Скорее всего если я спрошу почему происходит нагрев процессора в компьютере, то вы обратитесь к тепловому действию электрического тока и ответите, что любая электроника состоит из проводников (или полупроводников) и объяснить повышение температуры очень просто.
Классическая модель, которая описывается в школе на физике, во много тут очень хорошо подходит.
Электрон перемещается в проводнике и "внутреннее трение" со стороны кристаллической решетки инициирует нагрев системы. Не нужно сильно критиковать эту модель. Мы используем классический подход и опускаем, что электрона может не существовать, а его движение - это спорный вопрос. Такая упрощенная модель вполне позволяет сформулировать закон Джоуля-Ленца и численно описать процесс нагрева спирали в электрической плите. И, само собой, каждый из вас ассоциирует нагрев процессора только с этим явлением.
Это, безусловно, именно так и вы правы. Электрический ток имеет тепловое действие и большая часть энергии, выделяемой на процессоре, объясняется именно таким образом. Подход не является ошибочным. Но есть и ещё кое-что!
В 1961 году, когда вместо привычных сегодня флэшкарт и аналогичных накопителей на транзисторах с плавающими затворами, использовались магнитные носители данных, Рольф Ландауэр сформулировал интерсный принцип:
Стирание одного бита информации инициирует появление измеряемого количества тепловой энергии.
Я не случайно отметил, что речь идёт про магнитные носители. Если бы процесс стирания рассматривался Ландауэром в транзисторном носителе, то ничего невероятного тут бы и не было, а сама идея не получила бы развития.
Но магнитные носители не могут нагреваться при стирании информации. Классическая модель просто не содержит такого механизма. Там нет электронов, которые ёрзали бы при прохождении тока и нагревали образец. Поэтому, мы приходим к простому выводу - нагрев системы инициируется посредством самого процесса стирания информации. Факт того, что информация была удалена, приводит к изменению температуры.
И тут можно было бы скептически отнестись к таким догадкам. Можно было бы сказать, что измерен эффект криво и что система на тот момент была изучена неправильно. На момент формулировки этого принципа, Ландауэр и правда не смог бы тщательно измерить явление и оно оставалось лишь гипотетическим. Но в 2012 году была опубликована работа в Nature, где обозначено, что тепловой эффект при стирании информации в квантовой системе удалось измерить с высокой точностью и он существует. Принцип Ландауэра был подтвержден.
Получается, что не будет большим преувеличением связать нагрев процессора не только с тепловым действием тока, но и со стиранием информации. Более того, в информатике даже появилось следствие из этого правила, которое рекомендует программистам использовать так называемые обратимые вычисления, где информация бы не стиралась и не формировался бы паразитный нагрев.
С физической точки зрения это явление - настоящий подарок, который во многом делает информацию ещё более "физичной". В роликах на канале я много рассуждал о трёх китах материи (энергия, информация и физические поля) и отмечал, что термином "информация" постоянно манипулируют, но как таковая его физическая природа не ясна. Знакомство с принципом Ландауэра во многом приближает логику изучения физической сущности информации к природе самой материи.
Получается, что работа с информацией также подчиняется законам термодинамики и, как следствие, делает её материальной. Если раньше мы рассматривали информацию как неотъемлемое свойство любого объекта и было не ясно изречение "даже информация стирается в чёрной дыре", то сейчас можно сказать, что информация скорее физична и даже материальна. Это не простое "свойство" системы, а целый особый род материи.
--
💥 Слушайте мои подкасты по теме!
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!