Η σημασία της πληροφορίας σ' ένα ολογραφικό Σύμπαν
1ο μέρος

Άρθρο, από την ιστοσελίδα SciAm.com, Ιούλιος 2003

1ο, 2o, 3o, 4o, 5o, Επόμενο

Μια παράξενη θεωρία που λέγεται ολογραφική αρχή, λέει ότι το Σύμπαν είναι σαν ένα ολόγραμμα. Όπως το φως μας επιτρέπει να απεικονίσουμε ένα τρισδιάστατο είδωλο πάνω σε ένα επίπεδο φιλμ, έτσι και το φαινομενικά τρισδιάστατο Σύμπαν μπορεί να είναι τελείως ισοδύναμο με κάποια κβαντικά πεδία και φυσικούς νόμους, "σχεδιασμένους" σε μια τεράστια μακρινή επιφάνεια. Η φυσική των μαύρων τρυπών μας δίνει κάποια ένδειξη ότι κάτι τέτοιο θα μπορούσε να είναι αληθές. Η μέγιστη εντροπία ή πληροφορία αυτών των περίεργων αντικειμένων, είναι ανάλογη με την επιφάνειά τους, και όχι με τον όγκο τους. Ίσως λοιπόν και ολόκληρο το Σύμπαν να είναι σαν ένα γιγάντιο ολόγραμμα. 

Όταν ρωτήσουμε κάποιον, από τι είναι κατασκευασμένος ο κόσμος; η πιο συνηθισμένη απάντηση που θα πάρουμε είναι: από ύλη και ενέργεια.

Για όποιον όμως έχει μια σχετική παιδεία στη μηχανική, τη βιολογία και τη φυσική, η πληροφορία είναι επίσης ένα πολύ σημαντικό συστατικό του κόσμου. Το ρομπότ στο εργοστάσιο αυτοκινήτων είναι κατασκευασμένο από μέταλλο και πλαστικό αλλά δεν μπορεί να κάνει τίποτα απολύτως χωρίς τις λεπτομερείς οδηγίες που θα του λένε ποιο μέρος πρέπει να κολλήσει και σε ποιο σημείο ακριβώς. Το ριβόσωμα μέσα σ΄ ένα κύτταρο του σώματός μας, είναι εφοδιασμένο με συνδυασμούς αμινοξέων και τροφοδοτείται με ενέργεια που ελευθερώνεται κατά τη μετατροπή του ΑΤΡ σε ADP, αλλά δεν μπορεί να συνθέσει πρωτεΐνες χωρίς την πληροφορία που μεταφέρει το DNA. Ομοίως, ένας αιώνας φυσικής μας δίδαξε ότι η πληροφορία είναι ένα βασικό συστατικό των φυσικών συστημάτων και διαδικασιών. Πράγματι, η τρέχουσα τάση που εγκαινιάστηκε από τον John A. Wheeler του πανεπιστημίου  Princeton, είναι να θεωρούμε τον κόσμο ως αποτελούμενο από πληροφορία, με την ενέργεια και την ύλη ως πρόσθετα συστατικά του.  

Η νεωτεριστική αυτή άποψη για τον κόσμο γεννά και νέα ερωτήματα. Η χωρητικότητα σε πληροφορία των μηχανικών μέσων αποθήκευσης, όπως είναι οι σκληροί δίσκοι, έχει αυξηθεί αλματωδώς. Πού θα σταματήσει αυτή η πρόοδος; Ποια είναι η τελική χωρητικότητα σε πληροφορία μιας συσκευής που ζυγίζει ας πούμε λιγότερο από ένα γραμμάριο, και καταλαμβάνει όγκο λιγότερο από ένα κυβικό εκατοστόμετρο; Πόση πληροφορία χρειάζεται για να περιγράψουμε ένα ολόκληρο Σύμπαν; Θα χωρούσε αυτή η περιγραφή στη μνήμη ενός υπολογιστή; Θα μπορέσουμε ποτέ,- όπως έθεσε το θέμα ο William Blake,- να δούμε όλον τον κόσμο σ' ένα κόκκο άμμου, ή κάτι τέτοιο αποτελεί μόνο μια ποιητική μεταφορά;

Κάποιες πρόσφατες εξελίξεις στη θεωρητική φυσική, απαντούν σε μερικά από αυτά τα ερωτήματα. Οι απαντήσεις που μας προσφέρουν, μπορεί να είναι σημαντικές ενδείξεις για την τελική θεωρία της πραγματικότητας. Μελετώντας τις μυστηριώδεις ιδιότητες των μαύρων τρυπών, οι φυσικοί έχουν συμπεράνει απόλυτα όρια για το μέγεθος της πληροφορίας που μπορεί να συγκρατήσει μια περιοχή του χώρου η μια ποσότητα ύλης και ενέργειας. Τα σχετικά αποτελέσματα υπαινίσσονται ότι το Σύμπαν μας το οποίο το αντιλαμβανόμαστε να έχει τρεις χωρικές διαστάσεις, μπορεί να έχει "περιγραφεί" σε μια δισδιάστατη επιφάνεια, σαν ένα ολόγραμμα. Η καθημερινή μας τότε αντίληψη για τον κόσμο ως τρισδιάστατο, μπορεί να είναι είτε μια βαθιά πλάνη, είτε απλά ο ένας από τους δύο εναλλακτικούς τρόπους να αντιλαμβανόμαστε την πραγματικότητα. Ένας κόκκος άμμου μπορεί να μην περιέχει όλο τον κόσμο αλλά μια τεράστια επίπεδη οθόνη ίσως να μπορεί.

Εικόνα 1. Η ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΜΙΑΣ ΜΑΥΡΗΣ ΤΡΥΠΑΣ είναι ανάλογη με το εμβαδόν του ορίζοντα των γεγονότων της, δηλαδή την επιφάνεια εκτός της οποίας ούτε το φως δεν θα μπορούσε να διαφύγει υπό την επίδραση της βαρυτικής της έλξης. Πιο συγκεκριμένα, μια τρύπα με έναν ορίζοντα που έχει επιφάνεια A φορές την επιφάνεια Planck, έχει Α/4 μονάδες εντροπίας. (Το εμβαδόν της επιφάνειας Planck, είναι περίπου 10^-66  τετραγωνικά εκατοστόμετρα, και είναι η θεμελιώδης επιφάνεια που ορίζεται από την ένταση της βαρύτητας, την ταχύτητα του φωτός, και τη σταθερά του Planck.) Θεωρούμενη ως πληροφορία, είναι σα να είχε γραφτεί η εντροπία πάνω στον ορίζοντα γεγονότων, με κάθε bit (δηλαδή τα ψηφία 0 και 1) ν' αντιστοιχεί σε 4 εμβαδά του Planck.