他们住进了你的设备:计算的物理下限
计算耗能有物理下限。这一页讲结局「他们住进了你的设备」背后的兰道尔原理和相关研究。
一台手机里,能装下多少思考?兰道尔原理给出了计算耗能的物理下限:在室温下擦除 1 比特信息,至少要耗散约 3×10⁻²¹ 焦的热。理论上,一块手机电池的能量足够支撑难以想象的思考,现实中的芯片离这个极限还差得很远。游戏里的结局「他们住进了你的设备」,借这一点设想:最近的一台计算机,也许不在群星之间。
这一页先说怎么解锁,再讲兰道尔原理的含义,然后讲计算与电子设备的发展史,最后说两本相关的小说。文明压缩进一台设备,是虚构;游戏读取的核心数和屏幕尺寸只在你的浏览器里使用,不上传。
怎么解锁
- 提示:最近的一台计算机,也许不在群星之间。
- 条件:点亮“住进设备”,然后见证宇宙终局。
- 奖励:页面角落多出一个小文明,偶尔会留言。
结局属于“心智”类。“住进设备”节点的说明和提示是同一句话:最近的一台计算机,也许不在群星之间。
真实的科学:计算的物理下限
兰道尔原理说的是:计算不是免费的,擦除信息要付出至少这么多热量。室温下擦除 1 比特信息,至少要耗散约 3×10⁻²¹ 焦。这是一个很小的数字,所以理论上一块手机电池的能量,足够支撑难以想象的思考。但现实里,芯片离这个极限还差得很远。
一台设备是怎么来的
- 电磁场理论:麦克斯韦统一了电和磁,并算出电磁波的速度正好等于光速:光就是电磁波(Maxwell,《Philosophical Transactions of the Royal Society》1865)。
- 可计算性:图灵设想了一种抽象机器,定义了“计算”是什么,现代计算机的理论基础由此奠定(Turing,《Proceedings of the London Mathematical Society》1936)。
- 信息论:香农把“信息”变成可以测量的量,比特从此诞生(Shannon,《Bell System Technical Journal》1948)。
- 晶体管:一块半导体就能放大信号,它取代了真空管,让计算机从房间大小缩小到口袋里(Bardeen 与 Brattain,《Physical Review》1948)。
- 万维网:一份内部提案,上司批注“模糊,但令人兴奋”,它后来变成了万维网(Berners-Lee,CERN,1989)。
这些是相关的真实研究,讲的是设备和计算怎样发展而来,不是“有文明住在设备里”的依据。
宇宙的终局
推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运:恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发(Adams 与 Laughlin,《Reviews of Modern Physics》1997)。解锁需要见证宇宙终局,所以它与这个结局相关。
两本相关的小说
- 《置换城市》(格雷格·伊根,1994 年):心智能否上传,取决于意识是否只由信息处理决定,这仍是开放问题。小说讲一个人把自己的意识复制进计算机,然后发现:即使把计算的顺序打乱、暂停、重排,副本也感觉不到任何异样。
- 《神经漫游者》(威廉·吉布森,1984 年):这本书让“赛博空间”一词流行起来;今天的脑机接口已经能让瘫痪的人用意念打字。小说讲一名被废掉能力的黑客被雇去完成最后一单,在虚拟网络空间里追踪一个想要突破限制的人工智能。
游戏设定,不是真的
文明压缩进一台设备,是虚构。奖励里“页面角落多出一个小文明,偶尔会留言”,是游戏里的设定。
想读原文,可以搜这些题目
- Maxwell(1865):《A dynamical theory of the electromagnetic field》,大意是“电磁场的动力学理论”
- Turing(1936):《On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem》,大意是“论可计算数及其在判定问题上的应用”
- Shannon(1948):《A mathematical theory of communication》,大意是“通信的数学理论”
- Bardeen 与 Brattain(1948):《The transistor, a semi-conductor triode》,大意是“晶体管,一种半导体三极管”
- Adams 与 Laughlin(1997):《A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects》,大意是“垂死的宇宙:天体物理对象的长期命运与演化”
- Berners-Lee(1989):《Information management: A proposal》,大意是“信息管理:一份提案”
真实依据
兰道尔原理给出了计算耗能的物理下限。
住进设备:兰道尔原理:在室温下擦除 1 比特信息,至少要耗散约 3×10⁻²¹ 焦的热。理论上,一块手机电池的能量足够支撑难以想象的思考,现实中的芯片离这个极限还差得很远。
《置换城市》(格雷格·伊根,1994 年)的科学背景:心智能否上传,取决于意识是否只由信息处理决定,这仍是开放问题。
《神经漫游者》(威廉·吉布森,1984 年)的科学背景:这本书让「赛博空间」一词流行起来;今天的脑机接口已经能让瘫痪的人用意念打字。
相关研究
这些研究和本页主题相关,但不是本页内容的直接证明。
电磁场理论:麦克斯韦统一了电和磁,并算出电磁波的速度正好等于光速:光就是电磁波。
出处:Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society 1865, "A dynamical theory of the electromagnetic field"
可计算性:图灵设想了一种抽象机器,定义了“计算”是什么,现代计算机的理论基础由此奠定。
出处:Turing, Proceedings of the London Mathematical Society 1936, "On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem"
信息论:香农把“信息”变成可以测量的量,比特从此诞生。
出处:Shannon, Bell System Technical Journal 1948, "A mathematical theory of communication"
晶体管:一块半导体就能放大信号。它取代了真空管,让计算机从房间大小缩小到口袋里。
出处:Bardeen & Brattain, Physical Review 1948, "The transistor, a semi-conductor triode"
万维网:一份内部提案,上司批注“模糊,但令人兴奋”。它后来变成了万维网。
出处:Berners-Lee, CERN 1989, "Information management: A proposal"
宇宙的终章:推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运:恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发。
出处:Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"
游戏设定(虚构)
- 文明压缩进一台设备,是虚构。
- 读取的核心数和屏幕尺寸只在你的浏览器里使用,不上传。
- 节点「住进设备」:最近的一台计算机,也许不在群星之间。
- 小说《置换城市》概述:一个人把自己的意识复制进计算机,然后发现:即使把计算的顺序打乱、暂停、重排,副本也感觉不到任何异样。
- 小说《神经漫游者》概述:一名被废掉能力的黑客被雇去完成最后一单,在虚拟网络空间里追踪一个想要突破限制的人工智能。