Co když si vesmír pamatuje? Odvážný nový rámec navrhuje, aby Spacetime působil jako kvantová paměť.
Po více než sto let fyzika spočívala na dvou základních teoriích. Einsteinova obecná relativita popisuje gravitaci jako zakřivení prostoru a času, zatímco kvantová mechanika řídí chování částic a polí.
Každá teorie je velmi úspěšná ve své vlastní doméně, ale jejich kombinace vede k rozporům, zejména ve vztahu k černým děrům, tmavé hmotě, tmavé energii a původu vesmíru.
Moji kolegové a já jsme zkoumali a Nový způsob, jak překlenout toto rozdělení. Cílem je zacházet s informacemi – nezáleží na energii, ani samotném prostoru – jako nejzákladnější složku reality. Říkáme tomuto rámci matice kvantové paměti (QMM).
Spacetime jako diskrétní paměťové buňky
Ve svém jádru je jednoduché, ale silné tvrzení: Spacetime není hladký, ale diskrétní – vyrobené z malých „buněk“, což navrhuje kvantová mechanika. Každá buňka může uložit kvantový otisk každé interakce, jako je průchod částice nebo dokonce vliv síly, jako je elektromagnetismus nebo jaderné interakce, který prochází. Každá událost zanechává malou změnu v místním kvantovém stavu časoprostorové buňky.
Jinými slovy, vesmír se nejen vyvíjí. Pamatuje si.
Příběh začíná černá díra Informační paradox. Podle relativity je cokoli, co spadne do černé díry, navždy pryč. Podle kvantové teorie je to nemožné. Informace nelze nikdy zničit.
QMM nabízí cestu ven. Když se hmota spadá, okolní prostorové buňky zaznamenávají jeho otisk. Když se černá díra nakonec odpařuje, informace se neztratí. To již bylo zapsáno do paměti SpaceTime.
Tento mechanismus je matematicky zachycen podle toho, čemu říkáme operátor otisků, což je reverzibilní pravidlo, které způsobuje fungování ochrany informací. Nejprve, Použili jsme to na gravitaci. Ale pak jsme se zeptali: A co další přírodní síly? Ukázalo se, že se hodí ke stejnému obrázku.
V našich modelech za předpokladu, že existují prostorové buňky, silné a slabé jaderné síly, které drží atomová jádra pohromadě, Také ponechejte stopy v časoprostoru. Později, my rozšířil rámec na elektromagnetismus (Ačkoli je tento článek v současné době recenzován). Dokonce i jednoduché elektrické pole mění paměťový stav časoprostorových buněk.
Vysvětlení temné hmoty a temné energie
To nás vedlo k širším principu, kterému nazýváme Dualita informace geometrie. Z tohoto pohledu je tvar časoprostoru ovlivněn nejen hmotností a energií, jak nás učil Einstein, ale také tím, jak jsou kvantové informace distribuovány, zejména prostřednictvím zapletení. Entanglement je kvantový rys, ve kterém mohou být například dvě částice strašidelně připojeny, což znamená, že pokud změníte stav jednoho, automaticky a okamžitě také změníte druhou – i když je to lehké roky pryč.
Tento posun v perspektivě má dramatické důsledky. V jedné studii, která je v současné době pod přezkoumáním, jsme zjistili, že shluky otisků chovejte se stejně jako temná hmotaNeznámá látka, která ve vesmíru tvoří většinu záležitosti. Shlukují se pod gravitací a vysvětlují pohyb galaxií – které se zdají být oběžnou dráhou při nečekaně vysokých rychlostech – bez potřeby jakýchkoli exotických nových částic.
V jiném jsme ukázali, jak Mohla by se také objevit tmavá energie. Když jsou prostorové buňky nasyceny, nemohou zaznamenat nové nezávislé informace. Místo toho přispívají k zbytkové energii časoprostoru. Je zajímavé, že tento zbytkový příspěvek má stejnou matematickou podobu jako „kosmologická konstanta“ nebo tmavá energie, která způsobuje, že se vesmír rozšiřuje zrychlenou rychlostí.
Jeho velikost odpovídá pozorované tmavé energii, která řídí kosmické zrychlení. Tyto výsledky společně naznačují, že tmavá hmota a tmavá energie mohou být dvě strany stejné informační mince.
Cyklický vesmír?
Ale pokud má Spacetime konečnou paměť, co se stane, když se vyplní? Náš nejnovější kosmologický papír, přijatý k publikaci v Journal of Cosmology and Astročástice fyziky, ukazuje na cyklický vesmír – Narození a umírání znovu a znovu. Každý cyklus expanze a kontrakce ukládá více entropie – míra poruchy – do knihy. Když je dosaženo vázání, vesmír se „odrazí“ do nového cyklu.
Dosažení vázané znamená informační kapacitu SpaceTime (entropie). V tomto okamžiku nemůže kontrakce pokračovat hladce. Rovnice ukazují, že namísto kolapsu k singularity, uložená entropie řídí obrácení, což vede k nové fázi expanze. To je to Popisujeme jako „odraz“.
Konečný informační věk
Porovnáním modelu s observačními údaji odhadujeme, že vesmír již prošel třemi nebo čtyřmi cykly expanze a kontrakce, přičemž zbývající méně než deset. Po dokončení zbývajících cyklů by byla informační kapacita prostoru plně nasycená. V tomto okamžiku nedochází k dalšímu odrazu. Místo toho by vesmír vstoupil do konečné fáze zpomalení expanze.
Díky tomu je skutečný „informační věk“ vesmíru asi 62 miliard let, nejen 13,8 miliardy let naší současné expanze.
Zatím to může znít čistě teoreticky. Ale již jsme testovali části QMM na dnešních kvantových počítačích. Ošetřili jsme qubits, základní jednotky kvantových počítačů, jako malé časoprostorové buňky. Pomocí protokolů otisk a vyhledávání na základě rovnic QMM jsme získali původní kvantové stavy s více než 90% přesnost.
Praktické testy na kvantových počítačích
To nám ukázalo dvě věci. Zaprvé, že operátor otisků pracuje na skutečných kvantových systémech. Za druhé, má praktické výhody. Kombinací otisků s konvenčními kódy korekce chyb, významně jsme snížili logické chyby. To znamená, že QMM může nejen vysvětlit Cosmos, ale také nám pomoci vytvářet lepší kvantové počítače.
QMM přebírá vesmír jako kosmická paměťová banka i kvantový počítač. Každá událost, každá síla, každá částice ponechává otisk, který formuje vývoj vesmíru. Spojí některé z nejhlubších hádanek ve fyzice, od informačního paradoxu po temnou hmotu a temnou energii, od kosmických cyklů po šipku času.
A to dělá způsobem, který lze již v laboratoři simulovat a testovat. Ať už se QMM ukáže jako poslední slovo nebo odrazový můstek, otevírá to překvapivou možnost: vesmír může být nejen geometrie a energie. Je to také paměť. A v této paměti může být stále napsán každý okamžik kosmické historie.
Reference: „Informační studny a vznik prvotních černých děr v cyklickém kvantovém vesmíru“ od Florian Neukart, Eike Marx a Valerii Vinokur, 14. června 2025, Arxiv.
Doi: 10,48550/arxiv.2506.13816
Přizpůsobeno z článku původně zveřejněného v Konverzace.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
Sledujte nás Google, Objevita Zprávy.
