Τα ψηφιακά δεδομένα στον σκληρό σας δίσκο έχουν μάζα;

Ναι, τα ψηφιακά δεδομένα στον σκληρό σας δίσκο έχουν μάζα.

Στον σημερινό κόσμο, τα δεδομένα είναι ο βασιλιάς. Όπου κι αν κοιτάξετε, τα δεδομένα αποθηκεύονται με κάποια μορφή. Παλαιότερα, όταν κάθε είδους δεδομένα αποθηκεύονταν με τη μορφή χαρτιού, ήταν εύκολα ποσοτικοποιήσιμο για το πόσα κιλά χαρτιού (ή δεδομένων) χρησιμοποιούνταν ή αποθηκεύονταν. Ωστόσο, στον σημερινό κόσμο, μια τέτοια σύγκριση είναι μάλλον ανόητη, καθώς ακόμη και τεράστιες ποσότητες δεδομένων μπορούν να αποθηκευτούν σε έναν σκληρό δίσκο, κάτι που ήταν εντελώς αδιανόητο στο παρελθόν. Το ερώτημα παραμένει, ωστόσο… όλα αυτά τα αποθηκευμένα δεδομένα έχουν μάζα; Πριν απαντήσουμε σε αυτό, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στον τρόπο αποθήκευσης και προβολής δεδομένων σε έναν σκληρό δίσκο.

Πώς λειτουργεί ένας σκληρός δίσκος

Ένας σκληρός δίσκος έχει μερικά μέρη που τον βοηθούν να διαβάζει και να γράφει δεδομένα. Το πρώτο κύριο μέρος ενός σκληρού δίσκου είναι το plate, που είναι μια κυκλική πλάκα κατασκευασμένη από μαγνητικό υλικό. Η πιατέλα χωρίζεται σε δισεκατομμύρια μικροσκοπικές περιοχές. Κάθε περιοχή στην πιατέλα μπορεί να μαγνητιστεί (στο 1) ή να απομαγνητιστεί (στο 0). Ο λόγος για τον οποίο αυτή η μορφή μνήμης μαγνητίζεται είναι επειδή ακόμη και αν απουσιάζει η παροχή ρεύματος, αυτή η μορφή μνήμης παραμένει ασφαλής.

(Φωτογραφία:Surachit/Wikimedia Commons)

Τα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε έναν σκληρό δίσκο δεν είναι κάτι τυχαίο, όπου η μαγνήτιση και ο απομαγνητισμός μπορούν να συμβούν οπουδήποτε. Ο υπολογιστής μεταφέρει την αποθήκευση δεδομένων με τακτοποιημένο τρόπο, ώστε να μπορεί να βρει τα δεδομένα αργότερα. Τα bit δεδομένων αποθηκεύονται σε κυκλικές διαδρομές που υπάρχουν στην πιατέλα που είναι γνωστή ως κομμάτια . Κάθε κομμάτι χωρίζεται περαιτέρω σε μικρότερα τμήματα γνωστά ως τομείς . Ο υπολογιστής έχει έναν λεπτομερή χάρτη σχετικά με το ποιοι τομείς του σκληρού δίσκου έχουν δεδομένα και ποιοι όχι. Έτσι, όποτε χρειάζεται να γράψει ή να αποκτήσει πρόσβαση στα δεδομένα, κοιτάζει στον χάρτη και πραγματοποιεί την κατάλληλη ενέργεια.

Υπάρχει ένας μηχανισμός βραχίονα που κινεί έναν μικροσκοπικό μαγνήτη που ονομάζεται κεφαλή ανάγνωσης-εγγραφής μπρος-πίσω πάνω από τις πιατέλες για να καταγράψετε ή να αποθηκεύσετε πληροφορίες. Υπάρχει επίσης ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα που ελέγχει τα πάντα και λειτουργεί ως σύνδεσμος μεταξύ του σκληρού δίσκου και του υπόλοιπου υπολογιστή σας.

Το πραγματικό βάρος

Τώρα, ρωτήστε σχεδόν οποιονδήποτε γνωρίζετε για το εάν υπάρχουν δεδομένα «βάρους» yo και η απάντηση που πιθανότατα θα σας δώσουν είναι όχι. Ωστόσο, αν γνωρίζετε κάποιον που είναι φυσικός ή άτομο που ασχολείται με την επιστήμη, η απάντησή του μπορεί να είναι λίγο διαφορετική. Για όλους τους πρακτικούς λόγους, μπορούμε να δηλώσουμε ότι το βάρος ενός σκληρού δίσκου δεν αυξάνεται, αλλά αυτή η δήλωση μπορεί να αμφισβητηθεί ανάλογα με την κλίμακα μέτρησης που εξετάζετε αυτό το «βάρος». Από μια καθαρά ακριβή και επιστημονική άποψη, το βάρος αλλάζει κατά 10-14 γραμμάρια και θα δείτε πώς υπολογίζεται παρακάτω.

Κάθε άτομο έχει μια συγκεκριμένη ιδιότητα γνωστή ως μαγνητική διπολική ροπή . Η μαγνητική διπολική θεωρία ροπής δηλώνει ότι κάθε άτομο δρα σαν ένας μικροσκοπικός μαγνήτης με έναν βόρειο και έναν νότιο πόλο. Το μαγνητικό υλικό από το οποίο κατασκευάζεται η πιατέλα είναι ένασιδηρομαγνητικό υλικό . Η διαδικασία μαγνήτισης σε ένα σιδηρομαγνητικό υλικό, όταν γράφονται δεδομένα σε αυτό, είναι ότι όλοι οι βόρειοι πόλοι τείνουν να ευθυγραμμίζονται προς μία κατεύθυνση. Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό μαγνητικών περιοχών όπου μια συγκεκριμένη ομάδα ατόμων ευθυγραμμίζονται όλα μαγνητικά προς μία κατεύθυνση. Εάν αυτή η μαγνητική περιοχή των ατόμων ευθυγραμμιστεί προς την κεφαλή ανάγνωσης, αντιπροσωπεύει ένα σύνολο bit (1). αν κοιτάζει μακριά από την κεφαλή ανάγνωσης, ονομάζεται unset bit (0).

Είναι επίσης σημαντικό να κατανοήσουμε ότι κάθε άτομο που λειτουργεί σαν μαγνήτης έχει μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας που εκπέμπει, ανάλογα με το αν τα άτομα είναι ευθυγραμμισμένα ή αντι-ευθυγραμμισμένα. Σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής, η ποσότητα ενέργειας που το ζεύγος ενός μαγνητικού διπόλου είναι:

Τώρα που γνωρίζουμε την ποσότητα ενέργειας που δημιουργούν δύο μαγνητικά δίπολα, πρέπει να φέρουμε μια ακόμη εξίσωση στην εικόνα - μια διάσημη εξίσωση από έναν εξίσου διάσημο επιστήμονα. Δεν είναι άλλη από την περιβόητη εξίσωση του Άλμπερτ Αϊνστάιν E=mc2 . Τώρα, πώς παίζει ρόλο αυτή η εξίσωση στην εύρεση της ψηφιακής μάζας των δεδομένων; Ο λόγος για τον οποίο εισάγεται η παραπάνω εξίσωση είναι για να δείξουμε ότι, όπως η μάζα αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα για να παράγει το αποτέλεσμα ενός αντικειμένου που έχει βάρος, έτσι και η ενέργεια συνδέεται με τη βαρύτητα για να του δώσει βάρος. Έτσι, παίρνοντας τις ενεργειακές διαφορές μεταξύ των δύο πιθανών μαγνητικών ευθυγραμμίσεων και διαιρώντας την απάντηση που προκύπτει με c2, παίρνουμε την ισοδύναμη μάζα ψηφιακών δεδομένων.

(Πίστωση εικόνας:Flickr)

Μπορεί ακόμα να αναρωτιέστε πώς φτάσαμε στην κατά προσέγγιση αλλαγή της μάζας του σκληρού δίσκου καθώς τον γεμίζουν ψηφιακά δεδομένα. Ας υποθέσουμε ότι λαμβάνουμε 10 γραμμάρια κοβαλτίου ως υλικό επιλογής στο οποίο θέλουμε να αποθηκεύσουμε δεδομένα. Η μαγνητική διπολική ροπή που συνεισφέρει κάθε άτομο παρέχεται μέσω ενός μόνο ελεύθερου ηλεκτρονίου. Η μαγνητική διπολική ροπή που προστίθεται από ένα μόνο ηλεκτρόνιο είναι ίση με το Μαγνήτρο του Μπορ . Το μαγνήτρο του Bohr είναι μια φυσική σταθερά στην ατομική φυσική – μια φυσική μονάδα για την έκφραση της μαγνητικής ροπής ενός ηλεκτρονίου που προκαλείται είτε από την τροχιακή είτε από τη γωνιακή ορμή του σπιν (μείνετε εκεί, τα πράγματα γίνονται πιο εύκολα από εδώ).

Ο Νιλς Μπορ. (Πίστωση φωτογραφίας:Δημόσιος τομέας / Wikimedia Commons)

Αυτό θα σήμαινε ότι υπάρχουν 1023 ηλεκτρόνια (θα σας σώσω τους υπολογισμούς). Ένας σκληρός δίσκος 1 TB έχει σχεδόν 1012 τομείς που υπάρχουν σε περίπου 400 cm2. Υποθέτοντας ότι κάθε τομέας έχει τέσσερις γειτονικούς τομείς, θα έπαιρνε -5J αν όλοι ήταν ευθυγραμμισμένοι προς την ίδια κατεύθυνση και +5J εάν όλοι ήταν αντιστοιχισμένοι. Αν συνδέσουμε αυτές τις τιμές στην παραπάνω εξίσωση και τη διαιρέσουμε με c2, θα έχουμε μια πραγματική διαφορά μάζας 10-14 γραμμαρίων. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο αποδεικνύουμε ότι τα ψηφιακά δεδομένα έχουν μάζα, ακόμα κι αν είναι απίστευτα μικροσκοπική!