Рольф Ландауэр: Физическая природа информации

Рольф Ландауэр (Rolf Landauer, 1927 — 1999) — физик, который выдвинул принцип о том, что во время протекании вычислений потеря 1 бита информации должна приводить к выделению теплоты. Я просмотрел две статьи Ландауэра (1996 и 1999 гг.), в которых физик рассматривает необходимость связи информации с физическими объектами. В них можно выделить три темы:

  • Квантовые вычисления (более подробно рассмотрены в первой статье);
  • Возражение против информации в духе платонизма;
  • Законы физики, математика, информация и вселенная.

Я рассмотрю только вопросы, связанные с информацией, платонизмом и законами физики. Начну с пары цитат, которые направлены против представителей платонизма (Ландауэр ссылается при этом на книгу Новый ум короля Роджера Пенроуза):

‘Информация не является абстрактным объектом, она существует только посредством физической репрезентации.’

‘Информация с необходимостью вписана в физическую среду. Она не является абстрактным объектом.’

По-моему, цитаты хорошо показывают неустранимый источник когнитивного диссонанса при обсуждении информации. Итак, есть физический мир и информация представлена в физическом мире. Возникает вопрос, что репрезентирует информация и для кого эта репрезентация предназначена. Если вне физического мира представить себе интеллект, который использует физический мир для манипуляций с информацией, то в целом все понятно. Однако, если сказать, что все, что существует, ограничено физическим миром, то термины «репрезентация» и «вписана», по-моему, не поддаются рациональной реконструкции. Можно, конечно, сказать, что это метафоры, но в этом случае приведенные утверждения являются по сути дела пустыми, поскольку совершенно непонятно, как их переформулировать без использования метафор.

Приведу еще одну цитату Ландауэра из статьи 1972 года (Пути совершенствования электронно-вычислительных машин), переведенной в Успехах физических наук:

‘Вычисление есть процесс, в ходе которого протекают потоки информации и происходят их нелинейные взаимодействия друг с другом.’

Попробуем придать смысл этому утверждению в рамках убеждения, что существует только физический мир. Существует физические объекты, которые переходят из предыдущего состояния в последующее по законам физики. Нет сомнений, что это утверждение хорошо описывает то, что происходит в компьютере. Каким образом в это рассмотрение можно дополнительно ввести информацию, при этом таким образом, чтобы потоки информации каузально влияли на поведение физических объектов? Я бы сказал, что происходящее напоминает классический дуализм, в котором роли материи и души играют физические объекты и информация соотвественно.

Возможный выход из создавшейся ситуации заключается в признании информации свойством всей материи. В определенном смысле это эквивалентно панпсихизму, поскольку такое утверждение выводит нас за рамки рассмотрения вычислений в компьютере и в то же время никак не помогает понимаю того, что же происходит в компьютере во время вычислений.

Ландауэр в своих статьях невольно идет по этому пути, при этом он даже рассматривает законы физики как некоторый алгоритм. Отмечу, что Ландауэр в статьях почеркивает спекулятивность своих рассуждений в этом направлении. Вначале несколько цитат, которые показывают ход его рассуждений:

‘Наша точка зрения о том, что математика является частью физического мира может разрешить многолетнуюю загадку. Существует много ссылок к замечанию Вигнера о «непостижимой эффективности математики». Этот успех при характеристике физического мира действительно является загадкой, если исходить из того, что математика существовала до и существует вне физической вселенной. Вместо этого математика использует физическую вселенную и является частью физики.’

‘Наши общепринятые законы физики связаны с континуальной математикой, которая в свою очередь основана на представлении, что можно достичь любой заданной степени точности при использовании последовательных операций. Однако вряд ли наша реальная вселенная может позволить неограниченную последовательность абсолютно достоверных операций. Размер памяти по всей видимости является ограниченным, поскольку вселенная является ограниченной.’

‘Есть тенденция размышлений о математике как о средстве, которое каким-то образом существовало до и вне физического мира. Математика в свою очередь позволяет выразить законы физики … В настоящей статье мы подчеркиваем, что обработка информации должна проводиться в реальном физическом мире и что законы физики существуют как инструкции по обработке информации в этом реальном мире. Следовательно, не имеет смысла использовать операции в законах физики, которые невозможно исполнить, по крайней мере в принципе, в нашем реальном физическом мире. ‘

‘Одна возможность связана с фундаментальным источником необратимости и флуктуаций в реальном мире, мире в которомы мы наблюдаем отклонение от поведения в соотвествие динамикой Гамильтона. Округления в законах физики являются по существу источником шума. … Ограниченная точность может быть кроме того, быть источником наблюдаемого классического поведения, которое так заметно окружает нас. ‘

Попытка Ландауэра связать математику с физикой сталкивается с вопросом, каким образом можно связать бесконечности в математике с конечностью вселенной. Предлагаемое решение заключается в том, что в реальности законы физики вычисляются приближенно и на этом пути ошибки округления снимают вопрос об обратимости законов физики по времени. В любом случае, желание связать информацию с физикой заканчивается рассмотрением эволюции вселенной как последовательности вычислений. Стремление избежать идеализма просто приводит к идеализму на другом уровне.

Информация

Landauer R. The physical nature of information. Physics letters A. 1996, 217(4-5):188-93.

Landauer R. Information is a physical entity. Physica A: Statistical Mechanics and its applications. 1999, 263(1-4):63-7.

Ландауэр Р. Пути совершенствования электронно-вычислительных машин. Успехи физических наук. 1972, 106(1):125-35.

Обсуждение

https://evgeniirudnyi.livejournal.com/194143.html

https://www.facebook.com/evgenii.rudnyi/posts/1409846722483076


Comments are closed.