Инфодинамика, Обобщённая энтропия и негэнтропия
Шрифт:
2. ЕДИНСТВО МАССЫ, ЭНЕРГИИ И
НЕГЭНТРОПИИ В СИСТЕМЕ
В условиях дифференциации наук и распространения редукционистских теорий возникло очень много кажуще изолированных моделей процессов, объектов, законов. В действительности мир един, процессы разного направления протекают в системах одновременно. Единство обусловлено тем, что общее начало ? объединённое суперполе едино для всех объектов, явлений и систем. Согласованно и параллель-но развиваются и многие кажуще противоположные явления. В любой системе одновременно могут протекать следующие процессы: подвижность (превращения) и инертность (неиз-менчивость), изменение координат в многомерном прост-ранстве и стремление сохранять своё состояние, прогрессив-ное и регрессивное развитие, возникновение и разрушение структур, изменчивость
В системах параллельно протекают два противополож-ных процесса: изменение ОЭ и ОНГ. Энтропия в общем яв-ляется показателем неопределённости, беспорядка, разнообра-зия, хаоса, равновесия в системе [ 10 ]. Негэнтропию часто ошибочно дефинируют как энтропию с отрицательным зна-ком. Это может вызывать большие недоразумения. Негэнт-ропия (ОНГ) действительно измеряется в тех же единицах как энтропия (например в битах). Направление её действи-тельно противоположное энтропии. Её увеличение вызывает такое же уменьшение энтропии. Однако, эти величины из-меняются в системе по самостоятельным закономерностям и их абсолютные значения мало зависят друг от друга. Негэнт-ропия является мерой порядка, упорядоченности, внутренной структуры, связанной информации. При увеличении обобщён-ной энтропии (ОЭ, гл. 4) увеличиваются размерность системы (количество независимых переменных, факторов) и их масштабы, а также возможности поиска более эффек-тивных решений. Одновременно с ростом ОЭ увеличивается и неопределённость системы, вероятность принятия непра-вильного решения, а также расширяются размеры прост-ранства поиска. Для того, чтобы уменьшить неопределённость системы, необходимо ввести в неё обобщённую негэнтропию (ОНГ), информацию, упорядоченность.
Таким образом, при прогрессивном развитии в системе увеличивается больше ОНГ, чем ОЭ. При деструкции больше увеличивается ОЭ. Имеются разные комбинации одновремен-ного изменения ОЭ и ОНГ. Если система обладает небольшой ОЭ, то и ОНГ туда ввести можно мало и для её развития нет условий (ОНГ ОЭ).
Много споров возникло при исследованиях взаимо-действия вещественных, энергетических и информационных систем. В практической жизни, экономике и технике их часто рассматривают раздельно. Действительно, часто целесообраз-но исследовать материальные (вещественные) балансы, пото-ки и ресурсы. Отдельно рассматриваются соответствующие энергетические и информационные ресурсы. При составлении технических проектов или бизнеспланов такие раздельные расчёты дают много данных для оценки эффективности решений. Однако, сразу бросается в глаза, что в любых сис-темах и организациях эти категории существуют все вместе. В любой фирме занимаются как материальными, так и энерге-тическими и информационными ресурсами. Вместо информа-ционных потоков в экономике больше занимаются денежными средствами. Как мы увидим в дальнейшем, деньги в опреде-лённом смысле заменяют информацию. В любом живом орга-низме также протекают одновременно и взаимосвязанно как материальные, так и энергетические и информационные про-цессы. Но и объекты неживой природы, даже любой кусок камня, обладают не только массой (весом) вещества, но и внутренней энергией и разного вида cвязанной информацией (негэнтропией, химической, физической, кристаллографи-ческой и др.).
Если начинать искать, то не удастся найти в мире ни одной системы, которая содержала бы в отдельности вещест-во, энергию или информацию. Даже самые маленькие кванты энергии - фотоны, имеют по формулам Эйнштейна массу, а величина кванта уже сама собой является информацией, тем более возникающие волны и их когеренция. Единство массы и энергии, возможность их измерения в единицах массы или энергии вытекает уже из формулы Эйнштейна
Ео = mc2 , где: Ео - энергия m - масса, с - скорость света
При движении частиц сохраняется та же формула, но необходимо учесть изменение массы в зависимости от ско-рости (связанной с энергией). Труднее выяснить единую природу негэнтропии с энергией и массой. Для этого имеется формула Бриллюэна. Такие явления единства можно объяс-нять только тем, что в начальном общем суперполе все эти категории - вещество, энергия
По соотношению Бриллюэна для получения 1 бита не-обходимо израсходовать по меньшей мере k . ln2 > k единиц негэнтропии
k = 1,38 . 10-23 дж / град. (константа Больцмана)
Объединяя формулы Эйнштейна и Бриллюэна можно любую форму материи или системы перевести одну в другую с приближёнными эквивалентными соотношениями:
1 г ? 1014 дж ? 1037 бит
Например, негэнтропию (ОНГ) можно выразить в еди-ницах массы (граммы) или энергии (джоулы). Практически получают ничтожно малые, пока неизмеримые величины мас-сы или энергии и сами процессы изменения формы существо-вания материи пока малоуправляемые. Мозг человека в виде памяти содержит информацию, оцениваемую около 5 . 1010 бит, вместе с макроструктурами около 1017 бит, что соот-ветствует массе около 1 . 10-20 г, т.е. в настоящее время неиз-меримо малой величине.
Следует подчеркнуть, что в случае перерасчётов вещест-ва, энергии или негэнтропии в единицы другой формы реаль-но не происходит перехода вещества в энергию или информа-цию или наоборот. Объективно существует реальное супер-поле, которое в любом участке имеет свойства как вещества (массы), так и энергии и негэнтропии. Суперполе локально существует в виде менее сгущённых (негэнтропия) и более сгущённых систем (энергия или вещество), но разделение этих трёх форм невозможно. Теоретически можно любую из трёх форм выразить в единицах другой формы. Например, в единицах битов можно выражать не только энергию, но и массу вещества. При этом энергию рассматривают как уплот-нённый участок суперполя. Обобщить необходимо и законы сохранения. Закон сохранения массы правилен и в насто-ящее время, но в общую сумму массы следует включать и массу энергии, движения и негэнтропии. После открытия Эйнштейна формулировали закон сохранения материи (то есть суммы массы и энергии).
е (Е + Мс2) = соnst.
В настоящее время следует закон сохранения выразить в ещё более общей форме:
В изолированной системе общее количество обоб-щённой негэнтропии (в т.ч. в виде вещества или энергии) остается постоянной, независимо от каких бы то ни было изменений, происходящих в этой системе. е ОНГ + Е + М . с2 = соnst.
k 107 . k
k - константа Больцмана k = 1,38 . 10-23 дж/град.,
ОНГ - обобщённая негэнтропия в битах,
Е - энергия в джоулях,
М - масса вещества в г, учитывая приращение его при увеличении скорости M = Mo
1- v 2
c
c - cкорость света = 2,998 . 1010 см/сек.
Вопросы могут возникать по поводу сохранения негэнт-ропии. Всем известно, что информация и негэнтропия имеют склонность рассеиваться, терять свою ценность и качество. Но энергия также может рассеиваться в виде, например, электромагнитных колебаний в мировое пространство. В слу-чае сохранения ОНГ речь идёт об изолированном (даже для информации) пространстве. Кроме того, негэнтропия может уплотняться в форму вещества или энергии по ничтожному или незаметному для них эквиваленту.
В практических операциях с веществами и энергиями расчёты в единицах информации (в битах) очень затрудни-тельны и оправдано применение традиционных единиц изме-рения массы и энергии (кг и дж). Влияние ОНГ многих прак-тически используемых систем на их массу и энергию ничтож-но мало. Даже для системы из 7 элементов, между которыми реализуются только двусторонние связи, имеются 42 внутрен-ние cвязи и можно составить 4 . 1012 цепей (около 30 битов). Количество негэнтропии, содержащейся в схеме сложной системы, состоящей из 1000 элементов, каждый из которых может содержать до 10 связей с другими элементами, сос-тавляет всего 1,33 . 105 битов. Это меньше миллиард милли-ардной доли одного джоуля. Предположим, что система имеет восемь входов и один выход. Входы и выходы могут принимать только два значения. Тогда число возможных сос-тояний системы 2256. Это действительно большое число, кото-рое можно сравнивать с числом электронов и протонов во всей вселенной: 2258. Однако 256 бит эквивалентен 10-34 г, что измерить невозможно.