一张物理试卷的能量能有多大?
是微不足道,平平常常,还是大出天际?
首先从初中物理角度思考,一张物理试卷质量4g,热值约1.5×10^6J/Kg,如果把它点燃释放的能量约为,Q=mq=4×10^-3Kg×1.5×10^6J/Kg=J。而J的能量,能将1kg水升温1.摄氏度,W的灯泡亮一分钟,或将你抛到10米高的空中。
如果从中一张物理试卷中提取全部核能呢?真空中光速m/s,根据爱因斯坦质能方程式E=mc^2,E=4×10^-3Kg×(m/s)^2=3.×10^14J。也就是越万亿焦耳,这又是多大的能量呢?
汽油的热值为4.6×J/kg,万亿焦耳的能量与燃烧吨汽油燃烧所产生的能量相当,能让一辆中等排量的经济适用形轿车行驶1亿千米。太阳每秒释放亿亿亿焦耳的能量,其中只有22亿分之一的能量辐射到地球,大约是每秒17亿亿焦耳,所以万亿焦耳,相等于太阳每秒辐射到地球的能量的分之一。
放在煤炉里烧了焦耳,放在核反应堆了里烧了万亿焦耳,这就完了?
当然没有,因为之前的两种分析,都完全忽略了一件事,就是一张物理试卷上还记录有信息。
我们正处于宇宙大爆炸、信息爆炸的时代,那么信息也有能量吗?
第一个完整阐述信息和能量之间的关系的人是罗夫·兰道尔(RolfLandauer)。年,他发表了一篇著名论文,即:《不可逆性与计算过程中的热量产生》,在这篇文章中,他大胆提出一个惊人的论断“经典计算机中要改变一个经典比特信息,需要不可避免消耗掉至少E=KTln2的能量”。(k是玻尔兹曼常数k=1.649×10^-23J/K,T是经典计算机所处的外界物理环境的温度,ln2是底数为e指数为2的对数ln2=0.95。)
公式E=KTln2揭示了信息和能量之间怎样的关系呢?我想最主要的有三点:①任何信息都是具有能量的;②其他条件相同时,信息量越大能量越大,二者成正比;②其他条件相同时,外界环境温度越高能量越大。
年,数学家香农指出:“信息是用来消除随机不定性的东西”。但是你会发现,信息能轻易消除甲的随机不定性,却可能在消除乙的随机不定性时屡次失败。
信息量这个东西可大可小,不好衡量。比如word版尚未打印的物理试卷,如果图片很少,也许能少到几十Kb,如果是纯图版的图片的解析度又很高,那么大到几百Mb都是它。并且对于不同的人,这个信息量也有很大的个体差异。如果对于一个物理几乎一窍不通的学生,信息量就会很小,可能只有几kb,因为只能看懂个别题。对于一个物理特别棒的学生,信息量也会很小,因为在他看来这些题型都再平常不过。对于一个物理中等,且对物理兴趣很浓厚的学生而言,信息量就会大得出奇。他可能会做一道题卡住了,多题干中的已知条件进行联想理解,就此牵扯出更多的信息,也就是对他而言,有些信息是折叠起来的,就此展开就会释放更多的信息,而展开几乎是没有尽头的。
所以,能量是什么?能量是相对的吗?
能量,就描述质量的时空分布的可能变化程度,用来表示物理系统做功的本领。从某种意义上来说,能量就是可能的多少。能量是个相对的概念,比如动能取决于速度,速度取决于参考系的选择。
信息能也是如此,物理试卷上同一道物理题,有的学生完全看不懂,有的学生早就做过,对于这两种的学生,这道物理题信息能就很低。相反有的的学生勉强能看懂,对他而言很有新鲜感,且能与自己所学的知识体系发生碰撞,碰撞出更多有价值的灵感火花,那么对于这种的学生,这道物理题信息能就很高。
所以,一张物理试卷的能量究竟有多大?
能量的下限取决于它的物理属性。
能量的上限取决于你的眼界,兴趣以及和它初遇时一刹那的碰撞。接下来按照逻辑和常规方法挖掘和解读,都是堪称锦上添花的后续,可以将折叠压缩的信息,引申使其可见可用,继续展开就能释放更多的信息与能量。
你根本都想不到或轻易就能想到时它就很小,你好不容易才想出来时它就很大。