宇宙的演化4——什么是信息

        质量和能量是物质的一体两面，我们的世界就是由物质构成的。但是，物质是如何构成了我们这个世界的。在前面我们已经了解到宇宙中存在四种基本的相互作用力，正是在这四种力的作用下，宇宙从一个奇点慢慢演变成现在这个样子。我们的世界是这么复杂，但它的形成机制却似乎非常简单，这难道就是所谓的大道至简？

        当我们环顾四周，那一草一木，那灵动如兔、狂傲如虎，尤其是我们人类——万物之主，难道都是在那一次大爆炸后由这几种简单的力量所塑造的吗？如果你对这样的神奇感到不可思议，那是非常正常的。当我们遥望星空，那荒凉的宇宙大漠中撒满了相似的星球，因为他们都是由元素周期表中的那些原子和简单化合物组成，似乎与我们生活着的这个地球世界完全不同。难道我们和其他的星球都是一样的吗？

        我们这种对世界的认识和觉察，我把它称为信息。1948年，数学家香农在他的论文《通讯的数学理论》中为信息下了一个明确的定义，即信息是用来消除随机不确定性的东西。这个天才的想法产生了计算信息量的公式：，I是信息量，P(x)是事物发生的概率，简单地说就是事物发生的概率越大，信息量越小，当发生概率为1的时候，也就是确定性事件，信息量为零。

信息论创始人 克劳德.香农

        香农的这个天才想法来自于物理学第二定律中的熵的概念。克劳修斯于1854年提出了熵的概念。他认为，在孤立系统中，体系与环境没有能量交换，体系总是自发地像混乱度增大的方向变化，这就是熵增原理。比如，在没有外界交换能量的情况下，热量永远只能从高温物体转移到低温物体，最终消除温差，而不能反过来；流水只能从高处流向低处，最终消除水位差。

        如果没有另一股相反的力量，即自组织的力量（比如四大基本相互作用力），熵增的力量最终将抹平宇宙中所有差别，使得一切趋向均匀、恒常，最终回归奇点，就像大爆炸之初，所有物质都被重新分解成分子、原子、离子，最终将全部回归到基本粒子状态，甚至消除质量，转化为奇点的能量。

        同样的，信息熵是用来描述事物不确定性的，事物发生的不确定性越高，信息熵就越大，为了消除这种不确定性所需要的信息量就越大。比如我们去A地可以有两条路径选择，在我没有其他任何信息之前，我只能随机地选择一条路径，但是如果我获得了一些信息，比如哪条路更近、哪条路更容易行车、哪条路更安全等等，那么就会减少我选择道路的随机性。所以，可以认为信息就是用来消除不确定性的。

        我们所说的信息消除不确定性，主要是对我们人类而言。比如一本书，它里面的内容是早就写好的，是确定的，对宇宙来说，这本书的存在状态没有任何不确定性，但是对于没有读过这本书的人来说，里面的内容就是不确定的，当然，我们可以通过阅读这本书来消除这种不确定性。因此，我们所谓的不确定性主要是指人类的主观概率判断。因为，对于宇宙来说，没有任何不确定性。

法国数学家拉普拉斯

        当然，对于客观上是否存在不确定性，学术界是有分歧的。法国数学家拉普拉斯，在1814年提出了一个著名假说：假设存在一个超智能体，他对整个宇宙中的每个粒子的位置和速度都了如指掌，并且他还拥有一台功能强大的计算机，那么他就可以通过一组简单的公式来描述宇宙的过去和未来，就可以精确地推演出整个宇宙的产生到灭亡的整个过程和每一个细节，包括预测每一个人在每一秒的行为和命运。这个超智能体被人称为拉普拉斯妖。

        但是，德国物理学家海森堡于1927年提出了测不准原理，他认为，由于人类的观测是通过将光照射到粒子上，然后反射到我们的眼中才能进行观察，但是光子和基本粒子的碰撞会对粒子形成扰动，所以我们无法同时准确测量任意粒子的位置和速度。但是，这只是说我们人类永远无法准确测量，因而无法预测未来，但这不意味着任意粒子的位置和速度其本身不存在客观性。

        对科学决定论最大的挑战是人类自由意志的问题，如果世界都是确定的，那是否意味着我们人类根本就不存在什么自由意志，从而我们可以对自己的行为不负任何责任呢？这个问题我打算放到后面再去讨论。