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论信息与存在的结构关系_从兰道尔原理驱除麦克斯韦妖谈起_李宏芳 第 36 卷 第4期 自 然 辩 证 法 通 讯 Vol.36, No.4, 8月 JOURNAL OF DIALECTICS OF NATURE Sum No.212?科学技术哲学? 论信息与存在的结构关系 ——从兰道尔原理驱除麦克斯韦妖谈起* 李　宏　芳（武汉大学哲学学院，湖北武汉　430072） 摘　要：最近量子信息理论的研究进展表明，兰道尔原理不仅在经典信息领域有效，而且在量子信息领域也有效；无论是经典妖，还是量子妖，都不会破坏热力学第二定理。量子信息理论的这一个重要的研究进展消除了长期围绕兰道尔原理的有效性展开的争议，同时强有力地支持了信息与存在共在的结构实在关系。 关键词：信息 存在 结构实在 兰道尔原理 麦克斯韦妖 ［中图分类号］N0 ［文献标识码］A ［文章编码］1000-0763(2014)04-0026-06 在信息哲学研究中，信息与存在的关系问题是一个充满争议但又十分重要的认识论问题。传统的认识是：物质是信息的载体，信息向我们通报物质的性质、状态、关系及其变化过程；观察者通过信息认识物质及其变化特征；物质、信息和观察者三者之间的关系是：物质→信息→观察者。然而，物理学家惠勒（John A. Wheeler）把这一传统认识颠倒过来，把观察关系置于解释链的最底端，认为三者之间的关系应该是：观察者→信息→物质。他的著名断言“物理存在产生于信息（it from bit）”说的是：宇宙是一个信息处理系统，所有的存在，包括所有的粒子、所有的力场，甚至时空连续统本身，它们的行为方式和存在本身都由信息来规定，因此最终必须遵循信息理论的描述。正是从这个信息处理系统，物质表象才会在更高的实在层面上出现。（[1], pp.3-4）也就是说，“物理存在产生于信息”的真正含义是“信息构成物理存在”。 “信息产生于物理存在”还是“物理存在产生于信息”？近年来，量子信息理论的研究进展表明：信息理论熵与热力学熵等价。这意味着信息与存在不是谁产生谁的单一关系，信息和存在有一种整体性的结构关系。特别说来，近年来量子计算热力学关于信息与存在关系的哲学探讨主要围绕信息热力学的基本原理——兰道尔原理（Landauer’s principle）能否有效地驱除麦克斯韦妖、挽救热力学第二定律展开，这一探讨在阐明兰道尔原理的有效性的同时，让我们对信息与存在的整体性结构关系有了更为深刻的认识。 一、对兰道尔原理有效性的质疑与回应 1961年，物理学家兰道尔（Rolf Landauer）讨论了物理学定律对于计算机功效的限制。他表明，在 2014年教育部人文社科规划项目“量子计算热力学中信息－存在关系的哲学探讨”* 基金项目：。[收稿日期]2013年1月30日[作者简介]李宏芳（1972-）女，山西天镇人，武汉大学哲学学院副教授，研究方向为物理学哲学、科学哲学。e-mail: lihongfang@ 计算中不需要的信息是一种浪费，需要做功来去除。在温度为T的条件下，删除寄存器中一个比特的信息，至少消耗功kBTln2（kB是玻尔兹曼常数）。这就是著名的兰道尔原理。兰道尔原理的重要意义是在信息理论和热力学之间建立起一个基本联系。这一原理也已经成为信息处理热力学的重要基础之一。然而，不顾兰道尔原理的重要意义，长期以来，就兰道尔原理驱除麦克斯韦妖的有效性，一直存在质疑。对兰道尔原理的除妖能力的质疑主要是认为：兰道尔原理建立在热力学第二定律的基础之上，而热力学第二定律尽管是宏观世界的一个非常普遍的原理，但是当把它应用于微观领域和信息处理过程时，就需要更仔细的考虑。因为麦克斯韦构想出来的精明小妖似乎原则上有可能破坏热力学第二定律的统计形式。 最近，对于兰道尔原理的有效性，更确切地说，对于兰道尔原理辩护论据的可靠性，美国匹兹堡大学的科学哲学教授诺顿（J. D. Norton）再次提出质疑[2]。诺顿认为兰道尔原理作为计算热力学研究中的一个基本命题，只是一个有趣的猜想，缺乏坚实的基础，没有成功地说明麦克斯韦妖不能破坏热力学第二定律。所有的支持性论据都是模糊的、似是而非的，本质上依赖于一个方便的、无效地执行的耗散删除过程，而不是从删除自身的某些本质特征推导出兰道尔原理。诺顿主要从两个方面质疑兰道尔原理的辩护不成功。首先，他批评兰道尔原理的直接证据依赖于两个不正确的假设： 1.“删除必须压缩寄存