Феномен информации в физике: таблица свойств или материя?
В процессе знакомства с квантовой физикой и при попытках дойти до самой сути строения вещества упираешься в непонимание. Ученые пока не могут утверждать из чего именно состоит материя. Да, гипотезы существуют, совершаются важные открытия и проводятся работы, но все это в итоге имеет множество противоречий.
Долгое время логика была простой — мы измельчим материю до такого состояния, что увидим её составные детали. Как моделька, собранная из Лего, состоит из единичных объектов, так и материал будет состоять, например, из атомов. Но процесс затянулся и субатомных частиц нашли великое множество. Где-то тут появилась версия, что на самом деле основой любой материи является информация.
Сразу возникает множество вопросов. Если материя — это информация, то чем с физической точки зрения является сама «информация»? Это ещё один вид «особого рода материи»? Или если это как запись в табличке о свойствах того или иного вещества, то чем является сама база данных? Не получается ли так, что пространство-время — эквивалент рабочей среды для разработки?
Если попробовать притянуть физическое понимание информации к основам информатики, то можно встретить разные забавные эффекты.
Например, точное взвешивание флэшки с данными позволяет обнаружить физический вес записанной на ней информации. Это, в общем-то, легко объяснимо даже с точки зрения классической физики и знания материаловедения. Записанные данные не что иное, как электроны. И вы сейчас можете конечно сказать, что и природа электрона мало кому понятна — то ли он частица, то ли он волна, то ли его вообще нет. Относительно недавно выяснилось ещё и что электрон всё-таки сферический. Это окончательно ломает логику. Но материаловедение вполне вменяемо научилось использовать стандартную теорию для исчерпывающего описания таких процессов без более глубокого понимания природы частицы. Факт остаётся фактом.
Получается, что информацию можно связать с физикой по принципу подобия. То есть, условно говоря, 1 электрон = 1 биту информации. Это не объясняет физическую суть информации. С чем тогда будет связана информация на уровне строения материи?
Следующий интересный момент — выделение тепла при удалении информации. Рольф Ландауэр из IBM предположил, что такое явление возможно. Но в то время мощности информационных систем не позволяли работать с ощутимым количеством информации. Выделение тепла не было значительным. Не так давно этот факт подтвердился, поскольку современные компьютеры обрабатывают огромные массивы данных и замерить тепловой эффект не так сложно.
И тут возможны несколько вариантов:
Электроны «тёрлись» о структуру и разогрели систему. Это совсем древняя версия и вряд ли это имеет место.
Выполняется закон сохранения, а информация есть материя. Поэтому, работает знаменитая эквивалентность массы и энергии. При уничтожении информации выделяется тепло. Вот только…Что это за материя?
Ещё Стивен Хокинг рассказывал об интересной гипотезе, по которой информация исчезает в черных дырах. Это явление даже получило название парадокс Хокинга. В какой-то мере оно сравнивает информацию с материей. Вот только что физик понимал под информацией? Ведь есть ещё и излучение Хокинга, которое представляет собой излучение чёрной дырой частичек.
Стандартная (школьно-институтская) физика вопроса сущности информации почти не касается. Она лишь устанавливает связь между информацией и энтропией. Чем больше информации о системе, тем меньше, как это водится энтропия. «Материя информации» тут опять за кадром. Если рассматривать наше пространство как матрицу плотности то выходит, что любая молекула = записи в системе. Утрировано получается, что есть некоторый объект из материи (чем бы она не была) и есть таблица с его свойствами. Чем больше ячеек таблицы свойств заполнено, тем меньше энтропия. Но это уже где-то рядом с теорией симуляции.
Кто-то сейчас может сказать: «Зачем вы вообще в это лезете? Ведь это как искать причины почему зеленый называется «зеленым»…Смешивать терминологию нельзя». Но на рассмотренных примерах мы отчётливо наблюдаем, что информация с физикой тесно переплетаются и дело уже не просто в названиях объектов.
Пока получается, что когда мы играем в черепашек ниндзя на денди, то мы управляем вполне себе реальным миром. Действительно, чем больше параметров в коде игры мы зададим для объекта, тем меньше будет его энтропия. Для физики информация — это антиэнтропия и на этом всё. Если бы всё удалось осознанно и «научно» свести только к информации, то по крайней мере мы бы разобрались со всеми проблемами устройства вещества и парадоксами.
Область знаний и всё остальное
Причём, та научная работа по изучению материи, которая сейчас проводится, была бы тоже важна. Ведь мы как в RTS находимся где-то на карте, а вокруг туман. Всю карту нужно открыть и понимание сути дела не меняет. Одно дело суть — другое свойства.
Лозунг старого доброго журнала вполне себе уместен — «Мы верим, этот мир реален».
