Az adattárolás befolyásolja a telefon súlyát?

De mint sok látszólag egyszerű kérdésre, erre is meglepően összetett a válasz - és az egész az univerzum egyik legalapvetőbb törvényére vezethető vissza. Tehát egy kis speciális relativitáselmélet, sok matematika és egy kis informatika segítségével nézzük meg komolyan a telefonod súlyát.

Lehet, hogy ellentmondásosnak hangzik, de a telefonodon lévő adatoknak valóban van súlyuk. És ami még meglepőbb, már tudod is a tudományos okát, hogy miért.

„Az információt [az elektronok] tárolják” – magyarázta Robert Krulwich, az NPR tudományos tudósítója még 2011-ben. „Az elektronok pedig nagyon, nagyon kicsik. De van tömegük. Einstein tanította ezt nekünk. Tehát lehetséges, hogy az összes energiát (E)... és Einstein egyenletét használva (E = mc²) ezt az energiát olyanná alakítjuk, amelyet mérni tudunk”.

Ez a tudomány egyik leghíresebb egyenlete – de hacsak nem dolgozol fizikusként vagy kozmológusként, valószínűleg nem gondoltad, hogy a mindennapi életben sok haszna van. Itt azonban pontosan erre van szükségünk: ha ki tudjuk számolni az energiaszintek változását egy „teli” és egy „üres” telefon között, akkor Einstein leghíresebb hangzatos mondata lehetővé teszi számunkra, hogy kiszámítsuk a kettő közötti tömegkülönbséget.

Először azonban meg kell értenünk, hogyan és miért változnak egyáltalán az energiaszintek. Amikor információt adunk hozzá nem elektronikus rendszerekhez – például egy könyvhöz vagy egy fényképalbumhoz –, a különbség egyszerű: egy üres oldal és egy teli oldal között. A telefonjainkkal, e-olvasóinkkal, táblagépeinkkel és így tovább azonban bonyolultabb a helyzet: ezekben az esetekben az adatokat bináris információként tároljuk, nullák és egyesek sorozataival kódolva.

Amikor adatokat adunk hozzá vagy távolítunk el a készülék flashmemóriájából, akkor nem hozzáadjuk vagy eltávolítjuk ezeket a számjegyeket, hanem felcseréljük őket - az egyeseket nullákra, a nullákat pedig egyesekre cseréljük. ”Egy másik gondolatmenet szerint a memóriában lévő atomok mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek„ - magyarázza Gareth Mitchell a BBC Science Focusnak. ”Az atomok csoportjai az egyik vagy a másik irányba igazodnak aszerint, hogy 1-et vagy 0-t tárolnak-e, és különböző mennyiségű energiával rendelkeznek aszerint, hogy hogyan igazodnak.„

Technikailag a flashmemória úgy működik, hogy vagy megtartja az elektronokat, vagy nem. Amíg az elektronokat a helyükön tartják - vagyis amikor kódolják az információt -, addig nagyobb energiával rendelkeznek. És ahogy Einstein egyenlete mondja: több energia egyenlő több tömeggel.

Technikailag tehát a telefonodat fényképekkel, zenével és üzenetekkel való megtöltése valóban nehezebbé teszi. De még ne cseréld le a súlyzókat egy régi iPhone-ra - mert a gyakorlatban, ennek nincs jelentősége.

Az egy dolog, hogy a speciális relativitáselmélet azt jelenti, hogy a telefonod egyre nehezebb lesz, ha több adatot tárolsz rajta. De mi történne valójában, ha megmérnéd a készülékedet a mémekkel való feltöltés előtt és után?

Szerencsére Einstein egyenletének segítségével ezt elég könnyű kiszámítani: van egy energiánk, E, és ki akarjuk számolni a tömeget, m. Már csak egy betű hiányzik az egyenletből: a c konstans - ami a fénysebességre utal.

Mint emlékezhetsz rá, a fénysebesség egy rendkívül nagy szám - körülbelül 3 × 108 méter/másodperc. Ha ezt beillesztjük a tömeg-energia egyenletbe, akkor valami érdekes eredményt kapunk: ez azt jelenti, hogy egy aprócska tömegdarabka éppen hatalmas mennyiségű energiával lesz egyenértékű.

Mi fordítva dolgozunk, de ettől még igaz: elképesztő mennyiségű energia kellene ahhoz, hogy a tömegben észrevehető különbség legyen. És bár a modern mobiltelefonok elég sok információt képesek tárolni - az okostelefonodban könnyen hat nagyságrenddel több memória van, mint azokban a számítógépekben, amelyek az embereket a Holdra juttatták, hogy egy kis szemléletet adjunk -, ha végigfuttatjuk a számokat, azt találjuk, hogy még a legújabb készülékek sem tudnak annyi adatot tárolni, hogy valóban ”nehezebbnek„ érezzük, amikor tele vannak.

Szóval, milyen méretekről beszélünk? Nos, John D. Kubiatowicz, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem informatika professzora szerint, aki 2011-ben a The New York Timesnak válaszolt egy hasonló kérdésre, a csapdába esett elektron és a szabad elektron közötti energiakülönbség óvatos becslés szerint 10-15 joule körül van bitenként. Ezt az Einstein-egyenletbe beillesztve kiszámította, hogy egy 4 gigabájtos Kindle e-olvasó többet nyom, mint egy üres, de ”ez a súly nagyon kicsi, egy attogramm nagyságrendű„, azaz 10-18 gramm. ”Ez a mennyiség gyakorlatilag nem mérhető„.

Persze ez több mint egy évtizeddel ezelőtt volt, és ma még az olcsó telefonokban is általában jóval több van, mint 4 gigabájt memória. De még az 512 gigabájtnyi adatot is figyelembe véve - ami az iPhone legújabb iterációjában rendelkezésre álló mennyiség - csak körülbelül 10-16 gramm, azaz 0,1 femtogrammnyi különbséget eredményez.

Hogy ezt perspektívába helyezzük, ez valamivel nehezebb, mint egyetlen dohánymozaikvírus, a valaha felfedezett első vírus. Másfelől, ez körülbelül egy tizede egy HIV-1 vírus súlyának. Más szóval, ez nem az a fajta tömeg, amit akkor sem vennénk észre, ha az Empire State Building tetejéről a fejünkre dobnák.

Mennyi adatot kellene tehát a telefonunkon hordoznunk ahhoz, hogy valóban érezzük a különbséget? Nos, hogy erre választ kapjunk, tudnunk kell még valamit: pontosan mennyivel nehezebbnek kell lennie valaminek ahhoz, hogy az átlagember észrevegye?

Itt lép be a képbe a pszichofizika nevű, rendkívül hűvös nevű tudományág, a kísérleti pszichológia azon ága, amely az érzékeléssel, az érzékeléssel és az észleléssel foglalkozik. A pszichofizikusok számára a keresett értéket ”éppen észrevehető különbségnek„ vagy JND-nek nevezik: az az érték, amelyet változtatni kell ahhoz, hogy a különbség legalább az idő felében észlelhető legyen.

Ennek van értelme: azt mondja, hogy két kis mennyiség esetén kisebb különbségre van szükség ahhoz, hogy észrevehető legyen, mint két nagyobb mennyiség esetén. Gondoljunk csak egy csendes könyvtárban folytatott beszélgetésre egy hangos születésnapi bulival szemben - sokkal könnyebb megkülönböztetni egy hangosabb hangot egy halkabbtól az első helyen, mint a másodikon.

A súlyra alkalmazva a törvény valami nagyon kényelmeset mutat: ahhoz, hogy ”észrevehető„ legyen, két tárgy közötti különbségnek legalább az egyikük súlyának öt százalékát kell elérnie.

Az új iPhone 14 a hivatalos adatok szerint 172 grammot nyom - ami azt jelenti, hogy 8,6 grammos súlynövekedés kellene ahhoz, hogy észrevegyük, hogy nehezebb lett. Ha 512 gigabájt súlya körülbelül 10-16 gramm, akkor ez azt jelenti, hogy - mély lélegzetvétel emberek - körülbelül 44 000 000 000 000 000 000 000 000 gigabájt, azaz 44 millió extra zettabájtnyi információ tárolására lenne szükség a telefonon.

Szóval, a telefonod többet nyom, ha tele van adatokkal? Technikailag igen, de nem annyira, hogy ezt valaha is észrevegye. Továbbra is készítheted a fotókat és videókat anélkül, hogy utána el kellene menned az edzőterembe - valószínűleg hamarabb kifogysz a dokumentálható érdekes dolgokból, minthogy a telefonod akár csak egy mikrogrammal is nehezebb lenne.