Закон сохранения энергии и информации

Закон сохранения энергии

Современная физика знает много видов энергии, связанных с движением или различным взаимным расположением самых разнообразных материальных тел или частиц, например, всякое движущееся тело обладает кинетической энергией, пропорциональной квадрату его скорости. Эта энергия может изменяться, если скорость тела будет возрастать или убывать. Тело, приподнятое над землей, имеет потенциальную гравитационную энергию, изменяющуюся три изменении высоты тела.

Неподвижные электрические заряды, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, обладают потенциальной электростатической энергией в соответствии с тем, что по закону Кулона заряды либо притягиваются (если они разного знака), либо отталкиваются с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Кинетической и потенциальной энергией обладают и молекулы, и атомы, и частицы, их составляющие — электроны, протоны, нейтроны и т. д. В зависимости от характера движения и природы сил, действующих между этими частицами, изменение энергии в системах таких частиц может проявляться в форме механической работы, в протекании электрического тока, в передаче теплоты, в изменении внутреннего состояния тел, в распространении электромагнитных колебаний и т. п.

Уже более 100 лет назад в физике был установлен фундаментальный закон, в соответствии с которым энергия не может исчезать или возникать из ничего. Она может лишь переходить из одного вида в другой . Этот закон называется законом сохранения энергии .

В трудах А. Эйнштейна этот закон получил существенное развитие. Эйнштейн установил взаимопревращаемость энергии и массы и тем самым расширил толкование закона сохранения энергии, который теперь в общем случае формулируется как закон сохранения энергии и массы .

В соответствии с теорией Эйнштейна всякое изменение энергии тела Δ Е связано с изменением его массы Δ m формулой Δ Е= Δ mс 2 , где с — скорость света в вакууме, равная 3 х 10 8 м/с.

Из этой формулы, в частности, следует, что если в результате какого-либо процесса масса всех тел, участвующих в процессе, уменьшится на 1 г, то при этом выделится энергия, равная 9х10 13 Дж, что эквивалентно 3000 т условного топлива.

Эти соотношения имеют первостепенное значение при анализе ядерных превращений. В большинстве же макроскопических процессов изменением массы можно пренебречь и говорить лишь о законе сохранения энергии.

Проследим за преобразованиями энергии на каком-нибудь частном примере. Рассмотрим всю цепочку преобразований энергии, необходимую для изготовления какой-либо детали на токарном станке (рис. 1). Пусть исходная энергия 1, количество которой мы примем за 100%, получена за счет полного сжигания некоторого количества природного топлива. Следовательно, для нашего примера 100% исходной энергии содержится в продуктах сгорания топлива, находящихся при высокой (около 2000 К) температуре.

Продукты сгорания в котле электростанции, охлаждаясь, отдают свою внутреннюю энергию в виде теплоты воде и водяному пару. Однако по техническим и экономическим причинам продукты сгорания нельзя охладить до температуры окружающей среды. Они выбрасываются через трубу в атмосферу при температуре около 400 К, унося с собой часть исходной энергии. Поэтому во внутреннюю энергию водяного пара перейдет только 95% исходной энергии.

Полученный водяной пар поступит в паровую турбину, где его внутренняя энергия вначале частично превратится в кинетическую энергию струн пара, которая затем будет отдана в виде механической энергии ротору турбины.

Только часть энергии пара может быть превращена в механическую энергию. Остальная часть отдается охлаждающей воде при конденсации пара в конденсаторе. В нашем примере мы приняли, что энергия, переданная ротору турбины, составит около 38%, что примерно соответствует положению дел на современных электростанциях.

При преобразовании механической энергии в электрическую за счет так называемых джоулевых потерь в обмотках ротора и статора электрогенератора будет потеряно еще около 2% энергии. В результате в электрическую сеть поступит около 36% исходной энергии.

Электродвигатель превратит в механическую энергию вращения токарного станка только часть подведенной к нему электроэнергии. В нашем примере около 9% энергии в виде джоулевой теплоты в обмотках двигателя и теплоты трения в его подшипниках будет отдано в окружающую атмосферу.

Таким образом, к рабочим органам станка окажется подведенным только 27% исходной энергии. Но и на этом злоключения энергии не заканчиваются. Оказывается, что подавляющая часть энергии при механической обработке детали расходуется на трение и в виде теплоты отводится с жидкостью, охлаждающей деталь. Теоретически на то, чтобы из исходной заготовки получить нужную деталь, хватило бы лишь весьма малой доли (в нашем примере условно принято 2%) исходной энергии.

Рис. 1. Схема преобразований энергии при обработке детали на токарном станке: 1 — потеря энергии с уходящими газами, 2 — внутренняя энергия продуктов сгорания, 3 — внутренняя энергия рабочего тела — водяного пара, 4 — теплота, отдаваемая охлаждающей воде в конденсаторе турбины, 5 — механическая энергия ротора турбогенератора, 6 — потери в электрогенераторе, 7 — потерн в электроприводе станка, в — механическая энергия вращения станка, 9 — работа трения, превращающаяся в теплоту, отдаваемую жидкости, охлаждающей деталь, 10 — увеличение внутренней энергии детали н стружки после обработки.

Из рассмотренного примера, если его считать достаточно типичным, можно сделать по крайней мере три очень полезных вывода.

Во-первых, на каждой ступеньке преобразования энергии какая-то часть ее теряется . Это утверждение не следует понимать как нарушение закона сохранения энергии. Теряется она для того полезного эффекта, ради которого соответствующее преобразование осуществляется. Полное количество энергии после преобразования остается неизменным.

Если в некоторой машине или аппарате осуществляется процесс преобразования и передачи энергии, то эффективность этого устройства обычно характеризуют коэффициентом полезного действия (к. п. д.) . Схема такого устройства показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема для определения к. п. д. устройства, преобразующего энергию.

Пользуясь обозначениями, приведенными на рисунке, к. п. д. можно определить как η = Епол / Епод

Ясно, что при этом на основании закона сохранения энергии должно быть Епод = Епол + Епот

Поэтому к. п. д. можно записать еще и так: η = 1 — (Епот/Епол)

Возвращаясь к примеру, изображенному на рис. 1, можно сказать, что к. п. д. котла равен 95%, к. п. д. преобразования внутренней энергии пара в механическую работу — 40%, к. п. д. электрогенератора — 95%, к. п. д. электропривода станка — 75% и к. п. д. собственно процесса обработки детали около 7%.

В прошлом, когда законы превращения энергии еще не были известны, мечтой людей было создание так называемого вечного двигателя — устройства, которое совершало бы полезную работу, не затрачивая никакой энергии. Такой гипотетический двигатель, существование которого нарушало бы закон сохранения энергии, сегодня называют вечным двигателем первого рода в отличие от вечного двигателя второго рода. Сегодня, разумеется, никто не принимает всерьез возможность создания вечного двигателя первого рода.

Во-вторых, все потери энергии в конечном итоге превращаются в теплоту, которая отдается либо атмосферному воздуху, либо воде естественных водоемов.

В-третьих, в конечном счете люди полезно используют лишь малую часть той первичной энергии, которая была затрачена для получения соответствующего полезного эффекта.

Это особенно очевидно при рассмотрении затрат энергии на транспорт. В идеализированной механике, не учитывающей сил трения, перемещение грузов в горизонтальной плоскости не требует затрат энергии.

В реальных условиях вся энергия, потребляемая транспортным средством, затрачивается на преодоление сил трения и сил сопротивления воздуха, т. е. в конечном счете вся энергия, потребляемая на транспорте, превращается в теплоту. В этом отношении любопытны следующие цифры, характеризующие работу перемещения 1 т груза на расстояние 1 км различными видами транспорта: самолет — 7,6 кВт-ч/(т-км), автомобиль — 0,51 кВт-ч/(т-км), поезд — 0,12 кВт-ч/(т-км).

Таким образом, один и тот же полезный эффект может быть достигнут при воздушном транспорте за счет в 60 раз больших затрат энергии, чем при железнодорожном. Конечно, большая затрата энергии дает существенную экономию во времени, но даже и при одинаковой скорости (автомобиль и поезд) затраты энергии различаются в 4 раза.

Этот пример говорит о том, что люди часто поступаются энергетической экономичностью ради достижения иных целей, например комфорта, скорости и т. п. Как правило, сама по себе энергетическая экономичность того или иного процесса нас мало интересует — важны суммарные технико-экономические оценки эффективности процессов. Но по мере удорожания первичных источников энергии энергетическая составляющая в технико-экономических оценках становится все более важной.

electricalschool.info

Закон сохранения информации

Автор: Владимир Поляков, RA3AAE

Все статьи на CQHAM.RU
Все статьи категории «В помощь радиолюбителю»

«Ничего нет нового под Луной» (Экклезиаст)
«Шила в мешке не утаишь» (Народная пословица)
«И если, затворившись в пещере, передумаешь три мысли — все равно они станут достоянием всего человечества» (из Ведической литературы)»

В окружающем нас мире предметов, процессов и явлений четко прослеживаются три уровня, ипостаси или плана (название еще не утвердилось): план материальный, план энергетический и план информационный. Сообщение о результатах выборов, например, может придти в глухую отдаленную деревню в виде газетной полосы (на материальном носителе), в виде сообщения по радио (носитель — энергетический) или любым другим способом. Существенно, что полученная информация вовсе не зависит ни от параметров материального носителя (газета, рукописный текст или каменные скрижали — все равно), ни от параметров энергетического (напряженность поля радиостанции может быть как 300 мВ/м, так и 30 мкВ/м, лишь бы была достаточной для приема).

К счастью, благодаря Клоду Шеннону и другим основоположникам теории передачи информации мы научились измерять ее количественно, так же, как давно умеем измерять массу и энергию. Еще в 1748 г. трудами М. В. Ломоносова установлены законы сохранения вещества и движения:

«. Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает» (Полное собрание сочинений, т. 3, 1952, с. 383).

Позднее был сформулирован и закон сохранения энергии, гласящий, что энергия любой замкнутой системы при всех происходящих в ней процессах остается постоянной. Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы.
Для незамкнутых систем увеличение или уменьшение энергии равно принятой или переданной энергии другим системам. В современной физике насчитывают довольно много законов сохранения (массы, импульса, момента импульса, энергии, заряда и т. д.). Все они относятся к замкнутым системам (не взаимодействующим с их окружением).

Давайте же, пользуясь методом аналогий, распространим законы сохранения и на информационный план бытия, сформулировав, как гипотезу, закон сохранения информации: в замкнутой системе количество информации остается неизменным.

Правомочность гипотезы в науке принято проверять приложением ее к практике. Дело это нескорое и непростое, но некоторые примеры, как кажется, хорошо иллюстрируют сформулированный закон. Обратимся к близкому и родному — линии передачи информации (см. рисунок).

Оба корреспондента по отдельности, отправитель и получатель, являются, естественно, открытыми системами, поскольку передают и принимают информацию, т. е. взаимодействуют с окружением. Но оба они вместе есть система замкнутая, поскольку взаимодействие происходит внутри нее. Получатель, приняв сообщение, увеличил свою информацию. Если сообщение утеряно, забито шумом и помехами, то ничего страшного — у отправителя то оно осталось. Потому и придуманы протоколы обмена с переспросом, корректирующие коды и тому подобное. Заметим, что отправитель, отослав сообщение, количество своей информации не убавил! По-видимому, в информационном мире несколько иные правила, нежели в энергетическом и материальном. Сообщая информацию, вы ее не теряете, а получая — приобретаете («научился сам — научи другого!»). Но с точки зрения всей замкнутой системы общее количество информации не убавилось, но и не прибавилось, ведь получатель принял то, что уже есть в системе, а заранее известное сообщение (по Шеннону) информации не добавляет. Хотя с узкой точки зрения получателя информации у него прибавилось. Тут, кажется, намечается и «принцип относительности» в информационном мире.

Осмыслив закон сохранения информации, получаем хорошо известный вывод: замкнутые подсистемы, внутри которых произошли уже все возможные передачи сообщений, развиваться и совершенствоваться не могут. Вспомните: «вариться в собственном соку», «загнивающий коллектив» и т. д. Главный принцип развития и совершенствования подсистемы — открытость, способность к обучению, в конечном итоге к обмену, т. е. к передаче и приему информации. Любая радиолюбительская связь — тому подтверждение.

Односторонний обмен, в частности, «работа только на прием», иногда тоже не спасает. Пример: за годы «железного занавеса» отечественная радиоэлектроника почти безнадежно отстала от мировой, хотя «работа на прием» шла во всю и «цельнотянутые» серии радиоламп, транзисторов и микросхем выпускаются до сих пор. Американцы не единожды, и даже в конгрессе поднимали вопрос, не наносит ли ущерб стране открытость публикаций в технических журналах и иных изданиях? Теперь, когда гонка технологий ими выиграна, ответ получен. Ущерба и не должно быть, ведь отдавая информацию, ее не теряешь. Конечно, есть и другие немаловажные причины нашего отставания. Не затрагивая общественно-политических, упомянем лишь закрытость, связанную с чрезмерной секретностью.

Не убывание информации при ее передаче широко используют в библиотеках, банках данных, справочниках. Вопрос хранения — особый. Можно ли утерять информацию? Для мелких подсистем — да. Люди забывают, библиотечные фонды списывают и уничтожают, магнитные ленты и диски стирают. Но стоит раздвинуть границы системы шире (см. рисунок), как мы видим, что в расширенной системе информация сохраняется. Забытый телефон можно переспросить, утерянные сведения — восстановить по первоисточникам и т. д. Широкий обмен способствует сохранению информации («слово не воробей, поймают, и вылетишь!»).

Здесь надо бы различить, перефразируя Иммануила Канта («вещь в себе» и «вещь для нас»), понятия информации вообще, и информации, осмысленной нами. Последняя и приобретается и теряется, первая — нет. «Рукописи не горят». Разве законы тяготения не существовали задолго до Ньютона? И разве любое падающее яблоко не несло информацию о них? Просто Исаак Ньютон осмыслил их и представил в сжатой и понятной научному миру форме. В этом и состоит открытие. Индусы говорят больше: «каждый встреченный тобой человек — твой Великий Учитель».

Конечно, котенок, догрызающий рыбьи косточки на газетке с результатами выборов, политической информацией вовсе не интересуется, да и понять ее не может — для него этой информации как бы и нет, но ведь она есть! Не утихают споры о том, несут ли важнейшую информацию формы и размеры египетских пирамид, фигур в пустыне Наска, сооружений Стоунхеджа, древних наскальных изображений. Мы сейчас не решим этих вопросов, но подумать то есть над чем! Утерянную информацию восстанавливают, размывая иконы, читая берестяные грамоты, в конце концов, открывая заново. Расшифровали же письмена древних Майя!

Закончим эти заметки, добавив немного мистики, благоговейного ужаса и религии. Раз информация сохраняется, то «ничего нет тайного, что не стало бы явным». Не позавидуешь подлецам и преступникам: «Есть Божий суд, наперсники разврата!». Опыт показывает, что даже строжайшие тайны Второй Мировой теперь уже никакие не секреты, а пресловутую «Энгиму» современные шифровальщики считают детским лепетом. Если уж государственные тайны не сохраняются, что уж говорить о семейных и личных! Выходит, правы христиане, утверждающие, что есть Книга Бытия, где записана вся информация о любых наших поступках, хороших и плохих, и правы индуисты и буддисты, открывшие закон кармы, по которому любой поступок с неизбежностью вызывает соответствующее ему следствие. «По делам их судите их» — сказал Христос, а суд и воздаяние по заслугам рано или поздно осуществляются неотвратимо, поскольку действует во всей Вселенной закон сохранения информации.

От автора. Статья была написана 10 лет назад, а изложенные в ней мысли появились гораздо раньше. Опубликовать их в изданиях того времени не представлялось возможным. Но в 1996 г. вышел журнал Chip News, где стали появляться мистические заметки по мотивам Карлоса Кастанеды. Статья была немедленно отпечатана на машинке (компьютера у меня еще не было) и отдана туда. К сожалению, ни ответа, ни публикации не последовало. Но, снова цитирую, «рукописи не горят!». Теперь огромное значение приобрел Интернет, явление, чрезвычайно интересное с философской точки зрения. Суммарный объем выкладываемой информации неудержимо растет, а разработчики создают все более совершенные накопители информации, вмещающие этот объем! Это еще одно подтверждение закона сохранения информации. Прочитайте внизу страницы любого форума:

— Вы можете добавлять свои сообщения.
— Вы можете. (еще много чего).
— Вы не можете удалять свои сообщения.

Воистину «что написано пером, не вырубишь топором». Когда появились первые авторучки (вечные перья), сочинили поговорку: «Раньше гусиными перьями писали вечные мысли, теперь же вечными перьями пишут . мысли!». Что бы сказал автор поговорки, освоив современный компьютер? Помните, любители флейма, ваши сообщения останутся в вечности! Позвольте и мне воспользоваться Интернетом, чтобы сохранить гипотезу о законе сохранения информации.

03 апреля 2006 г. Владимир Поляков, RA3AAE.

news.cqham.ru

Объявление

закон сохранения информации

Если написать на бумаге информацию и сжечь ее, то информация не потеряется, просто она перейдет на другой носитель, она появится в тепловой волне, волна будет промодулирована информацией и не только о том, что там было написано, но и вообще всей информацией, которая касалась этой бумажки, даже вплоть до ее местонахождения в пространстве. (ведь не будете вы отрицать, что источник волны известен).
Вообще, изменится только алгоритм дешифрации этой информации, но сама она сохранится.

Информация это и есть энергия.

Отсюда следует масса красивых и стройных гипотез.

Любителям пофантазировать о загробной жизни есть прекрасная возможность. Из вышеуказанного следует, что душа и личность, все таки в пространстве остается, хотя и в несколько ином виде. Она детерменирует со вселенной. И при всем при этом логическая структура интеллекта и все связи сохраняются как целое. И не важно, что в виде волны или еще как эта информация по вселенной распределилась или распределяется, важно, что связи остаются.
Возможно, кто то очень мудро придумал сжигать тело, потому что почти вся информация в этом случае получается тепловой,т.е. волновой (что более важно однородной). Это способствует сохранению структуры.
Возможно саркофаги тоже имеют скрытый умысел. Ведь вся информация как бы запечатывается. Неважно, что тело сгнило, важно, что вся информация сохранилась в одном месте. Трудно себе представить алгоритм дешифрации исходной информации в таком объекте, но теоретически, такая возможность сохраняется.
А энтропия-процесс разрушения структуры информации, на самом деле бессильна, потому что даже если раскидать информацию по битам во всей вселенной равномерно, логические связки между этими битами (хоть и детерменированные в другие функции) все равно останутся.
Душа вечна, возрадуйтесь
вот только маленькая проблема. В таком состоянии она не может мыслить и думать. облом.
Потому что нет механизма, который бы осуществлял этот процесс.
Конечно, можно предположить, что механизм подменяется на другой, но верится с трудом.

www.neuroscience.ru

Физика информации

Закон сохранения информации

Будучи уверенными в существовании внешней информации об объекте и предполагая, что внутренняя информация объекта как сущность тоже «есть», согласимся, что вне зависимости от своей формы информация должна подчиняться некоторым законам, свойственным любым сущностям и существующим объектам природы. Последняя «не знает» о своих законах, как не знает ни науки, ни математики, используемых людьми для описания этих законов – изобретений человеческого ума. Полагаем, что природе свойственны закономерности, законосообразности вне зависимости от человека, а законы природы, тем более облеченные в математическую форму, являются продуктами человеческого разума (Согласно Н. Винеру «невозможно доказательство того, что природа подчинена законам…», но «…без веры, что природа подчинена законам, не может быть никакой науки».) .

Основными законами природы являются законы сохранения. Значит, должен существовать и закон сохранения информации. Данный закон еще не обрел подобающего ему статуса среди других законов сохранения, возможно, потому, что до сих пор не достигнуто взаимопонимание об атрибутивной информации, о месте информации в ряду философских и общенаучных категорий, об отношениях информационной и термодинамической форм энтропии. Но от этого закон сохранения информации представляется нам не менее значимым, являясь одним из фундаментальных законов мироздания.

Количественный закон сохранения информации , а точнее закон сохранения энтропии , имеет строгое теоретико-информационное доказательство в математической форме. В философии информации мы приведем его в вербальной форме: для замкнутой (закрытой) системы текущая сумма количества взаимной (внешней) информации между источником и потребителем и их совместной энтропии есть величина постоянная, равная сумме априорных энтропий источника и потребителя (Догадки о существовании такого закона высказывались, начиная с 60-х г.г. ХХ в., многими учеными и философами, полагавшими, что некоторая математическая композиция энтропии и количества информации (шума и информации) должна быть константой. Значение этой константы определено автором в 2000 г. в предположении, что априорные энтропии источника и потребителя можно измерить.) .

Сумма априорных энтропий источника и потребителя есть константа сохранения, не зависящая от интенсивности и энергетики информационного процесса между ними (внутренняя и внешняя формы информации инвариантны к своим носителям). Смысл константы сохранения в том, что в любом информационном процессе совместная внутренняя информация источника и потребителя неизменна. Сумма априорных энтропий может интерпретироваться как суммарное «количество априорного знания» источника и потребителя друг о друге. Напоминаем, что вопрос об измеримости энтропий и их суммы остается открытым, поэтому приведенная формулировка закона справедлива только в рамках рационально-материалистической философии с ее математическим дискурсом.

Если же внутренняя информация идеальна, а потому не измеряема, тогда количественный закон сохранения информации становится качественным законом с чисто философским подтекстом. А именно: неизмеряемая внутренняя информация, частично проявляясь в измеряемой внешней информации, остается неизменной в своей идеальной сущности.

Если информационный процесс имеет физическую (материально-энергетическую) природу, значит, в нем идеальная сущность информации проявляется в ее материальном существовании, и, следовательно, между философскими категориями материи и идеального – не пропасть (как уверяют материалисты), а мост. Этот мост существовал всегда, а закон сохранения информации просто лишний раз напомнил об этом своей идеальной константой сохранения.

Как показано выше, внутренняя информация физически не наблюдаема в опыте, как не наблюдаем физический вакуум – низшее энергетическое состояние квантовых полей. Значит, носитель (вернее, хранитель) информации в виде гипотетического информационного поля имеет неэнергетическую или, по крайней мере, субэнергетическую природу, а закон сохранения энергии к такому носителю если и применим, то с очень серьезными оговорками. Зато наверняка закон сохранения энергии не применим к «носимому» – трансцендентальной внутренней информации, которая вместе с внешней информацией подчиняется собственному закону сохранения – закону сохранения информации вне материально-энергетических представлений. Обычно материально-энергетические законы сохранения строго формулируются для закрытой (замкнутой, изолированной) системы. Но информация проявляется лишь во взаимодействии систем (минимум двух), частично являя внутреннюю информацию во внешней, и закон сохранения информации не может не считаться с обеими формами информации. Даже закрытая система в информационном аспекте представляется нам состоящей, как минимум, из двух открытых подсистем – подсистемы источника и подсистемы – потребителя информации . Таким образом, сумма априорных энтропий как гипотетическая количественная мера общей внутренней информации источника и потребителя является константой сохранения, инвариантной к интенсивности информационного метаболизма до тех пор, пока метаболизм не изменяет уровень самоорганизации одной или обеих подсистем – участниц информационного процесса. Количественно новый уровень самоорганизации подсистемы соответствует новому значению ее априорной энтропии. Значит, в динамике развития (или деградации) подсистем (источника и потребителя) информационная константа сохранения, не являющаяся физической мировой константой, будет изменяться вместе с изменением их внутренней информации. Правда, такое изменение представляется не перманентным, а скорее скачкообразным, соответствующим синергетическим представлениям о бифуркационных и полифуркационных процессах. Но в каждом информационном взаимодействии, соответствующем значению константы сохранения, достигнутому на очередном «скачке» самоорганизации, приведенный закон сохранения информации действует неукоснительно, а динамичная внешняя информация количественно не может превысить текущего значения минимальной из энтропий, которые входят в достигнутую константу сохранения.

Пример 8. Замкнутая среда и зависимая от нее открытая система информационно взаимодействуют друг с другом, при этом информативность (энтропия) среды больше информативности системы, ибо последняя включена в среду, а не наоборот. Характер информационного взаимодействия системы со средой во многом зависит от целей системы. Если цель – самоорганизация, то с синергетической точки зрения система приобретает информацию в количестве не более того, сколько может «переварить», использовать для своей самоорганизации, исходя из накопленного ею информационного разнообразия. Если же цель – самообучение, то с точки зрения когнитологии и эпистемологии система познаёт то, что может, а если хочет познать больше, должна увеличить свои информационные возможности, т.е. потенциальную информативность своего тезауруса (базы знаний), свое информационное разнообразие. С позиций информационного монизма информационное поле среды открыто системе лишь в меру возможностей восприятия внешней информации тезаурусом системы. Поскольку тезаурусы разных систем, входящих в среду, различны, системы воспринимают разную внешнюю информацию от среды даже в общем информационном процессе. Но и источник генерирует при этом количественно разную для всех информацию. Так, несколько наблюдателей некоторого объекта могут сделать на основе одного и того же наблюдения разные выводы, как из-за разной информативности своих тезаурусов, так и по причине разных «ответов» объекта на разные «вопросы» наблюдателей к одним и тем же результатам наблюдения. Разные социумы и разные индивиды недопонимают менталитет друг друга (и до конца не поймут!), потому что, вероятно, «взрыхляют» разные (в лучшем случае частично пересекающиеся) участки информационного поля. Таким образом, информационное разнообразие систем в Универсуме обусловлено в существенной мере разнообразием системных тезаурусов, селектирующих доступную им информацию в информационном поле Универсума в строгом соответствии с законом сохранения информации.

Важным следствием закона сохранения информации является жесткое количественное ограничение, накладываемое на информационный процесс достигнутой (текущей) информативностью его участников (источника и потребителя информации): их суммарная энтропия как количественная мера общей внутренней информации – константа, сохраняющаяся до следующего этапа развития (деградации).

Если считать при этом, что развитие систем как увеличение их организованности (порядка) связано с уменьшением энтропии, то каков предел такого уменьшения? Согласно теории информации энтропия в любой из своих форм не может быть отрицательной, ведь нуль-энтропия – это тупик развития (стопроцентная определенность). Термодинамический аналог – состояние физической системы при абсолютном нуле температур, соответствующем нулевой термодинамической энтропии, которая недостижима (третье начало термодинамики). Значит, потенциал развития систем всегда есть. Была бы нужда в науке, если все было бы познано? Возможно ли развитие общества, достигшего своего «последнего состояния»?

Кинетика количества внешней информации и потенциальность энтропии внутренней информации отличаются от превращения потенциальной энергии в кинетическую тем, что апостериорная условная энтропия не есть мера остатка априорной энтропии внутренней информации источника после генерации внешней информации, как это казалось бы при тривиальном энергетическом подходе. В отличие от энергии, которая «не есть», информация, которая «есть», не преобразуется из потенциальной внутренней формы в кинетическую внешнюю. Апостериорная энтропия количественно характеризует лишь апостериори недополученную (неотраженную, невоспринятую, непознанную) потребителем часть внутренней информации источника, измеряемой (?) посредством его априорной энтропии.

Таким образом, внутренняя информация не превращается во внешнюю, а лишь частично реплицируется (тиражируется, копируется) в нее; нереплицированная часть внутренней информации есть дефицит внешней информации ( информдефицит ), а количественно – часть энтропии (Напомним, что количественное измерение внутренней информации (подобно потенциальной энергии) представляется нам излишним. Сейчас трудно предсказать, как будет (и будет ли!) измеряться внутренняя информация в рамках грядущей информационной парадигмы и, соответственно, какой будет новая формулировка закона сохранения информации.) . Этим информационные процессы отличаются от материально-энергетических, где превращение имеет буквальный смысл – энергия нереплицируема. Кажущееся разрушение (уничтожение) внешней информации об объекте не разрушает внутренней информации объекта. Последняя лишь рассеивается и может быть восстановлена, чем, кстати, пользуются на практике (криптографическая защита, протоколы Интернета, сжатие файлов, компьютерные вирусы-невидимки, шумоподобные сигналы и др.).

Закон сохранения информации постулирует, как и следовало ожидать, что информация не возникает из «ничего». Не будь внутренней информации, внешняя информация не появлялась бы из «ничего». Закон сохранения информации можно было бы считать трюизмом, ибо всем сохраняемым величинам даны такие определения, что они должны сохраняться. В этом данный закон подобен любому закону сохранения (энергии, импульса, заряда и т.д.). Но парадокс в том, что законы сохранения, в основе которых лежат обычно самые простые и интуитивные представления, легче назвать трюизмами после того, как они доказаны, поняты и сформулированы, нежели до того. Возможно, в дальнейшем выявятся и другие законы взаимосвязи между свойством и отношением в феномене информации, уже не представляющиеся трюизмами.

Характерно, что закон сохранения и превращения энергии, постулирующий неизменность полной энергии изолированной системы, формально близок к рассмотренному закону сохранения информации. Не означает ли формальная близость двух законов их содержательного родства?

Прежде всего, содержательного родства нет между информацией и энергией. Ведь энергия в естествознании (как и масса, сила или длина) – всего лишь мера, придуманная людьми (по-древнегречески «энергия» – это действие, деятельность, а не некое количество). По-русски «естество – всё, что есть» (В.И. Даль). Энергия-действие, энергия-деятельность как явления сущностей, которые «есть» и сами могут быть представлены как процессы (согласно принципу процесса Уайтхеда), могут исследоваться естествознанием как способность сущностей производить работу. А вот энергии-меры как естества «нет», она лишь используется естествознанием для различения естественных процессов по их интенсивности (в контексте информационного разнообразия «естества»). Поле тоже «есть», а понятие энергии поля тоже привнесенное, вторичное. Информация «есть»; соответственно, количество информации как мера лишь используется для различения информационных процессов и исследования информации. В данном контексте полагаем разумным трансформировать триаду «вещество – энергия – информация» в «вещество – поле – информация».

Проблема отношений вещества, энергии, поля и информации представляется понятной при атрибутивном подходе к понятию информации. Вещество содержит внутреннюю информацию в безэнергетическом информационном поле, «энергичный» полевой носитель нужен для передачи внешней информации, частично воспроизводящей внутреннюю информацию. Данное суждение имеет отношение к физическому материальному миру, которому присущи вещество, энергия, поле и вещи (тела). Как уже отмечалось, философское понятие материи носит отвлеченный, метафизический характер – не менее отвлеченный, чем понятия души и духа. Полагаем, будущая физика, кроме материи как объективной реальности (физической части бытия), будет вынуждена заниматься субъективной реальностью и даже субъективно-объективной ирреальностью, весьма далекими от физической «материи», данной нам в ощущениях. И тогда сбудется предсказание С.И. Вавилова о кардинальном изменении содержания физики с введением в ее обиход «способности, сходной с ощущением».

Рефлектируя по данному вопросу, А.И. Вейник в «Термодинамике реальных процессов» предложил закон сохранения информационной энергии (информэнергии) как меры количества поведения эволюционирующей системы. По Вейнику, поведение такой системы характеризует ее проявление вовне в самом широком смысле при взаимодействии с окружающей средой.

Соглашаясь с Н. Винером, что информация – не материя и не энергия, тем не менее, согласимся и с А.И. Вейником, что материально-энергетические и информационные процессы как материальные и идеальные формы деятельности сущностей мироздания глубинно взаимосвязаны. Ведь любое материально-энергетическое (вещественно-энергетическое) взаимодействие есть одновременно информационный процесс. Создаваемое при этом поле взаимодействия содержит информацию о своих источниках, иначе мы ничего не узнали бы о них и о взаимодействии между ними.

Взаимодействие может быть вещественным, деятельностным (энергетическим) и информационно-полевым. Будем считать, что энергия характеризует интенсивность, а количество информации разнообразие взаимодействия. Вместе энергия и количество информации с разных сторон характеризуют изменение состояния систем. Содержательно информация и энергия различны, но поведенчески они во многих частностях схожи. Если по аналогии с кельвиновской градацией ценности видов энергии перейти к градации ценности видов взаимодействия, то по убыванию ценности их можно расположить так: информационное → энергетическое → вещественное. По степени своего воздействия на объекты энергия и информация, пожалуй, не уступают друг другу, ведь можно не только огнем, но и «глаголом жечь сердца людей». При этом энергия воздействует на объекты непосредственно в силовой форме, а информация в большинстве явленных процессов нашего вещного мира – опосредованно – через энергию, которой она (информация) управляет. Более того, в этом мире все явленные информационные процессы энергозависимы, а энергетические процессы информационно зависимы в том смысле, что перенос информации, как правило, производится материально-энергетическим носителем (сигналом), а перенос энергии обычно инициируется информацией (Неявленные информационные процессы либо не зависят, либо слабо зависят от энергии. ).

Но как только мы переходим от понятия информэнергии к его физической сущности, возникает проблема интерпретации: что это – смесь несопоставимых сущностей или самодостаточная сущность, не разложимая на информационную и энергетическую компоненты? Так, если информэнергию приложить к системе «человек», то можем ли мы количественно оценить поведение человека, если вслед за Вейником будем понимать поведение «в самом широком смысле» данного термина? Задача не из легких, и приступать к ее решению следует лишь после того, как будет прояснено физическое отношение между информацией и энергией – каузальное, корреляционное или независимое. Следом немедленно возникнет вопрос о физической единице информэнергии «бит-ватт-секунда».

Вейник утверждает, что переносится (передается) не информация, а энергия под действием разности так называемых информациалов как мер интенсивности информационного взаимодействия; информация же системы, как и температура или электрический потенциал, способна лишь изменяться в процессе передачи энергии. Данное утверждение, во-первых, смешивает воедино качественную сущность (информацию) и количественные свойства сущностей (температуру, потенциал), что неприемлемо, во-вторых, исключает само понятие информационного процесса (информационного взаимодействия). Если быть последовательным, то согласно Вейнику в мире остаются только вещественные и энергетические взаимодействия, информационный метаболизм исключен. Однако все энергетические процессы информационны, обратное утверждение под вопросом. Энергия – мера работы, совершаемой носителем информации в этих процессах. Кто же работодатель? – информация! – этот вывод следует из всего хода предшествующих обоснований – именно информация инициирует все взаимодействия. С другой стороны, информационный процесс принципиально может не нуждаться в известных формах энергии – быть безэнергетическим в традиционном понимании.

И, тем не менее, понятие информациала представляется уместным, но только для информационных процессов, в которых дефицит внешней информации (информдефицит) можно представить как информационный аналог энергетической разности потенциалов. При полной внешней информации (копии внутренней информации объекта) информационная «разность потенциалов» равна нулю (информдефицит отсутствует, объект познан), при отсутствии внешней информации ее количество равно нулю, а информдефицит максимален. Разность количества внешней информации и информдефицита и есть энтропийная константа сохранения в законе сохранения информации (энтропии). В данном контексте понятие информдефицита можно заменить понятием информациала, но не в интерпретации А.И. Вейника. В связи с изложенным не следует отрицать возможности информационной энергии как понятия, связующего воедино информацию и энергию, но не просто как две стороны одного процесса, а в его более глубоком онтологическом понимании как связи сущности, свойства и отношения. С позиций единства природы взаимодействий эта связь правдоподобна. И если мы по-своему отстаиваем ее существование, нет оснований отказать А.И. Вейнику, другим ученым и философам в аналогичном праве, как и в праве предлагать свои формулировки закона сохранения информации (Предложенное А.И. Вейником уравнение закона сохранения информэнергии, к сожалению, не содержит в явной форме параметров сохранения (констант, ограничений на их постоянство), что ставит под сомнение сам закон.).

Обоснование обобщенного информационно-энергетического закона сохранения (с привлечением экспериментальных данных) – благодарная область исследований для ученых и философов. Одним из продуктивных, заслуживающих специального исследования социально-экономических аспектов опосредованной связи количества информации с энергией как мерой работы могли бы стать стоимостные эквиваленты вещного товара (деньги) и ценности внешней (метаболической) информации как интеллектуального товара в информационном обществе. В то же время внутренняя информация «бесценна», ибо, если она не подлежит измерению, то и не является товаром, имеющим цену.

Известные в физике законы сохранения связаны с фундаментальным принципом симметрии физических законов (инвариантностью природы). Это значит, что, например, энергия, импульс (количество движения) и момент импульса сохраняются при изменении физических условий потому, что пространство и время изотропны и однородны. Если мы одновременно или последовательно в одном и том же месте или в разных местах в неподвижной или движущейся инерциальной системе координат проводим один и тот же эксперимент, получая всегда почти одинаковый результат (в пределах погрешности метода), то демонстрируем этим одно – фундаментальный принцип симметрии природы на субстанциональном уровне пространства-времени.

Согласно принципу симметрии электрон «вечен» по закону сохранения электрического заряда, протон «бессмертен» по закону сохранения барионного заряда. Однако мы ни электрон, ни протон не наблюдаем, а судим о них опосредованно (по экспериментальным данным). Законы сохранения выполняются не только для наблюдаемых, но и для ненаблюдаемых, но присутствующих в нашем сознании физических феноменов, например, для физического вакуума, волновых Ψ-функций, странностей (квантовых чисел, характеризующих адроны) и микрочастиц. Информация как идеальный феномен тоже не наблюдаема. Свойственный ей закон сохранения инвариантен к характеру информационных процессов (энергетических, безэнергетических) и свидетельствует о неизменности внутренней информации изолированного объекта при любых изменениях внешней информации. Таков принцип информационной симметрии .

Принцип взаимной информации

Известно, что информационный процесс эффективен, если передающая сторона (кодер, передатчик) и приемная сторона (приемник, декодер) согласованы (подобны) между собой по параметрам (спецификациям) кодов и сигналов. На языке философии это означает, что в информационном процессе познания субъект уподобляется объекту для восприятия внешней информации от последнего: «…ум, познавая, уподобляется вещи» (Х. Ортега-и-Гассет). На языке оптимальной фильтрации, это означает совпадение амплитудно-фазо-частотных характеристик приемника и передаваемого сигнала. Принцип подобия обратим: если, познавая, мое мышление должно уподобляться вещи, то это возможно лишь постольку, поскольку познаваемая вещь совпадает со структурой моего мышления, имеет с ней родство. Эти представления согласуются с известными принципами «настройки» мозга на взаимодействие с объектами познания в актах медитации, телепатии, вдохновения, озарения, догадки и т.п.

Состояние мысленного родства, по-видимому, требует больше, чем просто сознательной работы психики с ее шумящими знаковыми преобразованиями. Вслед за З. Фрейдом логично предположить, что та значительно большая часть мозга, которую, скорей всего, надо отнести к подсознанию, бессознательному, осуществляет параллельные с сознанием латентные процедуры познания, вероятно, через нешумящие, малоэнергетические каналы связи. Вопрос лишь в «малом» – подтвердится ли когда-то данное предположение, т.е. существуют ли такие каналы связи, и если да, то как их использовать для овладения скрытой информацией мысленного уподобления (Данные выводы согласуются с концепциями семантического поля и семантического вакуума В.В. Налимова.) .

Представим две физически взаимодействующие системы А и В (например, субъекта-наблюдателя и наблюдаемого объекта), которые, как отмечалось выше, в любом опыте взаимозависимы, в том числе и информационно. Согласно физическому принципу взаимности между двумя источниками полей и создаваемыми ими полями в местах расположения источников существует перекрестная связь. Следовательно, должна иметь место и информационная перекрестная связь между А и В, ведь поля являются носителями информации. Назовем информацию, связующую А и В, взаимной информацей . При нулевой энергии физического поля-носителя взаимная информация не исчезает, но продолжает циркулировать между А и В по безэнергетическому (малоэнергетическому) информационному каналу связи, который для классической науки представляется нонсенсом, а для нас вполне возможным. В теории информации доказано, что вне зависимости от природы канала связи количество информации, получаемой А относительно В, равно количеству информации, получаемой В относительно А (В.И. Дмитриев. «Прикладная теория информации). Следовательно, каждая из двух систем, принимая информацию о другой, через взаимодействие передает ей (даже вопреки «своей воле») внешнюю информацию о себе в том же количестве. Согласно алгоритмическому подходу А.Н. Колмогорова (тема 1, раздел 1.5) количество взаимной информации полагается мерой сложности объекта относительно субъекта, их обоюдная сложность должна быть согласована в информационном процессе. Иными словами, в любом взаимодействии существует взаимная информация, количественно одинаковая для взаимодействующих объектов. Назовем этот вывод принципом взаимной информации .

Пример 9. Пусть взаимодействие двух систем есть познание человеком (А) природы (В). Согласно принципу взаимной информации человек и природа, взаимодействуя, получают друг о друге количественно одинаковую взаимную информацию. При этом количественная взаимность вовсе не предполагает (хотя и не исключает) качественной (смысловой, целеполагающей) взаимности. Смысл и ценность взаимной информации для человека и природы в общем случае разные.

Нам кажется, что только мы познаем природу и воздействуем на нее. На самом деле эти акты взаимны: природа, «используя» взаимную информацию, тоже познаёт нас и воздействует на нас, как может – если не управлением (у нее обычно другие «цели», чем у нас), так причинением (атакующим или защитным). И количественный аспект здесь представляется не столь важным. Более актуальная проблема усматривается в самом существовании взаимной информации. Для понимания этого человечеству достаточно подняться над собственным Эго и ощутить себя в единстве с природой, не утешаясь иллюзией интеллектуального превосходства и «царственной» вседозволенности. Единство с природой может усматриваться, например, в целеполагании совместного с ней Блага. Все природные системы (в том числе антропные) информационно взаимны, деление их на объекты и субъекты информационного процесса условно. Так, например, «…познание не есть захват мертвого объекта хищным гносеологическим субъектом, а живое нравственное общение личностей, из которых каждая для каждой служит и объектом и субъектом» (П.А. Флоренский).

Пример 10. Акт (отношение) управления как информационное воздействие (команда, стимул, вопрос (В общем случае управление есть информационно-энергетическое воздействие, но мы сознательно пренебрегаем его относительно малой энергетикой, чтобы подчеркнуть главенствующую, определяющую роль информационной компоненты.)) на любой (а не только кибернетический) объект с целью изменения его состояния необходимо включен в акт познания (как исполнение, реакция, ответ). Обратная включенность (познания в управление) возможна, но не необходима. Действительно, объект управления, принимая команду, должен понять ее и через это понимание познать управляющего субъекта, прежде чем выполнять его команду. Иначе «между приказом и его выполнением существует пропасть. Соединить их должно понимание» (Л. Витгенштейн). При этом не исключено неадекватное исполнение непонятых команд, например, в условиях помех. При «силовом управлении» (причинении, физическом воздействии, насилии, административном нажиме) понимание команд принципиально не требуется («Исполнять! И без вопросов!»). При этом энергия управления соизмерима с энергией вызываемого действия, а информационная компонента практически несущественна.

Принцип взаимной информации распространяется и на память, которая должна быть у природы – подобно памяти взаимодействующего с ней человека. Более того, в силу информационной взаимосвязанности человека и природы они должны бы обладать общей памятью. Общую память логично включить в область «общего разума» человека и природы – т.н. ноосферу, которая пока представляется неким идеалом, но, как и все идеалы, тревожит наш разум и чувства, побуждая нас к деятельности.

www.intuit.ru

Смотрите так же:

  • Развод таиланд Развод туристов в Таиланде В одном интересном блоге нашла очень полезную статью для путешественников, собирающихся в Таиланд. Давно уже пора было написать что-то подобное о всякого рода мошенничестве и разводе туристов. Дело это в Тае, […]
  • Какой штраф за безбилетный проезд Штраф за безбилетный проезд: основные положения и последствия неуплаты С 2015 года штраф за безбилетный проезд значительно увеличился. Если раньше он составлял всего 100 рублей, то теперь сумма, взимаемая с незадачливого «зайца», подросла […]
  • Часы работы возврата товара леруа мерлен Товары, подлежащие возврату в магазине Леруа Мерлен Магазин «Леруа Мерлен» относится к крупным многоплановым торговым сетям, с обширным каталогом товаров и большим товарооборотом. Среди тысяч покупателей постоянно есть те, кто приобрел […]
  • Единовременное пособие на второго ребенка на работе Детские пособия при рождении второго ребенка в 2018 году Рождение ребенка всегда связано с определенными финансовыми расходами. И не всегда родители сами их покрыть, особенно если в семье рождается второй малыш. В этой ситуации на помощь […]
  • Сколько штраф за утерю паспорта в 2018 году Каков размер штрафа за утерю паспорта? Паспорт — это основной документ, который удостоверяет личность гражданина РФ. Только его наличие дает возможность открыть счет в банке, устроится на работу и совершать множество других операций. По […]
  • Штраф за избиение Какой штраф за побои человека в 2018 году Есть много нюансов, провоцирующих насилие, но чаще всего это острая необходимость демонстрации доминирования. Психологи считают подобное нервным расстройством, а в усугубленных случаях и […]

Обсуждение закрыто.