Сет Ллойд - Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер

Тепер, коли наші герої роману представлені, розповімо історію Всесвіту у світлі їхньої взаємодії. Саме ця взаємодія, перетягування каната між інформацією та енергією, і змушує Всесвіт обчислювати.

За останнє століття прогрес у конструюванні телескопів дав можливість точніше, ніж будь-коли, спостерігати за Всесвітом поза межами нашої Сонячної системи. Минуле десятиліття особливо визначне в плані спостережень за небосхилом. Наземні телескопи та супутникові обсерваторії накопичили велику кількість даних, що описують, який вигляд Всесвіт має зараз, а також який вигляд він мав у минулому. (Оскільки швидкість світла є скінченною, то, коли ви дивитесь на галактику, яка за мільярди світлових років, ви бачите зображення мільярдорічної давнини.) Отака історичність спостережень за космосом є корисною, коли ми намагаємося розплутати первісну історію Всесвіту.

Всесвіт виник лише трохи менш як 14 мільярдів років тому в гігантському вибуху. Що ж відбувалося до Великого вибуху? Нічого 6 6 У деяких космологічних теоріях вважається, що Всесвіт існує вічно, а Великий вибух настав після Великого стиснення. У цих моделях наш Всесвіт розширюватиметься, а потім знов увійде у фазу Великого стиснення, за яким настане черговий Великий вибух і так далі. Хоча такі моделі Всесвіту узгоджуються із законами фізики, на сьогодні вони не вважаються найбільш коректними. (Прим. авт.) . Не було ні часу, ні простору. Не порожній простір, а відсутність простору . Сам час мав початок. Немає нічого поганого в початку з нічого. Наприклад, додатні числа починаються з нуля («порожнє місце»). Перед нулем немає додатних чисел. До Великого вибуху не було нічого – ні енергії, ні бітів.

Потім ні з того ні з сього виник Всесвіт. Виник час, і разом з ним – космос. Новонароджений Всесвіт був простим, початкова мішанина квантових полів містила небагато інформації та енергії. Щонайбільше це вимагало кількох бітів для опису. Фактично, якщо, як домислюють деякі фізичні теорії, був лиш один можливий початковий стан Всесвіту і лиш одна самоузгоджена система фізичних законів, то початковий стан не потребував бітів інформації для опису. Пригадаймо, що для накопичення інформації повинні бути альтернативи, наприклад: 0 або 1, так або ні, цей чи той. Якщо не було альтернатив початковому стану Всесвіту, то для його опису потрібен нуль бітів, і він ніс нуль бітів інформації. Ця початкова нечисленність інформації відповідає точці зору про те, що Всесвіт виник із нічого.

Зате, щойно Всесвіт виник, він почав розширюватись. У міру розширення він витягав дедалі більше енергії з глибинної квантової структури часу та простору. Сучасні фізичні теорії припускають, що кількість енергії в ранньому Всесвіті росла дуже швидко (відбувався процес «космологічної інфляції» – «роздування»), а от кількість інформації – повільніше. Ранній Всесвіт залишався простим і впорядкованим, його можна було б описати лише кількома бітами інформації. Енергія, що була створена, була вільною енергією.

Проте ця нечисленність інформації тривала недовго. В подальшому процесі розширення після закінчення стадії «космологічної інфляції» вільна енергія, накопичена в квантових полях, почала перетворюватися в тепло, збільшуючи ентропію та створюючи всі існуючі види елементарних частинок. Ці частинки були гарячими: вони дуже сильно коливалися. Щоб описати ці коливання, потрібно багато інформації. Після того як вік Всесвіту становив одну мільярдну частку секунди (кількість часу, потрібна світлові для подолання метра) минула, кількість інформації, що містилась у Всесвіті, була порядку 100 тисяч мільярдів мільярдів мільярдів мільярдів мільярдів (10 50) бітів. Це приблизно один біт на кожен атом, що утворює Землю. Щоб зберігати стільки інформації візуально, потрібна була б фотографія завбільшки з Молочний Шлях. Великий вибух також був Інформаційним вибухом .

Оскільки енергія у Всесвіті змінювала форму, Всесвіт також обробляв і трансформував свої біти, заповнюючи свій «реєстр пам’яті» результатами цієї обробки інформації. Після тієї мільярдної частки секунди Всесвіт виконав приблизно 10000 мільярдів мільярдів мільярдів мільярдів мільярдів мільярдів мільярдів (10 67) елементарних операцій, або «опів», на бітах, які він передавав. Багато що відбулось. Але що ж Всесвіт обчислював під час цієї початкової мільярдної частки секунди? Письменники-фантасти припустили, що впродовж цього часу, значно коротшого за мить, могли виникати і зникати повністю цивілізації. У нас немає доказу існування цієї публіки, що жила так швидко. Найімовірніше, ці ранні «опи» складалися з елементарних частинок, що хаотично відскакували одна від одної.