Physiker behaupten, digitale Daten könnten die Masse der Erde nur geringfügig verändern

In den letzten 24 Stunden haben Menschen mehr als 720.000 Stunden Filmmaterial auf YouTube hochgeladen.

Nach Berechnungen des Physikers Melvin Vopson von der University of Portsmouth vor einigen Jahren ist das eine buchstäbliche Masse an visuellen Bildern – mit einer halben Milliarde Tweets, unzähligen Texten, Milliarden WhatsApp-Nachrichten und all den anderen Bits und Bytes an Informationen, die wir haben geschaffen – könnte unseren Planeten etwas schwerer machen.

Es ist ein wildes Konzept, das ohne eine Menge Beweise wahrscheinlich nicht akzeptiert wird. Ein kürzlich von Vopson vorgeschlagenes Experiment auf der Grundlage von Antimaterie-Explosionen könnte dazu beitragen, die wissenschaftliche Gemeinschaft davon zu überzeugen, dass Informationen nicht nur Masse haben, sondern auch einen seltsamen neuen Zustand der Materie darstellen könnten.

Die Informationstheorie ist kein leicht zu verstehendes Konzept. Wir können uns leicht vorstellen, einen Code aus Einsen und Nullen herunterzuladen, der unserem Computer mitteilt, welche Töne und Bilder angezeigt werden sollen, aber die Informationen können auch auf nicht numerische Dinge angewendet werden, wie z. B. Merkmale, die Partikeln mitteilen, wie sie sich verhalten sollen. .

Dies macht es zu einem wichtigen Faktor bei der Beschreibung von Dingen wie der Menge an Ordnung und Energieänderungen, aus denen ein System besteht.

Anfang der 1960er Jahre der deutsch-amerikanische Physiker Rolf Landauer prognostiziert a minimale Energieänderung, um Informationen aus jedem Systemtyp zu löschen. Obwohl dies wie eine kleine Errungenschaft erscheinen mag, sind die Auswirkungen tiefgreifend und verknüpfen den Informationsverlust mit der Emission von Wärmestrahlung auf grundlegender Ebene.

Experimente im Laufe der Jahre haben Landauers Argumentation bestätigt, bis auf die Quantenebenewas darauf hindeutet, dass es zumindest etwas in der grundlegenden Energiemenge gibt, die mit Informationsänderungen verbunden ist.

Wenn wir, wie Vopson, auch Einsteins Berechnung berücksichtigen, sollte diese grundlegende Energieänderung einer Massenänderung gleichkommen, was bedeutet, dass alle Informationen, die wir jeden Tag erzeugen, eine winzige, aber nicht null Masse zum Planeten beitragen.

Auf die Spitze getrieben, hätte die exponentielle Anhäufung von Katzenvideos, Wikipedia-Einträgen, Twitter-Beefs und TikTok-Autogesängen weit in die Zukunft schockierende Folgen. Uns könnte nicht nur die Hardware ausgehen, um all diese Daten zu speichern, ein uneingeschränktes digitales Wachstum würde auch bedeuten, dass ein erheblicher Teil der Erdmasse letztendlich in Form digitaler Informationen vorliegen wird.

Tatsächlich sagen einige Experten voraus, dass das Gewicht unserer digitalen Bits in 350 Jahren alle Atome auf der Erde überwiegen könnte.

Abgesehen von Weltuntergangsszenarien einer Informationskrise könnte eine solche Theorie die Art und Weise, wie wir Masse berechnen, unter bestimmten Umständen verändern und zu neuen Theorien führen, die uns eine bessere Vorstellung von der Natur der Dunklen Materie geben könnten. .

Das Erkennen der unmöglich kleinen Massenänderungen, die für die heutigen informationsdichten Speichersysteme erwartet werden, liegt noch weit außerhalb unserer Fähigkeiten – vorerst – und lässt die Hypothese im Korb „Spaß darüber nachzudenken“.

Aber ein neues von Vopson vorgeschlagenes Experiment könnte all das ändern, indem es Landauers Vorhersage auf Elementarteilchen anwendet.

Wenn wir davon ausgehen, dass sich die Gesamtmasse eines Elektrons aus seiner intrinsischen Energie im Ruhezustand und einer winzigen Information über sich selbst zusammensetzt, würde es theoretisch ein vorhersagbares Energiespektrum in dem Strahl von Photonen emittieren, der beim Auftreffen auf sein Antimaterie-Gegenstück, das Positron, freigesetzt wird .

„Die in einem Elektron enthaltene Information ist 22 Millionen Mal kleiner als seine Masse, aber wir können den Informationsgehalt messen, indem wir ihn löschen.“ genannt Vopson.

„Wir wissen, dass, wenn man ein Materieteilchen mit einem Antimaterieteilchen trifft, diese vernichten. Und die Information des Teilchens muss irgendwo hingehen, wenn es vernichtet wird.“

Das Auffinden der sehr spezifischen Wellenlängen der Strahlung bei der Vernichtung eines mit Information geladenen Elektrons würde die Bindungen zwischen Information als Energieform innerhalb von Partikeln festigen und nicht nur ein weiteres Merkmal der Thermodynamik innerhalb eines größeren Systems.

Das Finden einer Art intrinsischer Energiekomponente auf der Grundlage von Informationen als grundlegende Eigenschaft von Materie könnte auch als neue Art von physikalischem Zustand angesehen werden.

Atome können sich nicht nur als Festkörper vereinen, als Flüssigkeiten und Gase fließen, sich als Plasmen auflösen und als harmonisieren Bose-Einstein-Kondensatesie können als Informationsträger Unordnung reduzieren.

Bis das Experiment durchgeführt wird, bleibt die Hypothese eine umstrittene, wenn auch faszinierende Idee. Aber wenn sich das als wahr herausstellt, könnten die Folgen wirklich massiv sein.

Diese Studie wurde veröffentlicht in AIP-Fortschritte.