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

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ у формі вищого порядку, яка асоціюється з відносно низькою ентропією. У випадку яблука енергія в цукрі зберігається не в хаотичному коливанні атомів, а в упорядкованих хімічних зв’язках, що тримають цукор разом. Потрібно значно менше інформації, щоб описати форму, якої енергія набуває в мільярдах упорядкованих хімічних зв’язків, ніж для того, щоб описати ту саму кількість енергії, яка міститься в тих же атомах, які хаотично рухаються. Відносно мала кількість інформації, необхідної для опису енергії хімічних зв’язків, робить її доступною для використання – саме тому вона й називається вільною.

      Візьміть яблуко, надкусіть його. Ви проковтнули вільну енергію. Ваша травна система містить хімічні реагенти – ензими, що перетворюють цукри яблука на глюкозу – форму цукру, яку можуть негайно використати ваші м’язи. Кожен грам глюкози містить кілька кілокалорій вільної енергії. Коли у вас перетравився цукор, ви можете пробігти кілька миль на кількох сотнях кілокалорій. (Калорія – це кількість енергії, необхідної для нагрівання одного грама води на один градус Цельсія. Кілокалорія, тобто 1000 калорій, – це те, що ми в побуті зазвичай називаємо «калоріями»: чайна ложка цукру містить десять кілокалорій вільної енергії. Сто кілокалорій – це енергія, якої достатньо для підняття авто «фольксваген жук» на висоту тридцять метрів у повітря!) Поки ви біжите, вільна енергія в цукрі перетворюється на рух ваших м’язів. Коли ви закінчите бігти, ви розігрієтесь: вільна енергія в цукрі перетвориться на теплоту й роботу. Кількість калорій теплоти й роботи точно збігається з калоріями вільної енергії в цукрі яблука. Згідно з першим законом термодинаміки, загальна кількість енергії лишається незмінною. (За другим законом, кількість інформації, необхідної для опису додаткового коливання молекул у ваших розігрітих м’язах та спітнілій шкірі, значно більша, ніж кількість інформації, необхідної для опису впорядкованих хімічних зв’язків у цукрі яблука.)

      На жаль, розвернути цей процес не так просто. Якби ви хотіли перетворити енергію теплоти, де багато невидимої інформації (або ентропії), назад в енергію хімічних зв’язків, де ентропія значно менша, вам би довелося щось робити з цією надлишковою інформацією. Як ми ще будемо розглядати, проблема пошуку місця для надлишкових бітів у теплоті накладає фундаментальні обмеження на те, як здатні функціонувати машини, люди, мізки, ДНК та комп’ютери.

      Проте в кожному разі ясно, що енергія та інформація (видима і невидима) – це два головні актори у всесвітній драмі. Всесвіт, який ми бачимо, походить із взаємодії між цими двома величинами, взаємодії, що керована першим та другим законами термодинаміки. Енергія зберігається. Інформація ніколи не зменшується. Енергія потрібна для того, щоб фізична система еволюціонувала з одного стану до іншого. Тобто енергія потрібна для обробки інформації. Чим більше енергії, яку можна застосовувати, тим швидше фізична трансформація відбувається і тим СКАЧАТЬ