本站原创信息处理系统本质上是一个信息转换机构,在一定转换规则的规定下,将初始的符号序列转换成其他符号序列.当前的计算机其计算能力无论多么强大,其最底层所做的事,无非就是符号序列的转换.这段话听起来太抽象,所以本文用简单的小实验来说明什么是信息的“转换机构”,图1所示的这个小装置名字叫撞球逻辑门,由两根导轨和一个中间开着洞的平台组成.
这是用旧的纸板箱做的,所以虽然看上去粗糙些,但做起来却并不麻烦.为什么称它是逻辑门呢?如图2所示,设想一下,如果在左侧导轨左端放上一个球,那么这个球会滚到中间平台,然后从洞中落下,如果右侧导轨放上一个球,那么这个球也会从洞中落下,如果两边同时放球,那么两个球会卡在正中间,谁也落不下去.由于手的动作难以做到完全同步,所以为了提高实验的成功率,可以在洞的上方覆盖一个很轻的长方体小盒子,这样的话,即便手的动作有点不同步,也不会影响实验结果.
如果将左右导轨分别看成输入A和输入B,那么中间平台的洞就可以看成输出,将“有球”看成是符号1,将“无球”看成符号0,则得到如表1所示的规律.
表1
输入A输入B输出
000
011
101
110
我们可以发现这其实是一个异或门,它将初始的两个输入符号转换成为一个输出符号.而所谓的符号,其实是物质的某种状态.
如果要用类似的原理制作一个与门,就要动更多的脑筋了,图3所示的机械能够实现与门的功能,因为对零件精度的要求比较高,用硬纸板是很难做出来的,所以就用了Algodoo软件（也称作Phun）来进行模拟.其中左侧和中间的导轨是输入端,最右侧的导轨是参与运算的辅助控制端,最下方的洞就是输出端.球的材质为金属,而覆盖洞口的盒子的材质是很轻的泡沫.
如图4所示,在初始时刻,有三个金属球被挡板搁在倾斜的导轨上,左面的两个金属球表示输入A和输入B都是1,移除挡板后三个球同时滚下,但左侧两个球会相互顶住,只剩下最右侧的球会滚到下面的轨道,推开很轻的泡沫盒子并从洞口落下.于是得到输出为1.如果输入A和输入B两者中只有一个是1,那么落下的这个球最终就会和控制端的球在下方的输出口附近相互顶住,而使输出为0.如图5所示.
于是就得到表2所示的规律.
表2
输入A输入B输出
000
010
100
111
当然这就是与门.大家能否发挥创造力,制作出非门还有或门吗?理论上说,只要有足够的耐心堆砌足够多的逻辑门,用滚球的方式就能实现各种复杂计算.当然现实世界中,受精度限制,并不可能真的设计出实用的滚球计算机.不过,大自然提供了许多可以用来制作逻辑门的材料,虽然今天被普遍使用的是硅晶片,但人们始终还在寻找更高效的替代品.