Согласитесь, странный вопрос: весит ли ваш смартфон больше, когда он заполнен информацией? Звучит до смешного наивно – ведь, смартфон не похож на кувшин с водой, где каждая фотография или контактные данные добавляют к общему объему несколько миллилитров. Как информация может физический иметь вес?
Но, как и на многие, казалось бы, простые вопросы, этот имеет удивительно сложный ответ – и все сводится к одному из самых фундаментальных законов Вселенной. Итак, немного специальной теории относительности, много математики и немного компьютерных наук – давайте серьезно посмотрим на вес вашего смартфона до и после того, как вы наполнили его фотографиями котиков.
Содержание
Теоретически: да
Может показаться нелогичным, но данные на вашем смартфоне действительно имеют вес. И что еще более удивительно, вы уже знаете научную причину этого.
“Информация хранится в электронах”, – объяснял научный корреспондент Роберт Крулвич еще в 2011 году. – “А электроны очень и очень малы. Но у них есть масса. Этому нас научил Эйнштейн. Поэтому можно взять всю энергию (E)… и, используя уравнение Эйнштейна (E = mc2), превратить эту энергию в то, что мы можем взвесить”.
Это одно из самых известных уравнений в науке, но если вы не работаете физиком или космологом, то, вероятно, не догадывались, что оно может найти применение в повседневной жизни. Однако в данном случае это именно то, что нам нужно: если мы сможем определить изменение энергетических уровней между “полным” и “пустым” смартфоном, то уравнение Эйнштейна будет работать.
Однако сначала необходимо понять, как и почему вообще меняются уровни энергии. Когда мы добавляем информацию в неэлектронные системы – скажем, в книгу или фотоальбом – разница проста: чистая страница против заполненной. Но с нашими смартфонами, электронными читалками, планшетами и т.д. все сложнее: в этих случаях данные хранятся в виде двоичной информации, закодированной в виде последовательности нулей и единиц.
Когда вы добавляете или удаляете данные из флэш-памяти устройства, вы не добавляете или удаляете эти цифры, а меняете их местами – единицы на нули и нули на единицы. По-другому это можно представить так: атомы в памяти обладают магнитными свойствами. Группы атомов выстраиваются в одном или другом направлении в зависимости от того, хранят ли они 1 или 0, и будут обладать разным количеством энергии в зависимости от того, как они выровнены.
Технически флэш-память работает, либо удерживая электроны на месте, либо нет. Пока они удерживаются на месте – т.е. когда они кодируют информацию – они становятся более энергичными. А как гласит уравнение Эйнштейна: больше энергии – больше массы.
Таким образом, технически наполнение смартфона фотографиями, музыкой и сообщениями действительно делает его тяжелее. Но пока не стоит менять гантели на смартфон – ведь…
На практике: не совсем
Одно дело – знать, что в соответствии со специальной теорией относительности телефон становится тяжелее при увеличении объема данных. Но что происходит на самом деле, если взвесить устройство до и после загрузки его мемами?
К счастью, это довольно просто вычислить с помощью уравнения Эйнштейна: у нас есть энергия E, а мы хотим вычислить массу m. В уравнении осталось только одна буква: константа c, которая обозначает скорость света.
Как вы помните, скорость света – это очень большое число – около 3 × 108 м/с. Если подставить это число в уравнение эквивалентности массы и энергии, то получится нечто интересное: маленькая крошечная частичка массы будет эквивалентна просто огромному количеству энергии.
Мы работаем в обратном направлении, но это все равно верно: чтобы получить заметную разницу в массе, потребуется умопомрачительное количество энергии. И хотя современные мобильные телефоны могут хранить достаточно много информации – в вашем смартфоне на шесть порядков больше памяти, чем в компьютерах, с помощью которых люди были отправлены на Луну – при подсчете мы обнаруживаем, что даже самые современные устройства не могут вместить достаточно данных, чтобы чувствительно потяжелеть, когда они заполнены.
Так о каких же объемах идет речь? По мнению Джона Д. Кубятовича, профессора информатики Калифорнийского университета в Беркли, который ответил на аналогичный вопрос в 2011 г., консервативная оценка разницы в энергии между захваченным и свободным электроном составляет около 10-15 джоулей на бит. Подставив эти данные в уравнение Эйнштейна, он рассчитал, что заполненная 4-гигабайтная электронная читалка Kindle будет весить больше, чем пустая, но “это количество очень мало, порядка аттограмма”, или 10-18 граммов. “Такая величина фактически не поддается измерению”.
Конечно, эти расчеты были сделаны более десяти лет назад, а сегодня самые дешевые смартфоны обычно имеют на борту гораздо больше 4 гигабайтов. Но даже с учетом 512 гигабайт – объема, доступного в последней версии iPhone – разница составит всего 10-16 граммов, или 0,1 фемтограмма.
Для сравнения: это немного тяжелее, чем один вирус табачной мозаики, первый из когда-либо открытых вирусов. В то же время вес одного вируса ВИЧ-1 составляет примерно одну десятую часть. Другими словами, это не та масса, которую можно было бы заметить, даже если бы она упала вам на голову с вершины небоскреба.
Весомая информация
Так какой же объем данных должен быть в нашем смартфоне, чтобы мы почувствовали разницу? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать кое-что еще: насколько должен потяжелеть смартфон, чтобы обычный человек заметил это?
Вот тут-то и приходит на помощь чрезвычайно круто названная наука психофизика – отрасль экспериментальной психологии, занимающаяся изучением чувств, ощущений и восприятия. Для психофизиков искомая величина называется “просто заметной разницей”, или JND: величина, на которую должно измениться значение, чтобы разница была заметна хотя бы в половине случаев.
Этот метод не очень хорош для сверхнизких и высоких частот, но для большинства физических величин существует довольно хорошее эмпирическое правило для определения JND: оно называется законом Вебера-Фехнера и гласит, что “отношение порогового приращения к интенсивности фона является константой”.
Он имеет смысл: если у вас есть две небольшие величины, то для того, чтобы разница была заметна, требуется меньшая величина, чем если у вас были бы две большие величины. Вспомните разговор в тихой библиотеке и громкий день рождения – в первом случае гораздо легче отличить более громкий звук от более тихого, чем во втором.
В применении к весу закон демонстрирует очень удобную вещь: чтобы разница между двумя объектами была “заметной”, она должна составлять не менее пяти процентов
iPhone 14, согласно спецификациям, весит 172 г – это означает, что для того, чтобы заметить, что он стал тяжелее, потребуется увеличение веса всего на 8,6 г.
Сколько времени потребуется для загрузки данных, чтобы увеличить вес на 8 грамм? Если не считать того, что ваш смартфон никогда не сможет вместить такой объем информации – ведь для того, чтобы вместить ее всю, потребуется более 30 млрд. человеческих мозгов – то это будет довольно долгосрочная задача. Даже при оптимальной скорости 5G около 200 мегабит в секунду для загрузки такого объема данных на смартфон потребуется около 56 000 лет – и вам потребуется, вероятно, дополнительное время, поскольку весь Интернет в настоящее время оценивается менее чем в 100 зеттабайт.
Так весит ли смартфон больше, когда он заполнен данными? Технически да, но не настолько, чтобы это было заметно. Вы можете смело продолжать снимать фото и видео без необходимости ходить в спортзал – скорее всего, интересные темы закончатся раньше, чем смартфон станет тяжелее хотя бы на микрограмм.
Читайте также: Странные звуки, записанные смартфоном пока вы спите
