相对论+信息热力学=》存满了的硬盘真的比空的时候重一点点

2020年，英国朴茨茅斯大学的研究员梅尔文·沃普森(Melvin Vopson)基于理论物理学中更抽象领域的新研究，提出了一个脑洞大开的假说：存满了的硬盘真的比空的时候重一点点？

对于地球上的物质来说，不断增加的数字信息可能会产生不可预见的巨大后果。

沃普森说：“我们实际上在一点一点地改变地球，这是一场无形的危机。”

为了理解沃普森的思想，让我们简要介绍一下他去年提出的理论，即质量能信息等效原理。

沃普森从1960年代德裔美国物理学家罗尔夫·兰道尔(Rolf Landauer)的研究中汲取灵感——兰道尔认为，由于热力学的限制，信息具有物理性质。

在这些思想的基础上，沃普森假设数字信息不仅像兰道尔所建议的那样是物理上的实体对象，而且在存储信息时具有有限且可量化的质量。

在沃普森的思想和理论计算中，相对于处于空状态的数据存储设备，当数字信息被加载时，数据存储设备的质量将少量增加。沃普森说，理论上质量的增加将是非常微小的，但仍然是可测量的。

当然，沃普森的想法——质量-能量-信息等效原理——目前只是假说。

有一篇新论文，探讨如果他的原理是正确的，会有什么可以辨识的后果——理论预言令人难以置信。

首先，沃普森采用了IBM的估算数据，地球上每天产生大约2.5×10^18字节的数据。如果我们制作的数字内容每年以20％的速度增长，沃普森计算得出，在大约350年左右的时间内，所产生的数字位数将超过地球上所有原子的数量。

沃普森说，即使在达到这一点之前，维持所有数字信息生产所需的功耗就已超过地球目前所能提供的能量。但这还不是全部。

如果我们将质量-能量-信息等效原理考虑在内，那么大量的数字信息将对实体质量产生重大影响。

“假设数字内容保守年增长率为1％……我们估计，大约需要3150年才能在地球上制造出累积1千克的数字信息，需要大约8800年，就可以把地球质量的一半转变为数字信息质量。”

“如果是5％，20％和50％的增长率，数字就会变得非常骇人。”

以每年50％的速度增长，数字内容将在短短225年内占整个地球质量的一半。

当然，抽象的数学概念未必能与真实的物质规律相对应，存在大量的不确定性和未知数，其中最重要的就是质量能信息等效原理本身。

尽管如此，这是令人着迷的思想，沃普森希望他的想法能够激发进一步的理论和实验研究，使我们能够更接近这些大问题的答案。

沃普森说：“由于狭义相对论和兰道尔原理都被证明是正确的，因此很可能新原理也是正确的。”

撇开信息危机的世界末日场景不谈，这样的理论可能会改变我们在某些情况下计算质量的方式，从而产生新的理论，让我们更好地了解暗物质的性质。

检测当今信息密集型存储系统所预期的令人难以置信的微小质量变化仍然远远超出我们的能力。目前这一假说停留在思想实验的层面。

但沃普森提出的一项新实验可能会改变这一切。

如果我们假设一个电子的总质量是由其固有的静止能量和少量关于自身的信息组成的，那么理论上它会在与反物质对应物正电子相遇时释放的光子，发射出可预测的能量谱。

“电子中的信息是它的质量2200 万分之一，但我们可以通过擦除它来测量信息。”沃普森说。

“我们知道，当一个物质粒子与一个反物质粒子碰撞时，它们相互湮灭。当它被湮灭时，来自粒子的信息必须转移到某个地方。”

在充满信息的电子的湮灭中寻找非常特定的辐射波长将加强信息之间的联系，作为粒子内的一种能量形式，而不是作为更广泛系统中热力学的其他特征。

找到某种内在的、基于信息的能量成分作为物质的基本特征，也可能符合一种新的物理状态。

原子不仅可以像固体一样结合，像液体和气体一样流动，像等离子体一样分散，像玻色-爱因斯坦凝聚体一样协调，它们作为信息载体可以减少无序。

在进行实验之前，该假设将仍然是一个有争议的有趣想法。但如果证明是真的，影响将是巨大的。堪比相对论和量子力学的创立。

这项研究发表在 AIP Advances 上。

https://www.sciencealert.com/physicist-claims-information-has-mass-and-might-be-considered-a-state-of-matter