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希拉德vs兰道尔:麦克斯韦妖佯谬的真实解答?

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兰道尔原理的精神可简述如下:执行任何不可逆的逻辑运算必定代表着作为执行者的物理系统发生着不可逆的物理过程。因此,执行异或,与,或等不可逆的逻辑运算(如果不做保留冗余信息的处理)必定伴随着熵增加。准确而言,1bit信息的删除伴随着至少kln2的热力学熵的增加(“信息是物理的”)。当然,这些运算可以通过保留一个冗余的比特来将其改造成可逆的逻辑运算,这样,熵增下限就被取消了。
1929年,希拉德向消灭麦克斯韦妖迈出了重要的一步:他通过将妖精替换为一架简单的仪器来避开二元论的陷阱,认为熵增产生于仪器测量分子的位置的过程。
这个答案在1981年之前都是标准答案。国内不少热力学教材也采用这样的说法(赵凯华的《新概念物理·热学》亦然)。
然而,惊人的是,本尼特指出真正引发熵增的根本不是测量(这可以改造成可逆过程),而是妖精的“记忆”(内存)中不可避免的信息擦除过程,这种信息擦除是为新的测量记录留出存储空间。请注意,这里的“记忆”(内存)并不代表妖精必须有智能,而在于“妖精”或类似的设备为了做出是否放行分子的判断,必须有一个至少有1bit容量的储存单元(例如,它可以是用一枚硬币的正反面),并且这些储存单元的总量是有限的。
C. H. Bennett, “Logical reversibility of computation“, IBM Journal of Res. and
Dev., 17:6 525 (1973).
两种不同解释的差异可用这个例子说明:如果本尼特是对的,那么,一个假想的拥有无限大内存的计算机可以实现麦克斯韦妖的功能。而希拉德将认为,依然不能。


IP属地:海南1楼2013-03-17 17:36回复
    文中观点译自如下连接:
    strangepaths.com缸reversible-computation缸2008/01/20/en缸
    “可逆性计算”一文。笔者做了适当的补充案例和说明。


    IP属地:海南2楼2013-03-17 17:39
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