Miért nem semmisíthető meg az információ. Hadd mondjak valamit, ami megváltoztatja, ahogyan minden egyes megtörtént dologról, minden valaha kimondott szóról gondolkodsz. Minden egyes lélegzetvétel, amit valaha vettél, minden pillanat, amiről azt hiszed, hogy örökre elveszett, egyáltalán nem veszett el, egyetlen apró részlete sem. És ezt nem valami költői értelemben mondom. Nem úgy értem, hogy az emlékeid tovább élnek azoknak a szívében, akik szerettek téged. Nem úgy értem, hogy a világegyetem valamilyen misztikus kozmikus tudaton keresztül emlékszik rád. Szó szerint, fizikailag, matematikailag értem: minden valaha történt dolog információja még mindig itt van, pontosan most, belekódolva az univerzum kvantumállapotába, kitörölhetetlenül és elpusztíthatatlanul. Ez nem filozófia, ez fizika, és az egyik legmélyebb igazság, amit valaha felfedeztünk a valóság természetéről. Leonard Susskind vagyok.
Több mint 50 évet töltöttem a kvantummechanika, az általános relativitáselmélet, a húrelmélet és a fekete lyukak kutatásával. És teljes bizonyossággal állíthatom, hogy az információmegmaradás a fizika legmélyebb törvénye, mélyebb, mint az energiamegmaradás, mélyebb, mint az impulzusmegmaradás, mélyebb, mint bármilyen szimmetriaelv, amiről valaha hallottál. Ha az információt meg lehetne semmisíteni, a fizika teljes rendszere összeomlana. A kvantummechanika ellentmondásossá válna. A múltnak nem lenne kapcsolata a jövővel. Az előrejelzés lehetetlenné válna. Maga a valóság válna inkoherenssé. És mégis, közel 30 éven át minden idők egyik legnagyobb fizikusa, Stephen Hawking amellett érvelt, hogy az információ megsemmisíthető.
Hogy a fekete lyukak elnyelhetik az információt, és véglegesen kitörölhetik a világegyetemből. Tévedett. És annak bizonyítása, hogy tévedett, a fizika történetének egyik legfontosabb felfedezéséhez vezetett. De túlságosan előreszaladtam. Hadd kezdjem az elején. Mit is értek információ alatt? A legtöbb ember, amikor meghallja az információ szót, adatokra, képernyőn lévő számokra, egy könyv szavaira vagy egy számítógép bitjeire gondol. És igen, ezek mind az információ formái. De a fizikában az információ valami sokkal alapvetőbbet jelent. Az információ egy fizikai rendszer teljes leírása: minden részecske helyzete és impulzusa, minden kvantumszám, minden korreláció az összes részecske között – a teljes kvantumállapot. Ha ismersz egy rendszert a teljes kvantumállapotában egy adott pillanatban, akkor elvileg kiszámíthatod az állapotát bármely más pillanatban, legyen az a múltban vagy a jövőben.
Ezt garantálják a kvantummechanika egyenletei. A szakkifejezés erre az unitaritás. Az unitér fejlődés azt jelenti, hogy a kvantumállapotok olyan módon fejlődnek, amely megőrzi az összes információt. Ezért nem jön létre új információ, és nem is semmisül meg. A világegyetem teljes információmennyisége állandó. Gondolj bele így: képzeld el, hogy van egy könyved, egy gyönyörű, bőrkötéses könyv ezer oldalnyi szöveggel. Most képzeld el, hogy elégeted ezt a könyvet. Az oldalak felkunkorodnak és elfeketednek. A szavak eltűnnek. A könyv egy rakás hamuvá, füstté és hősugárzássá redukálódik. Megsemmisült a könyvben lévő információ? Az intuíciód azt súgja, hogy igen. Nyilvánvalóan igen. A szavak eltűntek, az oldalak eltűntek, és a könyv is eltűnt. A fizika azonban azt mondja: „Nem, az információ még mindig ott van. Méghozzá belekódolva minden hamurészecske pontos elrendeződésébe, minden füstmolekulába, minden infravörös sugárzás-fotonba, amely az égés során kiszabadult.” Ha valahogy rögzíteni tudnád minden egyes részecskét, minden egyes fotont, minden egyes energiakvantumot, ami az égés során keletkezett, és ha végtelen számítási kapacitásod lenne, elviekben rekonstruálhatnád a könyvet, minden szavát, minden oldalát, minden betűjét. Az információ nem semmisült meg, csupán összekuszálódott és szétszóródott hatalmas számú részecske között egy hihetetlenül bonyolult mintázatban. De még mindig ott van. Az univerzum nem felejt.
Most azt mondhatnád: „Rendben, de ez csak elmélet. A gyakorlatban soha nem tudnánk ténylegesen rekonstruálni a könyvet a hamuból.” És igazad lenne. A gyakorlatban az információ menthetetlenül összekuszálódott. Soha nem tudnánk kibogozni. De ez nem számít. A lényeg nem az, hogy visszanyerhetjük-e az információt. A lényeg az, hogy az információ még mindig létezik-e. És igen, mindig létezik, kivétel nélkül. Ez az elv, az információmegmaradás be van építve a kvantummechanika legbelső szerkezetébe. Ez nem egy utólagos kiegészítés. Nem is egy közelítés. Ez fundamentális. Enélkül a kvantummechanika egyszerűen nem működik. Az egyenletek inkonzisztensekké válnak. A valószínűségek nem adnak ki egyet. Az egész elmélet teljesen összeomlik. Hadd mutassam meg mélyebben, miért olyan fontos ez.
A klasszikus fizikában, Newton fizikájában az információmegmaradás egyértelmű. Ha ismered egy rendszer minden részecskéjének helyzetét és sebességét, meg tudod jósolni a jövőt, és vissza tudod vezetni a múltat. A törvények determinisztikusak. Semmilyen információ nem vész el, mert az egyenletek tökéletesen megfordíthatók. Futtasd le a filmet előre, futtasd visszafelé. Minden képkockát az összes többi képkocka határoz meg. A kvantummechanika azonban más. Valószínűségi alapokon nyugszik. Amikor megmérsz egy kvantumrendszert, egy véletlenszerű eredményt kapsz a lehetőségek halmazából. Emiatt úgy tűnhet, mintha információ veszne el. Végül is a mérés előtt a rendszer az állapotok szuperpozíciójában volt. Utána pedig egy konkrét határozott állapotba kerül. Mi történt a többi lehetőséggel?
Ez a mérés problémája, és ez az egyik legmélyebb rejtély a fizikában. De itt a lényeg: a kvantummechanikában még minden furcsaságával, bizonytalanságával, szuperpozíciójával és összefonódásával együtt is a kvantumállapot alapvető fejlődése unitér. Tökéletesen megőrzi az információt. Így a mérés során fellépő látszólagos információvesztés csupán a mi nézőpontunkból adódó látszat, nem pedig az alapvető fizika tulajdonsága. És a sokvilág-értelmezésben – amelyet egyre meggyőzőbbnek találok – egyáltalán nem vész el semmilyen információ, mert minden lehetséges kimenetel ténylegesen megtörténik egy elágazó univerzumban. A hullámfüggvény sosem omlik össze. Csak folytatja az unitér fejlődést, örökre megőrizve minden bitnyi információt. De még ha nem is hiszel a sokvilág-elméletben, a standard koppenhágai értelmezés szerint is a Schrödinger-egyenlet, amely a kvantumfejlődést irányítja, unitér. Az információ megmarad. Ez nem vitatott a fizikusok körében. Ez a tankönyvi kvantummechanika.
Eddig minden rendben. Az információ megmarad. Az egyenletek is ezt mondják. A kísérletek is megerősítik. Minden konzisztens, egészen addig, amíg be nem dobunk egy fekete lyukat a képletbe. És ekkor minden a feje tetejére állt. 1974-ben Stephen Hawking az elméleti fizika történetének egyik legjelentősebb felfedezését tette. A kvantummechanika és az általános relativitáselmélet ötvözésével kimutatta, hogy a fekete lyukak nem tökéletesen feketék. Sugároznak. Részecskéket bocsátanak ki. Egy halvány hősugárzással izzanak, amelyet ma Hawking-sugárzásnak nevezünk. Ez megdöbbentő volt. Mindenki azt feltételezte, hogy semmi sem menekülhet ki egy fekete lyukból. Ezt mondja az általános relativitáselmélet. Amint valami átlépi az eseményhorizontot, örökre eltűnik. Hawking azonban kimutatta, hogy az eseményhorizont közelében lévő kvantumhatások miatt a fekete lyuk lassan, fokozatosan, csillagászati időskálán mérve sugárzást bocsát ki. És ez a sugárzás energiát von el a fekete lyuktól. Tehát a fekete lyuk zsugorodik, tömeget veszít, és elpárolog. Ha pedig elég sokáig vársz – trilliónyi és trilliónyi évig egy csillagtömegű fekete lyuk esetében –, az teljesen elpárolog. Eltűnik. Nem marad más belőle, mint egy halvány sugárzási köd, ami szétterjed az űrben.
Most jön a probléma. A bomba, amit Hawking a fizikára dobott. Azzal érvelt, hogy a fekete lyuk által kibocsátott sugárzás tökéletesen termikus, véletlenszerű és jellegtelen. Semmilyen információt nem tartalmaz arról, ami a fekete lyukba zuhant. Gondolj bele ebbe. Bedobsz egy könyvet a fekete lyukba. A fekete lyuk elnyeli a könyvet. Idővel elpárolog, és Hawking-sugárzást bocsát ki. De Hawking szerint ez a sugárzás teljesen véletlenszerű. Nem hordoz információt a könyvről. Egy Shakespeare-köteteket elnyelő fekete lyuk sugárzása teljesen megegyezik egy telefonkönyvet elnyelő fekete lyuk sugárzásával. A könyvre vonatkozó információ eltűnt, megsemmisült, kitörlődött az univerzumból. Ha Hawkingnak igaza volt, a fekete lyukak megsértik az információmegmaradást. Ők információ-pusztítók. Bedobod az információt, és ami kijön, az véletlenszerű zaj. Ez volt a fekete lyuk információs paradoxon, és ez egy igazi krízist okozott az elméleti fizikában. Ugyanis ha az információ megsemmisülhet a fekete lyukakban, akkor az unitaritás sérül. Ha az unitaritás sérül, a kvantummechanika inkonzisztenssé válik. Ha pedig a kvantummechanika inkonzisztens, akkor egyáltalán nem értjük a valóságot.
Hadd mondjam el, mi történt ezután, mert itt kapcsolódik be a saját munkám, és ez egy olyan történet, amely az életemből évtizedeket emésztett fel. Amikor Hawking először felvetette, hogy az információ megsemmisül a fekete lyukakban, a legtöbb fizikus nem vette annyira komolyan. Azt feltételezték, hogy kell lennie valamilyen finomságnak, valamilyen korrekciónak Hawking számításaiban, ami megmenti az információmegmaradást. Hawking azonban kitartott. Zseniális volt. És az érvei nagyon-nagyon jók voltak. Mindenkit kihívott, hogy mutassa meg, hol hibádzik az okfejtése. És éveken át senki sem tudta. Emlékszem arra a pillanatra, amikor rájöttem, mennyire komoly is ez valójában. A kilencvenes évek elején jártunk, és sokat gondolkodtam a kvantummechanika és a gravitáció kapcsolatán. Mindig is hittem az információmegmaradásban. Ez volt a sziklaszilárd alapja mindennek, amit a fizikáról tudtam. Hawking viszont azt mondta, hogy téves. Azt állította, hogy a gravitáció, pontosabban a fekete lyukak extrém gravitációja képes elpusztítani az információt, és hogy a kvantummechanika szabályai csődöt mondanak, amikor a gravitáció elég erős.
Ezt nem tudtam elfogadni. Nem azért, mert makacs vagyok – bár az vagyok –, hanem mert az információmegmaradás túlságosan is mélyen bele van szőve a fizika szövetébe. Nem lehet csak úgy kitépni anélkül, hogy az egész kárpit szét ne foszlana. Ha az információ elvész a fekete lyukakban, akkor a termodinamika második főtétele értelmét veszti. Az entrópia, amely alapvetően az információról szól, meghatározhatatlanná válik. A statisztikus mechanika teljes keretrendszere összeomlik. A termodinamika, a kvantummechanika és a gravitáció közötti kapcsolatok, amelyeket évtizedekig építettünk, mind tévesek lennének. Tehát elhatároztam, hogy bebizonyítom: Hawking téved. És nem voltam egyedül. Gerard 't Hooft, a holland Nobel-díjas fizikus hasonló irányban gondolkodott. Mindketten hittük, hogy az információnak meg kell maradnia. Hogy a Hawking-sugárzásnak valahogyan kódolnia kell az információt arról, ami beesett. De hogyan? A fekete lyuk eseményhorizontja egy egyirányú ajtónak tűnik. A dolgok bemennek, de semmi sem jön ki. Hogyan juthatna ki az információ az eseményhorizont mögül, ha egyszer semmi sem tud onnan kiszabadulni?
Itt válnak a dolgok igazán furcsává és gyönyörűvé. A válasz, úgy vélem, a komplementaritás nevű elvben rejlik. A fekete lyuk komplementaritásban. Az ötlet nagyjából a következő. Egy a fekete lyukba zuhanó megfigyelő szemszögéből semmi különös nem történik az eseményhorizonton. Áthalad rajta. Nem vesz észre semmi szokatlant. Tovább zuhan a szingularitás felé. Végül az árapály-erők darabokra tépik, de egy darabig teljesen jól van. Az eseményhorizont nem egy fizikai akadály. Ez egy matematikai határvonal. Egy a fekete lyukat kívülről szemlélő megfigyelő szemszögéből valami egészen más történik. Azt látja, hogy a bezuhanó személy lelassul, ahogy közeledik az eseményhorizonthoz. Látja, hogy a fénye vöröseltolódást szenved, és egyre halványabbá válik. Soha nem látja őt ténylegesen átkelni a horizonton. És ahogy a fekete lyuk elpárolog, látja, hogy a bezuhanó személyről szóló információ fokozatosan belekódolódik a kívül lévő Hawking-sugárzásba. Az információ sosem vész el. Összekuszálódik, összekeveredik, és hihetetlenül nehézzé válik a dekódolása, de ott van a sugárzásban.
Ez a két nézőpont ellentmondásosnak tűnik. A bezuhanó megfigyelő azt látja, hogy az információ a horizont mögé kerül. A külső megfigyelő azt látja, hogy az információ a horizonton kívül marad. Hogyan lehet mindkettőnek igaza? A komplementaritás kulcsgondolata az, hogy egyetlen megfigyelő sem láthatja mindkét nézőpontot egyszerre. A bezuhanó megfigyelő soha nem tudja közölni a tapasztalatait a külső megfigyelővel, mert az eseményhorizont mögött van. A külső megfigyelő pedig soha nem tudja ellenőrizni, hogy mi történt a horizont mögött. A két leírás komplementer egymással, akárcsak a hullám-részecske kettősség a kvantummechanikában. Mindkettő érvényes, és egyik sem teljes, de sohasem mondanak ellent egymásnak, mert egyetlen kísérlettel sem lehet mindkettőt egyszerre tesztelni. Ez egy radikális felvetés volt. Megkérdőjelezte a fizikai valóság objektivitására vonatkozó megszokott feltevéseinket. Azt állította, hogy az információ elhelyezkedése – hogy a fekete lyukon belül vagy kívül van-e – attól függ, hogy ki kérdezi, de mindez megőrizte azt az egyetlen dolgot, ami a leginkább számított: hogy az információ sosem semmisül meg.
Most hadd meséljek el egy újabb darabot ebből a rejtélyből, amely szerintem a fizika történetének egyik legmélyebb felfedezése. Ezt nevezik holografikus elvnek, és mindent megváltoztatott. A kilencvenes évek közepén, 't Hooft ötleteire és a saját, a fekete lyukak entrópiájával kapcsolatos kutatásaimra építve megfogalmaztam azt, ami ma holografikus elvként ismert. Az elképzelés a következő. A tér egy adott területén tárolható maximális információmennyiség nem az adott térfogattal arányos, ahogyan azt elvárnánk. Hanem az adott területet körülvevő határfelülettel arányos. Gondoljatok bele! Azt várnánk, hogy egy kétszer akkora szoba kétszer annyi információt képes tárolni. De nem, a tér egy részének információtároló kapacitását a felülete határozza meg, nem pedig a térfogata. Mintha a háromdimenziós világ, amelyet megtapasztalunk, valójában egy vetület lenne, egy kétdimenziós felületen tárolt információ hologramja. Ez őrültségnek hangzik, de a rá utaló bizonyítékok nagyon erősek.
A fekete lyukak szolgáltatták az első nyomot. Hawking és Jacob Bekenstein az 1970-es években kimutatták, hogy a fekete lyuk entrópiája, amely a benne található információ mértéke, arányos az eseményhorizontjának területével. Nem pedig a horizont által körbezárt térfogattal. A területtel. Egy napméretű fekete lyuk adott mennyiségű információt tartalmaz. Ebből kifolyólag, ha a fekete lyuk sugara kétszer akkora, nem nyolcszor annyi információt fog tartalmazni, mint azt a térfogat növekedéséből várnád. Négyszer annyit fog tartalmazni a terület növekedése alapján. Így a holografikus elv azt mondja, hogy ez nem pusztán a fekete lyukak sajátossága. Ez az univerzum alapvető tulajdonsága. A tér bármely régiójának információtartalmát a felülete határolja be. A valóság mélyebb értelemben kétdimenziós. Az általunk érzékelt háromdimenziós világ egy holografikus kivetülés.
És 1997-ben Juan Maldacena, egy fiatal argentin fizikus szolgáltatta a legmeggyőzőbb bizonyítékot a holografikus elvre az úgynevezett AdS/CFT-megfelelés felfedezésével. Kimutatta, hogy egy meghatározott geometriájú, ötdimenziós téridőben érvényesülő gravitációs elmélet pontosan egyenértékű egy kvantumtérelmélettel, amely ennek a téridőnek a négydimenziós határán létezik. Egy belső terében gravitációval rendelkező elmélet egyenértékű egy gravitáció nélküli elmélettel a határon. És a határelmélet tökéletesen unitér. Ott az információ tökéletesen megmarad. Ami azt jelenti, hogy az információnak a gravitációs elméletben is tökéletesen meg kell maradnia. Még fekete lyukakkal, sőt, még Hawking-sugárzással együtt is.
Maldacena felfedezése állt a legközelebb ahhoz, amit a fizikában matematikai bizonyításnak nevezhetünk arra nézve, hogy Hawking tévedett. Az információ nem semmisül meg a fekete lyukakban. Nem is semmisülhet meg, mert a gravitációs elmélettel egyenértékű határelmélet tökéletesen megőrzi az információt. Ez pusztító hatással volt Hawking álláspontjára nézve, és hatalmas elismerést érdemel, hogy Hawking végül 2004-ben, egy dublini konferencián engedett. Nyilvánosan bejelentette, hogy tévedett. Az információ megőrződik. Kijut a Hawking-sugárzás révén. Híresen elismerte annak a fogadásnak az elvesztését is, amelyet velem és Kip Thorne-nal kötött évtizedekkel korábban. Átadott nekem egy enciklopédiát, azzal viccelődve, hogy a benne lévő információ akár vissza is nyerhető lenne a hamvaiból, ha elégetném. Ez egy elegáns gesztus volt a fizika egyik legnagyobb elméjétől.
De a történet nem ér itt véget. Ugyanis, bár ma már tudjuk, hogy az információ megmarad, még mindig nem értjük teljesen, hogyan. Az a mechanizmus, ahogyan az információ kiszabadul egy fekete lyukból, továbbra is a fizika egyik legmélyebb nyitott kérdése maradt. És a dolgok az elmúlt években ezen a területen váltak igazán izgalmassá. Hadd meséljek el egy elméletet, amely ebből a kutatásból emelkedett ki, és amelyet teljesen lenyűgözőnek találok. A kvantum-összefonódást, mint a téridő szövetét. Úgy tűnik, hogy az összefonódás, az a kísérteties kvantumkapcsolat, amit Einstein annyira gyűlölt, az a ragasztó, ami összetartja a téridőt.
Ez az elképzelés, amely az „ER egyenlő EPR” (ER=EPR) szlogen alatt fut, két látszólag egymáshoz nem kapcsolódó koncepciót köt össze. Az ER az Einstein-Rosen hidakat jelöli, vagy ahogyan jobban ismerjük őket, a féreglyukakat, melyek a téridő távoli részeit összekötő hipotetikus alagutak. Az EPR az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxonra utal, a kvantum-összefonódás híres gondolatkísérletére. A Juan Maldacena és általam 2013-ban megfogalmazott sejtés az, hogy az összefonódás és a féreglyukak ugyanazt a dolgot jelentik. Amikor két részecske összefonódik, akkor azokat egy apró kvantumféreglyuk köti össze. Amikor az összefonódás kiterjedt és sok részecskét érint, a féreglyuk egy klasszikusan is átjárható híddá válik a téridő régiói között.
Ez nem egy metafora. Ez egy precíz matematikai összefüggés, amely valami egészen rendkívülit sugall a valóság természetéről. Maga a téridő, a világegyetem szövete, a színpad, amelyen minden történik, összefonódásokból, vagyis kvantuminformációból van szőve. Ha ez helyes, akkor az információ nem pusztán csak megőrződik az univerzumban. Az információ maga az univerzum. A téridő geometriája, a tér görbülete, az idő múlása – mindez a kvantuminformációnak és annak összefonódási hálózatának a megnyilvánulása. Ha elpusztítod az információt, elpusztítod magát a téridőt is. Nem csak néhány bitnyi adatot veszítesz el, magát a valóságot bontod le. Éppen ezért ennyire fundamentális az információmegmaradás. És ez nem csak a bitekről és bájtokról szóló szabály. Ez magának a világegyetem létezésének a szabálya. Az univerzum információból épül fel, és az információt nem lehet elpusztítani.
Most azonban még ennél is tovább akarok menni, mert az információmegmaradás következményei túllépnek a fekete lyukakon és a holográfián. A fizika és a filozófia minden szegletébe elérnek. Gondoljatok csak az idő nyílányára. Azt tapasztaljuk, hogy az idő előrefelé halad. Az okok megelőzik az okozatokat. A múltra emlékszünk, a jövőre viszont nem. Az entrópia növekszik. A dolgok szétesnek. A rend rendezetlenséggé bomlik. Mindez valóságos. Mindez az univerzumunk valódi sajátossága. De ha az információ megmarad, akkor elviekben a múlt sosem múlik el igazán. Minden múltbeli esemény információja ott van belekódolva a világegyetem jelenlegi állapotába. Annyira összekuszálódott, hogy gyakorlatilag reménytelen a visszanyerése. De ott van. A gyermekkorod, a dinoszauruszok, az Ősrobbanás – minden be van kódolva a világegyetem jelenlegi kvantumállapotába. A múlt nincs kitörölve. Csupán titkosítva van.
Hadd tegyem ezt kézzelfoghatóvá. Pontosan ebben a pillanatban, azok a fotonok, amelyek visszaverődtek Julius Caesar arcáról, még mindig utaznak az űrben. Hihetetlenül halványak, hatalmas térfogaton szóródtak szét, vöröseltolódást szenvedtek, és szinte a semmibe vésztek. De léteznek. Információt hordoznak Caesar arcáról. Elvben, egy kellően erős távcsővel és kellően fejlett adatfeldolgozási módszerekkel rekonstruálni tudnád Caesar arcának képét ezekből a fotonokból. A gyakorlatban ez persze lehetetlen. A jel elveszik a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és egymilliárd másik forrás zajában. De az információ ott van. Nem pusztult el. Csak felhígult.
És ez nem csak a fotonokra igaz. Minden kölcsönhatás, minden ütközés a részecskék között, minden valaha bekövetkezett kvantumjelenség nyomot hagyott az univerzum kvantumállapotán. A világegyetem a saját maga tökéletes archívuma. Semmi sem vész el soha. Semmi sincs elfelejtve. A fizika törvényei garantálják ezt. Ennek mélyreható következményei vannak a halál mibenlétére vonatkozóan is. Amikor egy ember meghal, a testében lévő atomok szétszóródnak. A talaj, a levegő, a víz részévé válnak. Végül ezek az atomok új élőlényekben hasznosulnak újra. Az ember fizikai anyaga eloszlik.
Azonban az információ, a teljes kvantumállapot, amely ezt a személyt élete minden pillanatában leírta, még mindig bele van kódolva az univerzumba. Nem egyetlen meghatározott helyen, nem is visszanyerhető formában, de ott van, szétterjedve elképzelhetetlenül nagy számú részecskében és korrelációban, méghozzá fizikailag egzaktsággal, még ha ez a gyakorlatban haszontalan is. Semmi, ami valaha is létezett, nem szűnt meg igazán létezni. Az információ fennmarad. Most felteheted a kérdést: vajon ez azt jelenti, hogy elvileg feltámaszthatnánk a halottakat? Megfordíthatnánk az összekuszálódást, és rekonstruálhatnánk egy személyt a világegyetemben kódolt információból? Elvben igen, feltéve, ha elhiszed, hogy a kvantummechanika törvényei teljesen pontosak. A gyakorlatban ez olyannyira meghaladja minden elképzelhető technológia határait, hogy szinte lehetetlennek is tekinthető. Az ehhez szükséges összegyűjtendő információ mennyisége, a nyomon követendő részecskék száma, és a számítási kapacitás, ami a dolgok kibogozásához kellene, mindent eltörpít, amit csak el tudunk képzelni. De az a tény, hogy mindez elvileg lehetséges, mégis számít. Ez ugyanis azt jelenti, hogy a halál nem egyenlő az információ megsemmisülésével. Az csupán az információ összekuszálódása. És a kuszálódás, akármilyen alapos is legyen, elviekben visszafordítható. Az univerzum nem pusztít el semmit. Csak titkosít.
Hadd meséljek még egy dologról ezzel kapcsolatban, amit különösen szépnek tartok. Az információ és az energia közötti kapcsolatról. Az 1960-as években Ralph Landauer fizikus felfedezett valami lenyűgözőt. Kimutatta, hogy az információ törlése – nem a másolása, nem a mozgatása, hanem kifejezetten a törlése – minimális mennyiségű energiát igényel. Pontosabban fogalmazva, egyetlen bit információ törlése adott T hőmérsékleten legalább kT*ln(2) energiát emészt fel, ahol k a Boltzmann-állandó. Ezt nevezzük Landauer-elvnek, és ez közvetlen kapcsolatot teremt az információ és a termodinamika között. Az információ fizikai entitás. Fizikai következményei vannak. A feldolgozása energiába kerül, és nem lehet úgy elpusztítani, hogy ne hagyjon nyomot. A Landauer-elvet kísérletileg is bizonyították. Valós, és egy újabb bizonyítékot szolgáltat arra, hogy az információmegmaradás alapvető jelentőségű. Szó szerint lehetetlen egy bitnyi információt kitörölni anélkül, hogy annak ne fizetnéd meg az energiaárát. És még ha ki is fizeted ezt az árat, az információ valójában akkor sem törlődik. Csak átadódik a környezetnek, a hőfürdőnek, vagy az energiát elszállító sugárzásnak. Az információ továbbra is ott marad, csak éppen máshol.
Ez az a legmélyebb tanulság, amit a fizikával töltött 50 évem alatt megtanultam. Az univerzum a lényegét tekintve egy információfeldolgozó rendszer. Beveszi az információt, átalakítja, mozgatja, összekuszálja, titkosítja, de soha, soha nem semmisíti meg. Minden esemény maradandó nyomot hagy az univerzum kvantumállapotán. Minden pillanatot rögzít. Minden interakciót megőriz. A világegyetem a végső merevlemez. És soha nem vesztett el egyetlen bitet sem. Persze őszinte akarok lenni azzal kapcsolatban is, hogy mi mindent nem értünk, mert bizony bőven akad olyan dolog, amit még nem fejtettünk meg: például azt, hogyan jut ki az információ a fekete lyukakból a maga teljességében. Maldacena munkájának és a kvantummechanika logikai következetességének köszönhetően tudjuk, hogy megtörténik, de a pontos mechanizmus még mindig rejtély. Bár a kvantum-extrémális felületek és a Page-görbe terén végzett legújabb kutatások, amelyeket olyan tudósok jegyeznek, mint Ahmed Almheiri, Netta Engelhardt, Don Marolf, Henry Maxfield és Geoff Penington, elképesztő haladást hoztak.
Megmutatták, hogyan számítható ki a Hawking-sugárzás entrópiája oly módon, amely összhangban van az információmegmaradással, de a teljes kép még mindig hiányzik. Nem értjük maradéktalanul, hogyan is működik a holografikus elv. Adott Maldacena gyönyörű AdS/CFT példája, de a mi univerzumunknak nem Anti-de Sitter térgeometriája van. Pozitív kozmológiai állandóval rendelkezik, így sokkal inkább a de Sitter-térhez hasonlít. A de Sitter-térre pedig még nincs kielégítő holografikus leírásunk. Ez a jelenlegi elméleti fizika egyik legnagyobb megoldatlan problémája. Szintén nem értjük teljes általánosságban, miként is épül fel a téridő az összefonódásból. Az ER=EPR kapcsolat meggyőző, de nagyrészt továbbra is csak sejtés. Kézzelfoghatóvá tétele, kiterjesztése a valós helyzetekre, a következményeinek megértése mind olyan feladat, amelyen jelenleg is dolgozunk. És nem értjük teljesen a kvantummechanika és a tudatosság közötti kapcsolatot sem.
Ha az információ megmarad, ha az univerzum kvantumállapota unitér, akkor mit jelent az, hogy egy bizonyos konkrét kimenetelt tapasztalunk meg, amikor kvantummérést végzünk? Hogyan jön létre a szubjektív tapasztalás egy unitér fejlődésből? Ez a tudatosság nehéz problémája, mely a fizika legmélyebb kérdéseivel találkozik, és még a közelében sem járunk a megválaszolásának. De itt van, amit én gyönyörűnek találok. Az a tény, hogy nem értünk meg mindent, nem csorbítja annak az erejét, amit viszont igen. Az információ megmarad. Ez az elv annyira jól megalapozott, mint bármi más a fizikában. Túlélte az összes kihívást, minden paradoxont és a látszólagos ellentmondásokat. Elmélyítette a fekete lyukakról, a téridőről, a kvantummechanikáról és a valóság természetéről alkotott tudásunkat.
És elárul valami egészen mélyet arról a világegyetemről, amelyben élünk. Semmi sem vész el igazán soha. Minden pillanat, minden esemény, minden részecske, minden kölcsönhatás kitörölhetetlen nyomot hagy a valóság szövetén. Az univerzum mindenre emlékszik. Nem azért, mert tudattal rendelkezik, és nem is azért, mert valamilyen célja van vele, hanem azért, mert a fizika törvényei uniterek. Mert az információ fizikailag valóságos dolog. Azért, mert az univerzum kvantumállapota úgy fejlődik, hogy megőrizzen minden egyes adatot, arról, ami valaha történt. Ezt a gondolatot tarthatod megnyugtatónak. Vagy éppen nyugtalanítónak. De az is megeshet, hogy teljesen érdektelennek találod a mindennapi életed szempontjából. Nincs is ezzel semmi baj. Az univerzumot nem érdekli, mit érzel iránta. Az univerzum mindössze megőrzi az információt.
Tévedhetnék mindebben? Kiderülhetne az, hogy az információmegmaradás csupán egy megközelítés, nem pedig pontos tény? Létezhetne egy olyan mélyebb elmélet, amely lecseréli a kvantummechanikát valami másra, ami nem tartja meg az információt? Ezt sem lehet teljes mértékben kizárni. A tudomány mindig is feltételezéseken alapul. De azt hiszem, ennek az esélye nagyon, de nagyon csekély. Az információmegmaradás túl mélyen bele van kódolva a fizika felépítésébe. Túl sok dolog függ tőle. Túl sok független bizonyíték támasztja alá. Ha ez az elv megbukik, minden más is megbukik vele. És eddig soha semmi nem utalt arra, hogy megbukna.
A fizikában eltöltött 50 év után, a feketelyuk-háborúk, a holográfia, az ER=EPR elképzelés után, és miután végignéztem, ahogy az egész tudományág ugyanarra a következtetésre jut, annyira biztos vagyok benne, mint még soha semmiben, hogy az információt nem lehet elpusztítani. Az univerzum információból áll, mindent feljegyez, minden titkot elkódol, és minden egyes pillanatot örökké megőriz. Tehát amikor legközelebb azt látod, hogy lángra kap egy tűz, amikor valami összetörik, vagy amikor legközelebb elveszítesz egy tárgyat, vagy valakit, akit szerettél, emlékezz erre: Az információ nem tűnt el. Csupán összekuszálódott. Titkosítva lett. Eloszlott egy lehetetlenül nagy számú részecskén és kapcsolaton. De ettől függetlenül ott van. Az univerzum birtokolja, és sosem fogja elengedni. Ezt súgja nekem a fizika. És ötven évnyi figyelmes hallgatás után én hiszek is neki.
Köszönöm, hogy meghallgattatok. Most menjetek, és nézzetek szét a körülöttetek lévő világban. Gondoljatok a rengeteg információra, amely minden egyes atomba, minden fotonba és minden energiakvantuumba bele van kódolva. Gondoljatok az összes múltbeli eseményre, minden történetre, és minden egyes rögzített pillanatra a valóság kvantumállapotában. Gondoljatok arra a tényre, hogy semmi abból, amit valaha tettetek, amik valaha is voltatok, és semmi, ami valaha történt, nem tűnt el igazán. Az univerzum emlékszik rá. Mindig is emlékezett rá, és mindig is fog.