مبدأ لانداورمبدأ

في عام 1961، تساءل رولف لانداور، أثناء عمله في IBM: هل تتطلب الحسابات بالضرورة استهلاك طاقة؟ أظهر أن العمليات غير العكوسة منطقيًا - وعلى رأسها محو المعلومات - تحول حتمًا جزءًا من الطاقة إلى حرارة. أصبح هذا حلقة الوصل بين نظرية المعلومات والترموديناميكا. ينص المبدأ: محو بت واحد يزيد إنتروبيا (مقياس الفوضى) النظام بمقدار k ln 2 على الأقل، مما يعادل انبعاث طاقة قدرها k_B T ln 2. ينفخ التاريخ الحياة في الصيغة: لا يمكننا أن 'ننسى' المعلومات مجانًا.

أي معالجة للمعلومات في الحاسوب تؤدي إلى انبعاث حرارة. يشرح مبدأ لانداور أن المحو الأكثر اقتصادًا لبت واحد من الذاكرة (تغيير '1' إلى '0' دون تسجيل القيمة القديمة في أي مكان) يسخن المحيط حتمًا بمقدار ضئيل لكنه محدد بدقة. تعتمد طاقة هذا التسخين فقط على درجة الحرارة: في درجة حرارة الغرفة، تبلغ حوالي 2.9×10⁻²¹ جول للبت الواحد.

في عام 1961، صاغ رولف لانداور، المتخصص في فيزياء المعلومات في IBM، مبدأ يربط محو المعلومات بانبعاث الحرارة. الصياغة الدقيقة: أي عملية غير عكوسة منطقيًا تدمر بتًا واحدًا من المعلومات يجب أن يصاحبها زيادة في إنتروبيا البيئة المحيطة لا تقل عن k_B ln 2، وهو ما يعادل تبديد طاقة لا يقل عن k_B T ln 2. المعنى الفيزيائي هو أن المعلومات ليست مفهومًا مجردًا، بل كمية فيزيائية تخضع للقانون الثاني للترموديناميكا (القانون الذي ينص على أن إنتروبيا النظام المغلق لا تنقص). المحو يقلل الإنتروبيا المعلوماتية للنظام، ووفقًا لقانون حفظ الإنتروبيا، يجب أن تزداد إنتروبيا المحيط - ومن هنا تأتي الحرارة.