Масса является одним из фундаментальных понятий, на которых строится наше понимание физического мира. На протяжении столетий учёные рассматривали массу как врождённое свойство материи, определяющее гравитационное взаимодействие и инерцию объектов. Однако революционные теоретические разработки последних лет ставят под вопрос это классическое представление, предлагая радикально новое понимание природы массы. Современные исследования указывают на то, что масса может быть не фундаментальной характеристикой частиц, а следствием более глубоких квантовых процессов, геометрии пространства-времени или даже информационных структур Вселенной. Если эти гипотезы подтвердятся, нас ждёт полная перестройка фундаментальной физики.
В поисках массы: кризис стандартной модели
В течение десятилетий физики полагались на Стандартную модель физики частиц как на окончательное объяснение происхождения массы. Согласно этой модели, масса элементарных частиц возникает через механизм Хиггса — взаимодействие с вездесущим квантовым полем Хиггса, пронизывающим всё пространство. Открытие бозона Хиггса в 2012 году на Большом адронном коллайдере подтвердило эту теорию экспериментально, казалось бы, поставив точку в вопросе о природе массы.wikipedia+3s3.amazonaws
Взаимодействие частиц с полем Хиггса
Однако механизм Хиггса, при всей своей элегантности, объясняет лишь происхождение массы фундаментальных частиц — электронов, кварков и калибровочных бозонов W и Z. При этом примерно 99% массы обычной материи, из которой состоят протоны, нейтроны и атомы, имеет совершенно иное происхождение. Эта масса возникает из энергии связи кварков и глюонов внутри адронов — следствие сильного ядерного взаимодействия, описываемого квантовой хромодинамикой. Более того, Стандартная модель совершенно не в состоянии объяснить природу тёмной материи, составляющей около 27% массы-энергии Вселенной. Эти ограничения подталкивают теоретиков к поиску более фундаментального понимания массы, выходящего за рамки существующих теорий.
Новые теоретические подходы предлагают рассматривать массу не как свойство, которым обладают частицы "с рождения", а как эмерджентное явление — эффект, возникающий из более фундаментальных процессов на квантовом или геометрическом уровне. Такой взгляд требует пересмотра самих основ квантовой теории поля и общей теории относительности.
Масса как квантовое явление: флуктуации вакуума
Стандартное объяснение массы через поле Хиггса предполагает, что частицы приобретают массу пропорционально силе их взаимодействия с этим полем — чем сильнее частица "цепляется" за поле Хиггса, тем больше её масса. Однако альтернативная концепция, развиваемая в рамках квантовой теории поля, предлагает совершенно иной механизм: масса может возникать как результат непрерывного взаимодействия частиц с квантовыми флуктуациями вакуума.s3.amazonaws
Квантовая пена: структура пространства-времени на микроуровне
Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, даже в полном вакууме происходят непрерывные квантовые флуктуации — виртуальные пары частиц и античастиц постоянно рождаются и аннигилируют в "пустом" пространстве. Эти флуктуации не являются просто теоретической абстракцией — их кумулятивные эффекты измеримы и проявляются, например, в эффекте Казимира и лэмбовском сдвиге в атоме водорода. Новая теоретическая концепция предполагает, что наблюдаемая масса частиц может быть следствием их постоянного обмена энергией с этим океаном квантовых флуктуаций.
В этой интерпретации масса становится не фиксированной характеристикой частицы, а динамическим явлением, зависящим от локальных свойств квантового вакуума. Ключевое отличие от механизма Хиггса заключается в том, что частица не обладает неизменной "связью" с полем; вместо этого её эффективная масса определяется параметрами окружающего квантового поля и может варьироваться в разных точках пространства. Теоретические расчёты показывают, что квантовые флуктуации создают эффект "экранирования", который ответственен за конечные значения масс и зарядов элементарных частиц — без этого экранирования "голые" масса и заряд были бы бесконечными.
Экспериментальная проверка этой гипотезы чрезвычайно сложна, но исследователи предлагают искать свидетельства в прецизионных измерениях масс частиц в различных квантовых окружениях. Если масса действительно является эмерджентным свойством, то в экстремальных условиях — например, вблизи чёрных дыр или в ранней Вселенной — могут наблюдаться отклонения от предсказаний Стандартной модели.
Масса и гравитация: геометрия пространства-времени
Другой радикальный подход к переосмыслению природы массы исходит из попыток объединить квантовую механику с общей теорией относительности. В стандартной физике масса и гравитация связаны напрямую через уравнения Эйнштейна — чем больше масса объекта, тем сильнее он искривляет пространство-время, создавая гравитационное поле. Однако новые гипотезы, вдохновлённые теориями квантовой гравитации и струнной теорией, предполагают обратную причинно-следственную связь: масса может быть следствием геометрии пространства-времени на микроскопическом уровне.s3.amazonaws
Искривление пространства-времени массой
В рамках петлевой квантовой гравитации пространство-время на планковских масштабах (около 10−3510−35 метров) имеет дискретную, зернистую структуру, напоминающую квантовую пену. Эта теория предполагает, что пространство состоит из элементарных "квантов" объёма и площади, которые образуют динамическую сеть спиновых связей. По этой версии, частицы не обладают массой "сами по себе" — их масса возникает как проявление того, как они взаимодействуют с этой квантовой структурой пространства-времени.
Аналогичные идеи развиваются в струнной теории, где фундаментальные частицы рассматриваются как различные моды колебаний одномерных струн в многомерном пространстве-времени. В этом подходе масса частицы определяется частотой и амплитудой колебаний струны, которые, в свою очередь, зависят от геометрии компактифицированных дополнительных измерений. Таким образом, масса становится не врождённым свойством, а функцией топологии и кривизны пространства-времени на микроскопических масштабах.wikipedia+3
Особенно интересна концепция голографического принципа, согласно которому вся информация о трёхмерном объёме пространства может быть закодирована на его двумерной границе. Исследования Нассима Харамейна показали, что если рассматривать пространство как дискретную структуру из планковских сферических единиц (PSU), то отношение количества этих единиц на поверхности системы к количеству в объёме даёт её гравитационную массу. В этом подходе масса чёрной дыры можно вычислить через голографическое соотношение, и результат совпадает с решением уравнений Эйнштейна для радиуса Шварцшильда.
Если эта гипотеза верна, гравитация перестаёт быть фундаментальной силой, а становится эмерджентным свойством — следствием энтропии и квантовой запутанности микроскопических степеней свободы пространства-времени. Недавние исследования 2025 года показали, что гравитация может возникать из квантовой относительной энтропии, а пространство-время действует как носитель квантовой памяти, записывающий каждое взаимодействие. Это означает, что масса объекта отражает не внутреннее свойство материи, а количество информации, закодированной в структуре пространства-времени вокруг него.
Масса и информация: пятое состояние материи
Информационная структура Вселенной
Одна из наиболее радикальных и философски провокационных идей связывает массу с информацией. Эта концепция, известная как принцип эквивалентности масса-энергия-информация, предполагает, что информация является физической сущностью, обладающей массой. Теоретические основы этой идеи восходят к принципу Ландауэра 1961 года, который показал, что стирание одного бита информации высвобождает измеримое количество тепла, доказывая физическую природу информации.
Доктор Мелвин Вопсон из Университета Портсмута расширил этот принцип, предположив, что бит информации при хранении обладает конечной и измеримой массой — около 3.19×10−383.19×10−38 килограмма при комнатной температуре. Его гипотеза предлагает, что если заполнить устройство хранения данных ёмкостью 1 терабайт информацией, его масса должна увеличиться на 2.5×10−252.5×10−25 килограмма по сравнению с полностью стёртым состоянием. Хотя такое изменение массы крайне мало (сравнимо с массой протона), Вопсон предложил экспериментальную схему для его измерения с использованием интерферометров типа LIGO или сверхточных весов Киббла.
В рамках этой парадигмы материя существует не как набор частиц с фиксированными массами, а как сеть взаимосвязанных информационных полей. Информация становится не просто абстрактной концепцией, а физическим объектом, который может взаимодействовать с материей и энергией. Вопсон предположил, что информация может рассматриваться как пятое состояние материи наряду с твёрдым, жидким, газообразным и плазменным состояниями.
Эта концепция может объяснить одну из величайших загадок космологии — природу тёмной материи. Если предположить, что вся недостающая тёмная материя во Вселенной является на самом деле массой информации, закодированной в структуре пространства-времени, то, по оценкам Вопсона, для объяснения наблюдаемого количества тёмной материи потребуется около 10931093 бит информации. Примечательно, что эта цифра близка к другой независимой оценке информационного содержания наблюдаемой Вселенной — около 10871087 бит, полученной через иной подход.s3.amazonaws
Тёмная материя и галактические структуры
Более того, новая теория "квантовой матрицы памяти" (QMM), предложенная в 2025 году, рассматривает пространство-время как дискретную структуру из "ячеек памяти", каждая из которых может хранить квантовый отпечаток взаимодействий. Когда материя падает в чёрную дыру, окружающие ячейки пространства-времени записывают её информационный след, решая таким образом парадокс потери информации в чёрных дырах. Эта модель предполагает, что у пространства-времени есть конечная информационная ёмкость, и когда она исчерпывается, Вселенная переходит в новый цикл расширения — предполагается, что наша Вселенная уже прошла 3-4 таких цикла, а её истинный "информационный возраст" составляет около 62 миллиардов лет.
Практические следствия и экспериментальная проверка
Если хотя бы одна из этих теорий подтвердится, последствия будут революционными. Масса перестанет быть жёсткой, неизменной характеристикой материи и станет динамическим, контекстно-зависимым свойством. Это открывает возможности для разработки принципиально новых технологий, основанных на управлении эффективной массой материи.
Практические приложения таких открытий могут включать создание материалов с управляемой массой для сверхточных квантовых сенсоров, где изменение эффективной массы позволит детектировать мельчайшие гравитационные волны или квантовые флуктуации. В области квантовых вычислений манипуляция информационной массой может привести к созданию новых типов квантовых процессоров с беспрецедентной вычислительной мощностью. Энергетические технологии также могут выиграть: если масса действительно является эмерджентным свойством, возможно создание источников энергии, где масса и инерция станут регулируемыми параметрами, а не константами.s3.amazonaws
Элементарные частицы и квантовая энергия
Экспериментальная проверка этих теорий уже началась. Учёные из Университетского колледжа Лондона (UCL) в 2023 году предложили тест, позволяющий определить, является ли пространство-время классическим или квантовым, измеряя случайные флуктуации массы прецизионно откалиброванных объектов. Если наблюдаемые флуктуации окажутся меньше предсказанных теорией, это опровергнет гипотезу о классическом пространстве-времени и подтвердит необходимость квантового описания. Другой подход связан с поиском "гравитационно-опосредованной квантовой запутанности" — если две массы могут стать квантово запутанными через гравитационное взаимодействие, это будет прямым доказательством квантовой природы гравитации.
Квантовые компьютеры уже используются для тестирования концепции квантовой матрицы памяти: кубиты моделируются как элементарные ячейки пространства-времени, и протоколы записи и извлечения информации на основе уравнений QMM позволили восстановить квантовые состояния с точностью более 90%. Это первый шаг к экспериментальному подтверждению информационной природы массы.s3.amazonaws
Струнная теория и геометрия пространства-времени
Объединение квантовой механики и гравитации: путь к новой физике
Новые подходы к пониманию массы дают надежду на решение одной из величайших проблем современной физики — объединение квантовой механики и общей теории относительности в единую теорию квантовой гравитации. В течение столетия эти две теории оставались несовместимыми на фундаментальном уровне: квантовая механика описывает материю как дискретную и вероятностную, в то время как общая теория относительности рассматривает пространство-время как непрерывное и детерминистское.
Концепции эмерджентной массы предлагают новый путь к синтезу: если масса возникает из квантовых флуктуаций, геометрии пространства-времени или информационных структур, то различие между квантовой и гравитационной физикой становится иллюзорным — они описывают разные аспекты одного и того же явления на разных масштабах. Голографический принцип, связывающий гравитацию с квантовой запутанностью, показывает, что уравнения Эйнштейна для кривизны пространства-времени математически эквивалентны первому закону термодинамики для квантовой энтропии. Это означает, что гравитация может быть не фундаментальной силой, а макроскопическим проявлением микроскопической квантовой информации.
Недавнее исследование 2025 года показало, что классическая гравитация может порождать квантовую запутанность через виртуальные пропагаторы материи, а не через виртуальные гравитоны, как предполагалось ранее. Это ставит под вопрос интерпретацию экспериментов, призванных доказать квантовую природу гравитации через обнаружение запутанности, так как теперь неясно, является ли запутанность следствием квантовой гравитации или классической гравитации в рамках квантовой теории поля.
Петлевая квантовая гравитация предлагает картину дискретного пространства-времени, состоящего из элементарных квантов площади и объёма, что естественным образом устраняет ультрафиолетовые расходимости квантовой теории поля и объясняет, почему масса квантуется. Спиновые сети, представляющие квантовые состояния самого пространства-времени, эволюционируют во времени дискретными шагами, создавая динамическую картину геометрии, где масса является локальным возбуждением спиновой структуры.wikipedia
Загадка разных масс лептонов и эмерджентная квантовая механика
Одной из наиболее интригующих загадок Стандартной модели является существование трёх заряженных лептонов — электрона, мюона и тау-лептона, — обладающих идентичными свойствами, кроме массы: мюон в 207 раз тяжелее электрона, а тау-лептон — в 3477 раз. Со времени открытия мюона в космических лучах эта огромная разница в массах остаётся необъяснённой в рамках существующих теорий.
Теоретик Тео ван Холтен предложил объяснение в рамках эмерджентной квантовой механики (EmQM), которая рассматривает квантовые явления как проявления классической физики на более глубоком уровне. Вдохновлённый экспериментами Ива Кудера с каплями масла, прыгающими на вибрирующей поверхности и демонстрирующими квантово-подобное поведение (интерференцию, туннелирование), ван Холтен разработал модель, в которой электроны представляют собой не точечные частицы, а микроскопические вибрирующие капли заряда.
В этой модели обнаружились три различные равновесные конфигурации такой капли, каждая с разной массой. Ван Холтен предположил, что эти три массы соответствуют электрону, мюону и тау-лептону, и что их драматически различающиеся массы являются не следствием неизвестного квантового свойства, а результатом знакомой классической физики. Если эта теория верна, она объясняет одну из самых загадочных особенностей Стандартной модели без введения новых частиц или полей.
Тёмная материя: информационная или геометрическая природа?
Проблема тёмной материи, составляющей 27% массы-энергии Вселенной, остаётся одной из величайших нерешённых загадок космологии. Новые теории эмерджентной массы предлагают альтернативные объяснения, не требующие введения экзотических частиц.
Информационный подход предполагает, что тёмная материя — это не особый вид частиц, а проявление информационной массы, закодированной в структуре пространства-времени. Биты информации, хранящиеся в квантовых состояниях вакуума, обладают крошечной массой, и их кумулятивный эффект на космологических масштабах может создавать дополнительное гравитационное притяжение, наблюдаемое в галактиках и скоплениях галактик. Свойства информационной массы — отсутствие заряда и спина, слабое взаимодействие с обычной материей — совпадают с предполагаемыми свойствами тёмной материи.
Альтернативное объяснение исходит из модификации космологической модели. Исследование 2024 года, проведённое в Университете Оттавы, показало, что если объединить теорию ковариантных констант связи (CCC) с концепцией "уставшего света" (TL), то можно объяснить наблюдаемое распределение галактик и эволюцию света из ранней Вселенной без привлечения тёмной материи вообще. Эта модель предполагает, что силы природы ослабевают со временем, и ускоренное расширение Вселенной является следствием этого ослабления, а не действия тёмной энергии.
Голографический подход предлагает третье объяснение: тёмная материя может быть проявлением особых информационных конфигураций на голографической границе пространства-времени, которые создают эффект массы, но не взаимодействуют с обычной материей привычным образом. В этой интерпретации "недостающая" масса отражает не невидимые частицы, а дополнительные степени свободы в информационной структуре пространства-времени.
Заключение: масса как тень более глубокой реальности
Современные теоретические разработки подсказывают, что масса — это не столько свойство объектов, сколько следствие сложных взаимодействий на квантовом, геометрическом и информационном уровнях. Эта смена парадигмы имеет далеко идущие последствия не только для фундаментальной физики, но и для нашего философского понимания природы реальности.
Если масса является эмерджентным свойством, возникающим из квантовых флуктуаций вакуума, то частицы не обладают массой "сами по себе", а приобретают её через постоянное взаимодействие с океаном виртуальных частиц. Если масса определяется геометрией пространства-времени на планковских масштабах, то она становится проявлением топологии и кривизны многомерного пространства. Если масса связана с информацией, то материя оказывается кодировкой битов данных, а Вселенная — гигантским квантовым компьютером, обрабатывающим информацию.wikipedia+7
Эти идеи находятся на переднем крае теоретической физики, и их экспериментальная проверка потребует десятилетий работы. Однако уже сегодня первые эксперименты по измерению квантовых флуктуаций массы, поиску гравитационной запутанности и тестированию информационного принципа дают надежду, что в ближайшие 20 лет мы получим окончательный ответ о природе массы.
Возможно, через несколько лет то, что мы называем массой или весом в случае работы гравитации, окажется лишь тенью ещё более глубокой и удивительной реальности —реальности, гдеинформация, геометрияиквантовыефлуктуациисплетаютсявединуюткань, определяющуюструктуруидинамикунашейВселенной. Этаперспективанетолькорешитдавниезагадкитёмнойматерии, происхождениямассэлементарныхчастициприродыквантовойгравитации, ноиоткроетпутьксозданиюреволюционныхтехнологий, гдемассаиинерцияперестанутбытьпостоянными, астанутрегулируемымисвойствамиматерии.
Статья о массе без критической дистанции объединяет:
Это — ригидность мышления: разные уровни достоверности и методологического статуса подаются как равнозначные элементы одной «новой картины мира».
Авторы статьи приписывают информации физическую массу и называют её «пятым состоянием материи». Это прямое нарушение категории:
Такое рассуждение — прямой пример «сниженной когнитивной эффективности»: сложная проблема (природа массы) «решается» подменой понятий, а не анализом.
Упоминание «планковских сферических единиц (PSU)» и расчётов Нассима Харамейна не поддерживается научным сообществом. Харамейн — не мейнстримный физик; его расчёты не прошли рецензирования в авторитетных журналах и содержат серьёзные концептуальные и математические ошибки. Совпадение с радиусом Шварцшильда — числовая подгонка, а не теоретическое предсказание.
Принцип Ландауэра действительно говорит о минимальной энергии при стирании информации, но не утверждает, что информация имеет массу в состоянии хранения.
Гипотеза Вопсона (Melvin Vopson) не получила поддержки в физическом сообществе. Его расчёты основаны на экстраполяции термодинамики к информации, которая не оправдана вне контекста вычислений и стирания.
Масса бита ~10⁻³⁸ кг — это не следует из ОТО, КМ или Стандартной модели.
Критика:
Информация в физике — это мера неопределённости или структурная корреляция, а не «вещество». Приписывание ей массы в отсутствие чёткого формализма — категориальная ошибка.
«Квантовая матрица памяти» и «информационный возраст Вселенной — 62 млрд лет»
Не имеет научного обоснования.
Эти утверждения:
Экспериментальные проверки (интерферометры, масса флешки и т.п.)
Завышенные ожидания.
«Информация — пятое состояние материи»
Философская метафора, а не научное утверждение.
Состояния материи определяются фазовыми переходами и межчастичными взаимодействиями. Информация не обладает термодинамическими параметрами, необходимыми для определения фазового состояния. Это категориальное смешение понятий.
Логические противоречия