他們住進了你的裝置:計算的物理下限
計算耗能有物理下限。這一頁講結局「他們住進了你的裝置」背後的蘭道爾原理和相關研究。
一臺手機裡,能裝下多少思考?蘭道爾原理給出了計算耗能的物理下限:在室溫下擦除 1 位元資訊,至少要耗散約 3×10⁻²¹ 焦的熱。理論上,一塊手機電池的能量足夠支撐難以想像的思考,現實中的晶片離這個極限還差得很遠。遊戲裡的結局「他們住進了你的裝置」,借這一點設想:最近的一臺計算機,也許不在群星之間。
這一頁先說怎麼解鎖,再講蘭道爾原理的含義,然後講計算與電子裝置的發展史,最後說兩本相關的小說。文明壓縮排一臺裝置,是虛構;遊戲讀取的核心數和螢幕尺寸只在你的瀏覽器裡使用,不上傳。
怎麼解鎖
- 提示:最近的一臺計算機,也許不在群星之間。
- 條件:點亮“住進裝置”,然後見證宇宙終局。
- 獎勵:頁面角落多出一個小文明,偶爾會留言。
結局屬於“心智”類。“住進裝置”節點的說明和提示是同一句話:最近的一臺計算機,也許不在群星之間。
真實的科學:計算的物理下限
蘭道爾原理說的是:計算不是免費的,擦除資訊要付出至少這麼多熱量。室溫下擦除 1 位元資訊,至少要耗散約 3×10⁻²¹ 焦。這是一個很小的數字,所以理論上一塊手機電池的能量,足夠支撐難以想像的思考。但現實裡,晶片離這個極限還差得很遠。
一臺裝置是怎麼來的
- 電磁場理論:麥克斯韋統一了電和磁,並算出電磁波的速度正好等於光速:光就是電磁波(Maxwell,《Philosophical Transactions of the Royal Society》1865)。
- 可計算性:圖靈設想了一種抽象機器,定義了“計算”是什麼,現代計算機的理論基礎由此奠定(Turing,《Proceedings of the London Mathematical Society》1936)。
- 資訊理論:夏農把“資訊”變成可以測量的量,位元從此誕生(Shannon,《Bell System Technical Journal》1948)。
- 電晶體:一塊半導體就能放大訊號,它取代了真空管,讓計算機從房間大小縮小到口袋裡(Bardeen 與 Brattain,《Physical Review》1948)。
- 全球資訊網:一份內部提案,上司批註“模糊,但令人興奮”,它後來變成了全球資訊網(Berners-Lee,CERN,1989)。
這些是相關的真實研究,講的是裝置和計算怎樣發展而來,不是“有文明住在裝置裡”的依據。
宇宙的終局
推算了宇宙在萬億年乃至更久之後的命運:恆星熄滅、質子或許衰變、黑洞最終蒸發(Adams 與 Laughlin,《Reviews of Modern Physics》1997)。解鎖需要見證宇宙終局,所以它與這個結局相關。
兩本相關的小說
- 《置換城市》(格雷格·伊根,1994 年):心智慧否上傳,取決於意識是否只由資訊處理決定,這仍是開放問題。小說講一個人把自己的意識複製進計算機,然後發現:即使把計算的順序打亂、暫停、重排,副本也感覺不到任何異樣。
- 《神經漫遊者》(威廉·吉布森,1984 年):這本書讓“賽博空間”一詞流行起來;今天的腦機介面已經能讓癱瘓的人用意念打字。小說講一名被廢掉能力的駭客被僱去完成最後一單,在虛擬網路空間裡追蹤一個想要突破限制的人工智慧。
遊戲設定,不是真的
文明壓縮排一臺裝置,是虛構。獎勵裡“頁面角落多出一個小文明,偶爾會留言”,是遊戲裡的設定。
想讀原文,可以搜這些題目
- Maxwell(1865):《A dynamical theory of the electromagnetic field》,大意是“電磁場的動力學理論”
- Turing(1936):《On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem》,大意是“論可計算數及其在判定問題上的應用”
- Shannon(1948):《A mathematical theory of communication》,大意是“通訊的數學理論”
- Bardeen 與 Brattain(1948):《The transistor, a semi-conductor triode》,大意是“電晶體,一種半導體三極體”
- Adams 與 Laughlin(1997):《A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects》,大意是“垂死的宇宙:天體物理物件的長期命運與演化”
- Berners-Lee(1989):《Information management: A proposal》,大意是“資訊管理:一份提案”
真實依據
蘭道爾原理給出了計算耗能的物理下限。
住進裝置:蘭道爾原理:在室溫下擦除 1 位元資訊,至少要耗散約 3×10⁻²¹ 焦的熱。理論上,一塊手機電池的能量足夠支撐難以想像的思考,現實中的晶片離這個極限還差得很遠。
《置換城市》(格雷格·伊根,1994 年)的科學背景:心智慧否上傳,取決於意識是否只由資訊處理決定,這仍是開放問題。
《神經漫遊者》(威廉·吉布森,1984 年)的科學背景:這本書讓「賽博空間」一詞流行起來;今天的腦機介面已經能讓癱瘓的人用意念打字。
相關研究
這些研究和本頁主題相關,但不是本頁內容的直接證明。
電磁場理論:麥克斯韋統一了電和磁,並算出電磁波的速度正好等於光速:光就是電磁波。
出處:Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society 1865, "A dynamical theory of the electromagnetic field"
可計算性:圖靈設想了一種抽象機器,定義了“計算”是什麼,現代計算機的理論基礎由此奠定。
出處:Turing, Proceedings of the London Mathematical Society 1936, "On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem"
資訊理論:夏農把“資訊”變成可以測量的量,位元從此誕生。
出處:Shannon, Bell System Technical Journal 1948, "A mathematical theory of communication"
電晶體:一塊半導體就能放大訊號。它取代了真空管,讓計算機從房間大小縮小到口袋裡。
出處:Bardeen & Brattain, Physical Review 1948, "The transistor, a semi-conductor triode"
全球資訊網:一份內部提案,上司批註“模糊,但令人興奮”。它後來變成了全球資訊網。
出處:Berners-Lee, CERN 1989, "Information management: A proposal"
宇宙的終章:推算了宇宙在萬億年乃至更久之後的命運:恆星熄滅、質子或許衰變、黑洞最終蒸發。
出處:Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"
遊戲設定(虛構)
- 文明壓縮排一臺裝置,是虛構。
- 讀取的核心數和螢幕尺寸只在你的瀏覽器裡使用,不上傳。
- 節點「住進裝置」:離你最近的一臺計算機,就在你手邊。
- 小說《置換城市》概述:一個人把自己的意識複製進計算機,然後發現:即使把計算的順序打亂、暫停、重排,副本也感覺不到任何異樣。
- 小說《神經漫遊者》概述:一名被廢掉能力的駭客被僱去完成最後一單,在虛擬網路空間裡追蹤一個想要突破限制的人工智慧。