• Ciência Surpreendente

Não há matéria escura. Em vez disso, a informação tem massa, diz o físico

A informação é a quinta forma da matéria?

• Os pesquisadores vêm tentando há mais de 60 anos detectar a matéria escura.
• Existem muitas teorias sobre isso, mas nenhuma é sustentada por evidências.
• O princípio de equivalência massa-energia-informação combina várias teorias para oferecer uma alternativa à matéria escura.

A “descoberta” da matéria escura

Podemos dizer quanta matéria existe no universo pelo movimentos das estrelas . Na década de 20, os físicos que tentaram fazer isso descobriram uma discrepância e concluíram que deve haver mais matéria no universo do que é detectável. Como isso pode ser?

Em 1933, o astrônomo suíço Fritz Zwicky, enquanto observava o movimento das galáxias no Eat Cluster , começou a se perguntar o que os mantinha juntos. Não havia massa suficiente para impedir que as galáxias se separassem. Zwicky propôs que algum tipo de matéria escura fornecesse coesão. Mas como ele não tinha evidências, sua teoria foi rapidamente descartada.

Então, em 1968, a astrônoma Vera Rubin fez uma descoberta semelhante. Ela estava estudando a Galáxia de Andrômeda no Observatório Kitt Peak, nas montanhas do sul do Arizona, quando se deparou com algo que a deixou intrigada. Rubin estava examinando a curva de rotação de Andrômeda, ou a velocidade na qual as estrelas ao redor do centro giram, e percebeu que as estrelas nas bordas externas se moviam exatamente na mesma taxa que as do interior, violando Leis de movimento de Newton . Isso significava que havia mais matéria na galáxia do que era detectável. Suas leituras de cartão perfurado são hoje consideradas a primeira evidência da existência de matéria escura.

Muitas outras galáxias foram estudadas ao longo dos anos 70. Em cada caso, o mesmo fenômeno foi observado. Hoje, acredita-se que a matéria escura represente até 27% do universo. A matéria 'normal' ou bariônica representa apenas 5%. Isso é o que podemos detectar. A energia escura, que também não podemos detectar, representa 68%.

A energia escura é o que explica a Constante de Hubble, ou a taxa na qual o universo está se expandindo. A matéria escura, por outro lado, afeta o modo como a matéria 'normal' se aglomera. Ele estabiliza aglomerados de galáxias. Também afeta a forma das galáxias, suas curvas de rotação e como as estrelas se movem dentro delas. A matéria escura afeta até como as galáxias influenciam umas às outras.

Principais teorias sobre matéria escura

A NASA escreve: 'Este gráfico representa uma fatia da estrutura semelhante a uma teia de aranha do universo, chamada de' teia cósmica '. Esses grandes filamentos são feitos em grande parte de matéria escura localizada no espaço entre as galáxias. '

Crédito: NASA, ESA e E. Hallman (Universidade do Colorado, Boulder)

Desde os anos 70, astrônomos e físicos não conseguiram identificar nenhuma evidência de matéria escura. Uma teoria é que está tudo ligado a objetos ligados ao espaço chamados Machos (Objetos Halo compactos maciços). Estes incluem buracos negros, buracos negros supermassivos, anãs marrons e estrelas de nêutrons.

Outra teoria é que a matéria escura é composta de um tipo de matéria não bariônica, chamada WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles). A matéria bariônica é o tipo feito de bárions, como prótons e nêutrons e tudo o que é composto por eles, que é qualquer coisa com um núcleo atômico . Elétrons, neutrinos, múons e partículas de tau não são bárions, mas uma classe de partículas chamada léptons . Mesmo que o (hipotético) WIMPS tivesse de dez a cem vezes a massa de um próton, suas interações com a matéria normal seriam fracas, tornando-os difíceis de detectar.

Depois, há os neutrinos mencionados. Você sabia que rios gigantes deles passam do Sol pela Terra a cada dia, sem que nunca percebamos? Eles são o foco de outra teoria que diz que os neutrinos neutros, que só interagem com a matéria normal por meio da gravidade, são o que a matéria escura é composta. Outros candidatos incluem duas partículas teóricas, o axion neutro e o photino sem carga.

Agora, um físico teórico postula uma noção ainda mais radical. E se a matéria escura não existisse? O Dr. Melvin Vopson, da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido, tem uma hipótese que chama de equivalência massa-energia-informação. Afirma que a informação é o bloco de construção fundamental do universo e tem massa. Isso explica a massa ausente nas galáxias, eliminando assim inteiramente a hipótese de matéria escura.

Teoria da informação

Para ser claro, a ideia de que a informação é um bloco de construção essencial do universo não é novo. A Teoria da Informação Clássica foi postulada pela primeira vez por Claude Elwood Shannon, o 'pai da era digital' em meados do século XX. O matemático e engenheiro, bem conhecido nos círculos científicos - mas não tanto fora deles, teve um golpe de gênio em 1940. Ele percebeu que a álgebra booleana coincidia perfeitamente com os circuitos de comutação telefônica. Logo, ele provou que a matemática pode ser empregada para projetar sistemas elétricos.

Shannon foi contratado no Bell Labs para descobrir como transferir informações por um sistema de fios. Ele escreveu a Bíblia sobre o uso da matemática para configurar sistemas de comunicação, estabelecendo assim as bases para a era digital. Shannon também foi o primeiro a definir uma unidade de informação como um bit.

Talvez não houvesse maior proponente da teoria da informação do que outro paradigma desconhecido da ciência, John Archibald Wheeler . Wheeler fazia parte do Projeto Manhattan, elaborou a 'S-Matrix' com Niels Bohr e ajudou Einstein a desenvolver uma teoria unificada da física. Em seus últimos anos, ele proclamou: 'Tudo é informação.' Em seguida, começou a explorar as conexões entre a mecânica quântica e a teoria da informação.

Ele também cunhou a expressão 'do bit' ou que cada partícula do universo emana da informação trancada dentro dele. No Instituto Santa Fé em 1989, Wheeler anunciou que tudo, desde partículas a forças e a estrutura do próprio espaço-tempo '... deriva sua função, seu significado, sua própria existência inteiramente ... das respostas eliciadas pelo aparato para perguntas do tipo sim ou não , escolhas binárias, bits . '

Parte Einstein, parte Landauer

A Vopson leva essa noção um passo adiante. Ele diz que não apenas a informação é a unidade essencial do universo, mas também é energia e tem massa. Para apoiar esta afirmação, ele unifica e coordena a relatividade especial com o Princípio Landauer . Este último recebeu o nome de Rolf Landauer. Em 1961, ele previu que apagar até mesmo um pedaço de informação liberaria uma pequena quantidade de calor, um número que ele calculou. Landauer disse que isso prova que a informação é mais do que apenas uma quantidade matemática. Isso conecta informações à energia. Por meio de testes experimentais ao longo dos anos, o Princípio de Landauer se manteve.

Vopson diz, 'Ele [Landauer] primeiro identificou a ligação entre termodinâmica e informação postulando que a irreversibilidade lógica de um processo computacional implica irreversibilidade física.' Isso indica que informação é física , Diz Vopson, e demonstra a ligação entre a teoria da informação e termodinâmica .

Na teoria de Vopson, a informação, uma vez criada, tem 'massa finita e quantificável'. Até agora, aplica-se apenas a sistemas digitais, mas poderia muito bem se aplicar a sistemas analógicos e biológicos, e até mesmo sistemas quânticos ou de movimento relativístico. “A relatividade e a mecânica quântica são possíveis direções futuras do princípio de equivalência massa-energia-informação”, diz ele.

No artigo publicado na revista AIP Advances , Vopson descreve a base matemática de sua hipótese. 'Sou o primeiro a propor o mecanismo e a física pelos quais a informação adquire massa', disse ele, 'bem como a formular esse princípio poderoso e a propor um possível experimento para testá-lo.'

O quinto estado da matéria

Para medir a massa de informações digitais, você começa com um dispositivo de armazenamento de dados vazio. Em seguida, você mede sua massa total com um aparelho de medição altamente sensível. Então, você o preenche e determina sua massa. Em seguida, você apaga um arquivo e o avalia novamente. O problema é que o dispositivo de 'medição de massa ultraprecisa' que o artigo descreve ainda não existe. Isso seria um interferômetro , algo semelhante a LIGO . Ou talvez uma máquina de pesagem ultrassensível semelhante a um Equilíbrio de croquetes .

“Atualmente, estou no processo de me candidatar a uma pequena bolsa, com o objetivo principal de projetar tal experimento, seguido de cálculos para verificar se a detecção dessas pequenas mudanças de massa é mesmo possível,” diz Vopson. 'Supondo que a concessão seja bem-sucedida e as estimativas sejam positivas, um consórcio internacional maior poderia ser formado para realizar a construção do instrumento.' Ele acrescentou: 'Este não é um experimento de laboratório de bancada, e muito provavelmente seria uma instalação grande e cara.' Se eventualmente se provar correto, Vopson terá descoberto a quinta forma da matéria.

Então, qual é a conexão com a matéria escura? Vopson diz: 'M.P. Gough publicou um artigo em 2008 em que calculou ... o número de bits de informação que o universo visível conteria para formar toda a matéria escura ausente. Parece que minhas estimativas de conteúdo de bits de informação do universo estão muito próximas das estimativas dele. '

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