第573章 資訊理論劍斬麥克斯韋妖！全場震撼！

  第573章 資訊理論劍斬麥克斯韋妖！全場震撼！還有第四神獸？

  信息熵概念一出，眾人全都震撼不已。

  「多麼天馬行空的想法！」

  把信息類比成熱力學中的系統，從熵的角度研究信息的本質。

  一時間，所有人議論紛紛。

  「布魯斯教授的思維太超前了！」

  「信息這麼虛無縹緲的存在，竟然也能用物理學的方法研究嗎？」

  「如此說來，信息難道也是一種物理存在？」

  有人反駁道：

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  「應該不是。」

  「目前沒有任何理論和實驗證明，信息是像原子那樣的物理存在。」

  「布魯斯教授定義的信息熵，是用熱力學的方法研究信息。」

  「但有一點我想不明白，要用什麼物理量研究信息的具體性質呢？」

  「速度？能量？位移？」

  「信息有這些物理參數嗎？」

  「熱力學系統除了熵，可還有能量、溫度、壓力等參數啊。」

  「只有一個熵，應該描述不了信息這個系統吧。」

  不少人贊同地點點頭。

  信息確實是一種和物質、能量相比，截然不同的存在形式。

  這時，李奇維繼續說道：

  「為了更好地討論信息的性質，需要對信息的範圍做一個限制。」

  「我所說的信息，是指能夠以電子或數字的形式存儲起來的信息。」

  「舉個例子。」

  「我想把【演講speech】這個單詞存儲到機器中。」

  「speech含有6個字母，我就把它的信息熵定義為6。」

  「這裡的信息熵，是指speech這個單詞的組成字母的複雜度，而不是它本身所能映射出的信息量。」

  「因為你完全可以說，你看到speech這個單詞後，就想起來很多場演講的內容。」

  「那麼，我們就無法估算speech的真實信息量了。」

  「甚至每個人從speech中能獲得的信息量都是不一樣的。」

  「在通信領域中，信息熵是針對編碼機器的概念，而不是人類感性思維上的拓展。」

  「所以，長單詞就是比短單詞的信息量更大。」

  「這也是為何大家發電報時，字數越多收費越貴。」

  「對你而言，一句話和十句話可能表述的信息量是一樣的。」

  「但是對於電報機器而言，它只能遵循機械和數學原理，一個一個字發送。」

  眾人默默點頭。

  他們很容易就接受了這個設定。

  這是科學研究的一種常用方法。

  那就是抓住主要問題進行分析，沒有必要直接研究現實世界的複雜情況。

  等到理論成熟後，再逐步應用到更複雜的場景中。

  比如量子力學就是從研究電子的性質開始，然後推廣到所有微觀粒子及粒子組成的系統。

  「我之前說，從信息的角度重新審視麥克斯韋妖問題。」

  「但是問題來了，信息要如何和物理世界產生聯繫呢？」

  「信息畢竟是虛無縹緲的存在。」

  「一個原子在那裡運動，它具有速度、位置、能量等。」

  「如果把這些參數值寫在紙上，那麼我們就得到了一個關於原子的信息。」

  「可現在如果把紙張燒了，請問信息還存在嗎？」

  眾人紛紛議論。

  這倒是個很有意思的問題。

  「很顯然，對於原子本身而言，信息並沒有丟失。」

  「它依然具有相同的速度、位置、能量等參數。」

  「不會因為紙張被燒掉，它的信息就不存在了。」

  「但是對於我們這樣的研究者而言，信息確實消失了。」

  「所以，這裡就涉及到一個關鍵的問題。」

  「信息的變化到底會不會影響到物理世界的變化？」

  「換句話說，我們是否可以在信息和物理世界之間搭建一架橋樑？」

  眾人皆是一驚！

  他們順著布魯斯教授的思路，思考問題的深度越來越深。

  信息，到底是幽靈？還是某種存在？

  這時，李奇維自信滿滿，令眾人為之一震！

  「我認為是可以的！」

  「答案就在熵和能量這兩個參數中！」

  「客觀世界由物質和能量組成，而根據質能方程，物質和能量是一體兩面的存在形式。」

  「因此，如果能找到信息熵和能量之間的關係，就能把信息和物理世界聯繫起來。」

  「那麼，如何操作呢？」

  「剛剛我提到了克勞修斯從熵的角度重新表述了熱力學第二定律。」

  「在他給出的公式中，系統的熵和能量滿足特定的關係。」

  「接著，玻爾茲曼又從微觀角度，更細緻地定義了熵和能量之間的關係。」

  「在此，我做出一個大膽的假設！」

  「熱力學熵和信息熵不是涇渭分明，而是有著深刻的聯繫。」

  「在通信領域中，任何信息都需要物理載體。」

  「信息和能量就通過這些真實的物質發生作用。」

  「當我們對信息進行處理的時候，就必然同時會對這些物理載體進行操作。」

  「雖然信息本身不遵循物理定律，但是這些物理載體卻需要。」

  「所以，這些物理載體必然也遵循熱力學定律。」

  「如此一來，通過熱力學熵，就可以把信息熵和能量聯繫起來了。」

  在眾人的震驚和懵逼中，李奇維繼續道：

  「舉個例子。」

  「電報的原理是利用電流存在與否來代表不同的信息。」

  「在二進位電報中，電流存在視為【1】，電流不存在視為【0】。」

  「通過0和1的組合，就能編碼出各種字母、數字、符號，從而傳遞複雜的信息。」

  「電報員首先將待發送的信息，按照特定的規律，比如摩爾斯密碼等，編碼成電流信息。」

  「然後，這些電流通過導線以光速傳遞到另一端。」

  「在接受端，這些電流信號通過電磁感應原理，影響到打字機設備，將電信號還原成人類可讀的文字信息。」

  「可以看到，不管是在發送端還是接受端，信息都是以電流這種真實物理存在為載體，進行傳輸。」

  「而電流本身是符合已知的各種物理理論，比如電磁感應現象等。」

  「所以，如果我們對信息進行修改，其實就是在修改電流。」

  「而電流被改變後，它與物質發生的相互作用也必然改變。」

  「換句話說，我們看似只是改變了信息本身，但因為信息需要物理載體，而物理載體又要滿足物理規律。」

  「所以，我們間接又改變了物理世界。」

  「而這，就是信息和物理世界的關係！」

  「基於這些分析，我對信息熵、熱力學熵、能量三者之間的關係提出以下猜想。」

  「任何在邏輯上不可逆轉的信息操作過程，比如，擦除一個單位的信息，都會伴隨著信息處理設備或其環境的熱力學熵增加，從而消耗能量。」

  「比如，在電報機中，如果要刪減部分信息，那麼必然會對機器進行操作，改變其電流規律。」

  「在這個過程中，機器消耗的能量更多了，因此造成熱力學熵變大。」

  「這一點，根據玻爾茲曼熵公式和克勞修斯熵公式就能計算得出。」

  嘩！

  會場內瞬間安靜下來！

  緊接著，爆發出一陣驚呼！

  所有人都瞪大了雙眼，震撼不已！

  布魯斯教授僅僅通過邏輯，就把信息這個幽靈般的存在禁錮在真實世界裡。

  這太不可思議了！

  「我的天啊！」

  「擦除信息會導致環境的熵增加？」

  「這個過程我連想像都想不出來。」

  「布魯斯教授竟然嚴密地推導出來了？」

  「這也太誇張了吧！」

  「」

  有人聽後，更懵逼了。

  「所以，誰能告訴我，那信息到底是什麼？」

  「它也是一種物質或能量嗎？」

  「不然的話，它為何能影響能量呢？」

  眾人皆是搖頭。

  他們無法理解信息和物質世界的關係。

  或者說，剛剛布魯斯教授所提出的猜想就是它們之間的關係。

  郎之萬、德布羅意等大佬們同樣神色震動。

  這個角度實在太清奇了！

  郎之萬感慨道：

  「不經意間，布魯斯教授又開闢了一門全新的理論。」

  「這門理論是專門用數學和物理的方法研究信息，或許以後會叫資訊理論吧。」

  德布羅意說道：

  「我感覺資訊理論是更偏向工程的理論。」

  「布魯斯教授舉的例子也都是通信領域的。」

  「至少暫時，我認為資訊理論對現有物理學的影響不大。」

  其餘大佬們點點頭，顯然比較認可這個判斷。

  畢竟，這是布魯斯教授從通信工程師那裡發現的問題，解決的也是通信領域對信息的界定。

  如果放到物理領域，一個原子的信息量有多少，恐怕沒有人能說得清楚。

  但即便如此，資訊理論也屬於天馬行空的猜想，必將引起學界震動！

  這時，李奇維繼續說道：

  「現在有了信息和能量關係的猜想後，我們就可以從信息的角度分析麥克斯韋妖了。」

  嘩！

  眾人瞬間聚精會神。

  重頭戲終於來了！

  「小妖看一眼就能知道分子的速度，我們極端假設它看的過程並不消耗能量。」

  「但是，分子的速度是一種信息。」

  「假設小妖通過一種存儲器來儲存它測量出的分子速度信息。」

  「小妖必須先把這種信息儲存起來，然後才能做出是否打開洞口的判斷。」

  「所以，小妖其實是在增加系統的信息量。」

  「根據前面的分析可知，這種信息的增加會導致熱力學熵的增加。」

  「因此，小妖通過分離不同速度的分子所產生的減熵絕對值，小於信息增加導致的增熵絕對值。」

  「兩者相加，系統的熵還是增大的，所以，不違反熱力學第二定律。」

  「這時，有人可能會有疑問。」

  「那小妖記錄完分子的信息後，再把它刪除不就行了？」

  「但是擦除信息也是需要耗散系統能量的，導致熵增加的。」

  「這就是我剛剛提出的那個猜想。」

  這時，有人問道：

  「教授，那讓小妖的儲存器無限大，不用刪除行不行？」

  李奇維說道：

  「麥克斯韋妖是描述真實世界的猜想。」

  「連宇宙都是有限的，不可能存在無限的物理概念。」

  「因此，任何存儲器必然也是有限資源的，小妖必須不斷地擦除之前的信息。」

  「否則分離過程就無法一直進行下去。」

  「而在這個過程中，小妖一直在使系統的熵增加。」

  「總之，信息擦除導致的熵增一定會大於氣體分離導致的熵減。」

  「從而保證熱力學第二定律不會被違背。」

  「這，就是我的解釋。」

  轟！

  全場震撼！

  眾人露出不可思議的表情。

  「天啊！太精彩了！」

  「從信息的角度解釋麥克斯韋妖，簡直無懈可擊！」

  「如此說來，這個神獸算是被布魯斯教授解決了？」

  有人說道：

  「現在還不能確定，因為布魯斯教授的理論還需要得到實驗的驗證。」

  「但是，我想不到要怎麼對擦除信息的過程進行實驗。」

  「只能說，布魯斯教授的理論實在太超前了。」

  眾人無不膜拜！

  布魯斯教授為了解釋麥克斯韋妖，竟然硬生生地發明了一套新理論。

  這種實力簡直強到無解！

  奧本海默、安德森、汪德昭等人眼神狂熱。

  這才是他們心目中完美的物理學家形象。

  當所有物理學家都走投無路的時候，對方硬生生開闢一條新的路。

  且不談資訊理論的正確性到底有多大。

  這個全新的領域本身就價值無限。

  人類在很早之前，就有了使用信息的手段。

  但是直到今天，才被布魯斯教授從理論的高度進行概括和研究。

  甚至還能解釋麥克斯韋妖這樣的驚世猜想。

  強！

  太強了！

  看著眾人的震撼表情，李奇維微微一笑。

  他鼓勵著眼前的年輕人們。

  「先賢們提出的這些猜想，即便有些是錯的，但是依然充滿了價值。」

  「它們的提出不是為了抬槓，而是為了探索物理學的邊界和極限。」

  「所以，在座的你們，也要善于思考和提問。」

  「經典物理學有三大神獸的猜想，那麼現代物理學呢？」

  「我相信，將來一定有人會提出關於相對論和量子力學的某個猜想。」

  「到時候，說不定就變成物理學四大神獸了。」

  眾學生眼神火熱！

  一碗雞湯下肚，他們鬥志昂揚！

  （還有更新耶）