作者:李长松 来源:中国科学报 发布时间:2012-1-14 11:27:07
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数学家称整个因特网重量仅等同于一颗草莓

 
■李长松
 
据英国《每日邮报》报道,一位数学家最近根据单个电子的重量和因特网电子的数量,计算出整个因特网重量仅等同于一颗草莓。
 
该数学家如此计算:整个互联网的用电量相当于400亿瓦特左右,根据爱因斯坦的能量守恒定律及公式,换算成质量的话大概是50克。
 
然而,信息真的可以计算重量吗?
 
首先,如果按照质能方程计算,50克的质量等价的能量为4500万亿焦耳。如果供电的功率为400亿瓦,大概需要31个小时的电量。而互联网从上世纪80年代末就已经开始了,网络设备至今已经运行了30多年。当然初期的规模和现在不可同日而语,但也绝非30多个小时电量所能代表计算的。
 
其次,爱因斯坦方程成立的前提是质能转换,质量和能量总体是守恒的。也就是说功率为400亿瓦特的电能输入到服务器需要全部转化为质量才行。而实际大部分能量是以热能散失掉了。
 
再次,在计算机系统中存储的信息为二进制“0,1”编码,而存储介质主要是CMOS(互补金属氧化物半导体)结构。无论是存储信息“0”还是存储信息“1”,高低电平仅仅是表示晶体管的导通状态,mosfet(金氧半场效晶体管)的结构都没有发生变化,并不存在能量或者质量变化的情况。即使mosfet的输入为有源的电平,有源源不断的能量流入半导体器件;但从其结构来看,并不存在输入到输出的直接电流,这就是常说的半导体静态功耗等于“零”(很小)。
 
如果给电脑存储一本电子书,那么电脑会不会增加能量?答案是不会的。
 
因为无论计算机存储是“0”还是存储“1”,对电路的结构都是一样的,都没有能量消耗。那么为什么存储信息还需要电这一能量呢?原因是信息的改变需要能量。
 
半导体电路中,无论信息从“0”翻转到“1”,还是从“1”翻转到“0”,都等效为对电容的充放电。在充放电过程中,有电流流过。而在经过电路中的电阻时,电能消耗掉了。消耗的形式都是转化为热能,这也就是为什么芯片会有很高的温度,动辄需要散热片的原因。
 
可见,信息是没有能量和质量的,但信息的转换需要能量,转换的能量最终以热能的形式散发掉了,并不会给电子产品的固件带来质量上的变化。
 
《中国科学报》 (2012-01-14 A2 新知)
 
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