Powstała kontrowersyjna teoria: dane cyfrowe mogą zmienić masę Ziemi. Czy da się ją potwierdzić eksperymentalnie?

W tym artykule:

1. Czy informacja ma masę?
2. Czy będziemy zamieniać planetę w dane?
3. Jak potwierdzić tę hipotezę za pomocą eksperymentu?

Najsłynniejsze równanie naukowe, które zna każdy, to E=mc². Obrazuje ono – w uproszczeniu – zasadę równoważności masy i energii. Jak wskazuje sławny wzór Alberta Einsteina, masa obiektu lub układu jest po prostu miarą zawartej w nim energii.

Zasada ta została udowodniona tysiące razy i wydawałoby się, że stanowi jedną z niezmiennych, fundamentalnych koncepcji naukowych. A jednak istnieje ktoś, kto uważa, że nawet ona wymaga uzupełnienia. Fizyk Melvin Vopson z brytyjskiego Uniwersytetu Portsmouth jest zdania, że teoria Einsteina pozostaje niekompletna. I postuluje istnienie zasady równoważności masy, energii oraz informacji.

Czy zapomniana teoria Einsteina pomoże rozwiązać największe zagadki fizyki?

Mało kto wie, ale Einstein pracował też nad nieco innym matematycznym opisem kosmosu. Chciał opisać, jak masa nie zakrzywia czasoprzestrzeni, lecz ją skręca.

Ta drobna zmiana – gdyby okazała się prawdziwa – miałaby kolosalne konsekwencje dla całej naszej planety. I byłyby one złowieszcze.

Czy informacja ma masę?

Wszystko zaczęło się w początku lat 60. XX wieku. Rolf Launder, niemiecko-amerykański fizyk, zauważył wówczas, że wymazanie informacji z jakiegokolwiek układu będzie związane z minimalną zmianą energii tego układu. To na pozór mało ważne założenie oznacza, że informacja wpływa na fizyczne właściwości układu.

Materia powstaje ze światła? Po 80 lat znamy odpowiedź na to pytanie

Po raz pierwszy eksperymenty wykazały, że z kolizji fotonów – czyli ze światła – może powstać materia.

Vopson pracował nad rozwinięciem tej teorii już w XXI wieku. W 2019 r. ogłosił pracę, w której zaproponował teorię równoważności masy, energii i informacji. Sugerował w niej, że informacja – zarówno cyfrowy bit, jak i informacja o cząstce elementarnej, która zawarta jest w niej samej – posiada niezwykle małą, ale jednak mierzalną masę.

Czy będziemy zamieniać planetę w dane?

Wnioski, jakie z tego płyną, są zaskakujące. Jeśli cyfrowe dane mają masę, to powstając, muszą ją skądś pozyskiwać. Co oznacza, że kręcąc cyfrowe filmy, wrzucając zdjęcia na Instagrama czy nawet pisząc ten tekst, uszczuplamy w minimalny sposób materię zgromadzoną na naszej planecie.

Detektory cząstek elementarnych ukazują piękne oblicze materii

W każdej chwili cząstki subatomowe przepływają przez ciało każdego z nas w niewyobrażalnej ilości. W każdej sekundzie przez centymetr kwadratowy naszych ciał przechodzi około 100 miliard...

A może wcale nie minimalny? Vopson wykorzystał dane IBM, według których corocznie produkujemy na Ziemi 10²¹ cyfrowych bitów. Następnie ostrożnie założył, że wzrost ilości informacji będzie przebiegał w tempie jednego procenta rocznie. Przy takim założeniu policzył, że za 3150 lat cyfrowe informacje powstałe na Ziemi będą ważyły kilogram. Natomiast za 8800 lat ich masa będzie się równała połowie masy planety.

Przy mniej ostrożnym założeniu – czyli przy 50-procentowym wzroście ilości danych rokrocznie – cyfrowe dane będą ważyć tyle, ile połowa Ziemi, już za 225 lat.

Jak potwierdzić tę hipotezę za pomocą eksperymentu?

Do niedawna wszystko to były jednak wyłącznie odważne hipotezy. Jednak kilka dni temu Vopson opublikował w czasopiśmie naukowym „AIP Advances” pracę, w której opisał, jak jego teorię udowodnić eksperymentalnie.

– Informacja zawarta w elektronie jest 22 mln mniejsza niż jego masa – tłumaczy Vopson w portalu phys.org. – Możemy ją zmierzyć, unicestwiając elektron.

Jest nowy rekord pomiaru czasu to: zeptosekundy

Naukowcy zmierzyli najkrótszą jednostkę czasu obserwując cząstkę światła przechodzącą przez molekułę wodoru (H2). Zabrało jej to 247 zs (zeptosekund). Jedna zeptosekunda to 10-21 sekundy.

Jak to zrobić? Materia ginie w zetknięciu z antymaterią. Masa zamieniana jest wówczas w energię uwalnianą w postaci fotonów gamma. Vopson przewiduje w swojej pracy, że w rezultacie zetknięcia elektronu z antyelektronem (czyli pozytonem), powstają dwa fotony gamma oraz – dodatkowo – dwa fotony niskich energii o długości fali ok. 50 µm (mikrometrów, czyli milionowych części metra).

I to one właśnie będą rezultatem zniszczenia informacji o elektronie i pozytonie, które te cząsteczki posiadały na podobnej zasadzie, jak my nosimy w każdej komórce opisujące nas DNA. Zdaniem Vopsona jego teoria nie jest sprzeczną z żadną z obowiązujących dziś teorii fizycznych. Jedynie je uzupełnia. Jeśli ma rację, postawiłaby na głowie całą naszą wiedzę o świecie.

Źródło: AIP Advances, phys.org.