Революция във физиката: Времето може да е страничен ефект от съхранението и разпределението на информацията във Вселената

Времето ни се струва неразделна част от реалността, но физиката все още не може да му даде ясна научна дефиниция. Този проблем е в основата на основните противоречия между фундаменталните теории. В своето есе физикът Флориан Нойкарт от Лайденския университет (Нидерландия) разглежда „проблема с времето“ и се опитва да го реши. В резултат на това той стига до заключението, че времето е производно на информацията и че Вселената е колосален архив от данни, които могат само да се натрупват.

Понятието за време варира драстично в зависимост от теоретичната рамка. Концепцията за времето във физиката варира в зависимост от перспективата, от която разглеждаме явлението: общата теория на относителността, която описва гравитацията и големите обекти; квантовата механика, която управлява микрокосмоса; или стандартния космологичен модел. Всички те използват понятието за време, но го третират по несъвместим начин, а когато се правят опити за обединяване на тези теории, времето или се разтяга, или се забавя, или дори изчезва от уравненията.

Сблъсъкът на теориите и изчезването на времето

Теорията на относителността нанесе първия удар върху интуитивното разбиране за времето, като показа, че то е относително и образува единна тъкан с пространството. Квантовата механика допълнително усложни картината, като прие времето за външен, необясним параметър. Когато физиците се опитват да опишат гравитацията на квантово ниво, за да създадат „теория на всичко“, времето често изобщо изчезва от фундаменталните уравнения и Вселената изглежда „замразена“. Това е така нареченият „проблем с времето“, казва Нойкарт, цитиран от Mirage News.

Класическото обяснение за посоката на времето е свързано с ентропията и втория закон на термодинамиката, според който безпорядъкът във Вселената непрекъснато се увеличава. Това създава „стрелка на времето“ – обясняваща необратимостта на процесите. Този подход обаче е непълен, тъй като фундаменталните квантови уравнения не се подчиняват на тази стрелка и са симетрични по отношение на миналото и бъдещето.

Освен това той не дава отговор на ключовия въпрос: защо Вселената е започнала от състояние на изключително ниска ентропия, което е статистически изключително малко вероятно.

Информационната парадигма: Революция във физиката

През последните десетилетия във физиката се извърши тиха революция: информацията престана да бъде абстрактно понятие и започна да се разглежда като физична величина, равностойна на материята. Тази промяна до голяма степен беше провокирана от парадокси като информационния парадокс на черната дупка, огласен от Стивън Хокинг. Стана ясно, че ако искаме да получим пълно описание на Вселената, информацията не може просто да изчезне, без да се нарушат основите на физиката. Осъзнаването на тази мисъл имаше дълбоки последици. Стана ясно, че информацията има термодинамична стойност, че изтриването ѝ разсейва енергия и че съхраняването ѝ изисква физически ресурси.

В резултат на новите идеи се появи радикален възглед: гравитацията и самото пространство-време може да са „възникващи“ явления, т.е. да произтичат от по-фундаментални съставки, както температурата възниква от движението на много молекули. Някои теоретици предполагат, че гравитацията възниква от информацията, отразявайки начина, по който тя се разпределя и обработва.

Това води до промяна на парадигмата: информацията не съществува в пространство-времето, а пространство-времето възниква от информацията.

В рамките на този подход пространство-времето може да се представи като състоящо се от дискретни елементи, способни да съхраняват квантова информация за настъпилите взаимодействия. Всяко събитие – от сблъсъка на частици до образуването на галактики – оставя незаличима информационна следа в структурата на Вселената. Тези „спомени“ не могат да бъдат изтрити, което обяснява необратимостта на времето. Така геометрията на пространство-времето и неговата кривина зависят не само от масата и енергията, но и от натрупаната информация, особено от квантовото заплитане.

Времето като архивен дневник

Ако разглеждаме Вселената като динамична база данни, то хоризонтът на събитията не е просто граница, от която нищо не се връща, а повърхност с максимална информационна плътност. В този контекст лъчението на Хокинг трябва да съдържа следи от погълнатите данни, което би разрешило дългогодишния спор за загубата на информация. Така гравитацията се превръща в емерджентно явление, което директно отразява начина, по който се разпределя и обработва квантовата информация в пространството.

Следствието от всичко това е нов поглед върху природата на времето: то не възниква като фундаментална същност, а като следствие от необратим процес на записване на информация. Всяко взаимодействие добавя нов запис в „дневника“ на Вселената.

Тъй като информацията само се натрупва и не може да бъде изтрита, възниква естествен ред на събитията: миналото е състояние с по-малко записи, а бъдещето – с повече. По този начин стрелката на времето е отражение на нарастващия информационен архив на Вселената.

Информационният подход, за който пише Нейкарт, не отменя относителността или квантовата механика в познатите ни условия, но предлага решение за области, в които класическите представи за времето се провалят.

Тази теория не е просто философска концепция – тя ни позволява да формулираме прогнози, които могат да бъдат проверени. Така например натрупаната информация може да се държи като допълнителен гравитационен компонент, обясняващ наблюдаваното бързо въртене на галактиките, без да включва хипотезата за „тъмната материя“. Черните дупки и квантовите компютри се превръщат в естествени лаборатории за проверка на тази идея: лъчението на Хокинг би трябвало да носи следи от информация, погълната от черната дупка, а в квантовите системи може да се наблюдава появата на стрелка на времето, дължаща се на записа на информация.