如果宇宙是一個大型計算機(jī)模擬程序 那它包含多少信息?

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一項新研究稱,我們目前可見的宇宙可能包含大約6x1080比特的信息。有人認(rèn)為,這些發(fā)現(xiàn)暗示了一種可能性,即宇宙實際上是一個巨大的計算機(jī)模擬程序。

這是一個令人難以置信的數(shù)字,但其背后是一個更加奇怪的假設(shè)。

60年前,德裔美國物理學(xué)家羅夫·蘭道爾提出了一種信息和能量之間的等效關(guān)系,指出在經(jīng)典計算機(jī)中擦除一個經(jīng)典比特的信息,會產(chǎn)生少許的熱量,而熱量正是能量的一種形式。

阿爾伯特·愛因斯坦著名的質(zhì)能方程E = mc2表明,能量和物質(zhì)是彼此的不同形式。因此,英國樸茨茅斯大學(xué)的物理學(xué)家梅爾文·沃普森曾推測,信息、能量和質(zhì)量之間可能存在某種關(guān)系。

“利用質(zhì)-能-信息等效的原理,我推測信息可能是宇宙中物質(zhì)的主要形式之一,”沃普森說道。他還補(bǔ)充道,信息甚至可以解釋暗物質(zhì),這種神秘物質(zhì)構(gòu)成了大部分的宇宙。

于是,沃普森開始測定單個亞原子粒子(如質(zhì)子或中子)中的信息量,并認(rèn)為這些實體完全可以由三個基本特征來描述,即質(zhì)量、電荷和自旋,這些特性使基本粒子相互區(qū)分,而它們可以被視為“信息”。

1948年,美國數(shù)學(xué)家和工程師克勞德·香農(nóng)在一篇開創(chuàng)性的論文《一種關(guān)于通信的數(shù)學(xué)理論》中,首次給出了信息的具體定義。

在這位信息論的鼻祖看來,信息就是對不確定性的消除。為了度量信息的多少,香農(nóng)提出了“信息熵”的概念。

在研究信息傳輸?shù)淖畲笮蕰r,他引入了“比特”(bit)的概念。比特的值可以是0或1,是用來測量信息的單位,就像英尺或米是距離的單位,攝氏度是溫度的單位。

利用香農(nóng)的方程,沃普森計算出一個質(zhì)子或中子應(yīng)該包含1.509比特的編碼信息。然后,沃普森導(dǎo)出了可觀測宇宙中粒子總數(shù)的估計——大約為1080,這與之前的估計一致——從而確定宇宙的總信息量。

即使得出的數(shù)字看起來十分巨大,但它仍不足以解釋宇宙中的暗物質(zhì)。在早期的工作中,估計大約需要1093比特的信息——比他得到的這個數(shù)字大10萬億倍——才能解釋整個可見宇宙。

盡管計算出的數(shù)字比預(yù)期的更小,但原因并不確定。計算集中在質(zhì)子和中子等粒子上,而忽略了電子、中微子和夸克等實體,只有質(zhì)子和中子才能存儲關(guān)于它們自身的信息。

但這種假設(shè)可能是錯誤的,也許其他粒子也可以存儲關(guān)于它們自身的信息。

盡管沃普森的計算可能不會立即得到應(yīng)用,但對于那些認(rèn)為可見宇宙實際上是一個大型計算機(jī)模擬程序的人來說,這樣的結(jié)果可能是有用的。這種所謂的模擬程序假說是“一個非常有趣的想法”。

當(dāng)然,到目前為止,關(guān)于宇宙是模擬程序的假說仍然只是假說,沒有辦法知道這是不是真的。

如果宇宙是一個大型計算機(jī)模擬程序 那它包含多少信息?

 
  • 本文由 米粒 發(fā)表于 2021年11月10日10:45:08
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