Физики не понимают, что такое информация. Почему это важно?

Данные сейчас повсюду — они передаются по оптоволоконным кабелям или записываются на жёсткие диски компьютера, пересылаются через мобильных операторов или хранятся на флэшках.

А теперь…Вопрос на засыпку…Чем с физической точки зрения является «информация»?

Тут нужно начинать разбираться поэтапно, поскольку в противном случае вопрос не покажется столь значимым и глубоким. И уж тем более сложно осознать, что он вообще относится к физике. Ведь информация…Она не физическая субстанция. Её проходят на информатике. Она не имеет, например, массы. Или… имеет!?…

Что такое информация по учебнику?

Не будем копипастить стандартные определения информации из учебников. Просто обозначим, что если вы распечатали на листке бумаги стихотворение Пушкина, то это уже информация. Текстовая информация. Помимо текста есть ещё изображения, а ещё есть аудиозаписи и видеоролики. Всё это формы информации. Классификаций там придумано как грязи.

Пока разговор идёт о том, что мы на бумаге записали какую-то свою мысль, особых вопросов-то и не возникает. Древний человек рисовал мамонтов, а мы вот фоткаем котиков. И всё, вроде как, логично.

Учебники физики тут используют уже более научную лексику. Тут информация описывается как антиэнтропия. Или, иными словами — это то, насколько много мы знаем о системе.

Физический смысл информации в компьютере

Когда появлялись первые компьютеры, то вопросы о физической сущности информации уже стали возникать и они стали значительно интереснее, чем раньше. Что это такое с физической точки зрения оказалось вдруг на диске?

Записанное стихотворение Пушкина — это вариант сохранения информации. Информация может превращаться из одной формы в другую. Следовательно, стихотворение можно записать, например, в двоичном коде, где буква А — это 010111000.

Теперь если мы вспомним, как работает сам компьютер, не касаясь при этом процессов обработки информации, то окажется (очень примитивно и не совсем правильно), что полупроводник позволяет эти 0 и 1 обрабатывать. Есть сигнал, есть и единичка. Нет сигнала — нолик. Сигнал — это электрический импульс. Возможно тут некоторая путаница, но физический смысл простой — хитрым индейским способом можно заставить компьютер сохранить текст (и что угодно).

Хорошо, пока всё отлично и физический смысл информации не вызывает вопросов. Есть мысль, эту мысль можно записать на листочке бумаги, а потом оцифровать. «Цифру» можно гонять по сетям и т.д. и т.п. А сама цифра есть электрический импульс.

Самое интересное, что примерно такая же связь между мыслью человека и её фиксацией.

Любая материальная частица — есть информация?

Что же, зная всё это, вспомним про устройство материи. Тут вопросов значительно больше, чем ответов. Но есть такое представление, что частица состоит из некоторого количества материи + из информации о конфигурации этой частицы. При переводе примера на примитивную логику можно сказать, что робот пылесос состоит из некоторого количества материи и управляющего им софта.

Исходя из множества исследований получается, что материя состоит из некоторой массы и информации, которая её описывает.

И тут всё очень сложно и печально. Вопросы так и сыплются один за другим. Тема очень глубокая и исчерпывающих ответов пока нет.

На поверхность всплывает очень важная тема «материальности» информации. Причем, работает это в обе стороны и «информационность» материи — не менее интересный вопрос.

У информации на электронном носителе есть вес

Что же, попробуем взвесить информацию. В прямом смысле этого слова. Такие эксперименты проводились. Скажу больше, можно даже рассчитать, сколько реально будет весить 1 байт информации. Но тут всё это легко привязать к логике работы компьютера. И опять-таки, если исказить всю скучную логику, то получится, что попали на флэшку электроны и флэшка потяжелела. Весы способны зафиксировать эту циферку. И ничто тут со здравой логикой не конфликтует.

Один из вариантов сохранения информации

Информация может быть отделена от связанной с ней массы

Тут было бы гораздо интереснее взвесить частицу без информации о ней. Ведь физика вполне может объяснить утяжеление флэшки с данными. И о чудо, именно про вес частицы без информации я ничего сказать не могу, зато могу вспомнить громкий эксперимент про квантового чеширского кота. Это из серии квантовой физики со свойственными для неё особенностями. Эксперимент вызывает доверие и ест ряд качественных публикаций. Логика простая — ученые смогли отделить информацию о частице от самой этой частицы. Что, в конечном итоге, подтвердило, что материя состоит из некоторой массы чего-то и сведениях об этой массе.

В работе с информацией проявляется закон сохранения энергии

Есть и ещё кое-что. В эксперименте, который ещё в прошлом веке рассматривал Рольф Ландауэр из IBM, здравой логики поменьше. Он предположил, что при стирании информации с любого физического носителя выделяется тепло.

В пересчете на бит оно экстремально мало, но современные вычислительные системы настолько мощны, что в них может выделяться измеримое количество тепла, и принцип Ландауэра был подтвержден экспериментально. Значит, всё это завязано ещё и на энергию.

Если вспомнить продемонстрированную Эйнштейном эквивалентность энергии и массы (согласно известной формуле E = mc2), можно сказать, что информация также эквивалентна им, представляя особое состояние материи. Значит…Информация всё-таки материальна насколько бы странным это не казалось.

Это следует уже, как минимум, из двух физических экспериментов. Одного логичного, а другого не очень. Но теперь самое интересное.

Постоянный рост зоопарка частиц связан с тем, что материя=информация?

Мы не зря заговорили про устройство материи. Вся физическая логика поиска сути строения основывалась всегда на том, что мы должны рано или поздно найти некоторый «кирпичек», на котором всё держится. Если бетонный блок состоит из песчинок и они «типа» мельчайшая неделимая часть, то наверное и где-то в структуре атома есть такая часть. Вот только миллионы экспериментов показывают, что атомы (а затем и субатомные частицы) всё делятся и делятся.

Злые языки поговаривают, что материя также будет состоять…Из информации. Что представить очень сложно. Ну а, принимая во внимание логику, описанную выше, получается, что информация, материя и энергия являются синонимами. Тогда всё логично — любая масса тела есть информация об этой массе в чём-то типа Матрицы. Свойства массы тела — это тоже информация в отдельной табличке. Ну а энергия — это синоним информации и материи.

Самое ужасное, что при такой логике всё укладывается в некоторый здравый смысл. Даже Эйнштейновская гравитация не вызывает никаких лишних вопросов. Ну а что…Всё следует программному коду. Вопрос только кто, как , когда и где этот код разместил.

Где тогда «глобальная» информация записана?

Ведь согласитесь, если вполне себе можно представить вариант хранения информации на CD-диске и вопросов о способе записи и физическом смысле не возникает, то где хранится информация о нашей планете? Куда она так умело записана? Наверное резервуаром тут будет являться пространство, так как только оно способно стать ареной для отработки этого программного кода.

Информация — очередной особый вид материи?

Исходя из всего сказанного хочу отметить, что роль информации как таковой в физике огромна.

Во-первых, мы толком не можем понять, чем является информация в физическом смысле.

Если запись на диске имеет очевидную логику, то запись о свойствах частицы вызывает множество вопросов. Остаётся именовать информацию, разве что, очередной формой материи. К электрическому полю, которое является особой формой материи вокруг проводника с током, добавится ещё и материя в форме информации. Причём, при таком раскладе конфликтов восприятия не наблюдается. Поле будет просто вариантом информации.

Во-вторых, устройство физической материи тогда уже не вызывает сомнений. Это код.

Это код, который описывает таковое устройство. Деревяшка — это информация в пространстве о том, что деревяшка существует и обладает такими-то свойствами. Это будет коррелировать и с экспериментами по постоянному поиску мельчайших частиц. Которых всё больше и делением мы ничего не добьемся. Это объясняет и возможность отделить информацию от объекта.

Упростим сильно эксперимент про чеширского квантового кота и получим, что с физической точки зрения запах, например, навоза также записан в пространстве, как записан на бумаге. При этом и там, и там, его можно с успехом отделить от самого навоза. По секрету скажу, что органическая химия такое умеет 😄…

В-третьих, исходя из ряда экспериментов про выделение тепла при стирании информации и проводя параллели с излучением Хоккинга, можно предположить, что система состоит только из тандема информация+энергия.

Вероятно, что есть некоторая информация, которая является программным кодом, описывающим материю и законы её поведения (тогда и та же гравитация вполне объяснима). Для того, чтобы этот код отработал, нужна только энергия. Другое дело, что тогда не ясно, как сохранить связь энергия-материя. Ведь энергия, по некоторым данным, и есть материя. А значит и есть информация.

Что же, похоже самый правильный тут ответ — информация есть очередной особый вид материи. А материя…Похоже и есть информация.

Самое занятное, что в научных статьях часто проскакивает что-то из серии — да тьфу на вас, это ведь просто информация. Свойства объекта есть информация об объекте где-то там. И так далее. Да и в использовании термина «информация» никто особенно себя не ограничивает. Причём, применительно ни к записям видеоигр на дисках, а в глобальном смысле. Кажется, что есть некоторое представление о первичности информации как таковой, но вопрос пока настолько не проработан, что и сказать-то нечего.