Na tentativa de compreender a própria natureza de nossa realidade, os físicos certamente têm algumas teorias alucinantes.

Um pequeno instantâneo do Universo observável. Crédito da imagem: NASA / ESA / Hubble / STScI

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Como se a informação fosse um aspecto tangível e fundamental da própria realidade física, ao lado da matéria e da energia? Ou, alternativamente, e se a informação for o quinto estado da matéria?

Afinal, a informação é algo que toda matéria e energia possuem de forma mensurável. As regras que governam sua existência, como sua massa, velocidade ou carga, são todos bits de informação que contêm.

Portanto, para permitir a sondagem experimental de tais ideias, o físico Melvin Vopson, da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido, estimou quanta informação uma única partícula elementar, como um elétron, armazena sobre si mesmo. Ele então usou esse cálculo para estimar a quantidade impressionante de informações contidas em todo o Universo observável.

"É a primeira vez que essa abordagem é usada para medir o conteúdo de informações do Universo e fornece uma previsão numérica clara", diz Vopson.

Vopson estimou que cada partícula no Universo observável contém 1.509 bits de informação, usando a teoria da informação de Claude Shannon.  

Essa teoria vincula a entropia, a quantidade de incerteza em um sistema, com a informação: o conteúdo da informação de uma mensagem é uma medida de quanta incerteza é reduzida pela mensagem. Mas diferentes tipos de mensagens têm valores diferentes.

Por exemplo, o resultado (a mensagem) de um lançamento de moeda justo tem 1 bit de informação: este evento foi cara, não coroa. Se a moeda tiver duas faces, o resultado esperado das caras tem 0 bits de informação, porque não acrescenta nada de novo ao que já sabíamos.

Mas se a moeda for tendenciosa para cara e você terminar com coroa, esse resultado surpreendente fornece um pouco mais de informação do que um evento de rotina de 1 bit: Esse evento seria coroa e não seria esperado.

Vopson aplicou esses cálculos de entropia de informação à massa, carga e spin de prótons, nêutrons (e seus quarks que os compõem) e elétrons, para chegar a sua estimativa de quanta informação eles contêm.

Então, usando estimativas de quantas dessas partículas existem, ele as multiplicou para todo o Universo.

O resultado foi em torno de 6 seguido por impressionantes 80 zeros em bits de informação, o que é na verdade menor do que as estimativas anteriores. Mas Vopson esperava isso, dados os cálculos anteriores tentaram dar conta de todo o Universo, ao passo que ele restringiu seu cálculo apenas às partes observáveis, excluindo antipartículas e forças (como bósons leves).

"Consideramos todos os bósons como partículas de força/interação responsáveis pela transferência de informações, ao invés do armazenamento de informações", escreve Vopson. "Postulamos que as informações só podem ser armazenadas em partículas estáveis e com massa de repouso diferente de zero, enquanto os bósons portadores de interação/força só podem transferir informações através da forma de onda."

Ele também não incluiu partículas instáveis ou antipartículas, uma vez que suas vidas são extremamente curtas, "então sua observação só é possível por meio de condições experimentais criadas artificialmente ou teoricamente", escreve ele. “Portanto, sua participação no Universo observável é desprezível e, por extrapolação, sua capacidade de registrar informações também é desprezível.

“Mas é importante mencionar que as informações também poderiam ser armazenadas de outras formas, inclusive na superfície da própria estrutura do espaço-tempo, de acordo com o princípio holográfico.”

A ideia de que a informação é física existe desde os anos 1920. Desde então, experimentos demonstraram uma ligação entre a teoria da informação e a termodinâmica, e levaram à ideia radical de que o Universo é simulado em 3D a partir de uma realidade 2D.

“Essas teorias radicais baseiam-se no princípio de que a informação é física, a informação é registrada por sistemas físicos e todos os sistemas físicos podem registrar informações”, explica Vopson.

Com base nisso, Vopson já havia proposto que a informação pode ser um quinto estado da matéria, ao lado de sólido, líquido, gás e plasma, e ainda mais descontroladamente, que a informação pode ser a matéria escura que os físicos estão procurando. 

Esses novos cálculos podem ajudar a testar essas hipóteses estranhas e fascinantes.

"A abordagem atual oferece uma ferramenta única para estimar o conteúdo de informação por partícula elementar, que é muito útil para projetar experimentos práticos para testar essas previsões", conclui Vopson.

Além disso, se a luz pode ser uma partícula e os estados físicos podem ser indeterminados até serem observados, por que diabos a informação não poderia ser uma parte física e fundamental do Universo?

Esta pesquisa foi publicada no AIP Advances.

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Referência:

KOUMOUDOUROS, Tessa. A Physicist Quantified The Amount of Information in The Entire Observable Universe. Science Alert, 20, out. 2021. Disponível em: <https://www.sciencealert.com/physicists-quantified-the-amount-of-information-contained-by-the-entire-observable-universe>. Acesso em: 20, out. 2021.