第573章 信息论剑斩麦克斯韦妖！全场震撼！还有第四神兽？
    信息熵概念一出，众人全都震撼不已。
    “多么天马行空的想法！”
    把信息类比成热力学中的系统，从熵的角度研究信息的本质。
    一时间，所有人议论纷纷。
    “布鲁斯教授的思维太超前了！”
    “信息这么虚无缥缈的存在，竟然也能用物理学的方法研究吗？”
    “如此说来，信息难道也是一种物理存在？”
    有人反驳道：
    “应该不是。”
    “目前没有任何理论和实验证明，信息是像原子那样的物理存在。”
    “布鲁斯教授定义的信息熵，是用热力学的方法研究信息。”
    “但有一点我想不明白，要用什么物理量研究信息的具体性质呢？”
    “速度？能量？位移？”
    “信息有这些物理参数吗？”
    “热力学系统除了熵，可还有能量、温度、压力等参数啊。”
    “只有一个熵，应该描述不了信息这个系统吧。”
    不少人赞同地点点头。
    信息确实是一种和物质、能量相比，截然不同的存在形式。
    这时，李奇维继续说道：
    “为了更好地讨论信息的性质，需要对信息的范围做一个限制。”
    “我所说的信息，是指能够以电子或数字的形式存储起来的信息。”
    “举个例子。”
    “我想把【演讲speech】这个单词存储到机器中。”
    “speech含有6个字母，我就把它的信息熵定义为6。”
    “这里的信息熵，是指speech这个单词的组成字母的复杂度，而不是它本身所能映射出的信息量。”
    “因为你完全可以说，你看到speech这个单词后，就想起来很多场演讲的内容。”
    “那么，我们就无法估算speech的真实信息量了。”
    “甚至每个人从speech中能获得的信息量都是不一样的。”
    “在通信领域中，信息熵是针对编码机器的概念，而不是人类感性思维上的拓展。”
    “所以，长单词就是比短单词的信息量更大。”
    “这也是为何大家发电报时，字数越多收费越贵。”
    “对你而言，一句话和十句话可能表述的信息量是一样的。”
    “但是对于电报机器而言，它只能遵循机械和数学原理，一个一个字发送。”
    众人默默点头。
    他们很容易就接受了这个设定。
    这是科学研究的一种常用方法。
    那就是抓住主要问题进行分析，没有必要直接研究现实世界的复杂情况。
    等到理论成熟后，再逐步应用到更复杂的场景中。
    比如量子力学就是从研究电子的性质开始，然后推广到所有微观粒子及粒子组成的系统。
    “我之前说，从信息的角度重新审视麦克斯韦妖问题。”
    “但是问题来了，信息要如何和物理世界产生联系呢？”
    “信息毕竟是虚无缥缈的存在。”
    “一个原子在那里运动，它具有速度、位置、能量等。”
    “如果把这些参数值写在纸上，那么我们就得到了一个关于原子的信息。”
    “可现在如果把纸张烧了，请问信息还存在吗？”
    众人纷纷议论。
    这倒是个很有意思的问题。
    “很显然，对于原子本身而言，信息并没有丢失。”
    “它依然具有相同的速度、位置、能量等参数。”
    “不会因为纸张被烧掉，它的信息就不存在了。”
    “但是对于我们这样的研究者而言，信息确实消失了。”
    “所以，这里就涉及到一个关键的问题。”
    “信息的变化到底会不会影响到物理世界的变化？”
    “换句话说，我们是否可以在信息和物理世界之间搭建一架桥梁？”
    众人皆是一惊！
    他们顺着布鲁斯教授的思路，思考问题的深度越来越深。
    信息，到底是幽灵？还是某种存在？
    这时，李奇维自信满满，令众人为之一震！
    “我认为是可以的！”
    “答案就在熵和能量这两个参数中！”
    “客观世界由物质和能量组成，而根据质能方程，物质和能量是一体两面的存在形式。”
    “因此，如果能找到信息熵和能量之间的关系，就能把信息和物理世界联系起来。”
    “那么，如何操作呢？”
    “刚刚我提到了克劳修斯从熵的角度重新表述了热力学第二定律。”
    “在他给出的公式中，系统的熵和能量满足特定的关系。”
    “接着，玻尔兹曼又从微观角度，更细致地定义了熵和能量之间的关系。”
    “在此，我做出一个大胆的假设！”
    “热力学熵和信息熵不是泾渭分明，而是有着深刻的联系。”
    “在通信领域中，任何信息都需要物理载体。”
    “信息和能量就通过这些真实的物质发生作用。”
    “当我们对信息进行处理的时候，就必然同时会对这些物理载体进行操作。”
    “虽然信息本身不遵循物理定律，但是这些物理载体却需要。”
    “所以，这些物理载体必然也遵循热力学定律。”
    “如此一来，通过热力学熵，就可以把信息熵和能量联系起来了。”
    在众人的震惊和懵逼中，李奇维继续道：
    “举个例子。”
    “电报的原理是利用电流存在与否来代表不同的信息。”
    “在二进制电报中，电流存在视为【1】，电流不存在视为【0】。”
    “通过0和1的组合，就能编码出各种字母、数字、符号，从而传递复杂的信息。”
    “电报员首先将待发送的信息，按照特定的规律，比如摩尔斯密码等，编码成电流信息。”
    “然后，这些电流通过导线以光速传递到另一端。”
    “在接受端，这些电流信号通过电磁感应原理，影响到打字机设备，将电信号还原成人类可读的文字信息。”
    “可以看到，不管是在发送端还是接受端，信息都是以电流这种真实物理存在为载体，进行传输。”
    “而电流本身是符合已知的各种物理理论，比如电磁感应现象等。”
    “所以，如果我们对信息进行修改，其实就是在修改电流。”
    “而电流被改变后，它与物质发生的相互作用也必然改变。”
    “换句话说，我们看似只是改变了信息本身，但因为信息需要物理载体，而物理载体又要满足物理规律。”
    “所以，我们间接又改变了物理世界。”
    “而这，就是信息和物理世界的关系！”
    “基于这些分析，我对信息熵、热力学熵、能量三者之间的关系提出以下猜想。”
    “任何在逻辑上不可逆转的信息操作过程，比如，擦除一个单位的信息，都会伴随着信息处理设备或其环境的热力学熵增加，从而消耗能量。”
    “比如，在电报机中，如果要删减部分信息，那么必然会对机器进行操作，改变其电流规律。”
    “在这个过程中，机器消耗的能量更多了，因此造成热力学熵变大。”
    “这一点，根据玻尔兹曼熵公式和克劳修斯熵公式就能计算得出。”
    哗！
    会场内瞬间安静下来！
    紧接着，爆发出一阵惊呼！
    所有人都瞪大了双眼，震撼不已！
    布鲁斯教授仅仅通过逻辑，就把信息这个幽灵般的存在禁锢在真实世界里。
    这太不可思议了！
    “我的天啊！”
    “擦除信息会导致环境的熵增加？”
    “这个过程我连想象都想不出来。”
    “布鲁斯教授竟然严密地推导出来了？”
    “这也太夸张了吧！”
    “.”
    有人听后，更懵逼了。
    “所以，谁能告诉我，那信息到底是什么？”
    “它也是一种物质或能量吗？”
    “不然的话，它为何能影响能量呢？”
    众人皆是摇头。
    他们无法理解信息和物质世界的关系。
    或者说，刚刚布鲁斯教授所提出的猜想就是它们之间的关系。
    郎之万、德布罗意等大佬们同样神色震动。
    这个角度实在太清奇了！
    郎之万感慨道：
    “不经意间，布鲁斯教授又开辟了一门全新的理论。”
    “这门理论是专门用数学和物理的方法研究信息，或许以后会叫信息论吧。”
    德布罗意说道：
    “我感觉信息论是更偏向工程的理论。”
    “布鲁斯教授举的例子也都是通信领域的。”
    “至少暂时，我认为信息论对现有物理学的影响不大。”
    其余大佬们点点头，显然比较认可这个判断。
    毕竟，这是布鲁斯教授从通信工程师那里发现的问题，解决的也是通信领域对信息的界定。
    如果放到物理领域，一个原子的信息量有多少，恐怕没有人能说得清楚。
    但即便如此，信息论也属于天马行空的猜想，必将引起学界震动！
    这时，李奇维继续说道：
    “现在有了信息和能量关系的猜想后，我们就可以从信息的角度分析麦克斯韦妖了。”
    哗！
    众人瞬间聚精会神。
    重头戏终于来了！
    “小妖看一眼就能知道分子的速度，我们极端假设它看的过程并不消耗能量。”
    “但是，分子的速度是一种信息。”
    “假设小妖通过一种存储器来储存它测量出的分子速度信息。”
    “小妖必须先把这种信息储存起来，然后才能做出是否打开洞口的判断。”
    “所以，小妖其实是在增加系统的信息量。”
    “根据前面的分析可知，这种信息的增加会导致热力学熵的增加。”
    “因此，小妖通过分离不同速度的分子所产生的减熵绝对值，小于信息增加导致的增熵绝对值。”
    “两者相加，系统的熵还是增大的，所以，不违反热力学第二定律。”
    “这时，有人可能会有疑问。”
    “那小妖记录完分子的信息后，再把它删除不就行了？”
    “但是擦除信息也是需要耗散系统能量的，导致熵增加的。”
    “这就是我刚刚提出的那个猜想。”
    这时，有人问道：
    “教授，那让小妖的储存器无限大，不用删除行不行？”
    李奇维说道：
    “麦克斯韦妖是描述真实世界的猜想。”
    “连宇宙都是有限的，不可能存在无限的物理概念。”
    “因此，任何存储器必然也是有限资源的，小妖必须不断地擦除之前的信息。”
    “否则分离过程就无法一直进行下去。”
    “而在这个过程中，小妖一直在使系统的熵增加。”
    “总之，信息擦除导致的熵增一定会大于气体分离导致的熵减。”
    “从而保证热力学第二定律不会被违背。”
    “这，就是我的解释。”
    轰！
    全场震撼！
    众人露出不可思议的表情。
    “天啊！太精彩了！”
    “从信息的角度解释麦克斯韦妖，简直无懈可击！”
    “如此说来，这个神兽算是被布鲁斯教授解决了？”
    有人说道：
    “现在还不能确定，因为布鲁斯教授的理论还需要得到实验的验证。”
    “但是，我想不到要怎么对擦除信息的过程进行实验。”
    “只能说，布鲁斯教授的理论实在太超前了。”
    众人无不膜拜！
    布鲁斯教授为了解释麦克斯韦妖，竟然硬生生地发明了一套新理论。
    这种实力简直强到无解！
    奥本海默、安德森、汪德昭等人眼神狂热。
    这才是他们心目中完美的物理学家形象。
    当所有物理学家都走投无路的时候，对方硬生生开辟一条新的路。
    且不谈信息论的正确性到底有多大。
    这个全新的领域本身就价值无限。
    人类在很早之前，就有了使用信息的手段。
    但是直到今天，才被布鲁斯教授从理论的高度进行概括和研究。
    甚至还能解释麦克斯韦妖这样的惊世猜想。
    强！
    太强了！
    看着众人的震撼表情，李奇维微微一笑。
    他鼓励着眼前的年轻人们。
    “先贤们提出的这些猜想，即便有些是错的，但是依然充满了价值。”
    “它们的提出不是为了抬杠，而是为了探索物理学的边界和极限。”
    “所以，在座的你们，也要善于思考和提问。”
    “经典物理学有三大神兽的猜想，那么现代物理学呢？”
    “我相信，将来一定有人会提出关于相对论和量子力学的某个猜想。”
    “到时候，说不定就变成物理学四大神兽了。”
    众学生眼神火热！
    一碗鸡汤下肚，他们斗志昂扬！
    (本章完)