 你能将6400万个宇宙的信息储存在一个64GB容量的U盘里 我对任何男人或女人都说，让你的灵魂在一百万个宇宙面前保持冷静和镇定。 ——沃尔特·惠特曼（Walt Whitman），《自我之歌》 宇宙正在大爆炸的余晖之中膨胀，组成宇宙的星系正在彼此远离，就像飞射的宇宙弹片一般。也就是说，如果你把宇宙的进程回放，那么它会越变越小。正如前文所说，宇宙也是量子化的——这意味着宇宙不仅不可预测，它还是粒子化的。万物皆源自量子，即无法分割的微小粒子：物质、能量，甚至是太空。所以，如果你能用超级显微镜以最小的规模为视角观测太空，那么它看上去会有一点像起伏的棋盘，上面是不能再小的方格。 现在试着想象一下回放宇宙膨胀的进程，宇宙会缩小，也就是说棋盘会缩小，但是棋盘上的方格却不能变得更小。因此，方格只能越来越少。事实上，宇宙诞生初始，即暴胀期时，宇宙棋盘上仅有约1000个方格。也就是说，那时的宇宙仅有1000个位置，可以选择放置或者不放置能量。如果你懂一点电脑知识，你就明白这意味着在宇宙暴胀时期，宇宙的信息仅由1000位二进制（0或者1）表达。我钥匙环上挂了个64GB的U盘，也就是640亿比特。也就是说我可以用这个U盘储存6400万个宇宙呢！ 然而时至今日，如果想表达整个宇宙那可就复杂了。我们需要记录下每个原子的种类、位置，原子里每个电子的能量状态，等等。现在如果要用二进制表达宇宙，可不是1000比特就够了，那得需要1089比特呢。所以问题来了：如果宇宙初始之时如此简单，所含信息如此之少，那么这些爆炸式的信息量是从哪里来的呢？为什么会出现星系、恒星、原子呢？为什么会有苹果手机、彩虹和玫瑰呢？ 一个简单的现象里就蕴含着解开这个谜题的关键线索：你映在窗户上模糊的倒影。从你家的窗户往外望去，你可能会看见往来的车辆，树在微风中摇曳，小狗跟着主人走过。但是重要的是，你会看见你的脸模糊地出现在玻璃上。为什么脸是模糊的呢？因为约95%的光能通过窗户，仅有5%的光会反射回来。 在20世纪初期，人们很难理解这种现象。那时，科学家们发现光束是由一颗颗的叫作光子的微粒组成的，每个光子都一模一样。但是，如果光子都一模一样的话，那窗户玻璃应该对所有光子都有相同的效果呀！光子应该全部穿过玻璃，或是全部被反射回来。 64GBのusbメモリーに6400万の宇宙情報を保存できます 私はどんな男性にも女性にも、あなたの魂が百万の宇宙の前で冷静であるようにと言います。 ウォルト・ホイットマン『自分の歌』です 宇宙はビッグバンの残光の中で膨張していて、宇宙を構成する銀河同士が宇宙の破片のように離れています。つまり宇宙の進行を再生するとどんどん小さくなっていくのです先に述べたように、宇宙も量子化されています。つまり、宇宙は予測不可能なだけでなく、粒子化しているのです。すべてのものは量子、つまり分割できない小さな粒子から生まれます。物質、エネルギー、そして宇宙でさえ。超顕微鏡を使って最小限のスケールで宇宙を見ることができるとそれは小さなマス目を持つ碁盤のように見えます 宇宙の膨張の過程を再生することを想像してみてください。宇宙は縮小します。つまり盤面は縮小します。しかし盤面のマス目はそれ以上小さくはなりません。そのため、マス目はどんどん少なくなっていきます。実際、宇宙が誕生した初期、インフレーション期には、宇宙盤には約1000個のマス目しかありませんでした。つまり、このときの宇宙には、エネルギーを置くか置かないかの選択ができる場所が、たったの1000しかなかったのです。コンピュータの知識が少しあれば、インフレーション時代には宇宙の情報は1000バイナリ(0か1)でしか表現されていなかったことを意味しています。私のキーホルダーには64GBのusbメモリ、つまり640億ビットが付いています。つまり私はこのusbメモリで6400万個の宇宙を保存することができます! しかし今では宇宙全体を表現するのは難しくなりました原子の種類や位置、原子内の電子のエネルギー状態などを記録しておく必要があります。バイナリで宇宙を表現するには1000ビットではなく1089ビットが必要ですここで疑問です宇宙がこんなに単純で情報が少なかったとしたらその爆発的な情報量はどこから来るのでしょう?なぜ銀河や恒星や原子ができるのでしょう?なぜアップルや虹やバラがあるのでしょう? たった一つのシンプルな現象に、その謎を解く鍵があるのです。それは、窓に映ったあなたのぼんやりとした影です。あなたの家の窓から外を見ると、車が行き交い、木が風に揺れ、犬が飼い主について歩いているのが見えるかもしれません。重要なのは自分の顔がぼんやりとガラスに映っていることですなぜ顔がぼやけているのでしょうか?光の約95%は窓を通過し、わずか5%しか戻ってこないからです。 20世紀初頭には、この現象を理解するのは困難でした。そのとき、ビームが光子と呼ばれる粒子の一つ一つでできていることがわかりました。でも、光子がそっくりだとしたら、窓ガラスはすべての光子に同じ効果を与えるはずです。光子は全てガラスを通過するか、全て反射して戻ってくるはずです。  只有一种方法能解释为什么95%的光子穿过玻璃，5%的光子被反射回来：每个光子都有95%的概率穿过窗户，5%的概率被反射回来。这就意味着，如果你一直跟踪一个光子，看它朝着窗户飞去，你并不知道它会穿过玻璃还是被反射回来。你只能知道光子这么做的概率，或是那么做的概率。但是，光子到底会怎么做，谁也不能预测。 光子就是这样不可预测，其他亚微观世界的成员也是如此：原子、电子、中微子、每一种微粒。在微观世界里，宇宙是不可预测、完全随机的。这可以算得上是科学史中最为让人惊讶的发现了。事实上，这让爱因斯坦极为不安，他说了句名言：“上帝不掷骰子。”（虽然没有爱因斯坦这句话那么有名，但量子物理学家尼尔斯·玻尔曾反驳道：“快别教上帝怎么掷骰子了。”）但是，爱因斯坦不仅错了，他还错得离谱。 光子の95%がガラスを通過して5%が反射される理由を説明する方法は1つしかありませんどの光子も95%の確率で窓を通過して5%の確率で反射されますつまり光子を追跡して窓に向かって飛んでいくのを見てもそれがガラスを通り抜けて跳ね返ってくるのか分からないのです光子がそうする確率とそうする確率しかわかりませんしかし、光子がどうするかは誰にも予測できません。 光子は予測不可能で他のミクロ世界の構成員も予測不可能です原子、電子、ニュートリノ、あらゆる微粒子ですミクロの世界では宇宙は予測不可能で完全にランダムです科学史上、最も驚くべき発見と言えるでしょう。実はアインシュタインを不安にさせ、「神はサイコロを振らない」という有名な言葉を残しています。(アインシュタインほど有名な言葉ではありませんが、量子物理学者のニールス・ボーアは「神にサイコロの振り方を教えるな」と反論しています。)しかし、アインシュタインは間違っていただけでなく、とんでもなく間違っていました。 信息的增加是完全随机的。举个例子，我说个不随机的数字，比如一亿个1，那么我能传达给你的信息就只有几个字：“一亿个1。”这里面包含的信息非常少。但是，如果说个一亿位的随机数字，要告诉你这个数字的意义，我必须重新计算一亿位里面的每一位数字，那么这个里面就能包含很多信息了。 那么，我现在开始回答前文那个难题了。宇宙中这些井喷式海量的信息从什么地方来的？自大爆炸起，每一次量子的随机活动都增加了宇宙的信息。每当一个原子释放出一个光子——或者没有释放出任何光子——宇宙的信息就增加一点；每当一个原子核分裂——或者没有分裂——宇宙的信息就又增加一点。 事实不仅仅是爱因斯坦口中的上帝的确掷了骰子那么简单，而是如果他不掷骰子的话我们的宇宙就根本不会存在——至少不是可以创造出人类的复杂宇宙，那么你现在也不可能读到这段文字了。我们生活在一个随机的现实里，而我们的宇宙正是由量子掷骰子产生的。 情報の増加は完全にランダムです例えば、「1」が1億個とランダムではない数字を言うと、私があなたに伝えられるメッセージは「1億個」という文字だけです。そこに含まれる情報は非常に少ないのです。でも、一億桁のランダムな数字があるとしたら、その数字の意味を教えるために、一億桁の数字を一桁ずつ計算し直さなければならないので、そこにはたくさんの情報が含まれます。 では、先ほどの難問にお答えします。宇宙で噴出する膨大な情報はどこから来るのでしょう?ビッグバン以来量子のランダムな動きが宇宙の情報を増やしてきました原子が光子を放出するたびに——あるいは光子を放出しないたびに——宇宙の情報は少し増えます;原子核が分裂するたびに—しないたびに—宇宙の情報が少しずつ増えます 神様がサイコロを振ったというアインシュタインの言葉だけではなく、もし彼がサイコロを振らなかったら、我々の宇宙は存在しなかったのではないか——少なくとも人間を生み出す複雑な宇宙ではなかったら、あなたは今頃この言葉を読むことができなかったでしょう。私たちはランダムな現実に生きています私たちの宇宙は量子サイコロで作られています。 |
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