计算之物理：灵魂耗能吗？

信息与物理密不可分

原标题：计算之物理：灵魂耗能吗？
文章来源：人工智能学家
内容字数：21715字

计算的物理极限：从麦克斯韦妖到兰道尔极限

本文探讨了计算与能耗的深刻关系，追溯其历史渊源，并展望未来发展趋势。文章的核心观点是：计算的物理极限并非遥不可及，它与热力学第二定律紧密相连，并最终将面临“遗忘点”（O点）的挑战。

1. 计算与能耗：一个古老的议题

大语言模型的兴起强化了我们对计算需要能量的直觉。文章指出，计算与能耗的关系是深刻的科学议题，其智识传统源远流长，涉及信息与物理、唯心与唯物等哲学概念。早期的图灵、布里渊和冯诺依曼已敏锐地意识到计算的能耗限制。

2. 麦克斯韦妖与熵

麦克斯韦提出的“麦克斯韦妖”思想实验，挑战了热力学第二定律。妖通过对分子的观察和操控，似乎能够降低熵，但这违背了热力学第二定律。麦克斯韦和开尔文勋爵都谨慎地指出，唯物和唯心并非一回事。

3. 西拉德与智能妖

西拉德进一步发展了麦克斯韦妖的思想，他认为“妖”是某种智能生命，并指出信息的获取（测量）需要消耗能量，从而导致环境熵的增加。他率先将信息与能耗联系起来，为信息熵与热力学熵的等价性提供了理论基础。

4. 兰道尔与不可逆计算

兰道尔证明了不可逆计算需要消耗能量，信息擦除是不可逆计算的核心，并伴随环境熵的增加。本内特进一步细化了这一结论，指出摆脱旧信息才是需要付出能量代价的。

5. 弗雷德金与可逆计算

弗雷德金提出了可逆的弗雷德金门，理论上所有计算都可以用其可逆地实现，从而不消耗能量。然而，这仅限于理想情况，现实中的可逆计算速度极慢。

6. 计算与能量：现实的挑战

文章综合兰道尔、本内特和弗雷德金的研究，指出计算理论上可以不消耗能量，但现实中计算速度与能耗密不可分。摩尔定律和库米定律的放缓，预示着我们正接近兰道尔极限。“遗忘点”（O点）代表着碰到兰道尔极限的时刻，那时文明的进步可能面临停滞。

7. 结论：信息、物理与计算的统一

文章总结指出，信息与物理密不可分，计算理论可能比理论物理学更本质。“熵减”可以作为智能的一种定义，而“遗忘点”是比“奇点”更科学的概念，它代表着计算的物理极限，预示着文明可能面临的挑战。

联系作者

文章来源：人工智能学家
作者微信：
作者简介：致力成为权威的人工智能科技媒体和前沿科技研究机构