毋庸置疑的一点是,这是一种绝对难以被简单描述的思想。事实上,是信息本身决定了它的在自然界中无上的地位。
这无疑也是非常神奇,而最能够使人理解信息在物理上的重要性,不是在任何一个我们看得到的方面,它在分子的领域。那早是在分子运动理论被真正接受之前就被提出的一个著名的佯谬。由这个佯谬,揭开了信息深处的力量。
有一个非常强大的定律主宰着宇宙的命运,那就是热力学第二定律。它宣布事物总是倾向于变得无序,因而杯子总是会摔碎而不会聚合。虽然物理定律并没有阻止这种现象发生,而且在概率上确实存在这个可能。同理,宇宙也只会慢慢走向终点。
但这个佯谬似乎对这一点提出了反论,它就是麦克斯韦的妖精。
这个佯谬假设盒子的上有一个妖精,它了解盒子内分子运动的信息,而盒子本身被一道阀门左右分开。于是每当快分子靠近中间的阀门时,妖精就通过操纵阀门让它去往左半边;而当慢分子靠近阀门时,妖精就操纵阀门让它们进入右半边。于是,我们就会发现盒子内空气的系统熵被一点一点地倒转了过来。
这里的关键是,妖精完成这一项工作的时候似乎并不需要来自外界的力量,这就意味着一个非常奇特的现象:似乎只要能够掌握足够多的信息,就能够摆脱热力学第二定律的支配。那也同样意味着,不论是永动机还是永生都成为了真正的可能。甚至连宇宙,都有可能摆脱它终极的宿命。
信息似乎正从无序中凭空创造着有序,这就是信息背后隐藏着的可怕力量。
这是真的吗?
很遗憾,并不是。
麦克斯韦的妖精做的事是根据分子的信息决定让其走向哪一边。那么有一点非常显然,那就是它每进行一次这样的工作,就会多累积一份分子运动的信息。然而,它用以记录信息的媒介却不是无限的。没有无限的存储器,不论是大脑还是其它的存储器都无法胜任这样的工作。那么当存储器被填满时,就必须增加额外的存储器。这时,熵就通过额外的存储器数量而被动地增加了。
这里就有一个疑问,就像大脑可以忘记记住的事一样,存储器也同样可以删除信息。那么,如果不断删除就有的信息,熵是否就不会增加呢?
很遗憾,依然不是。
事实的真相是:操作信息需要消耗能量。不论是进行一次最简单的运算,还是删除一个比特的信息,都需要消耗一个最小的能量。由于消耗的能量无法回复,于是封闭系统内的熵永远不可能减少。
这个操纵一比特信息所需要的最小能量,被称为“兰道尔极限”,那是热力学第二定律允许的最小消耗量。就像量子在物理学中的地位,兰道尔极限也是宇
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