“信息災難”理論：2245年，地球一半質量轉化為數字信息
2020-08-31 09:59:40 新浪科技
我們生活在信息無比豐富的時代。無處不在的手機和社交媒體的廣泛使用意味著，幾乎每個人每天都在產生數量驚人的計算機化內容。
據IBM等其他技術研究公司估計，目前世界上90%的數字數據都是在過去的十年中產生的，這促使英國樸茨茅斯大學的物理學家梅爾文·沃普森開始思考人類社會未來的走向。
沃普森的分析基于這樣一個事實：地球目前包含大約10^21字節的計算機信息。“這是我們共同創造出來的，”他說，“這包括所有人在地球上任何地方所制造并存儲的數字內容。”之后，沃普森計算了未來可能會出現多少數據。這還不是簡單的線性推斷，因為新信息的數量也隨著時間的推移而不斷增長。
沃普森指出，假設數字內容以每年20%的速度增長，那么350年后，地球上的數據比特數將超過地球上所有原子的數量，而地球上的原子總數大約為10的50次方。甚至在此之前，人類將使用巨大的能量——可能相當于當前全世界的能耗——來維持所有這些由0和1組成的數據。
“問題是：我們把這些信息存儲在哪里？我們該如何提供能量？”沃普森說，“我將此稱為無形的危機，因為就今天而言，這確實是一個無形的問題。”
盡管從現在來看，數百年的時間尺度似乎是遙遠的未來，但沃普森也警告稱，我們可能還要擔心另一個重要的問題。1961年，德裔美國物理學家羅爾夫·蘭道爾提出了熱力學與信息之間的聯系。他指出，擦除一個數字比特會產生少量的熱量，因此信息和能量之間存在聯系。
這一理論被稱為蘭道爾原理，盡管在科學上仍有爭議，但近年來已經得到了一些實驗證實。在2019年發表在《美國物理聯合會進展》（AIP Advances）雜志上的一項研究中，沃普森假設信息和質量之間可能存在某種聯系。這個猜想依賴于著名的質能方程E = mc^2，由阿爾伯特·愛因斯坦在20世紀初推導出來。愛因斯坦的工作表明，能量和質量是可以轉換的，這促使沃普森計算出一個比特信息的可能質量——大約比一個電子的質量小1000萬倍。
沃普森表示，這意味著目前每年產生的大量信息是微不足道的，即使是相對于單個大腸桿菌的重量。但是，假設信息每年都以20%的速度增長，那么在不到500年的時間里，地球的一半質量都會轉化為數字數據。
假設信息的增長率為50%，那么到2245年，地球將有一半的質量是信息。沃普森的研究結果發表在8月11日的《美國物理聯合會進展》雜志上。“我認為這是一個很實際的問題，”沃普森說，“就像燃燒化石燃料、塑料污染和濫伐森林一樣，我覺得所有人都忽視了信息。我們正在‘一點一點’地改變地球。”
事實上，沃普森認為自己論文中對信息增長率的估計有些保守——國際數據（International Data Corporation，簡稱IDC）公司估計目前的數據增長率為61%——并認為這種信息災難可能會比預期的更早發生。他指出，緩解如此大量數據存儲問題的方法之一，可能是開發以非物質介質（如全息圖像）保存信息的技術。
西班牙薩拉曼卡大學的粒子物理學家路易斯·埃雷拉沒有參與這項工作，但他表示，這項研究中提出的論點發人深省，也令人驚訝。不過，信息具有質量的觀點仍然尚屬理論層面，還需要更多的實驗來證明。至少沃普森本人對該理論很有信心，他說：“既然狹義相對論和蘭道爾原理都已經被證實，那么這個理論最終也被證實的可能性就非常高，盡管目前仍只停留在理論上。”
埃雷拉表示，考慮到“信息災難”涉及的時間很長，而且現實中人類還面臨著其他更緊迫的危機，“我認為還有很多比這個更重要的問題”。
