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2020/08/31∣訂閱/退訂看歷史報份讀書吧

 
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資訊有多重?

那福忠

資訊,像一個抽象的概念,算不上是實物,怎麼能用斤兩計算?資訊也可以說有重量,那是儲存資訊的媒體重量,紙張、硬碟、手機、雲端,但不具任何意義。資訊科系的同學多知道 Claude Shannon 這個人,是他提出 0 與 1 的位元 (bit) 的概念,奠定了資訊的理論基礎,使得電腦與通訊進入數位階段,建構了我們現在的生活環境。

後來又有科學家把資訊與熱力學連在一起,說熱能與資訊可以互相轉換,於是資訊似乎就成了實體,那是不是就該有重量了?英國樸茨茅斯大學物理學家 Melvin M. Vopson,在去年發表了「質量、能量、資訊的共價」(mass-energy-information equivalence) 理論,說位元的確有質量 (Mass),但非常的小,舉例來說,目前地球一年所製造資訊的質量,也僅不過一個大腸桿菌那麼重,幾乎可以不計。

附帶說明一下「質量」與「重量」,在普通的描述上,這兩個「量」常被互通,但在物理學上,是兩個不同的概念。質量是描述物體慣性的性質,不受外力保持的狀態;重量是指一定質量物體,在引力場中所受的力,例如同樣東西在地球與月球上的重量不同,因為所受的重力不同,但本身的質量則不變。為了便於解說,以下都用「質量」、不用「重量」。

資訊的質量既然小到微不足道,要製造質量 1 公斤的資訊,恐怕要很長很長的時間。但資訊每年增加的比率提高,質量也就快速增加。根據 IBM 的估計,地球上現在每天製造了 2x1019(2 乘上 10 後面加 19 個 0)位元的資訊,即每年製造 7.3x1021 位元的資訊。以每年 1% 的保守成長,3150 年才能累積質量 1 公斤的資訊。

但如果每年以 20% 的成長增加,188 年就能累積質量 1 公斤的資訊,350 年就超過地球上所有原子的數量,而製造這些資訊所需要的能量,就會超過今天地球上所有的能源,而 500 年後,資訊質量的累積,更會超過地球質量的一半。如果每年以 50% 的成長,50 年就能累積 1 公斤的質量,225 年就累積到半個地球的質量,也就是到了 2245 年,地球的一半質量是資訊的位元。

果真有這麼一天,資訊的質量等於地球質量的一半,會是什麼概念?難道地球的質量增加到一倍半?當然不是,地球的質量不會隨時間改變,資訊所增加的質量,是因為技術的進展,把地球上原有的一般物質,「反轉」成資訊的位元。這種質量與資訊的互換,會把地球形成一個巨大的超級電腦,我們現在也僅能想像,那時候的世界會在電腦編碼控制之下,模擬的運作。

製造資訊需要的能量,與資訊的成長速度成正比,如果資訊以每年 1% 成長,則 1060 年以後就會用到地球所有的能源,但如果每年成長 20%、以及 50%,那 285 年、以及 130 年以後,地球上的能源就會全數用作製造資訊。這僅是理想的估算,資訊的發展速度,會受到製造方法的效率、以及能源充足的限制,與理想或有一段距離。

無論資訊成長的有多快,資訊的質量會相對增加,分布於各種數位裝備與設施。Vopson 教授說質量與能量的互換,由愛因斯坦的特別相對論證實,能量與資訊的互換,也由熱力學證實,他的「質量、能量、資訊」的轉換,雖然還需要進一步核對,也終會證實。所以他說訊資與一般物質沒有什麼區別,是物質的固體、液體、氣體、等離子體 (Plasma) 以外的第五種型態。

資訊有多重?Vopson 教授日前為文,指出資訊的快速發展,地球上原有物資的質量逐漸反轉為資訊的質量,一旦造成"奇點"(Singularity),讓我們無可返回,加上原有的氣候變化、環境、人口、能源等挑戰,把地球陷入一個「資訊災難」。


資訊似乎是一個抽象的概念,算不上是實物,能用斤兩計算嗎?
Photo by Pixabay

 

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