Bagaimana jika alam semesta mengingat segalanya? Teori baru menulis ulang aturan fisika

Bagaimana jika alam semesta ingat? Kerangka kerja baru yang berani mengusulkan agar ruangwaktu bertindak sebagai memori kuantum.

Selama lebih dari seratus tahun, fisika telah bertumpu pada dua teori dasar. Relativitas umum Einstein menggambarkan gravitasi sebagai kelengkungan ruang dan waktu, sementara mekanika kuantum mengatur perilaku partikel dan bidang.

Setiap teori sangat sukses dalam domainnya sendiri, namun menggabungkannya mengarah pada kontradiksi, khususnya dalam kaitannya dengan lubang hitam, materi gelap, energi gelap, dan asal -usul alam semesta.

Rekan -rekan saya dan saya telah menjelajahi cara baru untuk menjembatani pemisah itu. Idenya adalah untuk memperlakukan informasi – bukan masalah, bukan energi, bahkan ruangwaktu itu sendiri – sebagai bahan yang paling mendasar dari kenyataan. Kami menyebut kerangka kerja ini matriks memori kuantum (qmm).

Ruangwaktu sebagai sel memori diskrit

Pada intinya adalah klaim yang sederhana namun kuat: ruangwaktu tidak halus, tetapi diskrit – terbuat dari “sel” kecil, yang disarankan mekanika kuantum. Setiap sel dapat menyimpan jejak kuantum dari setiap interaksi, seperti berlalunya partikel atau bahkan pengaruh gaya seperti elektromagnetisme atau interaksi nuklir, yang melewati. Setiap peristiwa meninggalkan perubahan kecil dalam keadaan kuantum lokal sel ruangwaktu.

Dengan kata lain, alam semesta tidak hanya berevolusi. Itu ingat.

Ceritanya dimulai dengan lubang hitam Paradoks Informasi. Menurut relativitas, apa pun yang jatuh ke dalam lubang hitam hilang selamanya. Menurut teori kuantum, itu tidak mungkin. Informasi tidak dapat dihancurkan.

QMM menawarkan jalan keluar. Saat materi jatuh, sel -sel ruangwaktu di sekitarnya mencatat jejaknya. Ketika lubang hitam akhirnya menguap, informasi tidak hilang. Itu telah ditulis dalam ingatan ruangwaktu.

Mekanisme ini ditangkap secara matematis dengan apa yang kami sebut operator jejak, aturan reversibel yang membuat konservasi informasi berhasil. Pada awalnya, kami menerapkan ini pada gravitasi. Tapi kemudian kami bertanya: Bagaimana dengan kekuatan alam lainnya? Ternyata mereka cocok dengan gambar yang sama.

Dalam model kami dengan asumsi bahwa sel ruangwaktu ada, kekuatan nuklir yang kuat dan lemah, yang menyatukan inti atom, juga meninggalkan jejak dalam ruangwaktu. Kemudian, kami memperluas kerangka kerja ke elektromagnetisme (meskipun makalah ini saat ini sedang ditinjau sejawat). Bahkan medan listrik sederhana mengubah keadaan memori sel ruangwaktu.

Menjelaskan materi gelap dan energi gelap

Itu membawa kita ke prinsip yang lebih luas yang kita sebut dualitas geometri-informasi. Dalam pandangan ini, bentuk ruangwaktu dipengaruhi tidak hanya oleh massa dan energi, seperti yang diajarkan Einstein kepada kita, tetapi juga oleh bagaimana informasi kuantum didistribusikan, terutama melalui keterikatan. Keterikatan adalah fitur kuantum di mana dua partikel, misalnya, dapat terhubung dengan ceria, yang berarti bahwa jika Anda mengubah keadaan satu, Anda secara otomatis dan segera mengubah yang lain – bahkan jika itu adalah tahun -tahun cahaya lagi.

Pergeseran perspektif ini memiliki konsekuensi dramatis. Dalam satu studi, saat ini di bawah peer review, kami menemukan bahwa gumpalan jejak berperilaku seperti materi gelap, zat yang tidak diketahui yang membentuk sebagian besar materi di alam semesta. Mereka mengelompok di bawah gravitasi dan menjelaskan gerakan galaksi – yang tampaknya mengorbit dengan kecepatan tinggi yang tak terduga – tanpa membutuhkan partikel baru yang eksotis.

Di yang lain, kami menunjukkan betapa energi gelapnya juga muncul. Ketika sel ruangwaktu jenuh, mereka tidak dapat merekam informasi baru dan independen. Sebaliknya, mereka berkontribusi pada energi sisa ruangwaktu. Menariknya, kontribusi sisa ini memiliki bentuk matematika yang sama dengan “konstanta kosmologis”, atau energi gelap, yang membuat alam semesta mengembang pada tingkat yang dipercepat.

Ukurannya cocok dengan energi gelap yang diamati yang mendorong akselerasi kosmik. Bersama -sama, hasil ini menunjukkan bahwa materi gelap dan energi gelap mungkin dua sisi dari koin informasi yang sama.

Alam semesta siklik?

Tetapi jika ruangwaktu memiliki memori yang terbatas, apa yang terjadi saat terisi? Makalah kosmologis terbaru kami, diterima untuk publikasi di Jurnal Kosmologi dan Fisika Astropartikelmenunjuk ke alam semesta siklik – dilahirkan dan sekarat berulang -ulang. Setiap siklus ekspansi dan kontraksi menyetor lebih banyak entropi – ukuran gangguan – ke dalam buku besar. Ketika terikat tercapai, alam semesta “memantul” menjadi siklus baru.

Mencapai Bound berarti Kapasitas Informasi SPACETIME (Entropy) dimaksimalkan. Pada saat itu, kontraksi tidak dapat berlanjut dengan lancar. Persamaan menunjukkan bahwa alih -alih pingsan menjadi singularitas, entropi yang tersimpan mendorong pembalikan, yang mengarah ke fase ekspansi baru. Inilah yang kami gambarkan sebagai “bouncing”.

Usia informasi yang terbatas

Dengan membandingkan model dengan data pengamatan, kami memperkirakan bahwa alam semesta telah melewati tiga atau empat siklus ekspansi dan kontraksi, dengan kurang dari sepuluh tersisa. Setelah siklus yang tersisa selesai, kapasitas informasi ruangwaktu akan sepenuhnya jenuh. Pada titik itu, tidak ada bouncing lebih lanjut. Sebaliknya, alam semesta akan memasuki fase akhir memperlambat ekspansi.

Itu membuat “usia informasi” yang sebenarnya dari kosmos sekitar 62 miliar tahun, bukan hanya 13,8 miliar tahun dari ekspansi kami saat ini.

Sejauh ini, ini mungkin terdengar murni teoretis. Tapi kami telah menguji bagian QMM di komputer kuantum saat ini. Kami memperlakukan qubit, unit dasar komputer kuantum, sebagai sel ruangwaktu kecil. Menggunakan protokol jejak dan pengambilan berdasarkan persamaan QMM, kami memulihkan keadaan kuantum asli dengan lebih dari 90% ketepatan.

Tes praktis pada komputer kuantum

Ini menunjukkan kepada kita dua hal. Pertama, bahwa operator jejak bekerja pada sistem kuantum nyata. Kedua, ia memiliki manfaat praktis. Dengan menggabungkan pencetakan dengan kode koreksi kesalahan konvensional, kami secara signifikan mengurangi kesalahan logis. Itu berarti QMM mungkin tidak hanya menjelaskan kosmos, tetapi juga membantu kita membangun komputer kuantum yang lebih baik.

QMM membingkai ulang alam semesta sebagai bank memori kosmik dan komputer kuantum. Setiap peristiwa, setiap kekuatan, setiap partikel meninggalkan jejak yang membentuk evolusi kosmos. Ini mengikat beberapa teka -teki terdalam dalam fisika, dari paradoks informasi hingga materi gelap dan energi gelap, dari siklus kosmik hingga panah waktu.

Dan itu melakukannya dengan cara yang sudah dapat disimulasikan dan diuji di lab. Apakah QMM terbukti menjadi kata terakhir atau batu loncatan, itu membuka kemungkinan yang mengejutkan: alam semesta mungkin bukan hanya geometri dan energi. Itu juga memori. Dan dalam ingatan itu, setiap momen sejarah kosmik mungkin masih ditulis.

Referensi: “Sumur Informasi dan Munculnya Lubang Hitam Primordial di Alam Semesta Quantum Siklik” oleh Florian Neukart, Eike Marx dan Valerii Vinokur, 14 Juni 2025, Arxiv.
Doi: 10.48550/arxiv.2506.13816

Diadaptasi dari artikel yang awalnya diterbitkan dalam percakapan.

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
Ikuti kami di google, temukan, dan berita.