🔥 Как проявляется таинственная связь температуры и информации? Про принцип Ландауэра в физике...

если я попрошу вас ответить на вопрос что такое информация то вероятнее всего вы принесёте мне какой-нибудь блокнотик с записями или покажете флешку и скажете так вот же она информация Вот она записана в блокнотики Вот она находится на флешке и так далее и тому подобное и по большому счёту вы будете право видеть собственно Да там содержится информация те кто знаком с информатикой те кто изучали эту дисциплину более-менее тщательно вероятнее всего скажут что информация - это некоторая комбинация особого вида каких-то триггеров которые эту информацию позволяет сохранить а потом воспроизвести При всём при этом можно было бы смело отнести физическую сущность информации и сказать что ребята ну информация она в информатике и не морочьте голову но не всё так просто Ведь есть такая интересная штука как принцип ландау эра и сегодня мы как раз поговорим про то каким образом принцип н дауэр может работать и чем он является Почему понимание в принципа ландау очень важно для осознания физической природы информации Ну и в общем Для чего ВС это нужно и как всё это может работать если ВС это анализировать на связи как всегда Юрий Трифонов и мы в очередной раз пытаемся углубиться в физическую сущность информации потому что информация - это один из трёх китов на которых стоит буквально таки вся физика здесь мы Обращаемся как раз к тому самому принципу ландау который мы обозначили в самом начале ролика работа занимался информационно вычислительной техникой и не удивительно что его эти вещи все заинтересовали Согласно принципу ландау Ера стирание информации приводит к тому что выделяется Некоторое количество теплоты и всё было бы ничего если бы не было бы так сложно и запутано Всё дело в том что в большинстве случаев мы действительно можем ожидать выделения теплоты при работе с информационным носителем представьте себе очень грубо и очень так сумбурно вот эта вот модель записи информация на флеш-карту в конечном итоге информация записанная флеш-карту будет представлять собой Некоторое количество электронов если они существуют конечно же про это много роликов было так вот пускай представим что они сейчас существуют не столь важно мы же с вами модель Разбираем так вот если информация записана на флеш-карту в виде электронов то действительно можно предположить что количество теплоты при работе с этой флеш-карты при стирании это информации будет выделяться это очень легко представить это оче когда у на происходит нечто подобное и похожее на процессы связанные с электрическим током то количество электронов который проходит по проводнику в конечном итоге это проводник нагревает Ну а что такое стирание информации с того же самого жёсткого диска даже лучше представим флеш-карту Ну тут наверное не стоит вспоминать сейчас про транзистор с плавающим затвором потому что это довольно объёмный массив информаци руста и находит этот электрон и записывает единичку в какую-то обрабатываемую операцию физическая сущность примерно такая и есть и пока там Электрон есть информация есть электрона нет информации тоже нет если мы хотим стереть эту информацию Мы этот Электрон оттуда грубо говоря выгоняем информация оттуда пропадает и Казалось бы что Рольф Нда этоже Гру говоря оно потому это вполне себе неизбежно И в чём что принцип адара почему это так интересно а вся проблема заключается в том что если мы рассматриваем систему где у нас с вами прыгают туда-сюда электроны то в принципе да те системы к которым мы сегодня привыкли они действительно будут нагреваться и там совершенно Неудивительно что какое-то количество теплоты выделяется пропадает и что работа с информацией ассоциируется с каким-то количеством энергии которая у нас или излучается или потребляется это более чем очевидно Но роль был как говорится был слишком умный я это так скажу и исследовал эти процессы на совершенно других носителях его гипотеза относилась к записям которые были сделаны на магнитные носители и там всё значительно сложнее потому что если мы анализируем процесс работы плавающего затвора то там можно привязать выделение теплоты при удалении стирании информации А вот если мы анализируем запись сделанную на магнитный носитель на магнитный жёсткий диск или допустим на аудиокассету как это раньше было на легендарном затек спек то там привязать каким-либо образом Вот эту вот связь информации с типовым движением частичек Ну как минимум очень сложно так вот система с которым работал Рольф н даур они не должны были бы нагреваться с физической точки зрения но он ожидал Некоторое количество теплоты наблюдать забегая вперёд скажу что в 2012 году было обнаружено что действительно при стирании квантовой информации выделяется Некоторое количество теплоты про это было написано во многих газетах было мно принцип подтвердился и что действительно при стирании информации выделяется некое количество энергии А что это значит для нас а Для нас это значит очень многое Это значит что информация как минимум является некоторой сущностью сопоставимой с материей Возможно это особый вид материи Возможно это особый вид может быть даже энергии и в данном случа вират прих информации то есть при уничтожении чего-то выделяется Некоторое количество энергии и Это соответствует закону сохранения энергии закон сохранения энергии здесь по идее не должен был бы выполняться потому что информация по нашим предыдущим рассуждениям - это неотъемлемое свойство пространства эксперимент на самом деле был Довольно простой была некоторая колод ная система в этой колодно системе находились частички кремни они были в некотором тепловом равновесии и была выбрана одна из частичек которая была помещена в потенциальную яму рядом была создана дополнительная скажем так потенциальная яма это состояние в котором частичка обладает наименьшей энергией и фактически не способна взаимодействовать ни с чем из окружающего даже если бы оно грубо говоря было так вот посредством специального лазерного перемещения посредством воздействия лазера частичка кремния была перенесена из одной потенциальной ямы в другую потенциальную яму при этом было отмечено что выделилось действительно Некоторое измеряемое количество теплоты и При всём при этом что интересно это ставит информацию в один ряд с какими-то дополнительными физическими сущностями ведь если бы это была просто какая-то ну скажем так запись просто какое-то свойство просто какое-то непонятное явление которая ни к чему не привязана то при переносе частички из одной ямы в другую ничего бы не должно было происходить ведь это всего лишь информация и всего лишь свойство пространства А тут получается что при изменении свойства пространства у нас каким-то образом меняется количество теплоты и по сути дела стирая информация о том что частичка была в одной потенциальной Яме и записывая информацию что частичка появилась в другой потенциальной Яме мы наблюдаем что происходит вот такое вот выделение энергии тут можно подумать что вот сам процесс переноса из одного положение в другое связано с тем что выделяется энергия Нет это совершенно неправильный взгляд Потому что при переноси из одной точки в другую ничего для частицы не изменилось кроме фактической Информации а её расположени и её положени в пространстве самое интересное что этот принцип будет работать в обе стороны при стирании информации энергии будет выделяться что ставит это в один ряд с термодинамическими системами а при создании фор энергия будет потреб откуда-то то есть будет затрачивать как и в любой термодинамической системе То есть фактически выполняется Ну во-первых первый закон термодинамики А во-вторых в общем-то закон сохранения энергии здесь на лицо и он будет работать другой дело что не совсем понятно откуда берётся энергия когда информация создаётся и что есть создание информации в этом контексте тут можно сопоставить это с изменением энтропии то есть количество информации о симе очень сложное понятие которое только кажется вот таким вот поверхностным таким вот прозрачным на самом деле энтропия - это очень сложная штука по большому счёту энтропия - это то насколько мы мало знаем о системе Ну или насколько много если подойти к этому с другой стороны по большому счёту энтропия определяет наше знание о системе и соответственно меру е упорядочивания если энтропия высока Томы с вами очень мало знаем оме имф которые повлияют на эту систему Чем ниже энтропия тем более точно мы можем прогнозировать поведение этой системы и во всём этом информация играет буквально таки решающую роль Ведь именно информация определяет то состояние тропи с которым мы работаем Так что же получается что информацию тоже можно создавать и стирать она где-то появляется и стирается И что это вовсе не какое-то свойство пространства времени а какая-то непонятная физическая субстанция вот на самом деле тут очень много интересных и сложных вопросов сразу возникает Например если мы из цифры два вычли цифру д и получили ноль что мы с вами сделали мы сейчас с вами информацию каким-либо образом уничтожили или изменили или что вообще происходит но вот по большому счёту стирание информации в той или иной форме должно привести к тому что энергия будет выделяться мы сейчас подтвердили что это так это удалось измерить на практике и вот по идее применительно к допустим алгебраическим вычислениям принцип нра тоже должен был бы работать но выглядит и звучит это согласитесь совершенно безумно правда есть тут одна маленькая интересная зацепка в общем-то когда вандар говорил про этот принцип Он сказал что есть скажем так обратимые действия с информацией А есть необратимые вот по идее уничтожение информации - это есть действие необратимое и При всём при этом вычисления связанные с решением школьных задач не являются необратимыми действиями потому что информация перетекает из одного вида в другой и превращается из одной формы в другую кстати говоря Тут ещё один интересный Привет квантовым компьютерам Ведь именно в квантовых системах этот эксперимент который провели по выявлению действительности принципа нра был обозначен и квантовые системы они без того страдают от всяких там перегревом внешних воздействий которые выводит в систему из состояния квантового равновесия так вот принцип лишний раз подчеркивает что система будет перегреваться просто невероятным образом представьте себе Какое количество информации там содержится и по идее при большом количестве вычислений при большом количестве операций Даже те системы охлаждения глобальные которые сейчас используется для поддержания состояния квантовой запутанности будут в общем-то недостаточно и квантовый компьютер будет нагреваться опять-таки Согласно принципу ландау до каких-то беше значений пока такое вроде как не наблюдается но я думаю что при развитии этой системы будет происходить самое-самое интересное и в общем-то если ориентироваться только на информатику то принцип нра говорит одну простую вещь друзья Используйте обратимые вычисления для того чтобы у нас с вами системы не перегрева Потому что при уничтожении информации выделяется Некоторое количество теплоты знат выть обрати иде ление Что такое необратимые - это большая сложная тема по сути обратимые вычисления - это те вычисления которые можно обратить напрямую следует из названия и Это довольно сложные сущности в которые мы сейчас с вами не полезем но фактически те самые 2 -2 про которые мы говорили - это обратимые вычисление Но если ковырять здесь в сторону физики то мы попадаем вообще в какой-то просто фантастический мир ведь по большому счёту мы сейчас с вами Используя принцип ландау доказали что первое информация участвует в законе сохранения энергии Это означает что информация как минимум является какой-то непонятной физической субстанцией которая в конечном итоге можно пощупать она где-то скажем так записана Очень вероятно что теории про информационное поле Там Планета вселенна и так далее При всём при этом окажутся более-менее скажем так достоверными насколько я помню из курса философии кажется гумилёв я могу ошибаться поправьте если это так разрабатывал или Вернадский может быть разрабатывал идеи Ново сферы это сфера Где содержится вся информация обо всём что может произойти и вот по сути дела Это на сфера грубо говоря является информационным полем тогда энергия может взаимодействовать с этой Ново сферой и получается что информационное поле будет работать примерно так же как работает поле любое там квантовое так как появляется скажем Электрон с Ну назовём это так электромагнитного поля посредством квантового вот этого вот колебания так появляется и возможно информация которая содержится в ноосфере и зная вот это вот мы можем ещё более уверенно говорить что информация является одной из важных штук которые нельзя ассоциировать только с тем что это свойство пространства мы много раз говорили что информация и материя вроде как взаимосвязано пытаемся превратить материю в информацию наоборот то происходит какой-то непонятный процесс А вот очень Не исключено что зная принцип нэра мы можем утверждать что информация и Материя - это практически одинаковая субстанция и очень Не исключено что как раз-таки у нас останется всего из трёх китов Два кита если я всегда утверждаю что нужна информация Энергия и какое-то поле Возможно у нас останется энергии какое-то поле потому что информация перетекает скажем так в Сферу тех же самых материй про которые мы с вами говорим когда говорим про колебания полей это тоже очень интересно и для физики это очень важно следующий момент вот этот вот момент пропадания информации в чёрной дыре Почему я за это цепляюсь потому что по сути чёрная дыра поглощает буквально любую материю но При всём при этом информация долгое время расписывались не как Материя не как какая-то физическая сущность А как какое-то непонятное свойство пространства времени так вот исходя из принципа ландау очень просто объяснить почему информация пропадает в чёрной дыре Я надеюсь что вам было очень интересно что вы поставили лайк под роликом Я надеюсь что вы подпишитесь на канал И обязательно вернётесь посмотреть новые ролики Ну а про принцип ландау Я думаю мы все основные вещи сказали поэтому Всем спасибо за внимание До новых встреч и всего самого наилучшего