Zapraszamy do lektury obszernego tekstu amerykańskiego matematyka i filozofa William Dembskiego poświęconego historii idei zachowania informacji.
Fragment tekstu: „Zachowanie informacji to termin stosowany zarówno w literaturze z zakresu fizyki, jak i informatyki. W fizyce dotyczy on procesów fizycznych, które są w pewnym sensie odwracalne, dzięki czemu jeden stan fizyczny da się odzyskać z innego i odwrotnie. W takim przypadku informacja jest zachowana między stanami. W informatyce zachowanie informacji dotyczy procesów wyszukiwania, w których ilość informacji na wyjściu nie może być większa od ilości informacji na wejściu. Informacja ulega więc zachowaniu wtedy, gdy na wyjściu jest taka sama, jak na wejściu, nie zaś mniejsza.
Zakresy tych dwóch zastosowań terminu „zachowanie informacji” krzyżują się ze sobą, ponieważ procesy fizyczne mogą mieć udział w wyszukiwaniu. Niemniej w fizyce zachowanie informacji jest rozumiane inaczej niż w informatyce. Gdy w fizyce używane jest słowo „zachowanie”, silny nacisk kładzie się na to, że to, co ulega zachowaniu, pozostaje dokładnie takie samo – bez żadnego zysku i bez żadnej straty. Na przykład zachowanie energii w układzie zamkniętym oznacza, że całkowita energia tego układu pozostaje dokładnie taka sama, mimo iż zmianie ulegają formy, jakie energia przybiera w tym układzie (potencjalna, kinetyczna, chemiczna, elektryczna, jądrowa i tak dalej)1. W odniesieniu do wyszukiwania słowo „zachowanie” oznacza natomiast idealną (górną) granicę, do której mogą dojść procesy wyszukiwania, ale – ogólnie rzecz biorąc – mogą też do niej nie dotrzeć.
Do zachowania informacji w fizyce dochodzi w różnych sytuacjach. Na przykład Stephen Hawking zasugerował, że informacja zawarta w materii może zostać bezpowrotnie utracona, gdy wessie ją czarna dziura, która później paruje wskutek procesu określanego mianem promieniowaniem Hawkinga. Hawking uznał, że w tych warunkach nie dochodzi do zachowania informacji. Natomiast Leonard Susskind zaproponował ideę holograficznych przesunięć informacji z przestrzeni o większej liczbie wymiarów do granic o mniejszej liczbie wymiarów oraz ideę komplementarności czarnych dziur. Zgodnie z jego teorią informację zakodowaną w horyzoncie zdarzeń da się więc odzyskać z promieniowania Hawkinga w mocno zaburzonej postaci, ale ulega ona zachowaniu, nie zaś zniszczeniu. W związku z tym Susskind uważa, że nawet czarne dziury podlegają zachowaniu informacji.
W klasycznej termodynamice zachowanie informacji jest powiązane z drugą zasadą termodynamiki i koncepcją entropii. Podczas gdy entropia ma naturalną tendencję do wzrostu, co wskazuje na utratę uporządkowania lub informacji w układach makroskopowych, zgodnie z mechaniką statystyczną mikrostany układu rozwijają się deterministycznie i w związku z tym pozostawiają informację w stanie nienaruszonym. Zachowanie informacji jest więc następstwem teorii ergodycznej, zgodnie z którą powtórzą się wszystkie stany układów dynamicznych mających odpowiednią strukturę. W mechanice statystycznej istotnym w tym zakresie rezultatem jest twierdzenie Liouville’a mówiące, że gęstość przestrzeni fazowej układu zamkniętego jest stała w czasie, z czego wynika, że informacja o warunkach początkowych ulega zachowaniu, nawet jeśli na poziomie makroskopowym wygląda na bezładną3.
Łatwo znaleźć również inne przykłady zachowania informacji w fizyce. W mechanice kwantowej unitarna ewolucja stanów kwantowych, zachodząca zgodnie z równaniem Schrödingera, zachowuje całkowitą informację zakodowaną w stanie kwantowym. Na zachowanie informacji kwantowej wskazuje również względnie niedawno dowiedziony zakaz ukrywania (no-hiding theorem). Fizyka klasyczna, która jest deterministyczna i której równania gwarantują odwracalność pewnych procesów fizycznych w czasie, wskazuje, że informacja o układzie w dowolnym punkcie czasu może – w zasadzie – zostać odtworzona w dowolnym innym punkcie czasu, a tym samym informacja ulega zachowaniu. Na przykład Pierre Simon de Laplace argumentował, że zachowanie informacji (aczkolwiek nie posługiwał się tą terminologią) obowiązuje w całym Wszechświecie. Ponad 200 lat temu w dziele Celestial Mechanics [Mechanika nieba] przekonywał on, że z fizyki Newtona wynika, iż na podstawie wiedzy o pozycjach i pędach wszystkich cząstek w danym momencie można przewidzieć wprzód i wstecz każdy aspekt rozwoju Wszechświata – i to w najdrobniejszych szczegółach.”
Pełna wersja tekstu dostępna jest na stronie „W Poszukiwaniu Projektu”:
część 1: https://tiny.pl/nhhm7csd
część 2: https://tiny.pl/v5hv7hp1.
