بیگ بنگ: جهان هستی حاوی چه تعداد بیت اطلاعات است؟ خیلی زیاد. بر اساس یک محاسبه‌ی جدید، کیهان مرئی احتمالا دارای ۶۰۰ میلیون تریلیون تریلیون تریلیون تریلیون تریلیون تریلیون – بیت اطلاعات است.
هر تفکری که داریم، هر چیزی که می‌بینیم، تعداد ستاره‌ها در آسمان و اشیاء مختلف بر روی زمین همگی می‌توانند “اطلاعات” در نظر گرفته شوند. برخی از دانشمندان معتقدند که اطلاعات به حدی برای تداوم واقعیت فیزیکی ما مهم است که باید در کنار گاز، مایع، پلاسما و جامدات، به عنوان حالت بنیادی ماده در نظر گرفته شود.
اگر همه چیز در جهان «داده» باشد، آنگاه جهان یک کامپیوتر غول‌آسا است که یک برنامه شامل من و شما را اجرا می‌کند. از این نقطه نظر، می‌توان کل مقدار اطلاعات در کیهان را برآورد کرد و برخی از دانشمندان سعی کرده‌اند به رقمی برای آن برسند. در یک مقالۀ جدید، “ملوین وپسون”، محقق دانشگاه پورتسموث، محاسبه کرد که دقیقاً چه مقدار اطلاعات در کیهان وجود دارد. او در این مقاله نوشت: «ما مشخص کردیم که هر ذره در جهان قابل مشاهده حاوی ۱.۵۰۹ بیت اطلاعات است و حدود ۸۰^۱۰ × ۶ بیت اطلاعات در تمام “ذرات جهان قابل مشاهده” ذخیره شده است.
این اعداد چگونه محاسبه شدند؟
زیربنای این عدد گیج‌کننده یک فرضیه عجیب است. شش دهه پیش، “رولف لانداور”، فیزیکدان آلمانی-آمریکایی، نوعی هم‌ارزی بین اطلاعات و انرژی را پیشنهاد کرد، زیرا پاک کردن یک بیت دیجیتال در کامپیوتر مقدار کمی گرما تولید می‌کند که نوعی انرژی است.
به خاطر معادله‌ی معروف آلبرت اینشتین یعنی E = mc^2 که می‌گوید انرژی و ماده اشکال متفاوتی از یکدیگر هستند، “وپسون” قبلاً حدس زده بود که رابطه‌ای بین اطلاعات، انرژی و جرم وجود دارد. “وپسون” گفت: «من با استفاده از اصل هم‌ارزی جرم-انرژی-اطلاعات حدس زدم که اطلاعات می‌تواند شکل غالبی از ماده در کیهان باشد. ممکن است اطلاعات حتی ماده تاریک را توضیح دهد، همان مادۀ فرضی که چون از خود نور یا امواج الکترومغناطیسی منتشر یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما مشاهده کرد.»
“وپسون” تصمیم گرفت مقدار اطلاعات در یک ذرۀ زیراتمی مثل پروتون یا نوترون را تعیین کند. چنین ماهیت‌هایی با سه خصوصیت پایه به طور کامل توصیف می‌شوند: جرم، بار و اسپین(چرخش). وی افزود: «این خواص باعث می‌شوند که ذرات ابتدایی از یکدیگر قابل تشخیص باشند و بتوان آنها را “اطلاعات” نامید.»
اطلاعات تعریف خاصی دارد که نخستین‌بار ” کلود شانون” ریاضیدان و مهندس آمریکایی در یک مقاله‌ی پیشگامانه در سال ۱۹۴۸ به نام «تئوری ریاضیاتیِ ارتباطات» ارائه داد. شانون با بررسی حداکثر کارآیی اطلاعاتِ منتقل شده، مفهوم بیت را معرفی کرد. به گفته‌ی “وپسون”، این مقدار می‌تواند برابر با صفر یا یک باشد و برای اندازه‌گیری واحدهای اطلاعات بکار می‌رود، شبیه اندازه‌گیری مسافت به متر یا اندازه‌گیری دما به درجه.
“وپسون” با استفاده از معادلات شانون محاسبه کرد که یک پروتون یا نوترون باید معادل ۱.۵۰۹ بیت اطلاعاتِ رمزگذاری شده باشد. سپس مجموع تعداد “ذرات در جهان قابل مشاهده” را محاسبه کرد – حدود ۸۰^۱۰ که با تخمین‌های قبلی مطابقت دارد – تا مجموع محتوای اطلاعات کیهان را تعیین کند.
Primordial Universe Artist Concept xاگرچه رقم حاصل بسیار زیاد است، اما هنوز به اندازه‌ای زیاد نیست که بتواند “ماده تاریک” را توضیح دهد. او در کارهای اولیه‌اش برآورد کرد که تقریباً ۹۳^۱۰ بیت اطلاعات – رقمی ۱۰ تریلیون برابر بزرگتر از چیزی که او بدست آورد – برای انجام این کار ضروری است. “وپسون” افزود: «رقمی که محاسبه کردم کوچکتر از آن چیزی است که انتظار داشتم.»
ممکن است در محاسبات او چیزهای مهمی به حساب نیامده باشد. او در محاسباتش بر ذراتی مثل پروتون و نوترون تمرکز داشت، اما ماهیت‌هایی مانند الکترون‌ها، نوترینوها و کوارک‌ها را نادیده گرفت، زیرا به گفته‌ی “وپسون”، فقط پروتون‌ها و نوترون‌ها می‌توانند اطلاعات مربوط به خود را ذخیره کنند. او بیان کرد که ممکن است این فرضیه غلط باشد و شاید ذرات دیگری بتوانند اطلاعات مربوط به خودشان را نیز ذخیره کنند.
“گِرگ لفلین”، اخترشناس در دانشگاه ییل که در این کار سهیم نداشته گفت: «ممکن است این اطلاعات درست نباشد، مثل این است که ۱۰ میلیارد فیل درون اتاق را نادیده گرفته باشیم.» “لفلین” گفت: «در حالی که چنین محاسباتی ممکن است کاربرد فوری نداشته باشند، اما می‌توانند برای کسانی که گمان می‌کنند جهان ما در واقع یک شبیه‌سازی کامپیوتری غول‌پیکر است، مفید باشد.»
وی افزود: «محاسبه‌ی محتوای اطلاعات – اساساً تعداد بیت‌های حافظه‌ای که برای اجرای کیهان مورد نیاز است – کار جالبی است. اما، تاکنون فرضیه شبیه‌سازی تنها یک فرضیه باقی مانده است. البته هنوز هیچ راهی برای دانستن صحت این فرضیه وجود ندارد.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ AIP Advances منتشر شده است.
