Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер. Сет Ллойд

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ майже завжди додатна, і ця енергія точно збалансовується від’ємною енергією гравітаційного тяжіння. Оскільки розширення триває, все більше й більше додатної енергії стає наявною у вигляді матерії чи світла, що компенсується від’ємною енергією в силі тяжіння гравітаційного поля.

      У традиційній історії Всесвіту чимала увага належить енергії. Скільки її там? Де вона? Що робить? І навпаки, в історії Всесвіту, про яку йде оповідь у цій книжці, головним актором у фізичній історії є інформація. Докорінним чином інформація та енергія відіграють у Всесвіті взаємодоповняльні ролі: енергія змушує фізичні системи створювати речі. Інформація каже їм, що робити.

Ентропія: другий закон термодинаміки

      Якби ми могли подивитися на матерію в атомарному масштабі, ми б побачили, як атоми танцюють і коливаються хаотично в різні боки. Енергія, що спонукає до цього хаотичного атомного танцю, називається теплотою, а інформація, що визначає кроки цього танцю, називається ентропією. Простіше кажучи, ентропія – це інформація, необхідна для уточнення хаотичних рухів атомів та молекул – рухів, надто малих, щоб ми їх побачили. Ентропія – це інформація, що міститься у фізичній системі, невидимій для нас.

      Ентропія – це засіб вимірювання ступеня молекулярного безладу, що існує в системі: вона визначає, скільки теплової енергії недоступно для перетворення на механічну дію, і, відповідно, яку частину теплової енергії можна використати на практиці. Другий закон термодинаміки стверджує, що повна ентропія Всесвіту не знижується – іншими словами, кількість недоступної для використання енергії збільшується. Прояви другого закону термодинаміки – навколо нас. Гаряча пара рухає турбіну та виконує корисну роботу. Коли ж пара охолоджується, її молекули, коливаючись, передають частину їхнього безладу в безлад у навколишньому повітрі, і воно нагрівається, його ентропія зростає. Молекули пари коливаються дедалі повільніше, а молекули повітря – дедалі швидше, і в результаті пара і повітря набувають однакової температури. Коли різниця температур менша, ентропія системи більша. Але пара, досягнувши кімнатної температури, вже не працюватиме.

      Ось іще один спосіб пояснити, що таке ентропія. Інформація здебільшого невидима. Кількість бітів, необхідних для опису танцю атомів, значно переважає кількість бітів, які ми бачимо або знаємо. Розгляньмо фотографію: в ній є природна зернистість, визначена розміром зернят галоїду срібла, що утворюють фотоплівку; або, якщо це цифрове фото, – кількістю пікселів, які утворюють цифрове зображення на екрані. Високоякісне цифрове зображення може нести майже мільярд бітів видимої інформації. Як я отримав таку цифру? Одна тисяча пікселів на дюйм – це висока роздільна здатність, близька до роздільної здатності ока. За такої роздільної здатності кожен квадратний дюйм фотографії містить мільйон пікселів. Фото розміром 8 на 6 дюймів із 1000 пікселів на дюйм має 48 мільйонів СКАЧАТЬ