宇宙里包含著多少比特？

宇宙的本質(zhì)是什么？世界上最大的計算機仿真在哪？還是說這兩者之間有什么關(guān)系……

怎樣運行一臺計算機？怎么解釋宇宙的故事？讓我們嘗試用計算機來揭開宇宙的神秘面紗……

很多。

圖解：宇宙中有多少信息? 圖源：Yuichiro Chino.

一項新的估計顯示，可見宇宙可能包含大約6 * 10 ^ 80——或6億兆——信息比特。

這些發(fā)現(xiàn)可能暗示了宇宙實際上是一個巨大的計算機的模擬（形態(tài)）。

這個令人難以置信的數(shù)字背后甚至是一個更奇怪的假設(shè)。60年前，德裔美國物理學(xué)家 Rolf Landauer 提出了一種信息和能量之間的等價性，因為擦除電腦中的數(shù)字位就會產(chǎn)生微量的熱量——一種能量形式。

因為愛因斯坦著名的方程式 E = mc^2表明了能量和物質(zhì)是相對于彼此的不同形式，英國樸茨茅斯大學(xué)的物理學(xué)家Melvin Vopson此前猜測，信息、能量和質(zhì)量之間可能存在一種關(guān)系。

“使用質(zhì)量-能量-信息等效原理，我推測信息可能是宇宙中物質(zhì)的主要形式?！彼嬖V天文在線。信息甚至可以解釋暗物質(zhì)，一種構(gòu)成了宇宙中絕大多數(shù)物質(zhì)的神秘的物質(zhì)。他補充道。

Vopson 開始確定單個次原子粒子（如質(zhì)子或中子）中的信息量。他說，這樣的實體可以完全用三個基本特征來描述: 它們的質(zhì)量，電荷和旋轉(zhuǎn)。

“這些性質(zhì)使基本粒子可以彼此區(qū)分開來，并且被視為‘信息’?！彼a充道。

信息有一個明確的定義，其首先由美國數(shù)學(xué)家、工程師Claude Shannon在1948年一篇開創(chuàng)性的論文《數(shù)學(xué)交流理論》提出。通過觀察信息傳輸?shù)淖畲笮?，他介紹了比特的概念，并且還提到，這個值可以是0或1，并被用來測量信息單位。這像是用英尺或米來測量距離，或者用度來測量溫度一樣。

利用Shannon的方程，Vopson 計算出，一個質(zhì)子或中子應(yīng)該包含等量的1.509比特的編碼信息。之后為了確定宇宙的總信息含量，Vopson 推測出了可見宇宙中粒子總數(shù)的估計值——約為10 ^ 80，和先前的估計相符。他的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在10月19日的雜志 AIP Advances 上。

即使得到的數(shù)字是巨大的，它仍然沒有大到能夠解釋宇宙中的暗物質(zhì)，Vopson 說。在他更早的工作中，他估計大約需要10 ^ 93比特的信息——這個數(shù)字是他得到的10萬億倍——才能做到這個。

“我計算的數(shù)字比我預(yù)計的小,”他說，并補充說他不知道為什么?？赡苁且驗橐恍┲匾臇|西并沒有能夠解釋他的計算，這些只關(guān)注質(zhì)子和中子這樣的粒子而忽略了電子、中微子和夸克這樣的實體的計算，根據(jù) Vopson的說法，只有質(zhì)子和中子才能存儲它們自己有關(guān)的信息。

他承認這個假設(shè)可能是錯誤的，也許，其他粒子也可以存儲它們自己的信息。

耶魯大學(xué)的天文學(xué)家 Greg Laughlin 說，這可能會解釋為什么他的結(jié)果與之前宇宙總信息的計算結(jié)果如此不同——之前的計算結(jié)果更高。而他本人并沒有參與這項研究。

“這不是忽略了房間里的大象，而是忽略了房間里的100億頭大象?！盠aughlin 告訴天文在線。這指的是新的估計中沒有考慮到的許多粒子。

Laughlin 說，盡管這種計算沒有立即得到應(yīng)用，但實際上，它們可能對那些推測可見宇宙實際上是一個巨大的計算機的模擬的人有用，而這個所謂的模擬假說是“一個非常棒的想法”。

“計算信息內(nèi)容——從基本上說，運行宇宙需要的內(nèi)存位數(shù)——很有趣?！彼a充說。

但是，到目前為止，模擬假設(shè)仍然僅僅一個假設(shè)?！皼]辦法知道這是不是真的?！盠aughlin 說。

相關(guān)知識

宇宙是所有時間、空間與其包含的內(nèi)容物所構(gòu)成的統(tǒng)一體；它包含了行星、恒星、星系、星系際空間、次原子粒子以及所有的物質(zhì)與能量，宇指空間，宙指時間。目前人類可觀測到的宇宙，其距離大約為93 × 10?光年，最大為27,160百萬秒差距；而整個宇宙的大小可能為無限大，但未有定論。

BY: ?Adam Mann

FY: Lyra

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