基本信息:
书名:解码宇宙:新信息科学看天地万物
作者:【美】查尔斯.塞费
译者:隋竹梅
出版者:上海科技教育出版社
版次:2010年4月上海第一版第一次印刷
读书笔记(20140307开始)
1.是哪类书:是论说性的书。
2.整本书的内容:信息存在于宇宙的各个方面,是宇宙的本质。宇宙是一台计算机。
3.整本书的架构:先提出观点(宇宙的本质是信息),然后解释信息的概念,随后用信息论解释生命、相对论、量子理论等方面,最后用信息论来解释整个宇宙,得出最后的结论。
4.作者要问的问题:信息定律是否决定了宇宙的命运?信息论的规则如何描述了宇宙的演化,并阐明整个宇宙的结构?信息定律与热力学定律、相对论、量子理论等的关系?生命与信息的关系?信息定律如何回答一些科学中最深刻的问题。
5.重要的单字:信息。
6.重要的句子:宇宙是一台庞大的计算机。
7.本书的基本论述:(1)冗余度:信息就像质量、能量或者温度一样真实具体。信息能够被测量和处理。如信息一般抽象的东西实际上是可以测量的,而且也是有形的,这种想法是信息论的原则之一。冗余度就是在一个句子或一条消息中得到额外提示,从而使含义得到理解。即使消息的一部分被去掉,它的含义仍能保持不变。这就是冗余度的精髓所在。当我们去掉一个字母串中所有的冗余度,剩下的就是一个具体的、可以测量的、无法再压缩的核心。这就是信息:不可削减地坐落在每一个句子核心的那个东西。(2)妖魔:介绍热力学的历史。热力学第一定律:能量守恒。热力学第二定律:要减少宇宙的平衡性是不可能的(宇宙的熵总是增加的)。一个系统的熵,就是对该系统内任何特定组态的概率的测量。熵的主要特点是不可逆性。任何系统总是自然而然地“力图”增加自己的熵,而宇宙作为一个整体,在不间断地、不可逆地增加更多的熵。玻尔兹曼的研究表明这个定律只是一种在统计学上成立的定律,系统的熵是会偶尔自发(即不输入能量)降低的。麦克斯韦妖:一个充满气体的盒子,中间有个屏障,屏障上有一个无摩擦的光滑活门,由于没有摩擦力,开闭活门是不用做功的。有一个精灵能够让一个原子从一侧通过,也可以不让其通过。在不消耗任何能量、不需要做任何功的情况下,这个小精灵能够有条不紊地使熵逆转。打败麦克斯韦妖的不是熵,而是信息。(3)信息:存在于1和0的编码中,并用比特来度量的信息,能够用来传达任何问题的答案。任何信息,对任何有限问题的任何回答,都能够用一串1和0来表达。比特就是传播信息的通用媒介。香农的信息论的中心思想是熵,熵和信息紧密联系在一起,熵实际上就是信息的度量。信息的冗余度越小,它所含有的信息就越多。信息论中信息的度量公式与玻尔兹曼度量熵的公式是一致的。信息论也解决了麦克斯韦妖的问题:清除一个比特是要增加宇宙的熵的。麦克斯韦妖在决定是否打开活门让一个原子通过时,需要进行擦除比特的操作,这会增加宇宙的熵,因此,从宇宙整体来说,宇宙的熵还是增加的。热力学实际上就是信息论的一种特例,热力学中的难题就可迎刃而解了。信息是物质的,通过研究信息定律,我们就能够认识宇宙的定律。一切物质和能量都服从热力学定律,同样,一切物质和能量也都服从信息定律,包括我们自己。(4)生命:生物的主要功能就是消耗、处理、保持和复制信息。我们的整个生命,就是要一代一代地传送信息。我们就是自身信息的奴隶。这个信息的指令是:繁殖、复制自己的信息。繁殖不是个体的意图,而是个体中的信息要这样做。生物体中的信息有一个目标,就是要复制自己。生物体自身是个副产品,是为达到这个目标而使用的工具,它只不过是携带信息、保护信息并帮助信息进行复制的载体。生物体里的一系列机制能维护信息的完整性,防止信息改变和破坏,这个过程需要消耗能量并增加环境的熵,因此并不违反热力学第二定律。地球是一个丢弃熵的理想场所,它是一个远未达到平衡的体系,正如某种气体的大部分在盒子的一侧一样。由于能量、熵和信息之间这种错综复杂的交换过程,人类细胞中的信息是不朽的。人类是能够相互交流并互相学习的生物。人类能让知识代代相传并不断积累。但人大脑中的信息类似于我们基因中的信息。我们头脑里的信息以及任何信号,不管它们如何储存、如何传送,都能够被分解成一串串比特,而且能够用香农的理论加以分析。人在相当大的程度上只是信息处理器。如何用信息论解释意识,需要信息论的进一步完善。(5)比光更快:相对论认为物体运动速度不能超过光速,但是实验中某些情况下运动速度可以超过光速,但是这些物质并不能用来传递信息,因此信息的传播速度不能超过光速。(6)悖论:量子力学里的一个悖论:两个相关的粒子互相分离很长的距离,测量其中一个粒子的状态,就可以瞬间知道另一个粒子的状态,并不需要耗费任何时间。这与相对论的信息传播的最高速度为光速的限制相矛盾。其解决要靠量子信息论。(7)量子信息:量子信息论语经典信息论的区别是其比特为叠加态的,在观察之前是不确定的。当观察时,量子比特的叠加态垮塌,称为经典信息论里的比特。而自然界就可以作为观察者。微观事物与宏观事物的差别是由于宏观事物更容易受到观察而“退相干”。信息既不能被创造,也不能被毁灭。(8)冲突:量子论与相对论的冲突。量子纠缠的超距作用与相对论光速有限的矛盾,量子纠缠的超距作用不能传递信息,这只是它们的固有性质。信息必须通过经典比特以不超过光速的速度进行。黑洞并不会把信息销毁,只是储存起来,黑洞蒸发的时候又释放出来。黑洞的视界面积代表了黑洞的熵。黑洞可以视作一个信息处理机。(9)宇宙:多元宇宙的猜测。每个小宇宙有有限多的信息,宇宙拥有无限多个这样的小宇宙。多元宇宙的结构是由信息流所决定的。信息是塑造我们宇宙的力。宇宙本身就像一台庞大的信息处理器,一台计算机。
8.作者对问题的解答:信息是宇宙的关键,信息定律决定了宇宙的命运。解释宇宙的两大理论之间的矛盾,能够用信息理论来解释。生命的本质也是信息的传递方式。
9.对作者解答的评价:作者用一种新的视角来解释了宇宙,令人耳目一新。物质、能量、信息,都是互相联系的,它们之间相互影响,相互作用,构成了丰富多彩的宇宙吧。