TL; Dr:
La información de cualquier tipo, como correos electrónicos, documentos, videoclips, páginas web, todo, se almacena como secuencias de dígitos binarios, 1s y 0s. Estos dígitos son entidades matemáticas, pero también son tangibles: están incorporados y manipulados de varias maneras en dispositivos de almacenamiento. Por lo tanto, cada bit de datos debe tener cierta masa, aunque tan minúscula que incluso nuestras medidas de pesaje más sensibles no podrían detectar el cambio.
Ni siquiera puede verificar experimentalmente el cambio de peso a una escala tan pequeña, por lo que cualquier respuesta será hipotética y probablemente esté sumida en toneladas de complejidad que no se pueden verificar.
Memoria flash:
Dentro de la memoria flash de una computadora típica, lo que recuerda si un bit dado debe ser un 1 o un 0 es un transistor. Este es un componente en un chip (típicamente) que es capaz de contener una pequeña cantidad de carga eléctrica.
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Cargue el transistor de almacenamiento de una celda y representa un 0. Sin carga, representa un 1.
Los transistores de la memoria son tan pequeños que cada uno requiere solo unos 40,000 electrones para cargarse.
Masa de un correo electrónico:
Ahora veamos un correo electrónico típico, como un texto y un archivo adjunto de Microsoft Word, como cuando enviamos versiones preliminares de este artículo a casa para reflexionar sobre el problema de la noche a la mañana. Tal correo electrónico contiene aproximadamente 50 kilobytes. Como hay 8 bits en un byte y 1.024 bytes en un kilobyte, ese correo electrónico está compuesto por 409.600 bits. No todos esos bits serán 1s, ¡sería un mensaje de correo electrónico bastante aburrido! En promedio, aproximadamente la mitad de los bits serán 1s y medio 0s, por lo que son 204,800, 0’s que deben almacenarse, lo que requiere un total de aproximadamente 8.1 mil millones de electrones.
Un electrón pesa 9.10938291e-31 kg en reposo. Ignorando los efectos relativistas, un correo electrónico de 50 kilobytes pesará alrededor de 7.2875063e-18 g (es decir, un orden de attograma de 1 quintillonésima parte de un gramo), o aproximadamente el peso de 21,000 átomos de plomo.
Puede parecer mucho, pero en realidad es una cantidad pequeña: ¡un gramo de plomo contiene alrededor de 3 millones de billones de átomos!
¡Los medios utilizados y el estado inicial son importantes!
Un punto que algunas personas pueden pasar por alto es que un bloque cero en realidad no se almacena como ceros en la memoria, se almacena como una bandera que indica que el bloque es cero. Entonces, de hecho, una unidad flash pesará lo mismo de cualquier manera. Si tiene la tentación de argumentar que una unidad recién fabricada tendría ceros en la memoria, los fabricantes típicos fabrican sus chips con ciclos de escritura y lectura, por lo que ese no sería el caso. Por disco vacío, debemos considerar un borrado seguro donde todos los bits han sido drenados de electrones (es decir, todos los 1) en la memoria flash.
Si realizamos el borrado en su lugar escribiendo unos y luego llenando, su masa se reducirá a medida que almacene información en él 😉. Es casi como almacenar información en tarjetas perforadas.
De manera similar, en los CD-ROM, la información se copia en fosas y terrenos utilizando una máquina de prensado de CD, por lo que su peso disminuye nuevamente a medida que almacena la información.
En los CD-R, las superficies están recubiertas con una sustancia cuyas propiedades pueden verse alteradas por el calor o la luz. Nada de la sustancia se pierde o se gana. Sus propiedades simplemente cambian a través de la aplicación de energía, en este caso sus láseres que queman puntos en el troquel que absorben la luz, por lo que uno esperaría que no hubiera cambios en la masa.
El medio de almacenamiento importa así.
Si considera un disco duro magnético, el cálculo cambia, los imanes tienen diferentes cantidades de energía dependiendo de si están alineados o no. Teóricamente, podrías estimar la distancia de separación y calcular la energía dipolar (entonces podrías usar la equivalencia masa-energía). Haciendo el cálculo así: ¿Cuánto pesan los datos? te da 1e-14 g para una unidad completa de 1 TB. No publiqué detalles, ya que probablemente está desactivado por muchos órdenes de magnitud. ¡A estas escalas, incluso la masa perdida debido al desgaste de los componentes mecánicos en cada ciclo puede ser significativa!
Diferencia de masa en una unidad flash recién acuñada:
Ahora tomemos una unidad flash típica de 4 Gb sin electrones en la puerta flotante (todos los 1). Extrapolando del ejemplo de correo electrónico, el cambio en la masa cuando lo llena con información de un estado recién acuñado sería de 5.8300051e-13 g (orden de 1 diez billonésima parte de un gramo). Eso está cerca de la masa de una sola célula seca de alga verde.
Arriba: células de algas verdes en el suelo.
Diferencia de masa en una unidad flash usada / borrada normalmente
En un disco flash usado, el número total de electrones no cambia a medida que cambian los datos almacenados. Para actualizar, una celda de memoria flash es básicamente un transistor con una “trampa” de electrones, llamada puerta flotante, conectada. Cuando el transistor se enciende, algunos de los electrones en la corriente se canalizarán a través de una delgada capa aislante hacia la puerta flotante. La presencia de estos electrones representa un bit establecido en 0, mientras que su ausencia representa un bit establecido en 1.
Sin embargo, los electrones atrapados (almacenados) tienen una energía más alta que los no atrapados. Una estimación conservadora de la diferencia sería de 10e-15 julios por bit. Suponiendo que todos estos bits en una unidad flash vacía de cuatro gigabytes están en un estado de energía más baja y que la mitad tiene una energía más alta en una unidad flash completa, esto se traduce en una diferencia de energía de 1.7 veces e – 5 julios. Usando la equivalencia de energía de masa obtienes una estimación aproximada de 1e – 18 gramos (un Attograma). Tenga en cuenta que esta estimación más realista es aproximadamente del mismo orden que la masa de electrones necesaria para almacenar un correo electrónico de 50 kb.
Los New York Times
Masa de internet:
Teóricamente, podría calcular el “tamaño de Internet”, pero no hay ninguna estimación moderna confiable disponible. Cisco predijo que el tráfico de Internet cruzaría 1 zettabyte / mes para fines de 2015.
¿Qué es un zettabyte? Para 2015, Internet lo sabrá, dice Cisco
Algunas estimaciones sitúan el tamaño actual de Internet en 1 Yottabyte, es decir, 1000 Zettabytes o 36 millones de años de video de calidad HD.
Eso es casi 23 veces más que todas las palabras pronunciadas por seres humanos (alrededor de 43 zetabytes). es decir. Si suponemos 16 KHz de audio de un solo canal lineal de 16 bits, a 32 KB por segundo.
Lingüística Zettascale
Extrapolando de cálculos anteriores obtenemos alrededor de 145 g.
Es decir. ¡La masa total de electrones requerida para codificar todo Internet en flash sería aproximadamente el peso de este iPhone!
Vsauce respondió una pregunta similar en este video hace unos años (¡Internet ha crecido desde entonces!):
¡Por qué no importa!
La razón por la que no podemos tomar dos unidades diferentes y medir los cambios en su masa a medida que agregamos información es que cuando discutimos sobre la medición de diferencias de masa en magnitudes muy pequeñas, cosas como las fuerzas de elevación causadas por la convección del calor (debido a la temperatura elevada después del registro / borrado), pérdida de humedad durante la grabación. Los experimentos tendrían que realizarse al vacío, condiciones extremadamente estériles y cuidadosamente controladas. Si probablemente solo deja uno a la luz del sol, absorberá energía y, por lo tanto, aumentará de peso (equivalencia masa-energía). Del mismo modo, si lo enfría, la falta de energía térmica podría compensar este aumento. ¡Esa es la escala de masas de la que estamos hablando!
Estas cantidades son efectivamente inconmensurables ya que incluso las escalas más sensibles que poseemos actualmente tienen una resolución de solo
10e – 9 gramos.
Fuentes:
¿Cuánto pesa Internet?
Pesando la web