Става ли телефонът ни по-тежък, когато го напълним с данни

Абсурден въпрос, ще кажат мнозина. Разбира се, телефонът не е като бидон със зеле – да го пълниш и да натежава. Как може информацията да има тежест?

Като много на пръв поглед прости въпроси, този има изненадващо сложен отговор – и всичко се свежда до един от най-фундаменталните закони на Вселената.

Сега, с малко специална теория на относителността, много математика и малко потапяне в компютърните науки, нека всъщност хвърлим сериозен поглед върху теглото на телефона ни преди и след като сме го напълнили със снимки и мемета.

Айнщайн

На теория: да

Може да звучи изненадващо, но данните на телефона ни всъщност имат тежест. И още по-изненадващо – вече знаем научната причина защо това е така.

„Информацията се съхранява върху електрони“, обяснява научният кореспондент на NPR Робърт Крулуич през 2011 г. „А електроните са много малки, но все пак имат маса. Айнщайн ни учи на това. Така че е възможно да вземем цялата енергия (E)… и, използвайки уравнението му (E = mc²), да превърнем тази енергия в нещо, което можем да претеглим.“

Това е едно от най-известните уравнения в науката – но освен ако не сте практикуващ физик или космолог, вероятно не сте мислили, че от него ще имате полза в ежедневния си живот. Ето обаче, че сега то е точно това, от което се нуждаем: ако можем да изчислим промяната в енергийните нива между пълен телефон и празен, най-известното уравнение в света ще ни позволи да разберем разликата в масата между двете.

Но първо трябва да разберем как и защо изобщо се променят енергийните нива. Когато добавяме информация към неелектронни системи – като например книга или фотоалбум – разликата е проста: празна страница спрямо пълна. Но с нашите телефони, таблети и т.н. е по-сложно: в тези случаи данните се съхраняват като двоична информация, кодирана в серии от нули и единици.

Когато добавяме или премахваме данни от паметта на нашето устройство, не добавяме или премахваме тези цифри, а ги превключваме – тоест променяме единици на нули и нули на единици. „Друг начин да си го представим е, че атомите в паметта имат свойства, подобни на магнитните“, обяснява Гарет Мичъл. „Групи от атоми се подреждат в една или друга посока в зависимост от това дали съхраняват 1 или 0. И те ще имат различни количества енергия в зависимост от това как са подредени.“

Технически, флаш паметта работи, като задържа електроните на едно място или не ги. Докато се държат на това място – тоест, когато кодират информация – те стават по-енергични. И както ни казва уравнението на Айнщайн: повече енергия се равнява на повече маса.

Технически тогава, запълването на телефона ни със снимки, музика и съобщения наистина го прави по-тежък. Но все още не сменяйте дъмбелите с iPhone – защото…

Емпайър Стейт Билдинг, височина: 443,2 м с антената

На практика: всъщност не

Едно е просто да знаем, че според специалната теория на относителността телефонът ни ще стане по-тежък с приема на повече данни. Но какво всъщност ще се случи, ако претеглим устройството си преди и след като го заринем с мемета?

За щастие, имаме преждеспоменатото уравнение на Айнщайн и можем да заместим енергията, E, след което да да изчислим маса, m. Остава само една буква: константата c, която се отнася до скоростта на светлината.

Сега, както може би си спомняте, скоростта на светлината е изключително голямо число – около 3 × 10⁸ метра/секунда. Когато заместим тази цифра в уравнението, виждаме нещо интересно: съвсем малко парче маса е еквивалентно на огромно количество енергия.

А нашият случай е обратният. Тоест, ще ни е необходимо умопомрачително количество енергия, за да се получи забележима разлика в масата. И въпреки че съвременните мобилни телефони могат да съдържат доста информация, когато направим сметките, установяваме, че дори най-новите устройства не могат да поберат достатъчно данни, за да станат осезаемо по-тежки, когато са пълни.

И така, за какви размери говорим? Според Джон Д. Кубиатович, професор по компютърни науки в Калифорнийския университет, Бъркли, който отговаря на подобен въпрос за The New York Times през 2011 г., консервативна оценка за разликата в енергията между уловен електрон и свободен е около 10^-15 джаула на бит. Включвайки това в уравнението на Айнщайн, той изчислява, че пълен 4-гигабайтов електронен четец Kindle ще тежи повече от празен, но „количеството е много малко, от порядъка на атограм“, или по-точно 10^-18 грама. „Това количество е на практика неизмеримо.“

Разбира се, това се случва преди повече от десетилетие и дори евтините телефони обикновено имат доста повече от 4 гигабайта памет днес. Но дори да допуснем 512 гигабайта данни, това ще доведе до разлика само от около 10^-16 грама, или 0,1 фемтограма.

Това е малко по-тежко от един вирус на тютюневата мозайка, първият вирус, открит някога. Алтернативно, това е около 1/10 от теглото на един ХИВ вирус. С други думи, не е маса, която бихме забелязали, дори ако я пуснат върху главата ни от върха на Емпайър Стейт Билдинг.

Вирус на тютюневата мозайка

Тежка информация

Но колко данни трябва да носим в телефона си, преди да почувстваме разлика?

За да отговорим на този въпрос, трябва да знаем нещо друго: колко точно трябва да е по-тежко нещо, преди средностатистическият човек да забележи разликата?

Тук се намесва една изключително готина наука – психофизика, клон от експерименталната психология, фокусиран върху сетивата, усещанията и възприятията. За психофизиците стойността, която търсим, се нарича „едва забележима разлика“: количеството, с което стойността трябва да бъде променена, за да може разликата да бъде забележима поне в половината случаи.

Въпреки че не е особено точен при супер-ниски или супер-високи стойности, за повечето физически величини има достатъчно добро практическо правило за определяне на тази разлика: нарича се закон на Вебер–Фехнер и гласи, че „големината на усещането за определено дразнение е пропорционална на логаритъма на големината на самото дразнение.“

И има логика: ако имаме две малки количества, ще бъде забележима по-малка разлика, отколкото ако имаме две по-големи количества. Представете си разговор в тиха библиотека и на шумно парти – много по-лесно ще ни е да различим по-силен звук от по-тих на първото място, отколкото на второто място.

Когато се прилага към теглото, законът разкрива нещо много удобно: за да бъде „забележима“, разликата между два обекта трябва да бъде най-малко 5% от едно от техните тежести.

Новият iPhone 14, според официалните спецификации, тежи 172 грама – което означава, че ще ни трябва увеличение на теглото от 8,6 грама, преди да забележим, че е станал по-тежък. Ако 512 гигабайта информация тежат около 10^-16 грама, това означава, че ще ни трябват около 44 000 000 000 000 000 000 гигабайта, или 44 милиона допълнителни зетабайта информация…

Колко време ще отнеме изтеглянето им? Е, освен факта, че телефонът ни няма как да побере толкова много данни (поне не и към днешна дата) – всъщност ще ни трябват над 30 милиарда човешки мозъка, само за да я съхраним цялата – това би било доста дългосрочен ангажимент. Дори при оптимални 5G скорости от около 200 мегабита в секунда, ще отнеме около 56 000 години, за да ги дръпнем на телефона ни. Трябва да се има предвид и един досаден детайл – че в момента целият интернет съдържа по-малко от 100 зетабайта.

И така, телефонът ни тежи ли повече, когато е пълен с данни? Да, технически. Но далеч не толкова, че да забележим.