现在人们的日常生活充斥着各种各样的数字信息，社交、工作、娱乐，都是以数字信息为主导的。试想，未来地球的主要存在形式将不再是物理物质，而是一个个的数字信息。

你可能认为这种场景只会出现在科幻电影里，但事实并非如此——我们现在正在加速走向一个数字世界，一个数字地球。

近日，发表在《AIP Advances》上的一篇文章指出，根据质能信息等效原理，信息是物质的第五种物理存在形式(液体、固体、气体、等离子体之外)。

如果科学家的猜想得到证实，最终，我们将达到一个完全饱和的点。根据方程原理，数据的总位数将超过地球上原子的总和。我们将建立一个“主要由计算机模拟，以数字比特和计算机代码为主导的世界”。这一幕的到来只是时间问题。

科技进步引发的“信息灾难”

自从1947年首次发现晶体管和1956年首次发现集成芯片以来，我们的社会经历了巨大的技术发展。在硅谷革命开始后的半个多世纪里，我们在计算能力、无线技术、互联网、人工智能、显示技术、移动通信、交通和医学等领域取得了前所未有的技术进步。

当我们燃烧煤炭、石油、天然气等化石能源，开采铜、硅、铝等金属资源来维持大量计算机处理器的正常运行，进行海量数字信息分析运算的时候，我们可能没有意识到，这种科技的进步，计算机的引入，数据的渗透，正在重新分配和改造地球的物质:将它们从物理原子转化为数字信息形态——也就是除了液体、固体、气体、等离子体之外的物质之首。

事实上，数字信息是一种有价值的商品，也是当今世界顶级高科技公司之一的灵魂支撑。

按时间顺序列出了一些关键的技术里程碑，它们促成了当今数字信息产品的快速和不可阻挡的增长趋势。

IBM估计，目前数字内容生产的速度约为每天2.5万亿数字数据字节(2.5×10 ^ 18字节或2.5×10^9 Gb)。由于1字节由8位数字信息组成，地球上每天产生的总位数为2×10 ^ 19。

假设年增长率为20%，我们估计350年后，数字位数将超过地球上所有原子的数量。300年后，维持这一数字生产所需的能量消耗将超过18.5×10 ^ 15瓦，即根据质能信息等效原理，数字信息的质量将占地球质量的一半以上。

届时，除了现有的全球性挑战，如气候、环境、人口、粮食、健康、能源和安全，我们预计还将面临这个星球上的另一个特殊事件，即信息灾难。

质量和能量信息等效原理

2019年，梅尔文·沃普森(Melvin Vopson)利用爱因斯坦广义相对论中的质能等效性制定了一个原则，假设信息像其他物质一样在质量和能量状态之间移动。

“质量和能量信息的等效原理就是基于这些概念，开辟了一个巨大的物理学新领域，尤其是宇宙学领域，”他说。“当一个人将信息内容引入现有的物理理论时，它几乎就像是物理学中一切事物的额外维度。”

为了更好地理解这个概念，根据文章中阐述的思路，我们可以对这些含义进行如下探索:试着想象信息不仅仅是一种抽象的数字状态，而是一种物理状态。

早在1961年，罗尔夫·兰道尔就首次提出了热力学与信息的关系。兰道尔预言擦除信息需要能量，最小单位是kBT ln (2)，其中KB是玻尔兹曼常数，T是信息存储的温度。本质上，质量信息等效原理把一个比特信息看成一个抽象的信息粒子，它没有电荷，没有自旋，质量静止，满足mbit = (kbt ln (2))/C2，其中c是光速。

事实上，有人提出，信息不仅是固体、液体、气体、等离子体等物质的第五形态，也是宇宙中物质的主要形态。

传奇物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒认为宇宙由三部分组成:粒子、场和信息。实际上，惠勒提出从信息论的角度来重构整个物理学。此外，其他科学家已经独立估计了一些信息的质量，宇宙的信息量一直是新理论和新思想的核心部分，包括黑洞和全息原理、计算宇宙、突现引力和定量惯性。

因为能量守恒，需要输入相同的能量值KBT LN (2)才能产生一点信息，这就是所谓的朗道尔原理。从热力学的角度，人们自然会问，是消耗了什么功率来支持我们完成如此大量的数字内容处理？

其实消耗的电量占了很大一部分。根据一份关于全球用电量的估算报告，到2030年，通信技术将占据全球用电量的51%。

与地球目前的能源消耗相比，创建数字信息所需的电量正在逐年增加。

利用质能信息等效原理，一个数字比特信息在室温下的静态质量为mbit = 3.19× 1038kg，由此可以估算出地球上每年有多少信息被创造/转换。

假设一个保守的数字内容创作年增长率为1%，根据原理方程，研究人员估计它将在3150年完成1kg数字信息质量的第一次积累，在8800年达到地球质量的一半。当增速变成5%、20%、50%时，这些数字会变得更加极端。

研究人员表示，如果数字内容生产以5%的速度增长，675年后将出现1kg的第一个信息质量，1830年后将达到半个地球的质量。同样，以20%和50%的增长率计算，1公斤信息质量的时间分别为188年和50年，半个地球质量的时间分别为495年和225年。

本质上，在最极端的情况下，我们数字信息生产的年增长率维持在50%；到2070年，我们将有1kg的数字内容存储在地球上所有传统和云数据存储中心和端点，如个人电脑、智能手机和物联网设备。到2245年，地球一半的质量将由数字信息质量组成。

“技术灾难”离我们有多远？

“数字信息的增长似乎真的不可阻挡.”沃普森说，“根据IBM和其他大数据研究机构的数据，当今世界上90%的数据都是在过去10年里创建的。在某种程度上，目前的新冠肺炎疫情加速了这一进程，因为使用和制作的数字内容比以往任何时候都多。”

“我们正在一点一点地改变地球。这是一场看不见的危机。”梅尔文·沃普森研究了推动数字进化的因素。他说，数据量、生成数据的能量以及物理和数字质量的分布将很快淹没这个星球。

例如，使用当前的数据存储密度计算，每年产生的比特数和大小将比一个原子的大小增加50%。大约150年后，比特数将等于地球上的原子数。大约130年后，维持数字信息创造所需的能量将等于目前地球上产生的所有能量。

届时，数字信息的惊人增长将达到奇点，人类创造的数字信息位数将超过地球上的原子数量。与此同时，仅数字信息生产就将消耗地球的大部分能源，从而引发一系列伦理和环境挑战。

在这种情况下，如果能找到解决地球上有限能源的办法，我们甚至可以想象未来的世界将主要由计算机模拟，由数字比特和计算机代码控制。

虽然2019年提出的质能信息等效原理还没有得到实验验证，但如果这个理论是正确的，那么在不久的将来，我们星球的大部分质量都将由信息组成。

而这场“信息危机”的发生，将只是时间问题。

排版:赵编辑:王新凯

参考文献:信息灾难，AIP Advances 10，085014(2020)；https://doi.org/10.1063/5.0019941Digital含量有望在2245年达到地球质量的一半。(未注明)。尤里卡兰特。检索于2020年8月12日，来自https://www . eurekalert . org/pub _ releases/2020-08/aiop-dco 080620 . PHP