Cik bitu kosmosa 'cietajā diskā'? Fiziķis aprēķina informācijas daudzumu redzamajā Visumā
Foto: ESA/Hubble & NASA, Z. Levay. Krāšņais Plīvura miglājs ap 2400 gaismas gadu attālumā no mums ir tikai viena niecīga, mazmazītiņa daļa redzamā Visuma, bet arī tajā esošā matērija satur milzumdaudz informācijas.

Kas vispār ir informācija? It kā vienkāršs jautājums ar vienkāršu atbildi – informācija ir vēstījums par kaut ko. Ziņas medijos, ziņas, ko nododam cits citam sarunā vai tikai ar žestu vien. Ziņas, kas glabājas datu nesējos un kaut ko pastāsta par, piemēram, Senās Ēģiptes piramīdām vai jauno koronavīrusu. Ziņas, ko par sevi klusējot nodod lakotā padomju laiku sekcija vecmāmiņas mājā – forma, izmērs, krāsa. Bet tā fundamentāli – kas īsti ir informācija. Un – cik daudz tās ir par visu, kas vien eksistē? To mēģinājis kvantificēt Portsmutas Universitātes fiziķis Melvins Vopsons.

close-ad
Saturs turpināsies pēc reklāmas
Reklāma

Pētnieki jau visai sen, liekot lietā dažādus domu eksperimentus un paradoksus, lūkojuši pēc saiknes starp fizisko pasauli un informāciju. Centušies izpētīt, kā un kāpēc informācija var tikt iekodēta fiziskā matērijā. Kā Amerikas Fizikas institūts raksta publikācijā vietnē "Phys.org", šīs pētniecības joma īpaši strauji attīstījās digitālajā laikmetā, jo nu bija saskatāms arī reāls, praktisks pienesums, ko tehnoloģiju attīstībā varētu nest atbildes uz šiem jautājumiem. Viens no atslēgas cilvēkiem šajā lauciņā ir matemātiķis un elektronikas inženeiris Klods Šenons, informācijas teorijas pamatlicējs un nozīmīgās publikācijas "Komunikācijas matemātiskā teorija" autors.

Arī mūsdienās izskan dažādas versijas, kas īsti ir informācija tādā fundamentālā izpratnē. Ja nu informācija ir burtiski sataustāma, fundamentāla visas fiziskās realitātes sastāvdaļa – kā matērija un enerģija? Izskanējušas pat versijas, ka informācija varētu būt matērijas piektais agregātstāvoklis – cietas vielas, šķidrumi, gāzes, plazma un informācija. Galu galā gan matērija, gan enerģija nes sevī arī informāciju – par to masu, ātrumu, lādiņu un tā tālāk. Tie visi ir informācijas "kumosi", informācijas biti.

Kaut jau iepriekš bijuši mēģinājumi kvantificēt informācijas daudzumu Visumā, fiziķis Melvins Vopsons izvēlējies citu pieeju, nekā līdz šim izmantojuši līdzgaitnieki. "Visuma informācijas ietilpība ir bijis diskusiju temats jau vairāk nekā pusgadsimtu. Bijuši vairāki mēģinājumi aplēst informācijas daudzumu Visumā, taču šajā pētījumā esmu izmantojis unikālu pieeju, kas tostarp arī postulē, cik daudz informācijas var sakompresēt vienā elementārdaļiņā," vietnē "Phys.org" citēts Vopsons.

Īsi jāatgādina informācijas loma nenoteiktības mazināšanā. Šādā kontekstā ne visi vēstījumi ir vienlīdz vērtīgi. Vietne "Science Alert" izklāsta to ar lielisku un viegli uztveramu piemēru par monētu mešanu. Standarta situācijā, metot monētu, rezultāts nes vienu bitu informācijas. Iepriekš nezinājām, kas notiks, bet nu redzam – uzkrita ģerbonis, nevis cipars. Vai otrādi. Gadījumā, ja monēta ir nestandarta un abās pusēs ir ģerboņi, jautājumam, vai uzkritīs ģerbonis vai cipars, vairs nav jēgas – iznākums jau ir zināms, monētas mešana pievienos 0 bitu informācijas "kopējā katlā". Netika atklāts nekas tāds, ko mēs jau nezinātu. Savukārt, ja ar monētu ir manipulēts tā, lai ar lielāku varbūtību biežāk uzkristu ģerbonis, bet pēc metiena tomēr uzkrīt cipars, šis iznākums sevī nes nedaudz vairāk nekā vienu bitu informācijas – tas bija maz ticams un grūti prognozējams.

Cik bitu kosmosa 'cietajā diskā'? Fiziķis aprēķina informācijas daudzumu redzamajā Visumā
Foto: Chris Briggs / cc

Vopsons šos principus lika lietā, lai aprēķinātu, cik daudz informācijas sevī nes elementārdaļiņas. Vērā tika ņemta gan daļiņu masa, lādiņš, spini un citas īpašības. Saskaņā ar Vopsona aplēsēm katra daļiņa redzamajā Visumā satur 1,509 bitus informācijas.

Tā kā aplēses par aptuveno daļiņu skaitu redamajā Visumā ir, Vopsons varēja ķerties pie reizināšanas. Rezultāts – viss, ko Visumā varam redzēt un novērot, satur 6*1080 bitus. Šis rezultāts pat ir mazāks par dažām iepriekšējām aplēsēm, bet Vopsons atgādina, ka aprēķinos iekļāvis tikai novērojamo Visuma daļu un nav ņēmis vērā antidaļiņas un mijiedarbības nesējdaļiņas (bozonus).

Cik bitu kosmosa 'cietajā diskā'? Fiziķis aprēķina informācijas daudzumu redzamajā Visumā
Foto: NASA

"Uzskatām, ka visi bozoni ir spēku/mijiedarbības nesējdaļiņas, kas atbild par informācijas pārnešanu, nevis informācijas uzglabāšanu. Postulējam, ka informācija var tikt uzglabāta vien daļiņās, kas ir stabilas un kurām miera stāvoklī ir masa," raksta Vopsons. Antidaļiņas aprēķinos Vopsons neiekļāva, jo tās ir nestabilas un eksistē ārkārtīgi īsu laiku, tāpēc "to novērošana un raksturošana iespējama vien mākslīgi radītos eksperimentālos apstākļos vai arī tikai teorētiski." Tāpēc, kā skaidro zinātnieks, to "ieguldījums" kopējā novērojamā Visuma informācijas ietilpībā ir niecīgs.

Atgriežoties pie prātulas, ka informācija varētu būt piektais agregātstāvoklis – tieši Vopsons ir viens no fiziķiem, kas prātojis par šādu variantu, un viņa aprēķini par informācijas daudzumu redzamajā Visumā varētu palīdzēt izstrādāt eksperimentus, lai šādas un citas savdabīgas un neparastas hipotēzes pārbaudītu.

Vopsona darbs "Estimation of the information contained in the visible matter of the universe" lasāms zinātniskajā žurnālā "AIP Advances".

Lai ierobežotu dezinformācijas kampaņu izplatību, portāls "Delfi" apturējis iespēju komentēt rakstus

Tags

Fizika Informācijas tehnoloģijas Kvantu fizika Visums
53545769
Matemātika
Publikācijas saturs vai tās jebkāda apjoma daļa ir aizsargāts autortiesību objekts Autortiesību likuma izpratnē, un tā izmantošana bez izdevēja atļaujas ir aizliegta. Vairāk lasi šeit.

Comment Form