過去的 10 年,人類就製造了地球上 90% 的信息。也許我們正在改變地球存在的形態,卻不自知。
1947 年,第一個電晶體誕生。從此地球上有了以數字形式存在的信息,它的基本單位是比特。與之對應,物質的基本單位是原子。
根據 IBM 估計,現在地球上每天產生的數字信息是 2.5 × 10 字節。1 個字節由 8 個比特組成,因此,地球上每天產生的信息比特數是 2 × 10 個。
這樣發展下去,會迎來一個奇點:地球上的數字比特比原子還要多。
8 月 11 日,美國物理聯合會的開放期刊 AIP Advance 發表了一篇論文 The information catastrophe(信息災難)。論文從 「物質存在」 的角度來看待信息。「信息」就是第五種物質形式(前四種是固體、液體、氣體和等離子體),而且可能是宇宙中物質的主要形式。
作者還預測了這樣一個未來:當比特數超過了原子之後,我們就進入了 「計算機模擬並由數字位和計算機代碼控制的世界」,並用「信息災難」 來命名。
圖 | 信息產生及增長的重要節點(來源:The information catastrophe)
這一觀點可以追溯到美國物理學家約翰 · 阿奇博爾德 · 惠勒(John Archibald Wheeler)。惠勒與波爾一起解釋了核聚變的基本原理,並且最早開始使用 「黑洞」 來描述「萬有引力坍塌的物體」。
惠勒認為宇宙由 3 部分組成: 粒子、場和信息,並提議根據資訊理論重新規劃整個物理學。1989 年,他在聖菲研究所發表了一篇論文《信息、物理現象、量子論:尋找聯繫》(Information, physics, quantum: The search for links)。論文中,他假設宇宙產生自其固有的信息,並創造了短語——it from bit(它來自比特)。
圖 | 約翰 · 阿奇博爾德 · 惠勒(John Archibald Wheeler)
此外,其他科學家也獨立估計了一比特信息的質量。宙的信息內容一直是新理論和新想法的核心部分,包括黑洞和全息原理、計算宇宙、引力的湧現、量子化的慣性。
論文的作者 Melvin Vopson,目前在樸次茅斯大學擔任高級講師。他提出了質量 - 能量 - 信息等效原理。理論認為,信息不僅是物質的,還可以根據自己的狀態轉化為質量或者能量。
一個比特的信息可以被看作是一個抽象的信息粒子,沒有電荷,沒有自旋,靜止質量為:
mbit= (kBT · ln(2))/c
其中,kB是波茲曼常數,t 是存儲信息的溫度,c 是光速。
如果假設信息比特數量的增長分別按照 5%,20%,50% 的速率增長,那麼比特數達到地球上原子數的時間節點分別是 1200 年後,340 年後,150 年後。同樣按照這個速度,這些信息比特的總質量達到地球質量的一半的時間節點分別是 1830 年後、495 年後、225 年後。
也就是說,最快的話,2245 年的時候,人類所創造的電子信息,就佔了地球的一半重。
當然產生和運轉這些巨大的信息量,需要佔據能源。根據最近一份用電量估計報告,到 2030 年,通信技術可能使用高達全球電力容量的 51%(報告來自瑞典華為技術公司的 Andrae 和 Edler)。因此未來的一個可能是,信息增長受到行星能量的限制。
如果解決了這個限制,「人們可以設想,未來的世界主要由計算機模擬,由數字比特和計算機代碼控制。」