信息是真實(shí)的嗎？

沃梓穎

我們都知道，我們的手機(jī)和DNA里都存儲(chǔ)著信息。那么，信息究竟是什么？它只是我們頭腦中的抽象概念，還是一個(gè)真實(shí)的東西，就像一個(gè)電子或一只松鼠那樣？

首先來(lái)看下面這兩個(gè)盒子，它們每一個(gè)都有著相同數(shù)量的黑色方塊，但左邊卻是一團(tuán)混亂，而右邊卻包含信息（一個(gè)笑臉）。如果信息是真實(shí)存在的，那么不管是誰(shuí)看，信息都應(yīng)該是一樣的。那么，外星人也會(huì)認(rèn)同我們嗎？

接下來(lái)，我們所說(shuō)的可能看起來(lái)不相關(guān)，但事實(shí)上是理解信息的關(guān)鍵。

想想一個(gè)裝滿空氣的盒子。而空氣里不過(guò)是一堆空氣粒子在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。如果對(duì)這個(gè)盒子進(jìn)行加熱，空氣粒子的運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)加快，空氣的溫度就會(huì)升高。熱力學(xué)第二定律認(rèn)為，我們無(wú)法直接提取空氣里的能量，除非先對(duì)它進(jìn)行做功。

現(xiàn)在，我們添加一堵能把盒子一分為二的墻，然后在墻上安裝一個(gè)小小的門，再加上一個(gè)小小的妖怪以及一個(gè)小小的按鈕，這樣妖怪可以通過(guò)操控按鈕來(lái)打開(kāi)門或關(guān)上門。

如果這個(gè)妖怪知道盒子里哪個(gè)空氣粒子運(yùn)動(dòng)的速度較快，哪個(gè)速度較慢，它可以在合適的時(shí)間把門打開(kāi)，讓速度較快的粒子穿過(guò)門從右邊跑到左邊，讓速度較慢的從左邊跑到右邊。因?yàn)?，空氣粒子運(yùn)動(dòng)速度越快，空氣的溫度越高。這樣，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，盒子的右邊會(huì)越來(lái)越冷，而左邊就會(huì)越來(lái)越熱。于是，我們可以使用這個(gè)溫度差做很酷的事情，例如發(fā)電。

上面這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)是1871年由英國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋為了說(shuō)明違反熱力學(xué)第二定律的可能性而提出的。于是，這個(gè)妖怪就被稱為“麥克斯韋妖”。根據(jù)這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，麥克斯韋妖只是控制了門的開(kāi)和關(guān)，并沒(méi)有對(duì)空氣進(jìn)行做功。但是，我們卻可以“免費(fèi)”地從里面提取出能量。難道，這違背了熱力學(xué)第二定律？

先別急著下結(jié)論。一個(gè)重要的問(wèn)題是，這個(gè)妖怪是怎么跟蹤每個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)情況的？答案是，它需要記憶，而記憶就是一種信息。這個(gè)妖怪要不斷更新自己的記憶，來(lái)關(guān)注粒子的運(yùn)動(dòng)情況，而這個(gè)過(guò)程是需要能量的。事實(shí)上，物理學(xué)家經(jīng)過(guò)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，更新記憶所花掉的能量大小，其實(shí)就等于利用溫度差提取出來(lái)的能量。所以，麥克斯韋妖并沒(méi)有破壞任何物理定律。

但是，如果我們不給這個(gè)妖怪一些能量來(lái)更新記憶，只是不斷給它新的記憶，那會(huì)怎樣？麥克斯韋妖可以使用新的記憶來(lái)跟蹤粒子的運(yùn)動(dòng)情況，然后在合適的時(shí)間把門打開(kāi)，最終我們可以把能量從盒子里提取出來(lái)。這意味著，我們又可以“免費(fèi)”獲得能量嗎？

事實(shí)上，不是這樣的。我們事實(shí)上耗費(fèi)了自己的能量，轉(zhuǎn)化為新的記憶，再去喂養(yǎng)給妖怪。也可以說(shuō)，這次我們不過(guò)是用記憶來(lái)填飽妖怪，而不是能量。

信息能填飽妖怪的肚子？盡管這看起來(lái)很扯，但是在最近，一些物理學(xué)家的確在實(shí)驗(yàn)室里制造了一個(gè)簡(jiǎn)化版的麥克斯韋妖，可用它來(lái)改變電子的溫度，而且，這個(gè)妖怪完全由信息驅(qū)動(dòng)的。

如果信息不是真實(shí)存在的，那么它不可能會(huì)產(chǎn)生物理效應(yīng)。

所以，這些物理學(xué)家所做的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，信息并不只是我們頭腦中的抽象概念，它必然是真實(shí)存在的物理實(shí)體，可以把一盒空氣里的隨機(jī)混亂的東西轉(zhuǎn)換為有用的東西。這類似于DNA上的信息可以把一堆混亂的分子轉(zhuǎn)換為一只松鼠。

可以說(shuō)，信息是一種酶，能把混亂催化為有序。如果信息不是真實(shí)的，那么你和我也都不是真實(shí)的。