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Dans leurs tentatives de comprendre la nature même de notre réalité, les physiciens ont certainement des théories surprenantes. Et si l’information était un aspect tangible et fondamental de la réalité physique elle-même, au même titre que la matière et l’énergie ? Ou encore, si l’information était le cinquième état de la matière ?

L’information est, après tout, quelque chose que la matière et l’énergie possèdent de manière mesurable. Les règles qui régissent leur existence, comme leur masse, leur vitesse ou leur charge, sont autant d’éléments d’information qu’elles contiennent.

Pour permettre de sonder expérimentalement ces idées, le physicien Melvin Vopson de l’université de Portsmouth, au Royaume-Uni, a estimé la quantité d’informations qu’une seule particule élémentaire, comme un électron, stocke sur elle-même. Il a ensuite utilisé ce calcul pour estimer la quantité stupéfiante d’informations contenues dans l’ensemble de l’Univers observable.

« C’est la première fois que cette approche est utilisée pour mesurer le contenu en information de l’Univers, et elle fournit une prédiction numérique claire », déclare Vopson.

Vopson a estimé que chaque particule de l’Univers observable contient 1,509 bits d’information, en utilisant la théorie de l’information de Claude Shannon.

Cette théorie lie l’entropie – la quantité d’incertitude dans un système – à l’information : Le contenu informatif d’un message est une mesure de l’incertitude réduite par le message. Mais différents types de messages ont des valeurs différentes.

Par exemple, le résultat (le message) d’un tirage à pile ou face équitable contient un bit d’information : cet événement était pile, et non face. Si la pièce était à deux faces, le résultat attendu de pile a 0 bit d’information, car il n’ajoute rien de nouveau à ce que nous savions déjà.

Mais si la pièce est biaisée en faveur de face et que l’on se retrouve avec pile, ce résultat surprenant fournit un peu plus d’informations qu’un événement ordinaire à 1 bit : Cet événement était pile et il n’était pas prévu.

Vopson a appliqué ces calculs d’entropie de l’information à la masse, à la charge et au spin des protons, des neutrons (et des quarks qui les composent) et des électrons, afin d’obtenir une estimation de la quantité d’informations qu’ils contiennent.

Puis, à l’aide des estimations du nombre de ces particules, il a multiplié ce chiffre par l’Univers tout entier.

Le résultat est un 6 suivi d’un nombre stupéfiant de 80 zéros en termes de bits d’information, ce qui est en fait inférieur aux estimations précédentes. Mais Vopson s’y attendait, étant donné que les calculs précédents tentaient de prendre en compte l’ensemble de l’Univers, alors qu’il a limité son calcul aux seules parties observables – excluant les antiparticules et les forces (comme les bosons de lumière).

« Nous avons considéré tous les bosons comme des particules de force/interaction responsables du transfert d’informations, plutôt que du stockage d’informations », écrit Vopson. « Nous postulons que l’information ne peut être stockée que dans des particules stables et ayant une masse au repos non nulle, tandis que les bosons porteurs d’interaction/de force ne peuvent transférer l’information que par le biais d’ondes. »

Il n’a pas non plus inclus les particules ou antiparticules instables, étant donné que leur durée de vie est extrêmement courte, « de sorte que leur observation n’est possible que via des conditions expérimentales créées artificiellement ou de manière théorique », écrit-il. « Par conséquent, leur participation à l’Univers observable est négligeable et, par extrapolation, leur capacité à enregistrer de l’information est également négligeable.

« Mais il est important de mentionner que l’information pourrait également être stockée sous d’autres formes, y compris à la surface du tissu espace-temps lui-même, selon le principe holographique. »

L’idée que l’information est physique existe depuis les années 1920. Depuis, des expériences ont démontré un lien entre la théorie de l’information et la thermodynamique, et ont conduit à l’idée folle que l’Univers est simulé en 3D à partir d’une réalité en 2D.

« Ces théories radicales sont basées sur le principe que l’information est physique, que l’information est enregistrée par les systèmes physiques et que tous les systèmes physiques peuvent enregistrer l’information », explique Vopson.

Sur cette base, Vopson avait précédemment proposé que l’information puisse être un cinquième état de la matière, à côté du solide, du liquide, du gaz et du plasma, et, ce qui est encore plus fou, que l’information puisse être la matière noire que les physiciens recherchent.

Ces nouveaux calculs pourraient aider à vérifier ces hypothèses étranges et fascinantes.

« L’approche actuelle offre un outil unique pour estimer le contenu en information par particule élémentaire, ce qui est très utile pour concevoir des expériences pratiques permettant de tester ces prédictions », conclut Vopson.

D’ailleurs, si la lumière peut être une particule et si les états physiques peuvent être indéterminés jusqu’à ce qu’ils soient observés, pourquoi diable l’information ne pourrait-elle pas être une partie physique et fondamentale de l’Univers ?

Cette recherche a été publiée dans AIP Advances.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencealert.com/

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