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“信息灾难”理论:2245年,地球一半质量转化为数字信息

2020-08-31 09:59:40 来源:新浪科技
北京时间8月31日消息,在大多数人看来,信息似乎是无形的。然而,在短短几个世纪内,人类每年产生的数字比特总量就将超过地球上的原子数量;更令人惊奇的是,这些信息可能将占到地球质量的一半。这一令人不可思议的结论来自于一项新研究,研究者对数据随时间的增长进行了观察,并提出了这种增长可能带来的灾难性后果。

我们生活在信息无比丰富的时代。无处不在的手机和社交媒体的广泛使用意味着,几乎每个人每天都在产生数量惊人的计算机化内容。

 

据IBM等其他技术研究公司估计,目前世界上90%的数字数据都是在过去的十年中产生的,这促使英国朴茨茅斯大学的物理学家梅尔文·沃普森开始思考人类社会未来的走向。

 

沃普森的分析基于这样一个事实:地球目前包含大约10^21字节的计算机信息。“这是我们共同创造出来的,”他说,“这包括所有人在地球上任何地方所制造并存储的数字内容。”之后,沃普森计算了未来可能会出现多少数据。这还不是简单的线性推断,因为新信息的数量也随着时间的推移而不断增长。

沃普森指出,假设数字内容以每年20%的速度增长,那么350年后,地球上的数据比特数将超过地球上所有原子的数量,而地球上的原子总数大约为10的50次方。甚至在此之前,人类将使用巨大的能量——可能相当于当前全世界的能耗——来维持所有这些由0和1组成的数据。

“问题是:我们把这些信息存储在哪里?我们该如何提供能量?”沃普森说,“我将此称为无形的危机,因为就今天而言,这确实是一个无形的问题。”

尽管从现在来看,数百年的时间尺度似乎是遥远的未来,但沃普森也警告称,我们可能还要担心另一个重要的问题。1961年,德裔美国物理学家罗尔夫·兰道尔提出了热力学与信息之间的联系。他指出,擦除一个数字比特会产生少量的热量,因此信息和能量之间存在联系。

这一理论被称为兰道尔原理,尽管在科学上仍有争议,但近年来已经得到了一些实验证实。在2019年发表在《美国物理联合会进展》(AIP Advances)杂志上的一项研究中,沃普森假设信息和质量之间可能存在某种联系。这个猜想依赖于著名的质能方程E = mc^2,由阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪初推导出来。爱因斯坦的工作表明,能量和质量是可以转换的,这促使沃普森计算出一个比特信息的可能质量——大约比一个电子的质量小1000万倍。

沃普森表示,这意味着目前每年产生的大量信息是微不足道的,即使是相对于单个大肠杆菌的重量。但是,假设信息每年都以20%的速度增长,那么在不到500年的时间里,地球的一半质量都会转化为数字数据。

假设信息的增长率为50%,那么到2245年,地球将有一半的质量是信息。沃普森的研究结果发表在8月11日的《美国物理联合会进展》杂志上。“我认为这是一个很实际的问题,”沃普森说,“就像燃烧化石燃料、塑料污染和滥伐森林一样,我觉得所有人都忽视了信息。我们正在‘一点一点’地改变地球。”

事实上,沃普森认为自己论文中对信息增长率的估计有些保守——国际数据(International Data Corporation,简称IDC)公司估计目前的数据增长率为61%——并认为这种信息灾难可能会比预期的更早发生。他指出,缓解如此大量数据存储问题的方法之一,可能是开发以非物质介质(如全息图像)保存信息的技术。

西班牙萨拉曼卡大学的粒子物理学家路易斯·埃雷拉没有参与这项工作,但他表示,这项研究中提出的论点发人深省,也令人惊讶。不过,信息具有质量的观点仍然尚属理论层面,还需要更多的实验来证明。至少沃普森本人对该理论很有信心,他说:“既然狭义相对论和兰道尔原理都已经被证实,那么这个理论最终也被证实的可能性就非常高,尽管目前仍只停留在理论上。”

埃雷拉表示,考虑到“信息灾难”涉及的时间很长,而且现实中人类还面临着其他更紧迫的危机,“我认为还有很多比这个更重要的问题”。


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