如果地球是一块硬盘

　　瑟斯·劳埃德（Seth Lloyd）是麻省理工大学的一位教授，他正在潜心专研量子计算，在2002年时’他公布了一条用于估算宇宙中可容纳比特数的公式。我们知道比特是信息的基本单位，它最基本的形式是“是（l）”与“否（0）”。曾经，计算机是在晶体管中存储比特信息的，现在它甚至可以通过编码一个物理粒子的状态实现，比如电子自旋。利用普朗克常数（量子力学中细微到难以想象的基本单位）给定的物理意义，再分析信息的物质性，劳埃德的公式可以在光速或宇宙年龄的基础上，估算物理系统能以什么速率来处理和记录信息。

　　因此劳埃德认为，我们的宇宙可以容纳高达1090比特的信息，或者说，万亿乘以万亿乘以万亿乘以万亿乘以万亿乘以万亿乘以万亿兆比特的信息。

　　劳埃德能发现这个公式，是因为他正好在研究量子计算机。在量子计算机中，就是用单原子来编码信息并执行计算的，劳埃德想，宇宙会不会也能把比特信息存储在原子中。在尝试探索这场有趣的思想实验时，他不断地问自己：有史以来最大的电脑是什么？对他来说，答案正好是那台可以利用宇宙中每个原子，并且可以存储1090比特信息的电脑——宇宙本身！

　　劳埃德的公式真正美妙之处在于，它不仅可以估算宇宙的信息存储容量，还可以用来估算任何物理系统的信息存储容量。最近，我在研究经济与社会所具有的计算能力时，就受到了这个公式的启发。虽然劳埃德的公式不能涵盖经济体中固有的社会和经济复杂性，但是，却能对各类系统存储处理信息的能力给出一个粗略估计。比如，我们把地球当作一块硬盘，根据劳埃德的公式，这块硬盘可以存储1056比特的信息，大致为万亿乘以万亿乘以万亿乘以万亿干兆比特的信息。那么，这块星球硬盘的使用率到底如何呢？

　　为了回答这个问题，让我们—起来看看马丁·希尔伯特(Martin Hilbert)和普莉希拉·洛佩兹(Priscilla Lopez)的工作。

　　2011年，希尔伯特和洛佩兹分别在美国南加利福尼亚大学和西班牙加泰罗尼亚开放大学工作，他们合作算出了我们星球上的文本、图片、视频中存储的文化信息。两人认为，直到2007年，人类共存储了2×1021比特的信息，或者说是2万亿干兆的信息。地球上除了文化产品以外，还有很多东西也能存储大量信息。人类设计的物品、生物系统也是信息的载体，比如你的轿车和鞋子，比如你的核糖体和DNA。诚然，地球上大部分的信息都以生物量(biomass)的形式存储。根据劳埃德的公式，地球大概已经使用了1044比特的容量。这个数字听起来可能很多，但其实也只是星球容量的一小部分。假设人类每年可以生成1021比特的信息量，那也得花上个万亿年才能占满我们的星球硬盘。

　　以上的计算过程在告诉我们，尽管地球还有巨大的容量可以存储信息，但秩序依然显得非常稀少。这些推断让我们知道，星球本身是如何创造和处理信息的，同时在未来的发展中，有哪些因素会阻碍它的发展。

　　可计算的宇宙

　　其实我们的星球信息匮乏，关于这～点，首先说明了信息很难增长——生成难，保存难，要融合出新的形态也很难。这种观点与前人们的发现不谋而合，科学家认为这是字宙对秩序的出现仍有敌意。热力学第二定律指出，我们的宇宙有向平均化发展的倾向，会抹去秩序。热量会从高温物体向低温物体传递，音乐在空气传播时也会不断衰减，搅拌你杯中的拿铁会使香气蒸发漫出。以上这些从秩序到无序的行为，就是众所周知的“熵增定律”。

　　当然，有时也会出现一些漏洞，让秩序得以出现。换个角度来想，细胞、人体、经济行为（人为的），这些高度组织化的系统都在无视物理熵增（尽管这一定律全宇宙通用）。只要富有信息的系统还可以通过一定的方式“流出”熵，那这个系统就可以一直存在，这种高度组织化的系统都需要付出热量损耗的代价。就像在1977年获得诺贝尔化学奖获的伊利亚，普里高津（llyaPrigogine）曾经说的，“熵是结构化的成本”。

　　秩序的出现和保持归功于三个因素。第一个，或许也是最熟悉的一个，是能量的流动。想象一个装满水的澡盆，水分子随机运动，相互交换位置，当你突然拔开塞子，就会出现漩涡。恰恰在这漩涡中，秩序变得更具体，漩涡中的分子与邻近的分子具有相同量级的速率和方向，而这些相关性正式宏观信息的原始来源。为了了解秩序的产生，以及秩序的耐久性，我们需要了解第二个因素：实体的存在。像DNA这样的物质，可以长期保存秩序的信息。如果没有DNA，信息就会变得很容易消失，从而不能维持、重组或进一步增长。

　　为了解答为什么会出现更复杂形式的秩序（如城市和经济中的信息），以及在我们星球上，什么样的序列才会创造出生命，我们需要第三个因素：物质的计算能力。举个例子，我们可以把一棵树当作一台计算机，它知道根和叶分别应该向什么方向生长，知道何时该抽芽或者落叶，知道通过光合作用从空气中吸收碳。作为一台计算机，树在树枝的宏观结构，以及细胞的微观结构上同时创造了秩序。我们往往不会承认树是计算机，但事实上，因为它的计算能力，树为这颗星球上的信息增加做出了贡献。

　　突破想象力

　　把我们的星球看作是一块硬盘，还会获得别的惊人发现：尽管秩序的出现受到各方力量的阻挠，但信息依旧在逐渐增长。相比于昨天或者几十亿年前，现在的地球硬盘中存储的信息更多了。从某种程度上来说，这是因为出现了生命：生物承载着大量的信息。而且，人类创造的文化信息同时也会让地球上的秩序进一步增长。

　　为探究其中的原因，我们来比较一下在树上长出来的苹果，以及在我们口袋中用来查看邮件的苹果。对于我们考察的目的来说，这两件物品的内在秩序是如何产生的，更有吸引力。前者中的“秩序”比人类存在的时间更早。在我们给苹果命名前，定价前，建立交易市场前，作为食物的苹果就已经存在了。然而后者却大相径庭，作为手机的苹果首先存在于一个人的脑海里，然后才出现在这个世界上。这个智能的苹果刚形成时，只存在于人们的想象中，随后才被做成了实体。正如我们所知道的，这类物体非常特殊。

　　不仅能够想象不存在物体，还能将物体制造出来的物种，要比其他物种更具优势。那些走出想象变成实体的产物，已经渗透到了我们经济生活中，让我们变得愈发强大。让我们知道怎么从实践的角度运用知识，怎么才能把信息呈现在他人的神经系统中。譬如一管牙膏，它是人们的日常生活用品，但大多数人并不知道如何合成合成牙膏中的有效成分氟化钠。尽管缺乏相关知识，人们依旧可以受益于合成氟化钠的的知识。通过商品，人们可以使用别人获得的知识，这些物品在本质上来说，就是从人们想象中走出来的实物。商品使我们更加强大，而市场则让我们在变得富有的同时也更睿智。

　　然而真正的问题是，要想创造并不简单，它需要多数人的通力合作。为了信息的增长，人们需要创造能够计算出产品的网络。之所以需要网络，是因为单个的人的计算能力是有限的，正如信息存储的能力是有限的一样。生物细胞本身是能力有限的计算机，但是他们可以通过多细胞的组合来超越自身的局限。人类也是一样，通过连接成社交或者专业网络，可以形成超越自身限制的计算能力。经济体就好比分布式的计算机群，可以通过“硬件”（社交网络）运行。最终，正是这种不断具体化的计算——从细胞到人类再到经济体——使得复杂形式的信息得以增长，但是它们同样也面临着挑战。

　　还能无限增长？

　　在这场思想实验快结束时，我们还能从中发现，人类构建的网络创造信息的能力也被严格限制了。别在纠结于所谓的大数据了，从宇宙的角度讲，我们仅仅创造了出了极其少量的信息。尽管如此，在这个过程中，我们还是烧掉了大量的能源，释放了大量的碳，导致了温室效应。

　　我们创造信息的能力被限制，部分是因为人与人之间构建网络的能力受到历史、制度和技术因素的影响。比如语言的障碍，它就导致了全球社会的割裂，限制了居住在地球不同地区的人们之间相互联系的能力。现在，空运和长距离通讯的出现，已经减少远距离互动所需付出的代价，让我们可以更轻松构建出高度全球化的网络，增强我们处理信息的能力。然而，这些科技并非灵丹妙药，尽管我们处理信息的能力总体上远强于过去，但本质上依旧非常弱小。

　　那么，在未来的几个世纪里，信息增长过程会以什么样的方式进化？一个比较乐观的观点是，科技全球化以及涉及爱国主义或宗教的一些地方性机构衰落。在历史上因为语言、种族、宗教、国家背景不同而产生的憎恨将被不断削弱。与此同时，技术革新会带来超连通时代（age of Hyperconnectivrty）。电子设备将从便携发展为可穿戴再到可植入，并产生新形式的社交媒体。几千年来，不论是制造石斧还是创作史诗，我们的族群创造信息的能力都会随着在自然界存储信息的能力进步而进步。这项天赋不仅强化了我们对计算能力的需求，同时也增加了我们的协调能力。

　　现在，我们正处在一场潜力巨大的变革中，我们有能力改变现状，并且使它变得越来越好。接下来，人类和机器会不断融合，它可能会通过放置在耳内的生物电脑与我们相连接，也有可能通过其他由人类的好奇心所创造的数码设备与我们相连接。不过，在未来的超连通社会中，可能会出现人类历史上最具挑战性的伦理问题。因为我们可能会丧失—些之所以为人的基本特征。比如，我们可能骗过死神。然而，通过我们想象所设计出的信息处理设备，让它与我们的身体相融合，或许是继续创造信息的唯一途径。我们从信息中诞生，现在，又有越来越多的信息从我们这里诞生。

　　摘自：《环球科学》2015年9月号

　　文 塞萨尔．A．伊达尔戈（Cesar A．Hidalgo）