Физика и информатика

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

По мнению автора, информационная интерпретация квантовой механики является плодом недопонимания характера интердисциплинарных связей между квантовой механикой и информатикой. Информатика действительно актуальна для квантовой механики, но лишь в порядке проведения физико-компьютерного моделирования. В этом случае концепты информатики выступают символами концептов квантовой механики. Но замещение… Читать ещё >

Физика и информатика (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Связь физики с информатикой ныне широко известна. По поводу же характера этой связи существуют большие разночтения. Отчасти они объясняются недостаточно четким определением концептуального устройства информатики. Согласно анализу автора, оно состоит в следующих концептуальных переходах:

алгоритмы вычислений > парадигмы программирования > > языки программирования > программное обеспечение > > аппаратное обеспечение.

В информатике основным понятием является концепт вычислимой функции, который фигурирует в составе некоторого алгоритмического процесса, в частности машины Тьюринга, лямбдаисчисления, исчисления посредством рекурсивного процесса. Все эти концепты по степени своей универсальности подобны концептам логики и математики, иначе говоря, они являются классами эффективных отношений, которые характерны для многих наук и имеют по существу формальный характер.

После сделанных разъяснений ясно, что, наращивая свой модельный вес, физика, не ограничиваясь обращением к логике и математике, вынуждена непременно развивать физико-компьютерное моделирование^[1]. Оно соответствует концептуальному статусу физики, который нуждается в понятии вычислимой функции. Она должна быть обработана максимально эффективным образом, а соответствующие операции являются прерогативой информатики.

Обращаясь к информатике, физик, естественно, должен в определенной степени ориентироваться в ней. Только в таком случае он способен сделать эффективный выбор алгоритма вычислений, парадигмы программирования (объектно-ориентированной или какой-то другой), языка программирования, программы, с которой связаны многочисленные нюансы, аппаратного обеспечения.

Когда ученый реализует физико-математическое моделирование, то он ориентируется на избранные математические теории, такие, которые находятся в максимально органическом взаимно-однозначном соответствии со спецификой изучаемых физических явлений. Аналогичную операцию он осуществляет и при физико-компьютерном моделировании. На этот раз на карту ставится престиж компьютерных теорий как символического представления физических процессов. Эти теории, как и любые другие научные концепции, изобилуют многочисленными проблемами^[2], которые часто выливаются в вопрос скептика: «А следует ли доверять компьютерным вычислениям?». Автор ответил бы так: «Следует, если проводимое физико-компьютерное моделирование эффективно в контексте достижений физики». Подобно своему физико-математическому аналогу физико-компьютерное моделирование эффективно лишь в случае его концептуальной содержательности. Именно поэтому стадии физико-компьютерного моделирования предшествует тщательная концептуальная подготовка^[3].

Крайне существенно, что физико-компьютерное моделирование актуально для всех этапов познавательного процесса: и для дедукции, и для аддукции (эксперимента), и для абдукции, и для индукции. Благодаря нему физика видится в новом свете. В частности, актуально, что происходит визуализация физических концептов. То, что присутствует на дисплее, является визуальным образом физических концептов.

Огромный поток литературы, посвященной единству физики и информатики, по мнению автора, чрезвычайно разнороден. Необходимо проводить четкое различие между четырьмя проектами, а именно: а) физико-компьютерным моделированием, б) информационно-физическим моделированием, в) информатикализмом, г) определением эффективных физических механизмов, необходимых для осуществления операций вычисления.

Выше подчеркивалась актуальность физико-компьютерного моделирования для физики. Что касается компьютернофизического моделирования, то оно проводится в интересах информатики и, следовательно, не является уделом физики. Наиболее часто информатику сопоставляют со статистической физикой. Информатики, интересующиеся методологическими проблемами, нередко рассматривают физику в качестве образца для информатики. При этом они, по сути, занимаются не чем иным, как компьютерно-физическим моделированием. К нему же можно отнести поиск новых физических механизмов в качестве символов вычислительного процесса. В этой связи, как известно, ведутся интенсивные работы по созданию квантовых компьютеров^[4].

Информатикализмом является абсолютизация информатики, в частности, сведение физических процессов к информации. Ясно, что информатикализм является неадекватной характеристикой физико-компьютерного моделирования.

Примером информатикализма является концепция «it from bit» (всё из бита, т. е. из информации), предложенная Дж. Уиллером: «Всё из бита. Иными словами, всё сущее — каждая частица, каждое силовое поле, даже сам пространственно-временной континуум — получает свою функцию, свой смысл и, в конечном счете, самое свое существование — даже если в каких-то ситуациях не напрямую — из ответов, извлекаемых нами с помощью физических приборов, на вопросы, предполагающие ответ „да“ или „нет“, из бинарных альтернатив, из битов. „Всё из бита“ символизирует идею, что всякий предмет и событие физического мира имеет в своей основе — в большинстве случаев в весьма глубокой основе — нематериальный источник и объяснение; то, что мы называем реальностью, вырастает в конечном счете из постановки „да-нет“ вопросов и регистрации ответов на них при помощи аппаратуры; кратко говоря, все физические сущности в своей основе являются информационно-теоретическими. Вселенная же для своего бытия необходимо предполагает наше участие»^[5].

Одно дело утверждать актуальность информатики для интерпретации квантовой механики, другое — предложить соответствующую именно информационную, а не физическую, систему концептов. Показательны в этом смысле усилия Р. Клифтона, Дж. Баба и X. Халворсона. Они вводят три аксиомы для информации (которые я упростил в допустимых пределах. — Прим. авт.)^[6]:

1) информация между системами не может передаваться со скоростью больше скорости света;
2) невозможно копировать информацию;
3) невозможно передавать информацию абсолютно безопасно.

Эти аксиомы дополняются требованием квантификации информации. На основании четырех положений воспроизводится квантовая механика. Но это воспроизведение, как показывают критики информационной интерпретации, оказывается мнимым^[7]: не исчезает потребность в динамической теории, которая позволяла бы объяснить механизм физических процессов.

Автор детально ознакомился с несколькими вариантами информационных интерпретаций и всякий раз обнаруживал одну и ту же картину. Во-первых, вводимые вроде бы информационные постулаты на самом деле в скрытом виде содержат положения квантовой механики (сравните приведенные выше аксиомы с физическим знанием). Во-вторых, даже при этом условии желание обойтись аппаратом информатики неминуемо приводит к сужению физической перспективы. В-третьих, возникает необходимость в подлинной физике, не редуцированной к положениям другой науки, в данном случае к информатике.

Выводы

1. Для физики актуально физико-компьютерное моделирование.
2. Информатикализм, а именно уподобление мира физических явлений информации, не состоятелен.

[1] Физико-компьютерное моделирование — это синоним физико-информационного моделирования.
[2] Immerman N. Computability and complexity // URL: plato. stanford.edu/entries/computability/.
[3] Ср.: Друкарев Е. Г. Атомная физика: вычисления на компьютерах и теоретический анализ // Успехи физических наук. 2007. Т. 177. № 8. С. 877−887.
[4] Валиев К. А. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления // Успехи физических наук. 2005. Т. 175. № 1. С. 3−39.
[5] Wheeler J. A. Information, physics, quantum: the search for links // Zurek W. Complexity, Entropy, and the Physics of Information / Ed. Zurek W. Redwood city, CA: Addison-Wesley. 1990. P. 5.
[6] Clifton R., Bub J., Halvorson H. Characterizing quantum theory in terms of information-theoretic constraints // Foundations of Physics. 2003. Vol. 33. No. 11. P. 1561.
[7] Hagar А., Нетто M. Explaining the unobserved — why quantum mechanics is not only about information // Foundations of Physics. 2006. Vol. 36. No. 9. P. 1295.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой