Найти в Дзене
Занимательная физика

Информация весит — и однажды она раздавит нас

Каждое сообщение, которое вы когда-либо отправляли, каждый мем, каждый бессмысленный «ок» в мессенджере — всё это имеет вес. Не метафорический, не поэтический, а вполне себе физический, измеримый, подчиняющийся тем же законам, по которым Земля вращается вокруг Солнца. И если эта мысль кажется вам бредом — что ж, добро пожаловать в клуб тех, кто когда-то считал бредом идею о том, что пространство может изгибаться. Эйнштейну тоже не верили, пока не сфотографировали отклонение света во время солнечного затмения 1919 года. Мы живём в эпоху, когда человечество ежедневно генерирует около 2,5 квинтиллиона байт данных, и при этом упорно делает вид, что вся эта лавина информации существует в каком-то параллельном, невесомом мире. Словно биты — это призраки, порхающие между серверами без малейшего следа в физической реальности. Так вот: это ложь. Удобная, привычная, но от этого не менее опасная. Потому что информация не просто весит — она способна искривлять само пространство-время. И последстви
Оглавление

Каждое сообщение, которое вы когда-либо отправляли, каждый мем, каждый бессмысленный «ок» в мессенджере — всё это имеет вес. Не метафорический, не поэтический, а вполне себе физический, измеримый, подчиняющийся тем же законам, по которым Земля вращается вокруг Солнца. И если эта мысль кажется вам бредом — что ж, добро пожаловать в клуб тех, кто когда-то считал бредом идею о том, что пространство может изгибаться. Эйнштейну тоже не верили, пока не сфотографировали отклонение света во время солнечного затмения 1919 года.

Мы живём в эпоху, когда человечество ежедневно генерирует около 2,5 квинтиллиона байт данных, и при этом упорно делает вид, что вся эта лавина информации существует в каком-то параллельном, невесомом мире. Словно биты — это призраки, порхающие между серверами без малейшего следа в физической реальности. Так вот: это ложь. Удобная, привычная, но от этого не менее опасная. Потому что информация не просто весит — она способна искривлять само пространство-время. И последствия этого факта настолько чудовищны, что большинство физиков предпочитает просто не думать об этом за утренним кофе.

Когда килограмм информации перевесил килограмм свинца

Давайте начнём с того, что разрушим одну из самых уютных иллюзий современности: информация невесома. Мы к этому привыкли. Облачное хранилище — оно же «облачное», правда? Лёгкое, воздушное, где-то там, наверху. Маркетологи постарались на славу. Только вот за этим «облаком» стоят дата-центры размером с футбольные поля, жрущие электричество как небольшие города, и — вот что по-настоящему интересно — становящиеся чуть тяжелее с каждым загруженным файлом.

Нет, я не шучу.

Общая теория относительности Эйнштейна утверждает одну простую и безжалостную вещь: масса искривляет пространство-время. Чем больше масса — тем сильнее кривизна. Именно поэтому планеты вращаются вокруг звёзд, а свет отклоняется вблизи массивных объектов. Это не гипотеза, не философская спекуляция — это экспериментально подтверждённый факт, на котором, между прочим, работает ваш GPS-навигатор. Без поправок на искривление пространства-времени он бы промахивался на километры.

А теперь второй ингредиент этого коктейля. В 1961 году физик Рольф Ландауэр доказал нечто поразительное: стирание одного бита информации неизбежно выделяет энергию. Минимум kT ln 2 джоулей — крошечное, но ненулевое количество. Это не абстракция. Это термодинамический закон, подтверждённый экспериментально в 2012 году. Информация привязана к физическому носителю и подчиняется физическим законам. Бит — это не идея. Бит — это объект.

-2

И вот тут начинается самое весёлое. Если энергия связана с информацией, а энергия — через знаменитое E=mc² — эквивалентна массе, то информация обладает массой. Ничтожной? Безусловно. Но принципиально ненулевой. По подсчётам физика Мелвина Вопсона, все данные, произведённые человечеством к 2020 году, весили примерно 44 зеттабайта — это около 2,5 × 10⁻²⁰ килограммов в пересчёте через принцип Ландауэра. Смехотворная цифра? Пока да. Но знаете, что тоже когда-то казалось смехотворным? Количество углекислого газа, которое выбрасывали первые паровые машины.

Принцип Ландауэра, или почему ваш жёсткий диск тяжелее, чем вы думаете

Остановимся здесь подробнее, потому что принцип Ландауэра — это не какая-нибудь маргинальная гипотеза чудака-одиночки. Это фундаментальный мост между теорией информации и термодинамикой, и именно он превращает нашу спекуляцию из научной фантастики в научную проблему.

Суть проста до неприличия. Любая необратимая вычислительная операция — скажем, стирание бита — увеличивает энтропию окружающей среды. Это не баг, это фича Вселенной. Второй закон термодинамики не делает исключений для айфонов. Когда вы удаляете фотографию с телефона, Вселенная чуть-чуть нагревается. Буквально. На ничтожную долю градуса, но нагревается.

Казалось бы — ну и что? А то, что этот принцип устанавливает нижнюю границу энергетической стоимости вычислений. Нельзя обработать информацию бесплатно. Нельзя переместить бит, не заплатив энергией. И нельзя — вот ключевой момент — накопить достаточно информации, не создав при этом реальную, физическую массу.

Вопсон пошёл дальше и сформулировал идею информационной массы — гипотезу о том, что биты информации сами по себе обладают массой покоя, не только через энергию вычислений, а как фундаментальное свойство. Если это так, то информация — это не описание физической реальности. Информация и есть физическая реальность. Пятый элемент, если угодно, — только без Милы Йовович и летающих такси.

И вот теперь экстраполируем. Человечество удваивает объём данных каждые два года. При таких темпах, по модели Вопсона, примерно через 350 лет масса всей произведённой информации сравняется с массой Земли. Через 500 — с массой Солнца. Это, конечно, если мы доживём и если закон Мура не подавится кремнием окончательно. Но сама тенденция — а тенденция, знаете ли, вещь упрямая — указывает в одном направлении: информация станет доминирующей формой массы во Вселенной. Или, как минимум, в отдельно взятой Солнечной системе.

-3

Информационные звёзды — послания, ставшие небесными телами

А теперь давайте нырнём в по-настоящему глубокий конец бассейна. Если информация имеет массу, а масса искривляет пространство-время, то теоретически можно создать сообщение настолько информационно плотное, что оно начнёт обладать собственным гравитационным полем. Звучит как горячечный бред? Возможно. Но физика горячечных бредов не запрещает.

Представим цивилизацию, обогнавшую нас на миллионы лет. Им не нужны радиоволны — это же, по космическим меркам, всё равно что рассылать почтовых голубей. Вместо этого они создают информационные звёзды — конструкции из чистой, невероятно сжатой информации, чья масса достаточна для создания гравитационного поля. Такое послание не нужно «ловить антенной». Оно само притянет к себе всё, что окажется поблизости, — включая любопытных обезьян с радиотелескопами.

По сути, это была бы информация, ставшая гравитационным объектом. Звезда, состоящая не из водорода, а из данных. Не из плазмы, а из структурированных битов, упакованных с такой плотностью, что ткань пространства-времени вокруг них проседает, как матрас под спящим слоном. И вот тут возникает восхитительный парадокс: мы десятилетиями сканируем небо в поисках радиосигналов от внеземного разума, программа SETI потратила миллиарды, а нужные нам «сообщения», быть может, прямо сейчас болтаются в космосе в виде гравитационных аномалий, которые мы списываем на тёмную материю.

Ирония просто космическая — в буквальном смысле. Мы ищем шёпот, а нужно искать вмятины. Не электромагнитные колебания, а искривления метрики. Не световые сигналы, а гравитационные линзы. Может, те странные аномалии в гравитационных картах, которые астрофизики годами пытаются объяснить «невидимой массой», — это не скопления тёмной материи. Это чьи-то непрочитанные письма.

Чёрные дыры знания

-4

Но у каждой звезды есть тёмная сторона — простите за каламбур. Если информацию можно сжать до звёздной плотности, то можно сжать и дальше. До состояния, из которого нет возврата. Чёрная дыра знания — это не красивая метафора. Это логическое следствие нашей модели.

Когда информационная плотность превышает критический порог, происходит коллапс. Сообщение схлопывается под собственной тяжестью. Данные пересекают горизонт событий — и всё, привет. Информация остаётся, но извлечь её невозможно. Она там, внутри, — полная, неповреждённая, но навечно отрезанная от наблюдателя. Стивен Хокинг, кстати, потратил десятилетия на так называемый информационный парадокс чёрных дыр — вопрос о том, уничтожается ли информация при падении в чёрную дыру. Физическое сообщество до сих пор не пришло к консенсусу.

И вот тут можно сойти с ума от иронии. Что если самые глубокие, самые важные послания во Вселенной — ответы на вопросы о природе реальности, формулы единой теории поля, карта всего сущего — коллапсировали под собственной сложностью? Что если истина буквально слишком тяжела, чтобы существовать в открытом виде?

Это, между прочим, прекрасная метафора для современной науки. Мы производим знания с такой скоростью, что ни один человек не способен их усвоить. Число научных публикаций удваивается каждые девять лет. Каждый узкий специалист — это маленький горизонт событий: информация входит, но наружу уже не выходит в понятной для других форме. Академическая наука медленно, но верно коллапсирует в чёрную дыру собственной гиперспециализации. И попробуйте потом извлеките оттуда что-то полезное без десяти лет аспирантуры.

Мы ищем не там — гравитационные аномалии вместо радиосигналов

-5

Программа SETI работает с 1960 года. Шестьдесят с лишним лет мы направляем радиотелескопы в космос и слушаем. Тишина. Мёртвая, оглушительная тишина, известная как парадокс Ферми: если Вселенная так велика и так стара, то где все? Может, ответ проще, чем мы думаем: мы слушаем не тем ухом.

Радиоволны — это технология младенчества. Мы изобрели радио чуть больше ста лет назад и почему-то решили, что весь космос должен общаться на нашем языке. Это как если бы племя в Амазонии выставило дозорных, чтобы высматривать дымовые сигналы, и, не увидев их, заключило: «Мы одни на континенте». А в это время над ними пролетают спутники связи, невидимые и непостижимые.

Если развитые цивилизации освоили информационную гравитацию, то их послания — это не сигналы. Это объекты. Они не распространяются со скоростью света — они существуют в пространстве как физические тела. Вокруг них можно выйти на орбиту. К ним можно быть притянутым. Они не рассеиваются с расстоянием, как жалкие радиоволны, — они, наоборот, притягивают к себе всё, что способно их воспринять.

Это переворачивает всю логику поиска внеземного разума. Не мы должны искать их — их послания должны найти нас. Гравитация — самая демократичная сила во Вселенной: она действует на всё, без исключений. Информационное послание достаточной массы создаёт вокруг себя зону притяжения. Подлети достаточно близко — и ты уже не можешь не прочитать его, потому что ты буквально падаешь в него.

А если вдуматься ещё глубже: а что если мы уже внутри? Что если некоторые из гравитационных аномалий, которые мы приписываем тёмной материи — этой таинственной субстанции, составляющей 27% массы Вселенной и не взаимодействующей ни с чем, кроме гравитации, — на самом деле являются информационными артефактами? Тёмная материя не светится, не поглощает свет, не сталкивается с обычной материей. Она проявляет себя только через гравитацию. Ровно так же, как проявляло бы себя послание из чистой, сверхплотной информации.

Опасность понимания — что случится, когда мы расшифруем послание

И вот мы подходим к самому жуткому аспекту всей этой конструкции. Допустим, мы нашли информационную звезду. Допустим, вышли на орбиту. Допустим, начали расшифровку. Что произойдёт?

Вспомним принцип Ландауэра наоборот. Если стирание бита выделяет энергию, то что происходит при считывании и обработке колоссального массива данных? Расшифровка — это вычислительный процесс. Вычислительный процесс требует энергии. Обработка информации такой плотности потребует энергии, сопоставимой с энергией самого послания. А энергия, напомню, — это масса.

Получается чудовищный сценарий: акт понимания послания высвобождает его гравитационный потенциал. Расшифровка равна взрыву. Не в переносном — в самом что ни на есть буквальном смысле. Прочитать такое сообщение — значит, по сути, детонировать информационную бомбу. Самые мощные идеи Вселенной защищены собственной массой: чтобы их понять, нужно заплатить энергетическую цену, которая, возможно, уничтожит того, кто посмел прочитать.

Это, если задуматься, самый изысканный механизм защиты из всех возможных. Никаких паролей, никаких шифров — просто физика. Послание доступно всем, но его расшифровка уничтожает расшифровщика. Абсолютная форма того, что программисты называют «защита от дурака», — только в космическом масштабе. Библиотека Вселенной открыта для посещения, но при попытке вынести книгу за порог здание рушится.

-6

И может, именно поэтому Вселенная молчит. Не потому что мы одни. Не потому что цивилизации самоуничтожаются в ядерных войнах. А потому что те, кто добрался до настоящего знания, — до посланий, содержащих ответы на главные вопросы, — просто исчезли в момент понимания. Великий фильтр — это не война и не экология. Великий фильтр — это момент, когда цивилизация пытается прочитать то, что Вселенная написала для неё. И платит за это полную цену.

Так что, когда вы в следующий раз удалите непрочитанное сообщение, подумайте: может, вы не просто очистили папку «Входящие». Может, вы совершили маленький акт космического благоразумия. Потому что в мире, где информация имеет массу, невежество — это не просто блаженство. Это единственная надёжная стратегия выживания.