Qual é a quantidade de informação contida no Universo?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/10/2021

A Teoria do Universo Holográfico baseia-se fortemente na relação entre matéria e informação.
[Imagem: Daniel Grumiller/TU Wien]

Informação e matéria

Os pesquisadores há muito discutem sobre uma conexão entre a informação e o universo físico, com vários paradoxos e experimentos mentais sendo usados para explorar como ou por que a informação pode ser codificada na matéria física.

A era digital trouxe os bits para a realidade, impulsionando esse campo de estudo, sugerindo que a solução dessas questões pode ter aplicações tangíveis em vários ramos da física e da computação.

O físico Melvin Vopson, da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido, já havia calculado que as informações digitais equivalerão à metade da massa da Terra em 2245.

Agora ele foi além, tentando calcular a quantidade de informação codificada em toda a matéria visível do Universo. Embora não seja a primeira estimativa desse tipo, o físico afirma que seu cálculo é o primeiro a se fundamentar na teoria da informação e produzir um resultado verificável.

"A capacidade de informação do Universo tem sido um tema de debate por mais de meio século," disse ele. "Houve várias tentativas de estimar o conteúdo de informação do Universo, mas, neste artigo, descrevo uma abordagem única que postula, adicionalmente, quanta informação pode ser comprimida em uma única partícula elementar."

Quantidade de informação no Universo

Para fazer seus cálculos Vopson começou recalculando o número de partículas no Universo - mais especificamente, prótons. Esse valor é conhecido como número de Eddington (NEdd), tendo sido calculado pela primeira vez em 1938. Arthur Eddington (1882-1944) estimou que o Universo conteria cerca de 1,57 × 10⁷⁹ prótons. Vopson chegou a um número de 4 × 10⁸⁰ partículas elementares, incluindo bárions (prótons e nêutrons) e elétrons.

A seguir, Vopson usou a teoria da informação de Shannon para quantificar a quantidade de informação codificada em cada partícula elementar, chegando a um valor de 1,509 bits de informação - o matemático Claude Shannon (1916-2001), chamado de Pai da Era Digital por causa do seu trabalho na teoria da informação, definiu este método para quantificar informações em 1948.

Finalmente, ele fez então sua estimativa numérica para a quantidade de informação contida em toda a matéria do Universo observável, chegando a um número verdadeiramente astronômico: 6,036 x 10⁸⁰ bits de informação.

"É a primeira vez que essa abordagem é usada para medir o conteúdo de informação do Universo, e ela fornece uma previsão numérica clara," disse Vopson. "Mesmo que não seja totalmente precisa, a previsão numérica oferece um potencial caminho para testes experimentais."

Já existe um motor movido a informação, que bateu recordes de velocidade e potência, e estudos para guardar dados por milhões de anos em moléculas.
[Imagem: Tushar K. Saha et al. - 10.1073/pnas.2023356118]

Matéria e informação

Pesquisas em várias áreas têm mostrado como a informação e a física interagem, por exemplo, como a informação sai de um buraco negro, algo que está ajudando a salvar dados dos computadores quânticos.

No entanto, o significado físico preciso dessa "informação" permanece indefinido - algumas teorias mais radicais defendem que a informação é física e pode ser medida, linha com a qual Vopson parece concordar.

De fato, em artigos anteriores, Vopson já defendeu que a informação é um quinto estado da matéria, ao lado de sólido, líquido, gás e plasma, e que a matéria escura poderia ser informação.

Embora a abordagem deste novo estudo tenha ignorado antipartículas e neutrinos, e faz certas suposições sobre a transferência e o armazenamento de informações, ele oferece uma ferramenta única para estimar o conteúdo de informação de cada partícula elementar e, isto sim, pode ser testável.

Por exemplo, experimentos práticos agora podem ser idealizados e usados para testar e refinar essa previsão de 1,509 bits de informação por partícula elementar de matéria bariônica - incluindo provar ou refutar a hipótese de que a informação seria o quinto estado da matéria no Universo.

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