Правда ли, что смартфон с фотографиями тяжелее пустого

Когда вы скачиваете большой файл, вас смартфон становится тяжелее. А все потому, что информация имеет физический вес. Вы можете подумать, что я шучу, но физика утверждает именно это: телефон, забитый фотографиями и приложениями, тяжелее пустого. Правда, разница настолько ничтожна, что почувствовать ее не сможет ни человеческая рука, ни самый чувствительный прибор в мире. Так что вес вашему смартфону дает не только спрятанное внутри железо и обилие бактерий на его поверхности, но и информация.

Смартфон тяжелеет от объема данных, но мы этого не замечаем

Сколько физически весят файлы на смартфоне

Представьте, что вы скачали на телефон тысячи книг. Стала ли от этого тяжелее ваша ладонь? Интуитивно кажется, что нет, ведь внутрь устройства не добавили ни капли вещества. Но профессор информатики Беркли Джон Кубятович еще в 2011 году объяснил в The New York Times, что на самом деле информация имеет физический вес. По его подсчетам, электронная книга с 4 Гб данных прибавляет в массе примерно один аттограмм. Это 10⁻¹⁸ грамма, величина, которую сам ученый назвал практически неизмеримой.

Один аттограмм — это в миллиард миллиардов раз меньше грамма. Для сравнения, это сопоставимо с массой одного вируса или молекулы ДНК. Те же три с половиной тысячи книг в бумажном виде весили бы около двух тонн.

Но если в телефон не добавляется новое вещество, откуда берется лишняя масса? Ответ кроется в том, как устроена память устройств.

Читайте также: Почему на морозе смартфон быстро разряжается и что с этим делать

Как работает память смартфона

Цифровые данные кажутся чем-то невесомым. Фотографии живут в облаке, музыка просто льется из динамика. Но внутри телефона все гораздо материальнее, чем мы привыкли думать. Каждый снимок — это физический узор, отпечатанный в ячейках памяти.

Большинство современных смартфонов используют флеш-память. Она хранит информацию в виде битов, тех самых нулей и единиц, которые мы изучали на уроках информатики. Каждый бит соответствует состоянию крошечного электронного компонента. Если совсем упростить, ячейка флеш-памяти различает «0» и «1» по тому, захвачены ли электроны в специальном слое или свободны. Фотография, приложение или книга — это миллиарды таких битовых состояний.

И вот ключевой момент. Захваченные электроны сидят на более высоком энергетическом уровне, чем свободные. Именно эта небольшая разница в энергии и дает крошечную прибавку массы. Самих электронов в памяти при этом не становится больше, меняется лишь то, как они расположены по энергии.

Формула Эйнштейна и физическая масса данных

Объяснение кроется в самом знаменитом уравнении физики: E = mc². Оно связывает энергию и массу. Если вы добавляете энергию в систему, вы добавляете и массу. Это работает всегда, от ядерного реактора до устройства в вашем кармане.

Когда вы сохраняете фото на телефон, электроны в ячейках памяти переходят в состояние с чуть более высокой энергией. По формуле Эйнштейна эта дополнительная энергия эквивалентна дополнительной массе. Но скорость света в квадрате — число колоссальное, поэтому даже заметная по электронным меркам разница в энергии превращается в фантастически малую прибавку веса.

Профессор Кубятович оценил энергию одного бита данных примерно в 10⁻¹⁵ джоуля. Для четырех гигабайт информации это дает массу порядка аттограмма. Величина реальная, но лежащая далеко за пределами чувствительности любых существующих весов: самые точные научные приборы работают с разрешением около 10⁻⁹ грамма, а это на миллиард порядков грубее.

Читайте также: Что случилось с мозгом Эйнштейна после смерти?

Почему вы никогда не почувствуете вес своих фотографий

Современные смартфоны вмещают куда больше четырех гигабайт. Но даже если пересчитать оценку на 512 гигабайт, типичный объем флагмана, результат составит около 10⁻¹⁶ грамма, или примерно 0,1 фемтограмма. Это по-прежнему ничто для человеческого восприятия.

Человек способен заметить, что предмет стал тяжелее, только если масса изменилась на несколько процентов. Для телефона весом 170 граммов это означает прибавку в 8–9 граммов, примерно как пара монет. Данные на телефоне добавляют массу в десятки триллионов раз меньше этого порога.

Кубятович отметил еще один любопытный ориентир. Прибавка массы от хранения данных примерно в сто миллионов раз меньше, чем колебания массы при зарядке и разрядке аккумулятора. То есть заряд батареи влияет на вес телефона куда сильнее, чем все ваши фотографии и приложения вместе взятые. И даже этой разницы рука не чувствует.

Сколько данных нужно скачать, чтобы смартфон потяжелел

Ради интереса можно прикинуть обратную задачу. Чтобы телефон потяжелел на ощутимые 8–9 граммов, потребовалось бы загрузить в него десятки миллионов зеттабайт данных. Один зеттабайт — это триллион гигабайт. По разным оценкам, весь объем данных, созданных человечеством к 2025 году, составляет порядка 175–200 зеттабайт. Это значит, что вам пришлось бы скачать весь интернет миллионы раз подряд, и только тогда ладонь что-то заметила бы.

На этом этапе физика телефона перестает быть физикой телефона и переходит в область чистого мысленного эксперимента. Но сам факт остается: ни одно фото, ни одна песня не записывается в память бесследно. Каждый бит оставляет крошечный физический отпечаток, но он слишком маленький, чтобы мы могли его заметить.

Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем Telegram-канале. Там много эксклюзивов!

Эта история — красивая иллюстрация того, как фундаментальная физика работает буквально в кармане каждого из нас. Формула Эйнштейна описывает не только звезды и реакторы, но и ваши селфи. Масса информации реальна, просто устроена так, что природа надежно прячет ее от наших чувств.