Астрономи пояснили природу темної енергії Всесвіту через квантову пам’ять

Нове теоретичне дослідження, опубліковане у Jour­nal of Cos­mol­o­gy and Astropar­ti­cle Physics, пропонує радикально інший погляд на природу Всесвіту. На думку авторів, інформація — а не матерія, енергія чи навіть простір-час — може бути найфундаментальнішою частиною реальності. Цю концепцію вони називають матрицею квантової пам’яті (Quan­tum Mem­o­ry Matrix, QMM).

Ідея полягає в тому, що простір-час не є суцільним, а складається з крихітних «квантових клітин». Кожна з них здатна зберігати інформаційний «відбиток» усіх взаємодій, які відбуваються в ній — від проходження частинки до дії сил, як-от гравітації, електромагнетизму чи ядерних взаємодій. Інакше кажучи, Всесвіт не просто розвивається — він пам’ятає.

Спершу дослідники застосували QMM до парадокса інформації чорних дір — проблеми, яка виникає через суперечність між загальною теорією відносності й квантовою механікою. Згідно з Ейнштейном, усе, що падає в чорну діру, зникає назавжди. Але квантова теорія забороняє знищення інформації. У межах QMM ця суперечність зникає: інформація не втрачається, а записується у клітинах простору-часу, що оточують чорну діру, навіть після її випаровування.

Поступово автори розширили модель, показавши, що всі фундаментальні взаємодії — сильна, слабка й електромагнітна — залишають аналогічні «сліди» в тканині Всесвіту. Так народився принцип геометрично-інформаційної двоїстості: форма простору-часу залежить не лише від маси та енергії (як у загальній теорії відносності), а й від розподілу квантової інформації, зокрема від заплутаності частинок.

Цей підхід допоміг запропонувати нове пояснення темної матерії та темної енергії. За словами авторів, скупчення інформаційних відбитків поводяться, так само як темна матерія — утворюють гравітаційні «грудки» і впливають на рух галактик без потреби у вигаданих частинках. А коли клітини простору-часу заповнюються інформацією до межі, їхній надлишковий енергетичний ефект проявляється у вигляді темної енергії, що прискорює розширення Всесвіту.

У найсміливішій частині роботи дослідники припускають, що космос може бути циклічним — періоди розширення й стискання повторюються кілька разів, залишаючи все більше ентропії, аж доки простір-час не досягне своєї інформаційної межі. На той момент Всесвіт перестане «відновлюватися» і поступово сповільнить своє розширення. За оцінками команди, за всю історію він уже пережив три або чотири такі цикли, а загальний «інформаційний вік» може становити близько 62 мільярдів років.

Цікаво, що елементи цієї моделі вже випробували на квантових комп’ютерах: використовуючи кубіти як аналоги клітин простору-часу, дослідники змогли відтворити процес запису та зчитування квантових станів із точністю понад 90%. Це свідчить, що QMM може не лише пояснити структуру Всесвіту, а й допомогти створювати стійкіші квантові обчислювальні системи.

Зрештою, концепція QMM малює Всесвіт як величезний квантовий архів — космічний комп’ютер, де кожна частинка, сила і подія залишає слід у пам’яті простору-часу. І якщо ця ідея виявиться правильною, то історія космосу не просто зберігається у світлі зірок чи реліктовому випромінюванні — вона буквально записана в самій тканині реальності.