第572章 信息的本质！物质or能量信息熵！开创信息论先河！
如果要问信息是什么
恐怕很多人第一时间都非常疑惑。
“信息就是信息啊，还能是什么”
信息是一个非常抽象的概念。
随便写一个字，一句话，或者是一篇文章，其中都包含了信息。
此外，哪怕不用文字也能传递信息。
比如华夏的烽火狼烟，就是靠烟尘传递军事情报，并没有使用任何文字信息。
所以，任何人都能知道信息的含义。
但是，如果要你给出信息的严格定义，并且如何去描述信息，恐怕大部分人就要抓瞎了。
这不仅是普通人的问题，也是科学家的问题。
真实历史上，信息学的诞生和发展与物理学有着紧密的联系。
20世纪初期，随着电子、通信等技术的蓬勃发展，当时的工程师们遇到了一个问题。
“如何表征信息的量呢”
比如，你想要给远方的亲戚送点礼物。
你可以在信中说，盒子里有五种糕点，六种水果，还有一个小铜镜等。
这些数字都是精确的信息。
亲戚虽然无法亲眼见到你，但是他在看到这些信息后，就能自己核对。
这看起来是一个非常简单的问题。
但是，通信工程师们却为此犯了愁。
他们需要先把这些文字信息编码成电子信息。
然后，再通过翻译、压缩、控制等等手段，使其能够在电线中以光速传播。
在这个过程中，不管是机器的计算要求，还是业务的收费要求，都需要清晰地知道信息的量到底有多少。
那么“五种糕点”和“六种芒果”哪个表述的信息量更大呢
或者，再来个更极端的例子，一张只有5个字的白纸，和一张只有500字的白纸，哪个的信息量更大
早期电报刚开始运营时，收费是直接按照所发字的数量来收。
五个字比一个字贵。
这就会引起疑问。
“难道发五个字比一个字就更费电吗”
这其中就涉及到了信息量的问题。
这个问题在普通人看起来十分简单，但如果想要从科学上进行严格证明那就非常困难了。
后来，随着计算机理论的出现，科学家们对于信息定量的需求越来越迫切。
于是，信息论诞生了。
它是专门研究信息的理论。
真实历史上，1948年，美国数学家、密码学家香农发表了一篇震惊学界的论文：《通信的数学理论》。
在这篇论文里，香农首次提出了“信息熵”的概念。
他借鉴了热力学中关于熵的概念，把信息中排除了冗余信息后的平均信息量称为“信息熵”。
在热力学中，熵表示微观系统可能的状态数量，或者是混乱程度。
而信息熵表示各个可能事件发生的概率。
在论文中，香农给出了信息熵的数学表达公式：h=-∑plogp（p表示事件发生的概率）。
至此，对于信息的量化度量问题得到解决，科学家们以后就可以用定量的方式来研究信息。
这时，可以给信息下一个较为严格的定义：
“信息是用来消除不确定性的东西，不确定性越大，信息量越大。”
但是这里要注意一个问题。
信息熵是建立在计算机通信、01编码等基础上的严格数学概念。
它是专门为了计算机而诞生的一门理论科学。
在具体操作和计算层面上，信息熵可以理解为存储信息所需的最小比特数。
而真实世界的信息熵计算是非常非常复杂的，甚至根本没有办法计算。
一般都是通过信息熵的变化量来解决问题。
此外，同样的一句话，可能不同的人从这句话中得到的信息量都是不一样的。
比如同样一张脸，有人得出“美”的信息，有人却得出“丑”的信息。
这种带有联想和个人经验性质的抽象信息，不是香农提出的信息熵所包含的范围。
总之，香农发表这篇论文，提出信息熵概念，标志着信息论的诞生。
他本人也顺理成章地被称为“信息论之父”。
信息论出现之后，计算机理论和技术得到了飞跃式的发展。
并且催生出后来璀璨至极的信息时代。
这时，可能有人发现问题了。
“咦那信息和麦克斯韦妖有什么关系”
“甚至它和物理学又有什么关系吗”
在信息论发展早期，没有人能说清楚信息和真实物理世界的关系。
信息仿佛是物质、能量之外的第三种存在方式。
比如，一个苹果放在那里，关于它有很多信息，味道、质量、颜色等等。
此刻若苹果消失了，那么物质和能量都消失了，但是关于苹果的信息却没有消失。
我们即便看不见苹果了，也知道它的味道。
但是从另一个角度看，信息又不能脱离物质和能量单独存在。
如果宇宙在下一刻，所有物质和能量突然消失，那么宇宙中还存在信息吗
或者说，此时的信息还有“意义”吗
总之，信息和物质、能量的关系非常朦胧不清。
这时，有人突发奇想：
“如果信息和物理世界是统一的，那么信息量也应该视为一种物理量。”
但是这个观点却存在两个问题。
第一，在物理学中，描述一个物理系统的状态，需要用到各种物理量，比如速度、能量等。
这些物理量都有着自己的量纲，说明它们是通过测量得到的。
比如热力学中熵的量纲是j/k。
但是信息熵却只有单位，并没有量纲。
因为信息熵并不需要测量，而是通过数学计算事件发生的概率。
量纲是表征物理量性质的属性，而单位仅仅表示物理量的大小。
二者在本质上就有区别。
所以，信息量能否当成物理量值得商榷。
当然，这个问题可以通过扩大物理量的定义来解决。
但是第二个问题就不好解决了。
在物理学中，物理系统状态的改变意味着需要对系统做功。
而做功又代表了系统能量的变化。
但是信息状态的改变，或者说信息熵的改变，需要消耗能量吗
比如，一张写了5个字的纸和一张写了100个字的纸，哪张纸的能量更大呢
又或者，你在电脑上打字，打完不满意，你又把字全部删除了。
这个过程中，如果不考虑电阻等因素，请问信息的改变是否消耗能量了
这是一个非常有意思的问题。
问题的本质可以总结为：信息和能量是否有关系有什么关系