Este artigo foi publicado originalmente em conversa. A publicação contribuiu com este artigo para Space.com Vozes de especialistas: colunas e insights.
Por mais de um século, a física se baseou em duas grandes teorias. A teoria da relatividade geral de Einstein explica a gravidade como a curvatura do espaço e do tempo.
mecânica quântica Governa o mundo das partículas e campos. Ambos se destacam em suas áreas. Mas juntando-os surge uma contradição – especialmente quando se trata de buraco negro, escuro foscoR, energia escura e a origem do universo.
Meus colegas e eu temos explorado Novas maneiras de superar divisões. A ideia é tratar a informação – não a matéria, nem a energia, nem mesmo o próprio espaço-tempo – como o ingrediente mais fundamental da realidade. Chamamos esse quadro Matriz de memória quântica (QMM).
Em sua essência está uma proposta simples, mas poderosa: tempo e espaço Não suave, mas discreto – composto de minúsculas “células”, é isso que a mecânica quântica implica. Cada célula pode armazenar uma impressão quântica de cada interação, como a passagem de uma partícula, ou mesmo o impacto de uma força, por ex. eletromagnetismo ou interações nucleares, via. Cada evento deixa para trás pequenas mudanças no estado quântico local da célula do espaço-tempo.
Em outras palavras, o universo não apenas evoluiu. Isso lembra.
A história começa com o paradoxo da informação do buraco negro. De acordo com a teoria da relatividade, tudo o que cai num buraco negro está perdido para sempre. De acordo com a teoria quântica, isso é impossível. Informação nunca pode ser destruído.
QMM oferece uma saída. Quando a matéria cai nele, as células do espaço-tempo circundante registram sua impressão. Quando o buraco negro finalmente evapora, a informação não é perdida. Foi escrito na memória do tempo e do espaço.
Este mecanismo é capturado matematicamente pelo que chamamos de operador de impressão, uma regra reversível que permite a conservação da informação. inicialmente, Nós aplicamos isso à gravidade. Mas então perguntamos: e quanto a outras forças naturais? Acontece que eles cabem na mesma foto.
No nosso modelo, assumindo a existência de células espaço-temporais, as forças nucleares forte e fraca mantêm os núcleos atómicos unidos, Também deixa rastros no tempo e no espaço. Mais tarde, nós Estendendo a estrutura ao eletromagnetismo (Embora este artigo esteja atualmente sob revisão por pares). Mesmo um simples campo elétrico pode alterar o estado da memória das células do espaço-tempo.
Explique a matéria escura e a energia escura
Isso nos leva a um princípio mais amplo que chamamos dualidade de informação geométrica. Nesta visão, a forma do espaço-tempo é afetada não apenas pela massa e energia, como Einstein nos ensinou, mas também pela forma como a informação quântica é distribuída, especificamente através da distribuição de emaranhados. emaranhado é uma característica quântica pela qual, por exemplo, duas partículas podem ser conectadas magicamente, o que significa que se você alterar o estado de uma partícula, você mudará imediata e automaticamente a outra – mesmo que estejam a anos-luz de distância.
Essa mudança de perspectiva teve enormes consequências. Em um estudo atualmente sob revisão por pares, encontramos um amontoado de impressões como matéria escurauma substância desconhecida que constitui a maior parte da matéria do universo. Eles se reúnem sob a influência da gravidade e explicam o movimento das galáxias – que parecem orbitar a velocidades inesperadamente altas – sem a necessidade de quaisquer novas partículas exóticas.
Em outro artigo mostramos como A energia escura também pode aparecer. Quando as células espaçotemporais estão saturadas, elas são incapazes de registrar novas informações independentes. Em vez disso, contribuem para a energia residual do espaço-tempo. Curiosamente, esta contribuição residual tem o mesmoconstante cosmológica”, ou energia escura, que está acelerando a expansão do universo.
Seu tamanho corresponde à energia escura observada que impulsiona a aceleração do universo. Juntos, esses resultados sugerem que a matéria escura e a energia escura podem ser as duas faces da mesma moeda de informação.
Universo circular?
Mas se a memória do espaço e do tempo é limitada, o que acontece quando ela fica cheia? Nosso último artigo sobre cosmologia foi aceito para publicação no Journal of Cosmology and Astrophysics, Aponte para o universo cíclico – Nascimento e morte repetidas vezes. Cada ciclo de expansão e contração deposita mais entropia (uma medida de desordem) no livro-razão. Quando o limite é atingido, o universo “salta” para um novo ciclo.
Atingir o limite significa que a capacidade de informação (entropia) do espaço-tempo atingiu o seu limite. Nesse ponto, a contração não pode continuar suavemente. Estas equações mostram que a entropia armazenada não colapsa para uma singularidade, mas antes conduz a uma reversão, levando a uma nova fase de expansão. isso é Chamamos isso de “salto”.
Ao comparar modelos com dados observacionais, estimamos que o universo passou por três a quatro ciclos de expansão e contração, restando menos de dez. Quando os ciclos restantes forem concluídos, a capacidade de informação do espaço-tempo estará completamente saturada. Até então, nenhuma recuperação adicional ocorrerá. Em vez disso, o universo entrará nos estágios finais de expansão lenta.
Isto faz com que a verdadeira “era da informação” do Universo tenha cerca de 62 mil milhões de anos, e não apenas os 13,8 mil milhões de anos da nossa expansão actual.
Até agora, isso pode parecer puramente teórico. Mas testamos partes do QMM nos computadores quânticos atuais. Pensamos nos qubits, as unidades básicas dos computadores quânticos, como pequenas células de espaço e tempo. Usando um protocolo de impressão e recuperação baseado em equações QMM, recuperamos o estado quântico original com mais de 90% de precisão.
Isso nos mostra duas coisas. Primeiro, o operador de impressão aplica-se a sistemas quânticos reais. Em segundo lugar, tem benefícios práticos. Ao combinar a impressão com códigos tradicionais de correção de erros, Reduzimos significativamente os erros lógicos. Isso significa que o QMM pode não apenas explicar o universo, mas também nos ajudar a construir um universo melhor Computador quântico.
QMM reconstrói o universo como um banco de memória cósmica e um computador quântico. Cada evento, cada força, cada partícula deixa uma marca que afeta a evolução do universo. Ele une alguns dos mistérios mais profundos da física, desde o paradoxo da informação até a matéria escura e a energia escura, desde os ciclos cósmicos até a flecha do tempo.
Está implementado de forma que já possa ser simulado e testado em laboratório. Quer o QMM seja a palavra final ou um trampolim, ele abre uma possibilidade surpreendente: o universo pode ser mais do que apenas geometria e energia. Isso também é memória. Nessa memória, cada momento da história do universo poderia potencialmente ser escrito.
