Przez ponad sto lat fizyka radziła sobie całkiem nieźle z dwoma współlokatorami, którzy odmawiają rozmowy ze sobą: ogólną teorią względności i mechaniką kwantową. Teoria Einsteina traktuje grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni, podczas gdy mechanika kwantowa rządzi na małych cząstkach. Obie działają świetnie na swoich boiskach, ale spróbuj je połączyć, a dostaniesz intelektualny odpowiednik niebieskiego ekranu śmierci – szczególnie wokół czarnych dziur, ciemnej materii, ciemnej energii i całego tego „po co tu jesteśmy”.

Zespół kierowany przez Floriana Neukarta z Uniwersytetu w Lejdzie dłubał nad sposobem na zasypanie tej przepaści, a ich pomysł jest odświeżająco prosty: traktuj informację, a nie materię, energię czy nawet samą czasoprzestrzeń, jako najbardziej podstawowy składnik wszechświata. Nazywają to kwantową matrycą pamięci (QMM) i twierdzą, że czasoprzestrzeń nie jest gładkim kontinuum, ale siatką maleńkich komórek, z których każda może przechowywać kwantowy odcisk każdej interakcji, która przez nią przechodzi – cząstki, siły, złych wibracji sąsiada. Innymi słowy, wszechświat nie tylko się dzieje; on notuje.

Całość wyrosła z paradoksu informacji w czarnej dziurze, który jest fizycznym sposobem na powiedzenie „coś musi ustąpić”. Względność mówi, że wszystko, co wpadnie do czarnej dziury, przepada na zawsze; mechanika kwantowa mówi, że informacja nigdy nie może zostać zniszczona. Rozwiązanie QMM: gdy materia wpada, otaczające komórki czasoprzestrzeni rejestrują jej odcisk. Kiedy czarna dziura w końcu wyparuje, informacja była już zarchiwizowana – jak kosmiczne przechowywanie w chmurze, które poprzedza chmurę.

Zespół sformalizował to za pomocą czegoś, co nazywa się operatorem odcisku, odwracalną regułą, która sprawia, że zachowanie informacji działa. Zaczęli od grawitacji, potem zdali sobie sprawę, że silne i słabe siły jądrowe również pozostawiają ślady w czasoprzestrzeni. Rozszerzyli to nawet na elektromagnetyzm (artykuł obecnie recenzowany – więc nieoficjalnie oficjalny). Okazuje się, że proste pole elektryczne zmienia stan pamięci komórek czasoprzestrzeni. Doprowadziło ich to do szerszej zasady, którą nazywają dualnością geometrii i informacji: kształt czasoprzestrzeni jest kształtowany nie tylko przez masę i energię, jak uczył Einstein, ale także przez to, jak rozłożona jest informacja kwantowa, szczególnie poprzez splątanie – tę upiorną więź, gdzie dwie cząstki mogą być połączone na lata świetlne.

Ta zmiana ma dramatyczne konsekwencje. W jednym badaniu (również recenzowanym) skupiska odcisków zachowują się dokładnie jak ciemna materia – grupują się pod wpływem grawitacji i wyjaśniają, dlaczego galaktyki orbitują z nieoczekiwanie dużymi prędkościami bez potrzeby egzotycznych nowych cząstek. W innym artykule pokazali, jak może powstawać ciemna energia: gdy komórki czasoprzestrzeni nasycają się – pomyśl o nich jak o pełnych dyskach twardych – nie mogą rejestrować nowych informacji, więc wnoszą energię resztkową o tej samej matematycznej postaci co stała kosmologiczna. Rozmiar pasuje do obserwowanej ciemnej energii, sugerując, że ciemna materia i ciemna energia to dwie strony tego samego informacyjnego medalu. Nieźle.

Ale co się stanie, gdy pamięć czasoprzestrzeni całkowicie się wypełni? Ich najnowszy artykuł, przyjęty do publikacji w The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, wskazuje na cykliczny wszechświat, który odbija się, a nie zapada w osobliwość. Każdy cykl ekspansji i kontrakcji osadza więcej entropii w księdze; gdy granica zostanie osiągnięta, zmagazynowana entropia napędza odwrócenie – odbicie – prowadząc do nowej fazy ekspansji. Model sugeruje, że wszechświat przeszedł już przez trzy lub cztery cykle, a pozostało mniej niż dziesięć. Potem pojemność informacyjna czasoprzestrzeni jest całkowicie nasycona i wszechświat wchodzi w końcową fazę spowalniającej ekspansji. To umieszcza prawdziwy „wiek informacyjny” kosmosu na około 62 miliardy lat, a nie 13,8 miliarda naszej obecnej ekspansji.

Brzmi jak czysta teoria? Przetestowali już części QMM na dzisiejszych komputerach kwantowych, traktując kubity jako maleńkie komórki czasoprzestrzeni. Używając protokołów odciskania i odzyskiwania opartych na równaniach QMM, odzyskali oryginalne stany kwantowe z dokładnością ponad 90%.