يمكن أن تكون المعلومات جزءًا أساسيًا من الكون، وقد تفسر الطاقة المظلمة والمادة المظلمة

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

تم نشر هذه المقالة أصلا في المحادثة. ساهم المنشور بالمقال في موقع Space.com أصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.

لأكثر من قرن من الزمان، بُنيت الفيزياء على نظريتين عظيمتين. تشرح النسبية العامة لأينشتاين الجاذبية بأنها انحناء المكان والزمان.

ميكانيكا الكم يحكم عالم الجسيمات والحقول. كلاهما يعملان ببراعة في مجالاتهما الخاصة. لكن إذا جمعناها معاً فسوف تظهر التناقضات، خاصة عندما يتعلق الأمر بذلك الثقوب السوداء, ماتي الظلامص, الطاقة المظلمة وأصول الكون.

لقد قمت أنا وزملائي باستكشاف أ طريقة جديدة لسد هذه الفجوة. وتتلخص الفكرة في التعامل مع المعلومات – وليس المادة، ولا الطاقة، ولا حتى الزمكان نفسه – باعتبارها العنصر الأكثر أهمية في الواقع. نحن نسمي هذا الإطار مصفوفة الذاكرة الكمومية (كم).

في جوهرها مطالبة بسيطة ولكنها قوية: الزمكان ليست سلسة، ولكنها منفصلة – مصنوعة من “خلايا” صغيرة، وهو ما تقترحه ميكانيكا الكم. يمكن لكل خلية أن تخزن بصمة كمية لكل تفاعل، مثل مرور جسيم أو حتى تأثير قوة مثل الكهرومغناطيسية أو التفاعلات النووية التي تمر عبرها. يترك كل حدث وراءه تغييرًا طفيفًا في الحالة الكمومية المحلية لخلية الزمكان.

وبعبارة أخرى، الكون لا يتطور فقط. يتذكر.

تبدأ القصة بمفارقة معلومات الثقب الأسود. وفقا للنظرية النسبية، فإن أي شيء يسقط في الثقب الأسود يختفي إلى الأبد. ووفقا لنظرية الكم، فإن ذلك مستحيل. معلومة لا يمكن تدميرها من أي وقت مضى.

تقدم QMM مخرجًا. عندما تسقط المادة، تسجل خلايا الزمكان المحيطة بصماتها. عندما يتبخر الثقب الأسود في نهاية المطاف، لا يتم فقدان المعلومات. لقد تم كتابته بالفعل في ذاكرة الزمكان.

يتم التقاط هذه الآلية رياضيًا من خلال ما نسميه مشغل البصمة، وهي قاعدة قابلة للعكس تجعل حفظ المعلومات ناجحًا. في البداية، طبقنا هذا على الجاذبية. ولكن بعد ذلك سألنا: ماذا عن قوى الطبيعة الأخرى؟ اتضح أنها تناسب نفس الصورة.

في نماذجنا، بافتراض وجود خلايا الزمكان، فإن القوى النووية القوية والضعيفة، التي تربط النوى الذرية معًا، كما تترك آثارًا في الزمكان. في وقت لاحق، نحن وسع الإطار ليشمل الكهرومغناطيسية (على الرغم من أن هذه الورقة قيد المراجعة حاليًا). حتى المجال الكهربائي البسيط يغير حالة ذاكرة خلايا الزمكان.

شرح المادة المظلمة والطاقة المظلمة

وقد قادنا ذلك إلى مبدأ أوسع نسميه ازدواجية المعلومات الهندسية. ومن وجهة النظر هذه، فإن شكل الزمكان لا يتأثر فقط بالكتلة والطاقة، كما علمنا أينشتاين، ولكن أيضًا بكيفية توزيع المعلومات الكمية، وخاصة من خلال التشابك. تشابك هي ميزة كمومية، على سبيل المثال، يمكن أن يكون هناك اتصال بين جسيمين بشكل مخيف، مما يعني أنه إذا قمت بتغيير حالة أحدهما، فإنك تغير الآخر تلقائيًا وعلى الفور – حتى لو كان على بعد سنوات ضوئية.

وهذا التحول في المنظور له عواقب وخيمة. وفي إحدى الدراسات، التي تخضع حاليًا لمراجعة النظراء، وجدنا أن هناك كتلًا من البصمات تتصرف تماما مثل المادة المظلمةوهي مادة غير معروفة تشكل معظم المادة في الكون. وهي تتجمع تحت الجاذبية وتشرح حركة المجرات – التي يبدو أنها تدور بسرعات عالية بشكل غير متوقع – دون الحاجة إلى أي جسيمات جديدة غريبة.

وفي آخر أظهرنا كيف وقد تظهر الطاقة المظلمة أيضًا. عندما تكون خلايا الزمكان مشبعة، فإنها لا تستطيع تسجيل معلومات جديدة ومستقلة. وبدلا من ذلك، فإنها تساهم في الطاقة المتبقية من الزمكان. ومن المثير للاهتمام أن هذه المساهمة المتبقية لها نفس الشكل الرياضي مثل “الثابت الكوني“، أو الطاقة المظلمة، التي تجعل الكون يتوسع بمعدل متسارع.

ويتطابق حجمه مع الطاقة المظلمة المرصودة التي تحرك التسارع الكوني. تشير هذه النتائج معًا إلى أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة قد يكونان وجهين لعملة معلوماتية واحدة.

الكون الدوري؟

لكن إذا كان للزمكان ذاكرة محدودة، فماذا يحدث عندما يمتلئ؟ أحدث أبحاثنا الكونية، والتي تم قبولها للنشر في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية، يشير إلى الكون الدوري – يولد ويموت مرارا وتكرارا. وكل دورة من التوسع والانكماش تؤدي إلى إيداع المزيد من الإنتروبيا ــ وهو مقياس للفوضى ــ في دفتر الأستاذ. عندما يتم الوصول إلى الحد الأقصى، “يرتد” الكون إلى دورة جديدة.

الوصول إلى الحد يعني أن سعة معلومات الزمكان (الإنتروبيا) قد وصلت إلى الحد الأقصى. عند هذه النقطة، لا يمكن أن يستمر الانكماش بسلاسة. تظهر المعادلات أنه بدلاً من الانهيار إلى حالة التفرد، فإن الإنتروبيا المخزنة تؤدي إلى انعكاس، مما يؤدي إلى مرحلة جديدة من التوسع. هذا ما نحن نصفها بأنها “ترتد”.

ومن خلال مقارنة النموذج ببيانات الرصد، نقدر أن الكون قد مر بالفعل بثلاث أو أربع دورات من التوسع والانكماش، ولم يتبق منه سوى أقل من عشر دورات. وبعد اكتمال الدورات المتبقية، ستكون القدرة المعلوماتية للزمكان مشبعة بالكامل. عند هذه النقطة، لا تحدث أي ارتدادات أخرى. وبدلا من ذلك، سيدخل الكون في المرحلة النهائية من تباطؤ التوسع.

وهذا يجعل “العصر المعلوماتي” الحقيقي للكون حوالي 62 مليار سنة، وليس فقط 13.8 مليار سنة من توسعنا الحالي.

حتى الآن، قد يبدو هذا نظريًا بحتًا. لكننا قمنا بالفعل باختبار أجزاء من QMM على أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية. لقد تعاملنا مع الكيوبتات، الوحدات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، كخلايا زمكانية صغيرة. باستخدام بروتوكولات البصمة والاسترجاع المستندة إلى معادلات QMM، استعدنا الحالات الكمومية الأصلية بدقة تزيد عن 90%.

وهذا أظهر لنا شيئين. أولاً، أن عامل البصمة يعمل على أنظمة كمومية حقيقية. ثانياً، له فوائد عملية. من خلال الجمع بين الطباعة ورموز تصحيح الأخطاء التقليدية، لقد قللنا الأخطاء المنطقية بشكل كبير. وهذا يعني أن نموذج QMM قد لا يفسر الكون فحسب، بل يساعدنا أيضًا على البناء بشكل أفضل أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

يعيد نظام QMM صياغة الكون باعتباره بنكًا للذاكرة الكونية وحاسوبًا كميًا. كل حدث، كل قوة، كل جسيم يترك بصمة تشكل تطور الكون. فهو يربط بين بعض من أعمق الألغاز في الفيزياء، من مفارقة المعلومات إلى المادة المظلمة والطاقة المظلمة، ومن الدورات الكونية إلى سهم الزمن.

ويفعل ذلك بطريقة يمكن محاكاتها واختبارها في المختبر بالفعل. وسواء ثبت أن QMM هي الكلمة الأخيرة أو نقطة انطلاق، فإنها تفتح احتمالًا مذهلاً: قد لا يكون الكون مجرد هندسة وطاقة. إنها أيضًا ذاكرة. وفي تلك الذاكرة، ربما لا تزال كل لحظة من التاريخ الكوني مكتوبة.