|
ФPAГMEHT. Взаимное влияние между информационными, термическими, электрическими, магнитными, диффузионными, химическими и другими явлениями описывается соотношениями взаимности (16) — (18) четвертого закона. Потери информации при переносе заряда характеризуются законом диссипации (19) — пятый закон. Потери (утечка) информации при ее хранении в емкости обусловлены наличием недостаточно совершенной изоляции. Для повышения потенциала информации надо пользоваться приемами, которые обычно применяются в аналогичных ситуациях для повышения температуры, давления, электрического потенциала и т. д.
Как видим, предлагаемое автором толкование информационных явлений ставит их в один ряд с другими физическими явлениями. Это позволяет пользоваться в теории информации весьма общим и чрезвычайно эффективным аппаратом термодинамики необратимых процессов, устраняет многие неясности, вызванные прежним подходом, и раскрывает новые свойства информации.
Заключим круг разбираемых вопросов следующими замечаниями, имеющими принципиальное значение. Благодаря применению таких понятий, как заряд, потенциал, работа, емкость, проводимость и т. д., термодинамика позволяет находить общие черты в самых разнородных физических явлениях. Именно это поставило термодинамику на первое место среди феноменологических наук и снискало ей славу королевы наук. Однако иногда, опираясь на это свойство термодинамики, пытаются делать обобщения и находить общие черты там, где этого делать совсем нельзя и где это приносит больше вреда, чем пользы. В первую очередь здесь имеется в виду понятие энтропии и связанные с ним обобщения.
Чтобы лучше уяснить затронутый вопрос, приведем соответствующие примеры. В работах [1] и |[5] показано, что при изучении механических, гидродинамических, фильтрационных, диффузионных, фазовых, химических и других явлений в качестве заряда и потенциала можно выбирать либо объем и давление, либо массу и химический потенциал. Например, поток жидкости в канале можно определить либо с помощью объема и градиента давления, либо с помощью массы и градиента химического по-
тенциала (при этом химический потенциал легко выражается через давление). Физическая суть рассматриваемого гидродинамического явления настолько ясна и наглядна, что никому не приходит в голову объяснять движение жидкости химическими реакциями только на том основании, что процесс течения описывается посредством введения химического потенциала.
Совсем другая картина наблюдается в термических, информационных и некоторых других явлениях, где употребляемые понятия не обладают необходимой наглядностью. Там внешнее сходство применяемых терминов и понятий часто приводит к неправильным выводам о существе изучаемых явлений.
Так, например, первоначально введенное Клаузиусом феноменологическое понятие энтропии соответствует величине, которая характеризует термические свойства (состояние) системы в условиях равновесия. В условиях не-равновесности относительно этого понятия известно только то, что энтропия возрастает. Вслед за Клаузиусом Больцман иПланкна основе статистических соображений нашли параметр 5 (формула (68)), равный логарифму вероятности состояния системы. Этому параметру было присвоено наименование энтропии. В теории информации функцию Шеннона (формула (69)) также называют энтропией.
Однако надо отдавать себе ясный отчет в том, что, несмотря на тождественность применяемых терминов, все три перечисленные величины относятся к различным по сути дела явлениям (первая величина характеризует феноменологические свойства — состояние — системы в условиях равновесия, вторая — процессы обмена между гипотетическими микрочастицами, а третья—вероятность осуществления определенных событий) и их ни в коем случае нельзя отождествлять.
Особенно много поспешных выводов сделано на основе сопоставления энтропии Шеннона с энтропиями Клаузиуса и Планка. В частности, многих беспокоит знак минус в выражении (69); они приходят к заключению, что в явлениях информации, а следовательно, в мышлении (и в обществе), которое имеет дело с информацией, и значит, в живом организме, который порождает мышление, определенные процессы протекают с уменьшением энтропии, т. е. в направлении, обратном тому, которое наблю-
дается в окружающей нас неживой природе. Иными словами, они предполагают, что в живом организме не действуют известные физические и химические (т. е. термодинамические) законы. В частности, в этом предположении они видят ключ к разгадке тайны Вселенной о том, где конденсируется (в смысле вновь приобретает высокий потенциал) рассеиваемая в мировом пространстве лучистая энергия (роль такого конденсатора приписывается растительному покрову планеты).
Этому заблуждению способствует то обстоятельство, что в свое время Щредингер ввел понятие отрицательной энтропии N («негаэнтропия»), которая равна энтропии 5 со знаком минус (N = —S) [14].
В действительности упомянутые выводы есть следствие недоразумения, вызванного ошибочным отождествлением различных по физической природе понятий, которым придана похожая форма словесного и отчасти аналитического выражения.
Нельзя рассматривать знак минус в выражении (69) для явлений информации как свидетельство того, что они протекают в обратном (по сравнению с остальными) направлении. Более того, «проблемы минуса» на самом деле вообще не существует, так как этот знак поставлен именно потому, что произведение Pi log2 Pi всегда отрицательно ([15], стр. 254). В результате функция Шеннона S оказывается положительной.
Негаэнтропия Шредингера принципиально ничего нового по сравнению с энтропией в себе не содержит. Это просто удобный прием для более наглядного описания некоторых явлений. Ведь не составляет труда процессы теплообмена рассматривать не в терминах переноса теплоты, а в терминах переноса холода, причем холод есть минус теплота. Означает ли такая новая терминология, что с момента ее принятия все процессы теплообмена фактически пойдут в обратном направлении? Нет, конечно. Процессы остаются теми же самыми, но условные потоки тепла и холода имеют противоположные направления.
Термодинамический анализ показывает, что накапливаемая в растениях энергия не раскрывает никаких тайн Вселенной. Растения аккумулируют лишь ничтожную долю излучаемой энергии, причем с очень малым коэффициентом полезного действия и при неукоснительном соблюдении пятого закона термодинамики — закона дисси-
пации. Об обратном ходе процессов (с уменьшением энтропии) при накоплении растениями солнечной энергии нельзя говорить в такой же мере, в какой нельзя этого делать при рассмотрении процессов плавления твердых тел и испарения жидкостей, а также при рассмотрении химических реакций, протекающих с поглощением или выделением теплоты. Как и в растениях, накопленная твердыми, жидкими и газообразными телами теплота при определенных условиях выделяется.
Законы термодинамики едины для всех явлений, включая информационные, поэтому надо искать объяснение тому, что происходит в живых организмах, именно в этих законах. Некоторые идеи, связанные с расшифровкой информационных явлений, были рассмотрены выше.
Для преодоления имеющихся затруднений и устранения существующих неясностей надо, по мнению автора, прежде всего навести порядок в понятиях и терминологии. Для явлений каждого рода (для каждой данной степени свободы системы) следует пользоваться своими определенными понятиями заряда и потенциала и своей особой терминологией.
Что касается термических явлений, то десять лет назад (в первом издании книги [2] и последующих работах) автор ввел феноменологическое понятие термического заряда, который является одновременно параметром состояния и субстратом переноса при взаимодействии тел природы. Эта величина характеризует термические явления при самых разнообразных условиях — равновесных и неравновесных, стационарных и нестационарных (она включает в себя как частный случай свойства энтропии Клаузиуса). За нею целесообразно сохранить наименование термического заряда. Энтропии Планка можно по праву оставить прежнее название — энтропия. Функция Шеннона — это информационный потенциал (или заряд), но никак не энтропия.
В ближайшее время по мере внедрения термодинамики необратимых процессов в химию придется массе и химическому потенциалу также присваивать различные названия, отвечающие конкретной специфике изучаемых явлений (например, химическая масса и химический потенциал, диффузионная масса и диффузионный потенциал, фазовая масса п фазовый потенциал и т. п.). KOHEЦ ФPAГMEHTA KHИГИ. |
