Связь между энтропией и информацией

Содержание

 

 

Введение…………………………………………………………………………….3

1. Понятие информации. Её место в природе………………………………...4
2. Значение энтропии………………………………………………………….11

Заключение………………………………………………………………………...16

Список использованной литературы…………………………………………….17

 

 

 

Введение

 

Трудно найти понятия  более общие для всех наук (не только естественных) и, вместе с тем, иногда носящих оттенок загадочности, чем энтропия и информация. Отчасти  это связано с самими названиями. Если бы не звучное название “энтропия” осталась бы с момента первого рождения всего лишь “интегралом Клаузиуса”, вряд ли она бы не рождалась вновь и вновь в разных областях науки под одним именем. Кроме того, ее первооткрыватель Клаузиузус, первым же положил начало применению введенного им для, казалось, бы узкоспециальных термодинамических целей понятия к глобальным космологическим проблемам (тепловая смерть Вселенной). С тех пор энтропия многократно фигурировала в оставшихся навсегда знаменитыми спорах. В настоящее время универсальный характер этого понятия общепризнан и она плодотворно используется во многих областях.

    Целью данной работы является выявление связи между энтропией и информацией.

Задачи данной контрольной работы:

- определить сущность информации в живой и неживой природе;

- определить значение энтропии;

 

 
 
 1. Понятие информации. Её место в природе.

 

     Информация (от лат. informatio — осведомление, разъяснение, изложение, от лат.informare — придавать форму) — в широком смысле абстрактное понятие, имеющее множество значений, в зависимости от контекста. В узком смысле этого слова — сведения (сообщения) независимо от формы их представления.

     Источники, средства хранения и передачи данных и информации одни и те же — это вызывает впечатление, что это слова синонимы, но различить их легко, если понимать, что информация — это структурированная (имеющая форму) часть «объёма» данных. Часто информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют, например сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т. п. «Информировать» в этом смысле означает «сообщить нечто, неизвестное раньше». Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы. Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертеж, радиопередача и т. п.) может содержать разное количество информации для разных людей в зависимости от их накопленных знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему. Так, сообщение, составленное на японском языке, не несет никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно.

 

 

Информация как природное  явление

 

     Начнём с простенького примера. Луна, космический спутник Земли. В полнолуние мы видим желтый круглый диск Луны, т.е. получаем информацию, что Луна круглая и желтая. Форма круга образована материальным веществом Луны, и в этом материальность и объективность этого физического свойства Луны. Вместе с тем, круг как некая гладкая, замкнутая кривая линия (множество точек равноудалённых от центра) – содержание этой информации, которое по своей сущности – бестелесно, нематериально, т.к. не обладает никакими физическими параметрами типа массы, энергии и т.п. Содержание информации, или просто информация, – самостоятельное явление. Именно это содержание-информацию приносит нам отражённый лунный свет, отделяя его от материальной Луны. И, разумеется, круг как содержательная суть данной информации, может быть передан и другими материальными средствами

     Другой пример. Луна обладает физическим свойством – массой. Которая существует, потому что существует материальный объект Луна. Величина массы (её качество и количество) влияет, как известно, на океанские приливы и отливы на Земле, отделяясь от своего источника в виде информации и передаваясь через гравитационное поле. Ко всему представленному отметим, что информация, её форма и содержание, существуют объективно, как и сам материальный объект. Круг Луны, как и её масса, существуют независимо от того, находиться Луна под наблюдением или нет. Всемирная материя организована в разные материальные объекты, обладающие структурой, формой, размерами, массой, энергией и другими материальными, физическими параметрами. Можно сказать так: материя существует в форме организации различных объектов и их частей, а также отношений между ними. Это всё и является источником природной информации.

     Можно сказать и чуть по-другому. Информация существует потому, что наш мир некоторым образом организован, упорядочен, а не представляет собой хаос, неподдающейся описанию. Отсутствие хоть какой-то организации не позволяет, и выражать что-либо. И, напротив, чем больше организация какого-либо объекта, тем большую информацию он в себе содержит. Такой подход к пониманию информации находит подтверждение в математической Теории Информации, согласно которой физическое понятие энтропии, как меры беспорядка, является мерой противоположной информации. Чем больше энтропия, тем меньше информация, и наоборот: информация возрастает, когда убывает энтропия и повышается организация.

     Информация – это как бы сама «чистая организация», отстранённая от своего материального носителя, без которого физически она, конечно, не существовала бы. Включая, разумеется, любую его организацию, как в целом, так и по самым мелким частностям, свойства этой организации, т.е. характеристики в целом и по деталям.

     Следующий момент в понимании явления природной информации заключается в том, что материальные объекты, так или иначе, вступают во взаимодействие друг с другом. Взаимодействие материальных объектов обеспечивается энергией, а ход взаимодействия, процесс его протекания, определяется свойствами участников процесса. Изменения параметров материальных объектов следствии взаимодействия адекватны свойствам их участников. При определённых условиях происходит отражение организации одного объекта в другом. При этом материальный объект, являющийся источником информации, не должен существенно изменяться во время взаимодействия, иначе отразиться не его первоначальная организация, а нечто другое, которое, впрочем, тоже может быть некой характеристикой. Материальный объект, принявший информацию, должен в своих изменениях адекватно отразить передаваемую организацию. Такой объект оказывается носителем информации от первого объекта. Таким образом, передача информации происходит не при любых взаимодействиях, а лишь тогда, когда материальные объекты и сам процесс взаимодействия обладают соответствующими характеристиками. Рассмотренный процесс отражения дал повод для следующего известного определения информации: Информация – есть отражение одного материального объекта в другом.

     Свойства материальных объектов, по определению, даваемому физиками, есть проявления при взаимодействиях. Свойства – неотъемлемые атрибуты объекта и естественно остаются при нём, а информация, представляющие эти свойства и отраженные в носителе информации, удаляются от своего источника. Природная информация – самостоятельное явление; она может отделяться от своего источника. Более того, информация может быть и в то время, когда её источник прекратит своё существование. Например, свет от погасшей звезды.

     Существует мнение, что информацией следует называть только отраженные свойства материального объекта в носителе информации, а сами по себе свойства не считать информацией – они только её источник. Однако любой материальный объект и его свойства есть результат предшествующих, породивший его взаимодействий и, следовательно, по этой логике - свойства есть отражение этих взаимодействий, а сам материальный объект есть носитель этих отражений, т.е. информации. Таким образом, любой материальный объект есть носитель информации о самом себе.

     Природная информация объективна, она не зависит от того, воспринимается кем-то или нет. Распространение информации в пространстве и времени определяется свойствами носителя информации.

Таким образом, свойства материального объекта дуальны  – они материальны, потому что  являются атрибутами материальных объектов, обеспечивающих их взаимодействие, и нематериальны, так как являются содержанием информации о самом себе.

     Из всего сказанного можно сделать следующие заключения:

- Свойства материальных  объектов и явлений – это  информация.

- Информация передается  при взаимодействиях материальных  объектов.

Информация, по общей идее есть фундаментальное свойство материи существовать в определенном виде.

Мир дуален. Он одновременно материален и нематериален. Его материальность определяется его материальными  свойствами проявляющимися при взаимодействии объектов материи. Его нематериальность определяется тем, что он информативен.

 

Форма и содержание

 

     Информация обладает формой и содержанием. Форма – это способ материального существования информации. Форма определяется, в первую очередь, физической природой носителя информации. Свет, электричество, воздух, вещественные предметы и т.д. Далее, форма определяется характером изменений свойств носителя информации и, наконец, способом кодирования информации.

     Природная информация имеет так называемую аналоговую форму, при которой источник информации вызывает в носителе информации изменения параметров аналогичные по характеру информации источника. Свет, отраженный от поверхности освещённого объекта, модулируется по яркости и спектру в точном соответствие с рельефом этого объекта. Колебания воздуха, переносящего звуковую информацию, повторяют закономерность упругих колебаний твердой поверхности объекта. Зрение и слух человека непосредственно воспринимают аналоговую информацию, которая затем преобразуется в форму, приспособленную для передачи по нервной системе в мозг, где приобретает форму удобную для обработки и запоминания информации.

     Содержание – это нематериальное явление, «чистая» информация, не имеющая физических параметров типа массы, энергии, физических размеров и т.п.

     Рассмотрим, например, световую информацию. Скажем, любой предмет, камень или планета, освещенные солнцем, модулирует отраженные лучи по яркости и цветовому спектру своей формой и характером поверхности. Т.е. своими поверхностными свойствами или информацией о поверхности предмета. Информация, но уже не свойства, содержащаяся в отражённом свете, поступает в глаза смотрящего, человека или животного, преобразуется в нервные импульсы и по нервам поступает в мозг, где, возможно, тоже преобразуется по форме, удобной для обработки в мозгу. Таким образом, одно и то же содержание информации – вид объекта – переходит при передаче из одной формы в другую.

     Природную информацию человек воспринимает посредством своих органов чувств. Как определяла прежняя материалистическая философия: “материальный мир дан нам в ощущениях”. Основатель кибернетики Норберт Винер определил такую информацию как «обозначение содержания, полученного от внешнего мира, в процессе приспособления к нему человека». С развитием науки природная информация стала доступна не только непосредственным ощущениям – научно-технические приборы раздвинули диапазоны получаемой природной информации. Например, радиоактивные излучения, недоступные обычному ощущению, стали дополнительным носителем природной информации, сущность которой от этого, впрочем, не изменилась. С проникновением в микромир информация о природе нашего мира существенно увеличилась. Двойственная корпускулярно-волновая природа микрочастиц принесла новый вид информации. Однако повторим, сущность природной информации не изменилась – она нематериальна и представляет собой реальный материальный мир.

     Мир дан в информации, а информация – это атрибут мира определять себя.

 

 

Информация в органическом мире и живой природе

 

     Материальный мир, изменяясь и развиваясь, принимает все более сложные организационные формы. Это происходит по совокупности причин. Прежде всего, потому, что движение – фундаментальное свойство материи. Всё движется, всё изменяется. Движение обеспечивается всемирной энергией, являющейся, по сути, первоосновой всего сущего. В процессе этого движения, в соответствие со свойствами материальных объектов и конкретных условий их взаимодействия, закономерно и в то же время случайно могут образоваться новые объекты. Например, не вдаваясь в историю образования планет, можно уверено утверждать, что их шарообразность закономерно связана с вращением и действием центростремительных сил в момент образования. А вот число планет, скажем в солнечной системе, величина случайная – планет, в принципе, могло быть и меньше, и больше, чем есть сейчас - никакими законами это не обусловлено. Следующий момент заключается в том, что вновь образуемые объекты могут быть устойчивыми или неустойчивыми образованиями. Поэтому далеко не всякое новое образование остаётся существовать в условиях постоянного движения и изменения материи. Если его свойства оптимально приспособлены под конкретные условия, то это обеспечивает ему и определённое закономерное существование. И, напротив, подавляющее большинство взаимодействий не заканчиваются образованием чего-то нового. Например, случайное появление в солнечной системе планеты на орбите Земли, способствовало (возможно, наряду с рядом других условий) появлению соответствующих климатических и иных условий, закономерно вызвавших появление жизни на Земле. В то же время возникновение условий, способствующих жизни, вследствие великого разнообразия материи крайне маловероятно. Принцип приспособления и выживания в условиях противоборствующих сил, лежащий в основе дарвинизма, представляется мне всеобщим правилом существования материальных объектов.

     Возвращаясь к теме информации, отметим, что образование более сложных организационных форм вызывает рост и количества, и качества информации. Более того, развиваются иные способы её существования и передачи. Основа биологической жизни – органическая клетка передаёт информацию о себе не через другой по природе носитель информации, а через свой собственный рост и деление. Здесь живая природа не стала рассчитывать на чужеродные носители информации, а, повторяя свою структуру, обеспечила полную передачу необходимую ей для жизни информацию. Биологическая передача информации демонстрируют совпадение содержания и формы информации. В неорганической природе таким свойством обладает, например, информация запахов. Внутри живых организмов информация передаётся гормонами и другими химико-биологическими агентами.