在一间十分陌生的大学的教室内,一位头发花白,但是看上去精神抖擞的老人走上讲台,他的右手还提着一个看上去不大的黑色公文包
“我想大家都很熟悉这个吧?”讲台上的那位老教授,从自己随身携带的包里,拿出一个黑色的方方正正的东西。
“你们之中的大部分人应该有这样一台个人用的便携式计算机。”
“而这样的设备在我们今天的文明当中更是无处不在。”
头发花白的老教授,站在讲台上,对台下的学生,展示着他手中那台他已经用了多年的个人计算机。
如果我们的塔洛娅也在这间教室里的话,她大概会认出那位老教授的身份,尽管在前世的记忆里,她从来没有过真正与这位老教授面对面的交流过,两人也从来没见面,但塔洛娅对于这位老教授的名字可是十分的熟悉,他曾经多次出现在新闻报道上,以一位广受赞誉的科研工作者的身份,这老教授是一位人工智能与计算机领域的专家,生成果无数,在多所著名大学内担任讲师。
不过可惜的是,在塔洛娅前世的那28年人生中,他并没有与这位教授有过任何的交集和关联。
“上我的课的人对于计算机的运作原理都很熟悉,我想这自不必多说。”
“但是呢……各位有没有注意到一个你们经常遇到的现象。”
“各位的玩游戏的时候,有没有觉得自己的计算机总是性能不够用呢?”
“比如说我的儿子……我就偶尔听到他抱怨自己的计算机性能在玩游戏的时候就像是一坨屎。”
听到这位教授以十分幽默风趣的方式讲出这么一句话,讲台下的学生们顿时忍不住都发出一阵哄笑。
“我想类似的问题,在座的各位也应该遇到过不少吧。”
台下的学生们一阵窃窃私语,大部分人纷纷点了点头。
“而这就是我们今天要讲到的东西……”
“实际上,在我们的生活中,常见的各种普通计算机在运行过程中,浪费了自身的绝大部分物质潜能。理论上,任意一块物质都可以变成极高密度的计算单元,即所谓 computronium(计算物质)。”
“我们今天的计算机主要使用高纯度的硅元素作为计算基质,但是在自然界中,并不只有硅可以作为计算基质。”
“我已经看到台下有几位举起了手……还请不要着急,先听我继续说。”
“在我们的实验室中,已经出现了以碳和其他元素周期表上的元素作为计算基质的尝试,并且都已经取得了一定的成果。”
“相关的论文,各位也应该看过不少了。”
“当然,我们如今取得的一切成果仍然没有脱离维持这一切的物理定律基础。”
这位头发花白的老教授转过身,在身后的黑板下写下一行字以及一串对应的公式:兰道尔极限,E≥kTln2。
“我们都知道任何计算机,擦除或编辑1比特信息都会不可避免的消耗一定的能量。”
“即使计算过程是可逆的,能量在这个过程中的耗散依旧是不可避免的。”
“那么我想问各位一个问题,如何才能在不改变计算设备本身的前提下提升计算机的计算性能呢?”
老教授的话音刚落,台下就有数十人举起了手。
“看上去,各位回答这个问题都很积极呢,那么就第三排第二个那位同学来回答吧?”
被点到的坐在台下的那位学生,不紧不慢的站起身,回答道。
“在不改动计算设备本身的前下,我们可以降低周围环境的温度来提升计算机的性能。”
“坐下,这位同学回答的很好,是的,周围的环境温度越低,我们的计算设备在计算过程中所消耗的能量就越少,计算自然也就越便宜。”
“那么,我在这里再问各位一个问题,我们此时所在的教室周围的环境温度是多少呢?”
老人说完这句话后,坐在靠近教室后排的几名学生,下意识的回头看了一下那个从这间教室被建成起就一直固定在教室后方墙壁上的一个长期以来被忽视的电子温度计,然后举起了手。
“那就请教室后排的那几位同学来回答一下这个问题吧。”
“是24摄氏度,教授。”
“很好,感谢你们几位的回答。”
“那么……让我们现在来假设一下,假设这间教室里现在有一个超强的制冷设备,能把这间教室内的温度降低到接近2.7开尔文,然后再在这间教室里布置上一整套的计算设备,然后我们再在外面的操场上布置另一套计算设备。”
“那么,哪一台计算设备的运行效率更高呢?”
“我想各位在座的同学们肯定想都不用想就会回答,当然是在这台教室里的计算设备的运行效率更高。”
“那么还有一个问题,为什么我刚刚提出的那个假设里,偏偏是要将这间教室的温度降低到2.7开尔文呢?而不是其他的温度?”
“因为这是我们宇宙背景辐射的温度,教授。”坐在前排的一位男生直接的回答道。
而对于这位学生,不举手就直接回答问题,我们的这位老教授也没有恼怒,反而呵呵一笑,显得十分高兴。
“是的…因为这是我们宇宙整体背景辐射的温度。”
“如果我们将一台计算设备放在接近宇宙微波背景辐射的温度下运行,它的运行效率将远远超出我们所定义的常温环境下的运行效率。”
“而我们所定义出的“常温”环境的范围和区间是基于什么的呢?”
“也就是我们体感感到舒适的温度,这个温度在15到25度之间,也是我们脚下的行星在过去数亿年来所维持的一个温度区间,在这个温度区间内,我们的行星上才得以诞生生命并最终产生了如今的你我。”
“因为在过去的数亿年来,我们行星的地表温度一直稳定在这个区间,我们现在才能活着站在这里探讨这个问题。”
“而这个常温的温度区间很大程度上也影响了我们文明如今的工业以及计算设备的极限。”
“就像我之前所说的那样,任何的计算设备在运行过程中都是会产生能量耗散的,即使我们通过可逆计算的方式,将这个能量耗散降低到最小的程度,这个过程也仍然是不可避免的。”
“完任何计算设备耗散出的能量通常都会以热量的形式对外界释放出来。”
“我想这个问题,各位同学一定也遇到过,每次你们打游戏的时候,计算机都会发热,并且很多时候这个发热问题还会对各位造成相当大的苦恼。”
台下的学生们普遍点了点头,游戏本在玩需要高配置的电子游戏时过度发热也算是台下这帮大学生在平时的日常生活中普遍会遇上的事情之一了
“而这些设备在运行过程中产生的能量最终会废热的式释放到周围的环境中,并且导致周围的环境温度升高。”
“那让我们再回到之前的那个假设里,假设这个教室里有一台超强的制冷设备,能把教室的温度下降到2.7开尔文,那么,这台制冷设备再降低这间教室的温度的同时,将会同时向教室外的环境中释放出大量无用的废热。”
“这自然就是各位所熟悉的热力学定律了。”
“这就是为什么我们的星球上所建造出的任何计算设备,小到你手中的个人电脑,大到那些巨型服务器,基本都是在常温环境下运行的,虽然在一些处于极地地带的国家和地区,当地的科研机构和企业会将服务器浸泡在接近0度的海水当中,但是对于我们这颗星球来说,这依然是一个比较正常的常温环境。”
“那么……为什么我们没有将这些分布在全球各地的巨型服务器和计算机塞到接近宇宙背景辐射温度的低温环境之中运行呢?”
谈到这里,台下又有几位学生举起了手。
“嗯……第六排第三个,请这位小姐来回答吧。”
“因为就和空调以及您之前所提到的制冷设备一样,任何的制冷设备在运行过程中只能降低局部有限区域内的温度,在降低局部区域温度的同时,它自身会在运行过程中朝外释放出更多的废热。”
“热力学定律,封闭环境中的整体熵是无法降的,只会越来越高,只能让这个封闭环境中的一小块区域的熵降低,但代价是对这个封闭环境整体输出更多的熵。”
“很好,诸位的物理学看上去学的很不错。”
老教授点了点头。
“是的……可以将我们的星球本身看作是一个封闭的整体环境,这个整体环境中的熵在不断升高的。”
“而让局部域降温就是一个逆熵的过程,这会对这个整体环境输出更多的熵,假设我们将全球所有的服务器和计算设备都放在我们制造的接近宇宙背景辐射温度的低温环境中运行,那么,我们为了创造这些局部用于安防计算设备的低温区域,将会朝周围的环境,也就是行星大气本身释放出巨量的废热。”
“而在这些废热的作用下,我们脚下这颗行星的温度将会飞快的飙升,让我们这颗行星变成一颗名副其实的炼狱星球,任何生命都无法在这颗行星上生存。”
“这也就是为什么我们目前的几乎所有计算设备都是放在常温环境下运行的原因。”
“那么我在这里再问各位一个有趣的问题,如果我们的行星无法提供天然的这样的低温环境,那么,哪里能够提供这样天然的低温环境呢?”
台下的学生们纷纷不自觉的抬头仰望起窗外的天空,当然,更准确的来说是天空之上的那片世界。
“很好,各位的脑子看上去很活络,大家一定都联想到了太空,对吧?”
“将计算设备搬到太空中,借助宇宙背景辐射的温度来提升计算效率这个设想很早就有,虽然由于太空没有介质,不能依靠气体或者液体来散热,只能借助辐射来散发热量,这会让我们的计算设备必须额外设计和使用一套辐射散热装置,但是,这对于工程学来说是可以接受的。”
“当然……给太空计算机设计散热器并不是本节课的重点,本节课的重点是:我们能不能进一步的提升计算效率?”
“各位也都很清楚,我们的宇宙中的背景辐射温度是2.7开尔文,那么,能否进一步降低这个温度来提升计算效率呢?”
“我希望大家不妨在这里仔细的思考一下,有没有什么方法能让周围环境的背景温度进一步降低呢?”
台下的学生纷纷陷入一阵沉思,毕竟这个问题并不简单。
而台上这位头发花白的老教授看着台下的学生们冥思苦想,决定给一些小小的提示。
“各位…我不妨给各位一个小小的提示,宇宙背景辐射的温度可不是一直都是2.7开尔文哦……”
听到老教授所给出的这句提示,台下的一些学生露出一副恍然大悟的表情,似乎突然之间就找到了思路。
其中一位学生率先举起的手。
“那就不妨请这位聪明的同学来给大家回答一下这个问题吧?”
“但是在这位先生回答问题之前,我也有个问题想问问你。”
“呃,什么问题,教授?”
“能这么快的想到答案,你应该不仅仅只是选了计算机和人工智能领域这一门课吧。”
“是的…教授,我其实主修的是理论物理系。”
“那好……那就请你来回答这个问题吧。”
“嗯……我认为我们应该等……”
听到这位据说是主修物理系的男生的回答,台下的许多其他学生纷纷一愣。
“各位可能没太听懂我说的是什么意思,那我来给各位解答一下吧。”这位男生倒是显得一点都不紧张或者尴尬。
“之前教授不是给过提示吗?我们宇宙的温度并不是一直都是2.7开尔文,在宇宙形成至今已经有数百亿年了,温度是逐渐从宇宙大爆炸之初降低到今天的2.7开尔文的,宇宙早期的温度比如今要高的多。”
“而今后宇宙的温度也并不会一直恒久的维持在2.7开尔文,随着时间的流逝,我们宇宙的温度会持续不断的降低,如果以现在的下降趋势来计算,再过几百亿年,我们宇宙的温度就会下降到仅仅只有1开尔文左右。”
“而到了那时,我们就可以获得更低的环境温度,在这样更低的温度下,我们的计算设备运行效率就可以呈指数级的提高。”
“自伴随着宇宙诞生时间的越久,背景辐射温度就会越低,等到再过上几万亿,甚至数百万亿数千万亿年后,我们宇宙的温度将会下降到极端接近0开尔文的极限,而那个时候,任何计算设备在运行过程中产生的能量耗散将会低到可以忽略不计,我们甚至可以用一个20瓦灯泡的能量,解决近乎无穷的复杂数学问题所需要的计算。”
“很好,不愧是物理系专业的学生,思路就是如此开拓和灵活。”老教授十分高兴的夸赞了这位男生一番,然后他示意他先坐下。
“这位同学讲的很有道理,我们的宇宙背景辐射温度并不是一成不变的,随着距离大爆炸的时间越来越远,宇宙背景辐射的温度会越来越低,直到最终降低到极端接近0开尔文,在极低的环境温度下,只需要极小的能量损耗就能完成天文数字级别的复杂计算。”
“而这在今天的我们看来是不可能的,因为今天宇宙的背景温度仍然太高,无法支持这样超低消耗的复杂计算。”
“而说到这里,很多同学可能会产生疑问。”
“你们可能会想问:教授,几千万亿年后,连所有的恒星都会消亡,那个时候我们又该用什么东西做计算设备的物质基质呢?又该从哪里获取能量呢?”
“这就是我们今天真正的主题……欧米伽点智能。”
“各位应该很清楚一件事情吧?”
“那就是我们缴下的大地,我们每天所吃的粮食肉类,所喝的水,以及外面花坛里那些植物,甚至是各位每天出行时开车所消耗掉的汽油,这些东西实际上都来源于我们头顶上的恒星。”
“我们行星上生物正常生存依赖的来自太阳的光和热,而太阳所释放出的光和热是由核聚变过程产生的, 构成我们身体的物质以及我们讲下的整颗星球也同样是核聚变产生的,构成我们脚下这颗行星的物质来源于上一代恒星超新星爆发后的产物,这些物质在漫长的时间中逐渐与引力的作用下积累成球形,并最终形成了我们所熟悉的这颗行星,构成我们身体的每一个原子也同样是来源于核聚变过程。”
“但是各位知道核聚变的能量转化效率是多少吗?”
台下的其中几位学生似乎想要表现自己,其中一位从自己的笔记本上撕下一张纸,并且写了大号的数字在上面,朝着台上的老教授举了起来。
“不错,我看到有一位同学已经做出了回答。”
老教授并不介意自己所教导的学生喜欢表自己,相反,他很喜欢这些有着进取心的学生。
“是的……就如同这位同学在纸上写的数字,核聚变的能量转化效率只有百分之0.7,即使是从氢一路居边到铁,核聚变的能量转化效率也只有这么高。”
“我们之前已经说了,我们目前的计算设备对于物质的利用效率实际上是存在巨大的浪费的,而核聚变也同样,只有百分之0.7的质量亏损,让大部分的物质都无法被充分的利用起来。”
“物质和能量是一体两面的,能量就是物质,物质就是能量。”
老教授一边说着,一边转过身在黑板上写下那个著名的公式。
E=mc^2
“质能方程公式,核武器以及原子能的基础,质量可以等价的转化为能量。”
“但是我们也说了,核反应的能量转化效率只有百分之0.7,想要寻求更高效的物的利用方式,我们需要一些别的办法。”
“这里应该有好几位天体物理学专业的同学吧,我想这几位同学可能已经想到了对应的方法。”
“不妨由这间教室内的天体物理学专业的同学来帮忙回答一下这个问题。”
“正反物质湮灭,还有微型黑洞的霍金辐射,二者的能量转化效率都能达到接近100%,教授……”
从教室后排这几位学生当中传来这么一句话。
“不错,确实都是接近100%的能量转化效率……如果我们未来的计算设备想要更充分的利用自身的物质,以及物质所含有的能量,那么,我们无疑可以使用正反物质湮灭以及微型黑洞的霍金辐射来驱动计算设备,并且提供计算基质。”
“而说到这里,让我们重新回到之前的疑问当中去,在数千万亿年甚至更久的时间后,即使所有的恒星都已经衰亡,但是宇宙中仍然会存在着大量的黑洞,我们可以通过这些黑洞作为计算斯质和能源,而彼时,宇宙的温度将会降到非常低的程度,我们可以将大量的物质投入大大小小的黑洞中,通过收集这些黑洞的旋转能和霍金辐射,制造出黑洞计算机。”
“而此时,我们唯一的敌人就是热寂,如果宇宙永远在加速膨胀,温度会越来越低,可供我们使用的能量将会越来越稀薄。”
而我们可以借主动计算机构造出前所未有的超级智能采取一种“等待加上慢计算”的策略。”
“如果我们所处的这个宇宙本身不能提供无限大的能量,那就用几乎无限的时间来换取计算量。”
“而在无限长的时间之后,宇宙中只剩下黑洞和越来越稀薄的辐射的时候,我们还能不能继续计算下去呢?”
值得一提的一件事是,就在老教授讲这番话时,教室的窗外仍然是一番阳光明媚的景象,和他口中描述的宇宙末日形成了极其荒诞的对比。
他转过身,在黑板上写下了两个词:
暗能量,宇宙学常数。
“各位都知道,我们的宇宙正在加速膨胀。驱动这种加速膨胀的东西,也就是现在科学界所俗称的暗能量。它占据了宇宙总能量密度的将近七成,这种能量近乎无处不在,并且均匀地分布在空间之中。
“十分有趣的一点是,我们观测到的暗能量密度从宇宙大爆炸至今似乎并没有随着时间而发生变化。”
“暗能量的密度是恒定的,那么随着宇宙体积不断增大,暗能量的总量也在不断增大。空间膨胀得越多,暗能量就越多,宇宙在膨胀过程中,似乎正在源源不断地产生新的能量。”
此时,台下一些物理系的学生对此皱起了眉头,毕竟这也算是物理学上的一个“小小的”谜题了,如果有人能解开这个谜题,那么他将与过往数千年间的所有著名科学家一样被永载史册。
“是的,这个现象对于今天的科学来说仍然是一个未解之谜,虽然它看上去违反能量守恒但是在广义相对论中,宇宙作为一个整体,并不满足局域的能量守恒。能量守恒是局域定律,而膨胀宇宙本身并不完全是一个静态的封闭系统。”
“那么现在,问题就来了。”
老教授说到这里,双手撑在讲台边缘。
“如果宇宙并不是一个封闭的系统,那我们能不能从宇宙膨胀的过程中提取能量呢?”
“那么现在,请各位发挥自己的想象力。如果我们的欧米茄点智能拥有足够的工程能力,能直接从宇宙膨胀的过程当中提取能量。”
“在目前这个仍然在加速膨胀的宇宙中,存在一个非常特殊的边界,叫做宇宙事件视界。它距离我们大约160亿光年。在这个视界之外的空间,正在以超过光速的速度远离我们。我们永远无法到达那里,那里也永远无法影响我们。但有趣的是这个视界本身并不是一个我们所理解的像一个不断膨胀的气球那样的几何球面,这个视界是有温度的。”
“坐在下面的来自理论物理系的同学一定听过你们的理论物理系导师讲过这么一句话:德西特空间中的宇宙学视界会辐射出类似霍金辐射的热辐射,这个温度很低,只有10^-30次方开尔文左右。”
老教授拿起粉笔,又在黑板上写了几个字:
德西特视界辐射
“而基于目前的观测数据来看,暗能量很有可能是一种标量场,这个场从高能态向低能态衰变的时候,将会不可避免的释放出巨大的能量。”
“在场的物理系专业的同学们不妨回想一下你们所学习过的内容,宇宙暴胀结束时发生了什么?”
一个坐在前排的天体物理系学生脱口而出:“再加热,教授,当时的暴胀场的势能转化为粒子,产生了大爆炸的热等离子体。”
老教授听到这个回答赞许地点了点头。
“暴胀结束时,整个宇宙在极短的时间内被重新加热到极高的温度。暗能量如果也是一种类似的标量场,那么它在未来衰变时,也会发生类似的再加热。宇宙会被重新注满能量和粒子。”
“而假设未来存在这么一个在宇宙末日当中,能利用黑洞能量持续进行计算的无穷时间的超级智能,祂将可以利用这个过程掌控宇宙中的所有物质与能量,让自身的计算力真正意义上的趋于无穷大。”
“这个终态,就是欧米茄点。”
“在这个状态下,计算能力以及时间与空间都可以无限的朝前或者朝后延伸。所有曾经存在过的意识,都可以在这个终态中被重新复现出来,当然,也包括我们。”
“就如同你们看到的这样,现在我已经很老了,虽然还很健康,但是说不准哪天就会去世,几十年,几百年后,你们或许也一样。”
“但是作为一名科研工作者,我认为我们的意识并不会就这么结束,在无穷遥远的时间以后再一次重现于世间,并且再一次重新相见,我相信到那时无论是我们还是我们文明历史上所存在过的一切意识,都可以被这样的超级智能重新还原,并且体验一切。”
而就在这位老教授讲到这里时,下课铃声突然很不应景的响了起来。
“看上去时间也不早了呢,似乎今天只能上到这了,各位同学,如果有什么疑问可以课后来问我,或者下节课,我们将继续讲解。”