魔法世界見聞錄

第507章 信息論

類別︰科幻小說 作者︰七大罪 本章︰第507章 信息論

    稍微來講一講信息論的入門課程吧。

    從某種角度,某種特殊的角度來說,世界就是一幅全息圖。當然,不是所有人都知道全息圖是什麼,你們知道,你們看到的電影看上去三維立體的,他們是從膠片上投射出來的,是一片平面二維的膠片。然而,它們看上去卻完全是三維立體的。最終你們會知道全息圖是什麼,單世界是一個全息圖確實是一個瘋狂的想法,或至少看上去是挺瘋狂的想法。

    它始于對黑洞的思考。黑洞是那種,從某種意義上來說一種宇宙中即為特殊的物體。他們密度極高,質量極大,非常危險,但在宇宙中確實數量很多,且普遍存在的。幾乎所有的信息{我們等一下會講什麼叫信息},宇宙中多大多數存在的,幾乎所有每一個比特的信息都存在于黑洞里,也許他們非常非常奇怪,他們幾乎就是一切,至少幾乎是宇宙中全部的信息。所以你們應該有一個印象,什麼是黑洞。

    假設我現在不是和物理學領域人員在討論,我不是在跟那些物理學專業的,知道黑洞是什麼的人談論,而是和非專業人士我想給你們展示一個圖像,圖像就是一個比喻。當然了所有的比喻都有缺陷,所以我很難控制自己討厭用圖像做類比。

    我將給你們一個印象,非常簡單的印象。你們想象一張淺湖的縱剖面,並用來聯想黑洞的圖片。假設這是一個無窮無盡的湖,往兩邊一直延伸但深度大約只有1米,或者1.5米左右。不是很深,魚兒生活在里面,魚兒游來游去,至于魚為什麼會游這是自然規律。

    我們暫且不管是誰規定了這個規律,但是我們都知道魚游泳的速度都無法超過聲速。現在,湖中踫巧有個危險的區域,大約在湖中心有一個類似于排水孔一樣的孔。排水孔出水的位置下面有岩石,非常尖利非常危險的岩石,任何觸踫到的存在都會變得立刻玩完的岩石。這個排水孔,有與其他任何一般的排水孔一樣的性質,就是當你從遠處接近它,越是接近水流就會越來越快。隨著你接近孔洞而加快,在某個範圍之後水流將以聲速流出。當你越來越接近,水流的速度變得更快。那麼,魚的身上會發生什麼?

    咱們暫且稱呼魚為愛麗絲吧。可憐的愛麗絲已經穿過了水口的水流速度超過了聲速的這個點,也超過了她允許的速度極限,她被困住了。當她穿越這個範圍時,她本身沒有什麼大礙,搞不好她自己根本沒有感覺到。咱們姑且管這個叫無法折返點,但不管怎麼說她最終還是要完蛋了。

    愛麗絲的朋友鮑勃在外面,鮑勃等待著听到愛麗絲的消息,愛麗絲也一直在呼喚他,喊著救命救命,但當她穿越過了無法折返點後,不禁她自己無法又出來,她試圖發出的信息的聲波也同樣被以超過聲速的速度吸入,因此她便永遠的和外界斷絕了聯系。她不能像外界發送信息,不能游出來,因此從鮑勃的角度來看,可憐的愛麗絲已經從這個世界上永遠的消失了。

    黑洞大約就是這樣一種東西,即空間本身流入並從一定距離內塌陷,這種塌陷的速度之快,你需要超越光速才能夠離開它。一旦你越過了無法折返點,強調一下,當時的你沒有任何大礙,但你最終還是要掛掉。

    好了,你們大概能夠理解了,無法折返點{視界}位置上,不會有任何特別的事情發生,然而對外部視界而言愛麗絲已經消失,她的每一點一滴,以比特為單位的信息,所有這些點點滴滴的比特信息都消失了。

    雖然視界是哪個無法折返點,但它本身是無害的,只有在黑洞的中心點,才是致命的。哪個中心點,就被叫做奇點。不過目前,我們暫時不關心奇點。

    好了,現在讓我們來談談信息吧。信息,不管它究竟是什麼,我們來談談它意味著什麼。信息,即是以比特為形式出現的獨立單元。例如一個句子,克努特國王的下巴上有水。這個句子表達了一定量的信息。但是信息,物理學家、信息理論學家,當他們談論信息的時候,他們說的並不是信息的含義,含義並不算,算的是里面的符號。這就是我們,這就是一個句子,不是一個比特的信息,而是一個由一連串文字組成的信息的集合。

    無論你會不會這種語言,或者解密這些文字,這些都不重要。重要的是,他需要一定數量的文字,把它描述出來。你可以把這些訊息轉換為摩爾斯代碼,摩爾斯代碼是由一系列點和橫組成的,轉換這些,如果你忽略點和橫中間的空格,這些訊息就是包含著幾十幾百個比特的,由摩爾斯代碼組成的信息。而真正的信息是在這些依次排列的加減點橫中的,這個訊息被一組用比特構成的組合替代的,轉化為摩爾斯代碼的過程。一個比特就是一點或一橫。

    這與你電腦的概念是一樣的,在電腦中我們叫它字節。一個字節是由8個比特組成的,一個兆字節是由8百萬比特組成。所以,這也與在問你的電腦中有所少存儲空間是同一個概念。

    現在咱們聊聊物理中負第一定律,為什麼叫負第一定律呢?物理學第一定律,物理界中至少有兩個第一定律,其一是熱力學第一定律,其二是牛頓的第一定律,所以我不想稱呼它為物理界第一定律。

    它其實比前兩個第一定律更加重要,更加深刻。同樣也因為人們意識到有更深刻的定律存在,于是他們定義了熱力學第零定律,所以第零也被用完啦。但是發現了更基本的定律怎麼辦呢?所以,我叫它作物理負第一定律,我就這麼叫的。當然也存在著負二物理定律之類的。

    負第一定律就是,信息中的比特是不滅的。意思就是說,不同情形之間的區別,不同配置之間的區別是永遠無法抹去的。它們永遠不會從這個世界上消失,就比如那些由幾十幾百摩爾斯電碼比特組成的訊息。

    它存在于哪里沒關系,它存在于我的電腦內存的某個位置,它與一系列開開關關的交換過程一致,它就是幾十幾百比特的一個訊息。你能抹掉這信息中的一部分嗎?你能將它完全刪除嗎?你能抹掉一個比特嗎?當然可以,如果不能抹掉電腦中的東西的話你的電腦很快就會被塞滿了。然後就再也往里面放進任何信息了,所以你必須能抹去信息。

    但當你抹去信息的時候,實際上你並沒有真的抹掉它們,而是將其拋出計算機外面通過種種形式,排除到環境中。結果就是,外部環境實際上是你電腦里的一部分,也許是我們電腦機箱上的某一片塑料等等之類,或實際上,它就成為了空氣。

    當你把比特用這種形式拋出電腦外,無法湮滅的比特,每當你向外界拋出一個比特,就會向外部環境增加一個比特的能量,因此環境溫度會升高。這就是為什麼,你的電腦需要降溫。因為每當你抹掉信息,比特是非常非常小的,實際上不僅有了組成信息的比特,還有了比特組成的能量。因此每當要抹掉信息,你就需要給你的電腦降溫。

    你們要學到的就是,比特是無法毀滅的,信息是永恆的。

    那麼現在,我們就發了一個非常有趣的悖論,一方面物理負一定律說比特是不滅的,另一方面當愛麗絲跌入黑洞的視界後從鮑勃的角度來看,組成愛麗絲的所有比特已經從這個世界消失了。因此,從所有實際角度和物理學角度來說,看到這個世界里的有關愛麗絲的信息已經被完全抹去了。這是真的嗎?

    這就是某個偉大的科學家所提出的核心關鍵,他創造出了一個被稱作“信息悖論”的東西。這是一個非常非常深刻的觀察,是一個非常重要的觀察。霍金有否得出正確的答案本身並不重要,他提出了正確的問題,這成了一個花費了差不多20到25年內去解開的重要問題以及核心爭論。

    然而答案就是比特組成的信息,永遠,也從不曾,不會消失。然而,有這個問題所衍生的東西是如此的深刻,很難去說這是某個偉大的科學家犯的錯,因為這是一個關于物理學界最深刻的觀察之一帶來的進步。

    好吧,也許你們會說︰“等一下,那些比特,組成阿里斯的比特跌入黑洞的話,它們不就待在那里面嗎?它們都在黑洞里。也許你不能進去獲取那些比特,但是這也跟把一個人鎖進一個密室里差不了多少嘛。”

    我們不說把用鑰匙開門,讓我們把事情弄得更困擾一些,這也是某個偉大的科學家的另一項發現,一個他早期的發現,黑洞會蒸發。它們會消失,就像你擁有著一個藏有機密情報的盒子,過了一段時間消失了。蒸發是如何發生的不重要,基本上來說,只要給足夠的時間,任何東西都會蒸發。一小塊東西斷落下來,然後消失在空氣里。

    如果黑洞會蒸發,它蒸發什麼?蒸發出來的是光子、引力子、其他的粒子,當他們蒸發出來的時候,黑洞會喪失能量,在喪失能量的過程中它就會收縮,直至一個極小的黑洞,然後最終消失。

    可當黑洞消失了,愛麗絲又去哪里了呢?或者更確切的說,組成愛麗絲的比特去了哪里?那些根據物理學負一定律絕對不會消失的,那些組成信息的比特去了哪里?黑洞已經消失了,愛麗絲的比特不可能已經從視界里面跑出來。

    為什麼不可能?因為它們需要從視界後跑出來的話它們必須有超過光速的速度,就像魚兒必須擁有超過聲速的速度。至此,我們就有了困局,存在這基本原理上的沖突。一方面,黑洞看起來可以抹去信息,另一方面,我所知道的最基本的物理定律說,信息是絕不會被抹去的。

    接下來,什麼是熵?你們也許都听說過熵這個詞,或許听說過熵跟混亂啊混沌啊,扯的上關系。還跟世界末日什麼的有關系,因為大家最終都會因為太混亂而無法系鞋帶什麼的。但是,熵其實有一個非常明確的定義。簡單來說,就是被隱藏起來的信息。

    例如有一個浴缸,里面放滿了水。為了洗澡你需要獲知2個信息,一是有多少水,二是水溫多少。如果你將浴缸里面的水放到顯微鏡下面去看,你將看到大量的水分子,通過水分子的多少我們可以確定水有多少,通過水分子的運動和自轉我們將這些加以統計就可以得知它的溫度。而這些信息卻並不是直白的放在你的面前,在面對浴缸里面的水的時候擁有著及其龐大的量的水分子,而代表著水的多少和水的溫度這些龐大的信息都被濃縮到了小小的水分子上。這些我們無法直白了解到的信息,就是熵。(m.101novel.com)

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