, Vopson determinó que cada partícula elemental en el Universo observable tiene el equivalente a 1.509 bits de información codificada. “Es la primera vez que se adopta este enfoque para medir el contenido de información del universo y proporciona una predicción numérica clara”, dijo. “Incluso si no es del todo precisa, la predicción numérica ofrece una vía potencial hacia las pruebas experimentales”.

Primero, Vopson empleó el conocido número de Eddington, que se refiere al número total de protones en el Universo observable (las estimaciones actuales lo sitúan en 10 80 ). A partir de esto, Vopson derivó una fórmula para obtener el número de todas las partículas elementales del cosmos. Luego ajustó sus estimaciones de cuánto contendría cada partícula en función de la temperatura de la materia observable (estrellas, planetas, medio interestelar, etc.)

A partir de esto, Vopson calculó que la cantidad total de información codificada es equivalente a 6 × 10 80 bits. Para decirlo en términos computacionales, esta cantidad de bits equivale a 7.5 × 10 59 zettabytes, o 7.5 octodecillion zettabytes. Compare eso con la cantidad de datos que se produjeron en todo el mundo durante el año 2020: 64,2 zettabytes. No hace falta decir que esa es una diferencia que solo puede describirse como “astronómica”.

Estos resultados se basan en estudios previos de Vopson, quien ha postulado que la información es el quinto estado de la materia (junto con el sólido, el líquido, el gas y el plasma) y que la materia oscura en sí misma podría ser información. También son consistentes con muchas investigaciones realizadas en los últimos años, todas las cuales han intentado arrojar luz sobre cómo interactúan la información y las leyes de la física.

Esto incluye cómo la información sale de un agujero negro, conocida como la “paradoja de la información del agujero negro”, y surge del hecho de que los agujeros negros emiten radiación. Esto significa que los agujeros negros pierden masa con el tiempo y no conservan la información de la materia que cae (como se creía anteriormente). Ambos descubrimientos se atribuyen a Stephen Hawking, quien descubrió por primera vez este fenómeno, apropiadamente llamado ” Radiación de Hawking “.

Esto también plantea la teoría holográfica, un principio de la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica que especula que la realidad física surge de la información, como un holograma surge de un proyector. Y existe la interpretación más radical de esto conocida como Teoría de la Simulación, que postula que todo el Universo es una simulación de computadora gigante, quizás creada por una especie muy avanzada para mantenernos a todos contenidos (generalmente conocida como la ” Hipótesis del Planetario “).

Como era de esperar, esta teoría presenta algunos problemas, como cómo la antimateria y los neutrinos encajan en la ecuación. También hace ciertas suposiciones sobre cómo se transfiere y almacena la información en nuestro Universo para obtener valores concretos. Sin embargo, ofrece un medio muy innovador y completamente nuevo para estimar el contenido de información del Universo, desde las partículas elementales hasta la materia visible en su conjunto.

Junto con las teorías de Vopson sobre la información que constituye el primer estado de la materia (o la materia oscura en sí), esta investigación ofrece una base sobre la que los estudios futuros pueden construir, probar y cambiar. Además, las implicaciones a largo plazo de esta investigación incluyen una posible explicación de la gravedad cuántica y la resolución de varias paradojas.

Referencia:

MM Vopson. “ Estimación de la información contenida en la materia visible del universo ”. AIP Advances 11 , 105317 (2021).

Fuente: Universe Today , de Matt Williams.

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