Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика
Посмотреть оригинал

ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Слово «информация» происходит от латинского слова informatio, что в переводе означает «сведение, разъяснение, ознакомление». Понятие «информация» является базовым в курсе информатики, однако невозможно дать его определение через другие, более «простые» понятия. В геометрии, например, невозможно выразить содержание базовых понятий «точка», «луч», «плоскость» через более простые понятия. Содержание основных, базовых понятий в любой науке должно быть пояснено на примерах или выявлено путем его сопоставления с содержанием других понятий.

В случае с понятием «информация» проблема его определения еще более сложная, так как оно является общенаучным понятием. Понятие «информация» используется в различных науках (информатике, кибернетике, биологии, физике и др.), при этом в каждой науке понятие «информация» связано с различными системами понятий.

В физике информация рассматривается как антиэнтропия или энтропия с обратным знаком. Энтропия системы является мерой беспорядка, хаоса, тогда как информация (антиэнтропия) является мерой упорядоченности и организованности системы.

Информация в замкнутых системах. Согласно второму началу термодинамики замкнутая система, т.е. система, не обменивающейся веществом и энергией с внешней средой, стремится к тепловому равновесию. Энтропия замкнутой системы может лишь возрастать (соответственно информация может лишь убывать). Статистическая физика обосновывает второе начало термодинамики, базируясь на вероятностях микроскопических состояний и понятии необратимости процесса. Термодинамические процессы идут в одном направлении от менее вероятных состояний (более упорядоченных, с меньшей энтропией и большей информацией) к более вероятным (более хаотичным, с большей энтропией и меньшей информацией).

Действительно, если имеются два сосуда, один из которых заполнен газом, а другой пуст, то после открытия соединяющего их крана оба сосуда будут более или менее равномерно заполнены газом.

Переход из первого, менее вероятного, состояния газа во второе, более вероятное, необратим, так как обратный процесс (сосредоточение молекул газа в одном сосуде) никогда не наблюдается.

Энтропия и информация в замкнутой системе

Рис. 1.1. Энтропия и информация в замкнутой системе

Из вышесказанного следует, что замкнутые системы, стремящиеся к состоянию теплового равновесия, не могут хранить информацию. Рассмотрим в качестве примера данный учебник. На первый взгляд учебник находится в тепловом равновесии, ведь мы даже можем измерить его температуру. Однако полного теплового равновесия учебник достигнет лишь после того, как типографская краска продиффундирует и расплывется по каждой странице. Однако тогда текст исчезнет, исчезнет и информация.

Информация в открытых системах. Современная физика рассматривает открытые системы, которые обмениваются энергией или веществом с окружающей средой и увеличивают свою организованность. По мере увеличения организованности системы величина энтропии уменьшается, и величина информации увеличивается.

В открытых системах в результате самоорганизации могут возникнуть пространственные или временные структуры, хранящие информацию. Примерами могут служить лазер, создающий когерентное излучение, жидкости, образующие пространственные или временные структуры при нагревании, или химические реакции, в которых наблюдаются периодические пространственные спирали или концентрические волны. Процессы самоорганизации в открытых системах изучаются синергетикой.

Информация в микро- и мегамире. В конце XIX в. в классической физике рассматривали нашу Вселенную как замкнутую систему и предсказывали, что ее ждет «тепловая смерть», когда молекулы и атомы равномерно распределятся в пространстве и какие-либо изменения и развитие прекратятся.

Однако современная наука установила, что некоторые законы классической физики, справедливые для макротел, нельзя применять для микро- и мегамира. Согласно современным научным представлениям, наша Вселенная является динамически развивающейся системой, в которой постоянно происходят процессы усложнения структуры.

Мы живем в макромире, т.е. в мире, который состоит из объектов, по своим размерам сравнимых с человеком. Обычно макрообъекты разделяют на неживые (камень, льдина и т.д.), живые (растения, животные, сам человек) и искусственные (здания, средства транспорта, станки и механизмы, компьютеры и т.д.).

Макромир. Гулливер в стране лилипутов

Рис. 1.2. Макромир. Гулливер в стране лилипутов

Макрообъекты состоят из молекул и атомов, которые в свою очередь состоят из элементарных частиц, размеры которых чрезвычайно малы. Этот мир называется микромиром.

Микромир. Атом водорода и молекула воды

Рис. 1.3. Микромир. Атом водорода и молекула воды

Мы живем на планете Земля, которая входит в Солнечную систему, Солнце вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный путь, а миллиарды галактик образуют Вселенную. Все эти объекты имеют громадные размеры и образуют мегамир.

Мегамир. Солнечная система

Рис. 1.4. Мегамир. Солнечная система

Согласно теории Большого взрыва, Вселенная образовалась около 15 млрд лет тому назад в результате взрыва «первоматерии». В первые мгновения материя существовала фактически в форме энергии, а затем на протяжении долей секунды начало образовываться вещество в форме элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и др.).

В следующий миллион лет основные события развивались в микромире. Из разлетающихся во все стороны элементарных частиц образовывались атомы, т.е. из хаоса возникали системы с более сложной структурой. Сначала образовывались атомы самых легких химических элементов (водорода и гелия), а затем и более тяжелых элементов.

В мегамире в течение последующих миллиардов лет под действием сил гравитационного притяжения из хаоса гигантских облаков пыли и газа формировались сложные структуры — галактики. Наша Солнечная система, в которую входит планета Земля, образовалась около 5 млрд лет тому назад и вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный путь.

На поверхности планет стали происходить химические реакции, в результате которых из атомов образовывались более сложные системы — молекулы веществ. В том числе молекула воды, которая состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Развитие Вселенной

Рис. 1.5. Развитие Вселенной: от первоначального хаоса к сложным системам

Атом водорода и молекула воды

Рис. 1.6. Атом водорода и молекула воды

Большой взрыв — http://universem.com/wp-content/uploads/2013/02/ bolshoyvzry v.j pg

Контрольные задания

  • 1. Попробуйте привести примеры перехода от хаоса к порядку (увеличения информации) в неживой природе.
  • 2. Попробуйте привести примеры перехода от порядка к хаосу (уменьшения информации) в неживой природе.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы