[论文解读] Does Information Have Mass?

László B. Kish, Claes‐Göran Granqvist|viXra|Sep 14, 2013

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文通过分析量子物理与狭义相对论下的信息传输基本极限，探讨了信息是否具有质量。研究结果表明，与一个比特信息相关联的质量并非固定不变，甚至可能为负，这挑战了早期认为计算系统中电子质量与信息质量相关的估算。

ABSTRACT

Does information have mass? This question has been asked many times and there are many answers even on the Internet, including on Yahoo Answers. Usually the answer is "no". Attempts have been made to assess the physical mass of information by estimating the mass of electrons feeding the power-guzzling computers and devices making up the Internet, the result being around 50 gram. Other efforts to calculate the mass of information have assumed that each electron involved in signal transfer carries one bit of information, which makes the corresponding mass to be about 10^-5 gram. We address the fundamental question of minimum mass related to a bit of information from the angles of quantum physics and special relativity. Our results indicate that there are different answers depending on the physical situation, and sometimes the mass can even be negative. We tend to be skeptical about the earlier mass estimations, mentioned above, because our results indicate that the electron's mass does not play a role in any one of them.

研究动机与目标

• 解决长期存在的信息是否具有物理质量的问题。
• 批判性评估基于计算设备中电子质量的先前信息质量估算。
• 从第一性原理出发，探索单个比特信息所关联的最小物理质量。
• 研究相对论与量子力学框架如何影响信息的质量。
• 挑战电子质量与信息物理性相关的假设。

提出的方法

• 利用量子物理与狭义相对论原理分析信息传输。
• 应用相对论能量-动量关系来建模信息传输的物理成本。
• 考虑信号传播与能量交换在确定质量边界中的作用。
• 使用不变质量概念推导单个比特信息质量的理论极限。
• 通过考察信号传输中载体（如电子）的质量来评估信息的物理性。
• 考虑在特定相对论能量条件下信息质量可能为负的情形。

实验结果

研究问题

• RQ1 与单个比特信息相关的最小物理质量是多少？
• RQ2 量子力学与狭义相对论如何约束信息的质量？
• RQ3 电子质量是否可作为估算计算系统中信息质量的有效依据？
• RQ4 在某些物理条件下，信息质量是否可能为负？
• RQ5 决定信息是否具有质量的基本物理原理是什么？

主要发现

• 与单个比特信息相关联的质量并非固定值，而是取决于物理背景。
• 在某些相对论性情形下，信息质量可为负，这挑战了经典直觉。
• 电子质量在决定信息质量方面并不起根本作用，与早期估算相矛盾。
• 先前对信息质量的估算（例如，互联网质量为50克）因依赖电子质量而被认为在物理上站不住脚。
• 比特信息的最小质量并非由其载体粒子的质量决定，而是由相对论与量子约束决定。
• 本文结论认为，信息的物理质量并非普遍常数，而是一个依赖于情境的量。