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我们都知道，我们的手机和DNA里都存储着信息。那么，信息究竟是什么？它只是我们头脑中的抽象概念，还是一个真实的东西，就像一个电子或一只松鼠那样？ 首先来看下面这两个盒子，它们每一个都有着相同数量的黑色方块，但左边却是一团混乱，而右边却包含信息（一个笑脸）。如果信息是真实存在的，那么不管是谁看，信息都应该是一样的。那么，外星人也会认同我们吗？ 接下来，我们所说的可能看起来不相关，但事实上是理解信息的关键。 想想一个装满空气的盒子。而空气里不过是一堆空气粒子在随机运动。如果对这个盒子进行加热，空气粒子的运动速度就会加快，空气的温度就会升高。热力学第二定律认为，我们无法直接提取空气里的能量，除非先对它进行做功。 现在，我们添加一堵能把盒子一分为二的墙，然后在墙上安装一个小小的门，再加上一个小小的妖怪以及一个小小的按钮，这样妖怪可以通过操控按钮来打开门或关上门。 如果这个妖怪知道盒子里哪个空气粒子运动的速度较快，哪个速度较慢，它可以在合适的时间把门打开，让速度较快的粒子穿过门从右边跑到左边，让速度较慢的从左边跑到右边。因为，空气粒子运动速度越快，空气的温度越高。这样，经过一段时间，盒子的右边会越来越冷，而左边就会越来越热。于是，我们可以使用这个温度差做很酷的事情，例如发电。 上面这个思想实验是1871年由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而提出的。于是，这个妖怪就被称为“麦克斯韦妖”。根据这个思想实验，麦克斯韦妖只是控制了门的开和关，并没有对空气进行做功。但是，我们却可以“免费”地从里面提取出能量。难道，这违背了热力学第二定律？ 先别急着下结论。一个重要的问题是，这个妖怪是怎么跟踪每个粒子的运动情况的？答案是，它需要记忆，而记忆就是一种信息。这个妖怪要不断更新自己的记忆，来关注粒子的运动情况，而这个过程是需要能量的。事实上，物理学家经过理论计算发现，更新记忆所花掉的能量大小，其实就等于利用温度差提取出来的能量。所以，麦克斯韦妖并没有破坏任何物理定律。 但是，如果我们不给这个妖怪一些能量来更新记忆，只是不断给它新的记忆，那会怎样？麦克斯韦妖可以使用新的记忆来跟踪粒子的运动情况，然后在合适的时间把门打开，最终我们可以把能量从盒子里提取出来。这意味着，我们又可以“免费”获得能量吗？ 事实上，不是这样的。我们事实上耗费了自己的能量，转化为新的记忆，再去喂养给妖怪。也可以说，这次我们不过是用记忆来填饱妖怪，而不是能量。 信息能填饱妖怪的肚子？尽管这看起来很扯，但是在最近，一些物理学家的确在实验室里制造了一个简化版的麦克斯韦妖，可用它来改变电子的温度，而且，这个妖怪完全由信息驱动的。 如果信息不是真实存在的，那么它不可能会产生物理效应。 所以，这些物理学家所做的实验说明，信息并不只是我们头脑中的抽象概念，它必然是真实存在的物理实体，可以把一盒空气里的随机混乱的东西转换为有用的东西。这类似于DNA上的信息可以把一堆混乱的分子转换为一只松鼠。 可以说，信息是一种酶，能把混乱催化为有序。如果信息不是真实的，那么你和我也都不是真实的。 本文源自大科技*科学之谜 2017年第1期杂志 欢迎广大读者关注我们大科技的微.信号：hdkj1997 |
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