Инфодинамика, Обобщённая энтропия и негэнтропия
Шрифт:
Положение изменяется принципиально при рассмотре-нии систем на атомном и молекулярном уровне. Тогда систе-ма из 1 г. вещества содержит 1020 - 1023 атомов или молекул (постоянная Авогадро Nо = 6 . 1023 атомов в одном грамм-атоме вещества). Уже оценка количества всех атомов даёт более 100 битов. Однако вариации атомов по очередности, по месту расположения, по связам с другими атомами, по химическим, фазовым и кристаллическим связям, количество возможных комбинаций структуры возрастает на десятки миллионов порядков, соответственно и негэнтропия в битах. При концентрации ОНГ в 1 г. вещества более 1033 битов изменения веса и энергии становятся уже существенными. В частности, для живых организмов, потоки негэнтропии могут оказаться
Характеристики ОЭ систем по общему
количеству элементов или состояний
Количест-во элемен-тов в сис-теме W 1 2 5 10 100 106 10100 1010 10 101000 10
Теорети-ческая H - ln 1 W 0 0,66 1,9 2,3 4,6 14 230 2,3.1010 2,3.101000 ОЭ (бит) lg2 W 0 1 2,3 3,3 6,6 20 330 3,3.1010 3,3.101000
Принципиальным вопросом является соотношение меж-ду энтропией и негэнтропией системы и получение или отдача ею информации. В литературе высказана гипотеза, что сумма энтропии и информации в системе всегда постоянная. В этом высказывании имеются ряд неточностей:
1. Не уточнено, какую информацию имеют в виду: свя-занную, получаемую или отдаваемую системой.
2. Нельзя сложить две разные характеристики: энтропия является параметром состояния системы, информация - параметром её функции.
3. Для реально существующих систем максимальная энт-ропия очень большая. Хотя часть энтропии компен-сируется негэнтропией, их сумма приближается к бес-конечности. Последним оперировать в практических расчётах невозможно.
Искусственно созданные системы-модели (вторичная реальность, сознание и др.) созданы таким образом, что их максимальная ОЭ является определяемой величиной. Пос-ледняя действительно является суммой введенной в систему связанной информации ОНГ и фактической ОЭф после введения в систему фактической ОНГф.
ОЭф + ОНГф = ОЭмакс.
Формула имеет практическое значение ввиду её общ-ности для большинства упрощённых моделей реального мира.
АНАЛОГИЯ МЕЖДУ МАТЕРИАЛЬНЫМИ,
ТЕПЛОВЫМИ И ИНФОРМАЦИОННЫМИ
ПРОЦЕССАМИ
Поскольку мы исходим из эквивалентности вещества (массы), энергии и ОНГ, как разных форм любого объектив-ного явления, то можно ожидать аналогию в закономер-ностях, описывающих процессы, протекающих в разных фор-мах. Другими словами, процессы, протекающие в материаль-ных системах (веществах), должны иметь аналогию с процес-сами в энергетических или информационных системах. Из-вестно, что аналогия процессов в микромире, где неопре-делённость (ОЭ) является основным параметром как в энер-гетических, так и в информационных и материальных процес-сах. Отличия наблюдается только в единицах измерения. В теоретических исследованиях ОЭ исползуют натуральные ло-гарифмы, в информационной теории-логарифмы на основе 2 (биты). Труднее определить в системе негэнтропию, которая является связанной формой полученной информации (ОНГ). В частности, законы термодинамики, регулирующие тепловые процессы, должны иметь аналогию и в регулировании инфор-мационных процеcсов. В том числе можно ожидать и в про-цессах передачи информации возможность определения на-правления самопроизвольных процессов, коэффициента по-терь, возможности определения качества информации, её коэф-фициента полезного действия.
При определении направления самопроизвольного про-текания процессов можно установить общие закономерности для всех трёх форм существования систем. У всех поток само-произвольно идёт только в одном направлении увеличения ОНГ (рис. сплошная стрела). Протекание процесса в проти-воположном направлении возможно только при применении теплового, вещественного или информационного насоса (рис. прерывистая стрела).
Направление самопроизвольного потока
Энергии п ??--ф??R ?
– - п - - - п Теплое п Холодное ОНГл ОНГп Теплообменники Тепловая машина Информации, денег п ??ф??R ?
– - п - - - - п Беспорядок,пСтруктура, неопреде- п упорядо-
– - п - - - п Рассеяние п Накопление вещества п вещества ОНГл ОНГп Гравитационное притя- жение. Возникновение молекул и кристаллов. Рост недвижимого иму-щества.
При образовании льда из воды в условиях отрицатель-ных температур окружающей среды происходит увеличение её ОНГ (уменьшение ОЭ). Процесс происходит самопроиз-вольно с выделением тепла (ОЭ) в среду. Деньги можно, кроме других их функции, считать мерой стоимости товаров, в благоприятных условиях и мерой стоимости информации. Деньги имеют тенденцию концентрироваться (двигаться) ту-да, где их и раньше много, т.е. в сторону крупного капитала. Был поднят вопрос: если многие вышеуказанные процессы протекают по физическим и экономическим законам, то исс-ледования процессов инфопередачи вообще не понадобятся. Однако, реальные процессы имеют сильно вероятностный ха-рактер и требуют определение неопределённостей. Последние невозможно определить без рассмотрения факторов, влияю-щих на информационные процессы и зависящих от них.
Единство материи в системах характеризует также теория о трёх ипостасей существования её:
– вещество - концентрация и постоянство массы,
– энергия - движение,
– связанная информация - структура и организация ОНГ.
Эти формы существуют и изменяются эквивалентно в любой системе. Эквивалентность форм позволяет исследовать их согласованное действие в разных единицах. Единство форм в системах доказывается и тем, что деградация струк-туры системы всегда сопровождается и изменением её внут-ренней энергии и негэнтропии. Часто это называется потерей памяти (ОНГ и информации).
Существование во всех системах энтропийно-негэнтро-пийного компонентов даёт всем её превращениям вероят-ностный, нелинейный характер. Практически линейные фор-мулы можно применять для описания превращений в очень узкой области изменения некоторых независимых переменных при допущении постоянства всех других факторов. Опреде-ление ОЭ и ОНГ расширяет предел применения линейных моделей для описания многих информационных процессов и зависимостей целевых критериев от условно независимых факторов.
СТЕПЕНЬ СВОБОДЫ И СВЯЗАННОСТИ ФОРМ
Рассматривая возможности использования вещества, энергии и негэнтропии видно, что они могут иметь различные степени свободы, доступности, подвижности и инертности. Эти свойства зависят от стабильности самих элементов сис-тем. Нестабильность, тем самым способность и чуствитель-ность к превращениям могут варьироваться между предель-ными значениями в широком диапазоне. Много зависит не только от стабильности, но и от скорости превращений. Рас-падается даже кажущийся абсолютно стабильным протон через 1032 лет (продолжительность жизни нашей вселенной 1010 лет). Эффективность использования отдельных форм систем зависит от их уплотнённости, концентрации и связи между элементами, а также от степени неравновесности сис-тем. Особенно наглядно это видно в случае энергетических ресурсов. Кроме количества энергии здесь важное значение имеет её качество, т.е. способность преврашаться в работу. Примеры свободных и связанных форм существования систем приведены в таблице.
Качество массы, энергии и ОНГ зависит от их конкрет-ных целевых назначений и определяется способностью вы-полнять системой существенных функций, т.е. эффектив-но использовать свои ресурсы. Ясно, что система, которая может более эффективно использовать свои свободные ресурсы для противостояния действиям внешней среды, имеет больше шансов сохранять или улучшать условия своего развития. В таблице приведены только примеры некоторых систем с отклонением в сторону массы, энергии или ОНГ с учётом, что все эти формы неразделимы и существуют во всех системах.