11-08-2021

Tại sao thông tin là trung tâm của vật lý và chính vũ trụ

Thông tin có vẻ không phải là một cái gì đó vật lý, nhưng nó đã trở thành mối quan tâm trung tâm của các nhà vật lý. Một cuốn sách mới tuyệt vời khám phá tầm quan trọng của “dataome” đối với thế giới vật lý, sinh học và c

Source image

Credit: agsandrew qua Adobe Stock

  • Chủ đề quan trọng nhất hiện nay trong vật lý liên quan đến một chủ đề gần như không có vẻ gì là vật lý – thông tin, trung tâm của nhiệt động lực học và có lẽ là bản thân vũ trụ.
  • “Dataome” là cách con người truyền tải thông tin về bản thân và thế giới bên ngoài kể từ lần đầu tiên chúng ta bắt đầu vẽ tranh trên tường hang động.
  • Dataome rất rộng lớn và đang phát triển hàng ngày, thu hút ngày càng nhiều năng lượng mà con người tạo ra.

Vật lý là một lĩnh vực được cho là nghiên cứu những thứ thực tế. Thực ra, ý tôi là những thứ như vật chất và năng lượng. Tất nhiên, vật chất là thứ bạn có thể cầm trên tay. Năng lượng có vẻ trừu tượng hơn một chút, nhưng thực tế của nó là khá rõ ràng, xuất hiện dưới dạng chuyển động hoặc trọng lực hoặc trường điện từ.

Tuy nhiên, điều đã trở nên rõ ràng gần đây là tầm quan trọng đối với vật lý của một thứ có vẻ ít thực hơn: thông tin. Từ lỗ đen đến cơ học lượng tử để tìm hiểu vật lý của sự sống, thông tin đã trở thành mối quan tâm chính của nhiều nhà vật lý trong nhiều lĩnh vực. Thông tin mới này là lý do tại sao bạn thực sự cần đọc nhà vật lý thiên văn của Caleb Scharf: cuốn sách mới “The Ascent of Information”.

Scharf hiện là giám đốc Chương trình Sinh vật học Vũ trụ tại Đại học Columbia. Ông cũng là tác giả của bốn cuốn sách khác và là người đóng góp thường xuyên cho Scientific American.

(Tiết lộ đầy đủ: Tôi và Scharf đã từng là cộng tác viên trong một dự án khoa học liên quan đến Nghịch lý Fermi, vì vậy tôi là một người hâm mộ lớn trước khi tôi đọc cuốn sách mới này. Tất nhiên, lý do tôi hợp tác với anh ấy là vì tôi thực sự thích cách anh ấy suy nghĩ và sự sáng tạo của anh ấy trong việc giải quyết các vấn đề khó khăn được thể hiện đầy đủ trong The Ascent of Information .)

Dataome là gì?

Trong cuốn sách mới của mình, Scharf đang tìm kiếm sự hiểu biết sâu sắc hơn về thứ mà anh ấy gọi là “dataome”. Đây là cách con người tiếp cận thông tin về bản thân và thế giới kể từ khi chúng ta bắt đầu vẽ tranh trên tường hang động. Cuốn sách mở ra với sự khám phá hấp dẫn về cách các tác phẩm của Shakespeare, bắt đầu bằng những nét vẽ nguệch ngoạc trên một trang, đã tiếp tục có cuộc sống của riêng họ trong dataome. Thông qua các bản tái bản bằng các ngôn ngữ khác nhau, ghi âm các buổi biểu diễn, chuyển thể phim, truyện tranh, v.v., các tác phẩm của Shakespeare giờ đây là một phần vĩnh viễn của tập hợp thông tin xoáy rộng lớn tạo thành dữ liệu của con người.

Tôi tìm thấy những viên ngọc quý trong những phần này của cuốn sách khiến tôi buộc phải đặt quyển sách xuống và nhìn chằm chằm vào không gian trong một thời gian để đối phó với tác động của chúng.

Nhưng dataome không chỉ tồn tại trong đầu chúng ta. Scharf đưa chúng ta vào cuộc hành trình của một nhà vật lý thông qua dataome, cho chúng ta thấy cách thông tin không bao giờ có thể tách rời khỏi năng lượng. Bộ não của bạn cần năng lượng hóa học từ thực phẩm bạn đã ăn sáng nay để đọc, xử lý và giải thích những từ này. Một trong những phần hấp dẫn nhất của cuốn sách là khi Scharf trình bày chi tiết về lượng năng lượng và không gian vật lý thực mà thế giới đói dữ liệu của chúng ta tiêu thụ khi nó thêm vào dataome. Ví dụ, Trung tâm Dữ liệu Hohhot ở Khu tự trị Nội Mông, Trung Quốc được tạo thành từ những “trang trại” rộng lớn gồm các máy chủ xử lý dữ liệu bao gồm 245 mẫu bất động sản. Một ứng dụng như Bitcoin, Scharf cho chúng ta biết, tiêu thụ 7,7 gigawatt mỗi năm, tương đương với sản lượng của nửa tá lò phản ứng hạt nhân!

Thông tin ở khắp mọi nơi

Nhưng dataome không chỉ là về năng lượng. Entropy cũng là trung tâm của câu chuyện. Scharf đưa người đọc đi qua một cuộc thảo luận về thông tin và khoa học nhiệt động lực học được chế tạo thủ công. Đây là nơi mà các mối liên hệ giữa năng lượng, entropy, các giới hạn của công việc hữu ích và xác suất đều được kết nối sâu sắc với định nghĩa của thông tin.

Định luật thứ hai của nhiệt động lực học cho chúng ta biết rằng bạn không thể sử dụng tất cả một lượng năng lượng nhất định để làm công việc hữu ích. Một phần năng lượng đó phải bị lãng phí do bị biến thành nhiệt. Entropy là cách nhà vật lý đo lường chất thải đó (cũng có thể được coi là rối loạn). Scharf đưa người đọc đi qua các mối quan hệ cơ bản của nhiệt động lực học và sau đó chỉ ra cách entropy trở nên liên kết mật thiết với thông tin. Công trình của Claude Shannon xuất sắc vào những năm 1940 đã chỉ ra cách thông tin – bit – có thể được định nghĩa để giao tiếp và tính toán như một entropy liên quan đến sự dư thừa của các chuỗi ký hiệu. Đó là mối liên kết gắn chặt thế giới vật lý của vật lý với thế giới thông tin và tính toán của dataome.

Phần hay nhất của cuốn sách là nơi Scharf giải nén cách thông tin tạo nên sự xuất hiện của nó trong sinh học. Từ việc lưu trữ và xử lý dữ liệu xảy ra với mọi sợi DNA, đến các con đường rối rắm xác định động lực tiến hóa, Scharf chứng minh sự sống là những gì xảy ra với vật lý và hóa học khi thông tin quan trọng. Tôi tìm thấy những viên ngọc quý trong những phần này của cuốn sách khiến tôi buộc phải đặt quyển sách xuống và nhìn chằm chằm vào không gian trong một thời gian để đối phó với tác động của chúng.

Vật lý của thông tin

Có rất nhiều sách vật lý phổ biến trên mạng về lỗ đen và hành tinh ngoài và những thứ hay ho khác. Nhưng hiện tại, tôi cảm thấy như chủ đề quan trọng nhất trong vật lý liên quan đến một chủ đề gần như không có vẻ gì là vật lý cả. Thông tin là một bổ sung tương đối mới cho vật lý học, làm cho nó thậm chí còn hấp dẫn hơn. Nếu bạn đang tìm kiếm một phần giới thiệu tốt về cách thức hoạt động như vậy, The Ascent of Information là một nơi tốt để bắt đầu.

Nguồn: Big Think

Nếu bạn đang trăn trở hoặc mong muốn có được phẩm chất sáng tạo, mời bạn đăng ký ngay khóa học PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO và ĐỔI MỚI tại Trung tâm Sáng tạo Khoa học–kỹ thuật (TSK) thuộc trường Khoa Học Tự Nhiên nhé. Đây là môn học bổ ích cho mọi đối tượng, mọi ngành nghề có thể áp dụng, phát triển khả năng ứng phó và đưa ra các giải pháp thông minh cho công việ, cuộc sống. Bạn có thể điền thông tin tại đây hoặc liên hệ số điện thoại: (028) 38 301 743; 089 668 36 31 để thực hiện đăng ký.

Để luyện TÂM sáng TRÍ, cải thiện tư duy, thân mời bạn tham dự Khóa học ngắn hạn Nhìn Thấu – Nghĩ Thông – Hành Động Sáng Suốt thuộc chuỗi LEARNING TO BE được tổ chức thường xuyên khi đủ học viên, nội dung khóa học và link đăng ký vui lòng xem tại: https://bit.ly/2EEL2xK.

TRIZGyrus TEAM