信息與物理密不可分

原標題：計算之物理：靈魂耗能嗎？
文章來源：人工智能學家
內容字數：21715字

計算的物理極限：從麥克斯韋妖到蘭道爾極限

本文探討了計算與能耗的深刻關系，追溯其歷史淵源，并展望未來發展趨勢。文章的核心觀點是：計算的物理極限并非遙不可及，它與熱力學第二定律緊密相連，并最終將面臨“遺忘點”（O點）的挑戰。

1. 計算與能耗：一個古老的議題

大語言模型的興起強化了我們對計算需要能量的直覺。文章指出，計算與能耗的關系是深刻的科學議題，其智識傳統源遠流長，涉及信息與物理、唯心與唯物等哲學概念。早期的圖靈、布里淵和馮諾依曼已敏銳地意識到計算的能耗限制。

2. 麥克斯韋妖與熵

麥克斯韋提出的“麥克斯韋妖”思想實驗，挑戰了熱力學第二定律。妖通過對分子的觀察和操控，似乎能夠降低熵，但這違背了熱力學第二定律。麥克斯韋和開爾文勛爵都謹慎地指出，唯物和唯心并非一回事。

3. 西拉德與智能妖

西拉德進一步發展了麥克斯韋妖的思想，他認為“妖”是某種智能生命，并指出信息的獲取（測量）需要消耗能量，從而導致環境熵的增加。他率先將信息與能耗聯系起來，為信息熵與熱力學熵的等價性提供了理論基礎。

4. 蘭道爾與不可逆計算

蘭道爾證明了不可逆計算需要消耗能量，信息擦除是不可逆計算的核心，并伴隨環境熵的增加。本內特進一步細化了這一結論，指出擺脫舊信息才是需要付出能量代價的。

5. 弗雷德金與可逆計算

弗雷德金提出了可逆的弗雷德金門，理論上所有計算都可以用其可逆地實現，從而不消耗能量。然而，這僅限于理想情況，現實中的可逆計算速度極慢。

6. 計算與能量：現實的挑戰

文章綜合蘭道爾、本內特和弗雷德金的研究，指出計算理論上可以不消耗能量，但現實中計算速度與能耗密不可分。摩爾定律和庫米定律的放緩，預示著我們正接近蘭道爾極限。“遺忘點”（O點）代表著碰到蘭道爾極限的時刻，那時文明的進步可能面臨停滯。

7. 結論：信息、物理與計算的統一

文章總結指出，信息與物理密不可分，計算理論可能比理論物理學更本質。“熵減”可以作為智能的一種定義，而“遺忘點”是比“奇點”更科學的概念，它代表著計算的物理極限，預示著文明可能面臨的挑戰。

聯系作者

文章來源：人工智能學家
作者微信：
作者簡介：致力成為權威的人工智能科技媒體和前沿科技研究機構