Одна формула и весь мир
Шрифт:
УВАЖАЕМЫЙ ЧИТАТЕЛЬ!
Литература по вопросам, затронутым в книге, настолько обширна, что привести ее всю нет возможности. Правда, это главным образом научные публикации Тем, кто захочет продолжить знакомство с темой книги, я могу порекомендовать несколько работ, включая ряд вполне доступных для многих научных монографий:
Алексеев Г Н Энергия и энтропия. М , «Знание», 1978.
Бирюков Б. В., Геллер Е. С. Кибернетика
Данин Д. Вероятностный мир. М, Знание, 1981.
Дюк рок А. Физика кибернетики. В сб.: Кибернетика ожидаемая и кибернетика неожиданная. М., Наука, 1968.
Налимов В. В. Вероятностная модель языка: о соотношении естественного и искусственного языка. Изд. 2е. М., Наука, 1979.
Сачков Ю. В. Введение в вероятностный мир. М., Наука, 1971
Седов Е. А. Репортаж с ничейной земли. М., Молодая гвардия, 1966.
Седов Е. А. Эволюция и информация. М, Наука, 1976
Урсул А. Д. Информация. Методологические аспекты М , Наука 1971.
Шамбадаль П. Развитие и приложения понятия энтропии. М., Наука, 1967.
Я г л о м А. М., Я г л о м И М. Вероятность и информация. М.Наука, 1973.
ПРОБЛЕМА ЭНТРОПИИ В СОВРЕМЕННОЙ науке
(ПОСЛЕСЛОВИЕ)
Проблема энтропии — пожалуй, одна из самых «горячих» точек современной науки. Гносеологический интерес к ней стимулируется нарастающим давлением практики, новыми научными и техническими достижениями. Немалое значение имеют возобновившиеся дискуссии относительно возможности понижения энтропии вследствие самоорганизации и предполагаемых ограничений в действии второго начала термодинамики. В последнее время эти дискуссии приобретают порой драматический характер, хотя ведутся не столько на страницах научных изданий, сколько в популярных журналах и брошюрах, нередко на безответственном уровне и в запальчивой форме.
Поэтому объективное, научное и вместе с тем доступное широкому кругу читателей изложение современного состояния проблемы заслуживает безусловного одобрения.
Понятие энтропии введено в науку Клаузиусом в 1865 году как логическое развитие термодинамики Карно, сформулированной еще до открытия закона сохранения энергии и основанной на теплородной гипотезе. Энтропия характеризовала свойства макроскопической системы в условиях покоя или равновесия применительно к обратимым (идеальным) процессам.
Распространение концепции Клаузиуса на необратимые процессы привело к заключению, что в необратимых взаимодействиях (свойственных макросистемам) энтропия возрастает.
Дальнейшее развитие физики обусловило появление статистической термодинамики, в основу которой легла формула Больцмана, связывающая энтропию с логарифмом вероятности состояний системы (энтропия
Шеннон ввел понятие энтропии в качестве меры неопределенности знания о чем-либо, а сообщение как средство увеличения знания. Соответственно сообщение, переданное по каналу, связи, уменьшает первоначальную энтропию, а шум в канале увеличивает энтропию сообщения. Отсюда родилось понятие информации как меры уменьшения энтропии. Энтропия Шеннона есть сумма произведений вероятности состояния системы на двоичный логарифм этой вероятности, взятая с обратным знаком. Для вычисления энтропии, следовательно, требуется знать распределение вероятностей. Концепция Шеннона позволила ему построить фундаментальную теорию, которая получила широкое признание, большое практическое применение и продолжает интенсивно развиваться.
Аналогия между термодинамической энтропией (энтропией Клаузиуса), энтропией вероятности состояний (энтропией Планка) и информационной энтропией (энтропией Шеннона) сыграла определенную положительную роль в формировании концепции организации, упорядочения и случайности.
И. Пригожин показал, что нелинейные неравновесные процессы способны порождать макроорганизацию, для которой можно сформулировать условия устойчивости. Если эти условия не выполняются, могут возникнуть новые упорядоченные структуры, и т. д. Современные математические методы позволяют описывать такие процессы, но не позволяют определять, по какому из возможных путей пойдет развитие от неустойчивых точек. Система как бы «выбирает» свое дальнейшее поведение, и то, что аппарат описания процесса допускает возможность такого выбора, свидетельствует о несовершенстве наших физических знаний, в частности знаний об энтропии как «меры организации».
Представление об энтропии эволюционировало вместе с представлением об энергии — основной категории естествознания.
Под энергией понимается общая мера различных процессов и видов взаимодействия. Энергия позволяет измерять различные физические формы движения и взаимодействия единой мерой. Энергия есть первичная категория, количественно характеризующая фундаментальные свойства материального мира. Отсюда — по аналогии — возникло определение энтропии как меры «беспорядка», «дезорганизации» физической системы, а негэнтропии как меры организации.
Категории движения и покоя вполне обоснованы физически, но понятие организации физического обоснования и объяснения не имеет. Когда говорят о мере, прежде всего предполагается возможность измерения («физика — это отклонение стрелок»). Энтропия — единственная физическая величина, которая не измеряется, а вычисляется.
И все же благодаря энтропии мы нащупываем путь к сущности организации материи.
Определенную роль в этом смысле сыграла теория информации. Словарное определение термина «информация» многозначно: