北京
英国朴茨茅斯大学的物理学家梅尔文·沃普森（Melvin Vopson）正在做一件听起来像科幻小说的事——他试图证明，信息是有质量的。如果成功，这不仅会改变我们对物质的基本理解，还可能解开暗物质和暗能量这两个困扰科学界几十年的宇宙谜题。
沃普森研究的是信息理论。他设计了一项实验，想要验证基本粒子是否具有可测量的质量。如果实验结果符合他的预期，那将证明信息拥有质量，是宇宙中除气态、等离子态、液态和固态之外的第五种物质状态。
"更深层的意义在于，这将证明我们的宇宙是数学性的，并在数学、计算与物质世界之间建立起联系，"沃普森在邮件中解释道，"这能从根本上改变我们看待物理学及其他一切科学的方式。宇宙中这种新的物质成分，可能是解释诸多未解之谜的关键环节，包括暗物质和暗能量。"
这一设想的理论基础，是沃普森2019年发表在《AIP Advances》期刊上的"质量-能量-信息等效原理"。该原理假设，如今用于数字数据存储的信息比特（bit）不仅是物理存在的，而且在存储信息时具有"有限且可量化的质量"。这个质量非常小：在室温下，一个数字比特的质量约为3.19 × 10^-38千克。
沃普森推测，如果你擦除这条信息，就会损失极微小的质量，进而损失等量的能量。举个例子：从存储设备中擦除1TB数据，其质量会减少约2.5 × 10^-25千克。这个数字小到只能与质子质量作比较——一个质子的质量约为1.67 × 10^-27千克。
实验验证这一原理，或许能解释暗物质等宇宙谜团。沃普森指出，信息比特的物理特性与暗物质的观测特征惊人地相似：都是质量极小的粒子，不带电荷，也没有自旋。
"我们确实需要审视宇宙学模型，尝试将这一新成分纳入其中，以解释星系动力学和宇宙的加速膨胀，"他说。也许，最基本粒子中所包含信息的额外质量，正好能填补暗物质的质量缺口。
他的初步估算显示，10的93次方比特的信息量，就足以解释所有"缺失"的暗物质。
质量-能量-信息等效的概念并非凭空而来。1961年，物理学家罗尔夫·兰道尔（Rolf Landauer）首次提出：比特是物理存在的，具有明确的能量。擦除一个比特的信息时，该比特会耗散可测量的能量。而早在这一信息概念出现之前，阿尔伯特·爱因斯坦就已确立了质能等价关系。
科学家认为，宇宙中可观测的物质具有特定的信息含量。以典型原子为例——包含质子、电子和中子的原子，不仅承载着这些粒子的综合信息，还承载着它们之间的相互作用信息。
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