Kann ein Byte etwas wiegen, wenn ja, wie viel wiegt es?
Kann ein Byte etwas wiegen, wenn ja, wie viel wiegt es?
Die Frage kann man sehr kurz beantworten, man kann aber auch sehr tief in die Philosophie, die Informationstheorie und die Physik eintauchen. Ich versuche es hier eher kurz.
Was man heute als das Materie-Bewusstsein-Problem bezeichnet, war früher das Leib-Seele-Problem und ist mindestens 2000 Jahre alt. Eine weitverbreitete Ansicht ist, dass der Leib / die Materie etwas wiegt und die Seele / das Bewusstsein nichts. Diese Dichotomie hat schon immer Probleme bereitet, im Dualismus wurden zu seiner Lösung verschiedene Ansätze entwickelt. Die meisten monistischen Theorien hingegen sind materialistisch und halten das Bewusstsein eher für ein Epiphänomen oder eine Illusion oder für emergent. Es gibt weiterhin wenige idealistische Strömungen, die das Bewusstsein für das Reale und die Materie eher für eine Illusion halten. Und dann gibt es noch den Neutralen Monismus
, der weder Materie noch Bewusstsein als primär betrachten, sondern irgendetwas unbekanntes Drittes.
Mit Claude Shannon
ist ein informationstheoretischer Aspekt in die Physik hineingetragen worden, der den Begriff der Information mit der der physikalischen Entropie verbindet.
1948 veröffentlichte er seine bahnbrechende Arbeit A Mathematical Theory of Communication (dt. Mathematische Grundlagen in der Informationstheorie).[3][4] In diesem Aufsatz konzentrierte er sich auf das Problem, unter welchen Bedingungen eine von einem Sender kodierte und durch einen gestörten Kommunikationskanal übermittelte Information am Zielort wiederhergestellt, also ohne Informationsverlust dekodiert werden kann. Dabei konnte er den aus der Physik bekannten Begriff der Entropie erfolgreich in der Informationstheorie anwenden.
Und damit kommt durch die Hintertür der neutrale Monismus wieder. Das unbekannte Dritte wäre dann die Information. Auch wenn ich diesen Ansatz (inzwischen) für Unsinn halte, bedeutet es, dass Information immer an Masse gekoppelt ist. Unsere Informationsspeicher wiegen einerseits etwas, andererseits können sie nur eine endliche Anzahl an Bits speichern. Dividiert man die Masse durch die Bytes, erhält man eine Angabe, wieviel ein Byte wiegt.
Das geht beliebig schlecht, auf einer altägyptischen Steintafel oder einem Grabstein benötigt ein Byte mehrere Kilogramm.
Aber es geht nicht beliebig gut. Die Untergrenze hat Jacob Bekenstein
berechnet. Die Idee hinter der sogenannten Bekenstein-Hawking-Entropie
ist die folgende:
Man nimmt eine beliebige Masse (unseren hypothetischen Speicher).
Man berechnet die Oberfläche eines Schwarzen Lochs mit derselben Masse.
Man dividiert die Oberfläche durch die Fläche eines Dreiecks, deren Seitenlängen Plancklängen sind.
Diese Zahl entspricht der maximalen Entropie dieser Masse.
Über den Zusammenhang zwischen der physikalischen und der informationstheoretischen Entropie (Entropie (Informationstheorie)
) kann man daraus die maximalen Informationsmenge berechnen.
Nehmen wir einen Speicher mit 1 Gramm Masse.
m=
10
−3
kg
r=1,5∗10
−
24m
S=2∗
10
22
Bit=2∗
10
21
Byte=2Zettabyte
Ein Byte wiegt hier
10
−24
kg
bzw. 1 Nanogramm Materie kann 1 Petabyte speichern.
Das Bemerkenswerte an diesem Zusammenhang mit Schwarzen Löchern ist, dass deren Radien linear mit ihrer Masse ansteigen, und damit ihre Oberflächen und damit ihre Entropien / Informationen quadratisch. Ein doppelt so schwerer Speicher kann also die vierfache Entropie / Information besitzen. Das ist die informationstheoretische Begründung für den Spruch: "Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile" und damit auch die Begründung für die Möglichkeit starker Emergenz
, also prinzipiell irreduzibler Phänomene in den Naturwissenschaften.
Die Informationsmenge des gesamten Internets liegt in der Größenordnung von 20 Zettabyte. Mit dem in unserem Universum bestmöglichen Speicher benötigt man dafür weniger als 4 Gramm Speicher (wegen der quadratischen Abhängigkeit von der Masse wächst die Masse ja nur mit der Quadratwurzel der Datenmenge).