Ny overraskende beregning af informationsmængden i Universet

Wow, sikke mange bits her er! Illustration: Nasa

Universet indeholder information, masser af information.

Martin Vopson fra University of Portsmouth i England er nu i AIP Advances fremkommet med et nyt estimat for, hvor meget information, der knyttet til alt synligt materiale i den observerbare del af Universet.

Vi springer direkte til resultatet, som er 6 x 10^80 bits.

Det er et noget overraskende lavt tal i forhold til andre opgørelser, men det interessante i denne forbindelse er faktisk den metode, som Vopson har brugt.

Det er nemlig første gang, at Claude Shannons informationsteori fra 1948 er blevet inddraget for at komme frem til et estimat.

Informationsindholdet i Universet har interesseret forskere gennem mange år. Vopson henviser bl.a. til et estimat af den engelske fysiker Paul Davies, der baseret på en formel ad Jacob Bekenstein og Stephen Hawking for entropien af sorte huller. Det lyder på, at det samlede univers indeholder omkring 10^120 bits information.

Der er også andre noget lavere bud fra Vopson og andre forskrere gennem tiderne, men som dog alle er markant større end det nye bud.

Information pr. elementarpartikel

I den nye artikel tager han en helt anden tilgang til beregningen end den, man har gjort tidligere.

Han estimerer nemlig først hvor mange bits, hver enkelt elementarpartikel i Universet (her og i det følgende forstået som den del, vi kan observere) repræsenterer.

Dernæst laver han en ny beregning af antallet af partikler, der er en opdatering af et estimat, som den britiske astronom Arthur Eddington fremkom med i 1938.

Men først tager Melvin Vopson fat på spørgsmålene: Hvorfor er der information lagret i Universet, og hvor er det?

Hans svar er kort fortalt dette. Hvis en observatør undersøger en partikel og konstaterer, at den er en elektron f.eks. ud fra dens ladning, masse og spin, så har man ikke skabt ny information - den har allerede være til stede et eller andet sted .»mest sandsynligt i partiklen selv,« skriver Melvin Vopson.

Han tager dernæst udgangspunkt i Shannons informationsteori, der giver en sammenhæng mellem den information, som kan udtrækkes fra en observation af en hændelse, og den sandsynlighed, hvormed hændelsen sker.

Efter lange beregninger kommer Melvin Vopson derved frem til, at informationsindholdet pr. elementarpartikel er ca. halvanden bit eller mere præcist 1,509 bit.

Den samlede informationsmængde

Arthur Eddington vurderede i 1938, at universet indeholdt 1,57 x 10^79 protoner.

Melvin Vopson tager udgangspunkt i de nyeste data om tætheden i Universet og dets udvidelse og kommer frem til et tal, som er meget tæt på Eddingtons.

Men da han betragter elementarpartikler som up- og down-kvarker samt elektroner, bliver hans samlede vurdering, at der er 4 x 10^80 elementarpartikler i Universet.

Og så er det blot at gange de to tal sammen for at få et estimat for den information, som er lagret i de partikler, der udgør det synlige stof i Universet. Det bliver altså tæt på 6 x 10^80 bits.

Hertil kommer den information, som kan være lagret på anden måde i Universet, og som beregningen ikke tager højde for.

Vopson afslutter sin artikel med en kommentar om, at beregningen sikkert kan forfines på flere måder, men understreger vigtigheden af, at man nu med udgangspunkt i klassisk informationsteori har et estimat for informationsmængden i Universet.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Elementar partikler i universet = 4x10^80

vs (meget grove estimater og simple forudsætninger)

IT storage på jord (2021): 120 zeta bytes = 9.6x10^23 bits

1 bit = 1.000.000 atoms (HDD) 1 storage atom (FE(56)) = 26 protoner og 30 neutroner og 26 elektroner 1 proton = 3.1 elementar partikler 1 neutro = 3.1 elementar partikler 1 electron = 1 elementar partikler 1 x FE(56) atom = 200 elementar partikler

medfører 1 bit = 210^8 elementar partikler medfører IT storage på jord = 1.92x10^32 elementar partikler

Solsystemer i universet = 10^24 Jord lign. planeter (Drake) = 15600000

Total IT storage for jord lign. planeter = 1.510^31 bits medfører total IT storage for jord lign. planeter = 310^39 elementar partikler

  • 2
  • 4

Der gøres ikke meget ud af størrelsen af universet. Hvis vi flytter os, så flytter horizonten sig af vores univers. Altså, vi må kunne få lidt mere information ud ved at vi flytter os under målingen.

Der findes efterhånden et stort antal elementarpartikler, og det undrer mig, at man har beregnet informationsmængden per elementarpartikel til kun 1,5 bit. Det er måske informationen i den enkelte elementarpartikel - men, med det store antal elementarpartikler vi har, så giver informationen om hvilken elementarpartikel det er, en større information.

Og indformationen om elementarpartiklens position og hastighed, og hvordan den er bundet til nabopartiklerne, giver også en større mængde information.

En enkelt foton har et informationsindhold på et uendeligt antal bits. OK, det synlige univers er rød + blå + grøn.

  • 1
  • 5

Efter lange beregninger kommer Melvin Vopson derved frem til, at informationsindholdet pr. elementarpartikel er ca. halvanden bit eller mere præcist 1,509 bit.

Ja det er jo lige her det bliver interessant. Hvordan kommer man frem til det tal med Shannons informationsteori.

  • 0
  • 0

Nu forventede jeg ikke at forstå dette, men jeg stod dog af endnu hurtigere end jeg havde forventet. Hvis man regner med mindst 17 forskellige elementarpartikler, så ligger der over 4 bits information alene i at angive hvilken elementarpartikel. Hertil kommer spin og impulsvektor - og hvad med partiklens position i rummet? Jeg tror ikke jeg vil prøve at forstå Vopsyn yderligere, men det kunne da være sjovt at høre den etablerede partikelfysiks reaktion på at universets informationsmængde skulle være 10^40 gange mindre end de har gået og sagt.

  • 2
  • 0

Nu forventede jeg ikke at forstå dette, men jeg stod dog af endnu hurtigere end jeg havde forventet. Hvis man regner med mindst 17 forskellige elementarpartikler, så ligger der over 4 bits information alene i at angive hvilken elementarpartikel.

Hertil kommer spin og impulsvektor - og hvad med partiklens position i rummet?

Ja, og analoge størrelser er det ofte svært at sætte bits på.

Tager vi fotoner, kan vi måske bruge kvantemekanikken til at vurdere en kvantisering af energi. Men stadigt, så er der ikke rigtigt nogen grænser, for hvor mange bits at fotonen indeholder. Og, når den udbreder sig i rummet, og f.eks. rammer spejle undevejs, så indeholder fotonen også information om det.

Jeg tror ikke jeg vil prøve at forstå Vopsyn yderligere, men det kunne da være sjovt at høre den etablerede partikelfysiks reaktion på at universets informationsmængde skulle være 10^40 gange mindre end de har gået og sagt

Enig.

Og, at kalde det universets informationsmængde, er måske lidt misvisende - det er bedre at benævne det som det synlige univers informationsmængde. Vi ved ikke meget om, hvor stor mængde information der er udenfor det synlige univers. Sandsynligvis er informationen udenfor, langt større end indenfor. Og, viser det sig, at livet er sjældent i det synlige univers, så er måske også størst sandsynlighed for, at kun kunne finde liv udenfor det synlige univers - bortset fra at vi har liv på jorden.

Vi kan måske diskutere informationsmængden hvis konfigurationer er identiske, eller hvis de er helt tilfældige. Medtages at identiske konfigurationer har mindre informationsindhold, og at helt tilfældige også har mindre eller ingen informationsindhold, så kan det godt være med til at reducere universets store mængde af information. Og endnu mindre information er der måske, hvis der sættes krav til, at informationen skal kunne måles, for at kende den.

  • 0
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten