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A estranha conexão entre informação e matéria: como usar informação para entender o funcionamento do universo?
Na física moderna, a natureza da informação e sua relação com a matéria têm despertado o pensamento de muitos cientistas. De acordo com o princípio holográfico, o funcionamento do universo pode ser compreendido por meio de informações, uma visão que muda nossa compreensão fundamental das entidades físicas. O princípio holográfico foi proposto pela primeira vez por Gerard Hoft e desenvolvido e expresso por Liam Susskind. Sua ideia central é que a descrição do espaço tridimensional pode realmente ser considerada como embutida em um limite bidimensional. Informações sobre.
"O mundo tridimensional que vivenciamos — cheio de galáxias, planetas, casas, rochas e pessoas — é na verdade um holograma, uma realidade codificada em uma superfície bidimensional distante."
A base para essa teoria vem do limite de Bekenstein, que propõe que a entropia máxima de qualquer região é proporcional à sua área, não ao seu volume. Isso mostra que o conteúdo de informação tanto dos buracos negros quanto da matéria comum pode ser totalmente registrado em seus limites, permitindo-nos repensar como a matéria é composta.
Paradoxo da Informação do Buraco Negro
Os cálculos de Hawking mostraram que a radiação emitida por um buraco negro parecia independente da matéria que absorvia, o que levantou um profundo paradoxo. De acordo com a mecânica quântica, quando a função de onda de um estado quântico muda, deve haver um fluxo correspondente de informações. Entretanto, se um buraco negro pudesse absorver estados puros, mas reemitisse radiação apenas em estados mistos, isso significaria que a informação seria perdida, violando um princípio fundamental da mecânica quântica. Esse paradoxo força os cientistas a explorar a conexão mais profunda entre a estrutura cósmica e a informação.
"A entropia de um buraco negro é proporcional à área do seu horizonte de eventos, ao invés da forma usual, ela deve aumentar com o volume."
A equivalência entre informação e matéria
Tradicionalmente, a entropia tem sido considerada uma medida de "desordem" em um sistema físico. No entanto, usando o conceito de entropia de Shannon, a quantidade de informação também pode ser vista como uma medida da existência da matéria, dando origem a uma nova visão de que pode haver uma profunda conexão intrínseca entre as propriedades da matéria e o conteúdo da informação. .
Em seu artigo, Bekenstein destacou que a entropia termodinâmica e a entropia de Shannon são conceitualmente equivalentes, o que nos fornece uma perspectiva totalmente nova para entender a fronteira entre matéria e informação. Ele perguntou:
Essa questão leva as pessoas a refletirem se a informação é a chave para entender a existência da matéria."Podemos ver o mundo inteiro em um grão de areia, como William Blake descreveu, ou isso é apenas uma declaração poética?"
Correspondência AdS/CFT e a prática do princípio holográfico
A correspondência AdS/CFT é uma ilustração importante do princípio holográfico, fornecendo uma conexão entre o espaço anti-de Sitter e a teoria de campo conforme. Essa correspondência não apenas fornece um meio de consolidar teorias de gravidade quântica, mas também nos permite estudar teorias de campo fortemente acopladas de uma maneira teórica de campo quântico. De acordo com essa correspondência, quando interações fortes aparecem na teoria quântica de campos, os campos na teoria gravitacional são interações fracas.
Isso permite que muitos problemas de física nuclear e física da matéria condensada sejam transformados em problemas matematicamente mais tratáveis, avançando significativamente nossa compreensão do mundo quântico.
Teste experimental do princípio holográfico
Embora a base teórica do princípio holográfico seja amplamente aceita, a verificação experimental ainda enfrenta desafios. Experimentos com pequenas partículas podem fornecer novos insights sobre o princípio holográfico, e Bekenstein propôs testá-lo em experimentos de mesa. No entanto, ainda há uma falta de dados experimentais amplamente aceitos para apoiar essas teorias.
Por exemplo, Kirk Hogan, do Laboratório Nacional Fermi, propôs que, de acordo com o princípio holográfico, flutuações quânticas na posição espacial deveriam levar a um "ruído holográfico" mensurável observado em detectores de ondas gravitacionais. No entanto, essas alegações ainda não foram amplamente reconhecidas pela comunidade científica.
À medida que os cientistas estudam mais a gravidade quântica e os princípios holográficos, eles esperam descobertas ainda mais inovadoras que nos darão uma compreensão mais profunda de como o universo funciona.
E por trás dessa teoria complicada, existe uma verdade mais profunda que ainda não entendemos?
