Информация и энтропия

Министерство образования и науки РФ Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный технический университет Реферат по философии

«Информация и энтропия»

Выполнил: Григорьев Д. Е Проверила: Кузьмичева А.А.

Иркутск 2010 г.

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.

Ещё более показательным будет следующий пример. Отражённые от поверхности предмета лучи попадают в объектив видеокамеры, в которой преобразуются по форме в аналоговый электрический видеосигнал; затем преобразуются в цифровой видеосигнал; далее в радиосигнал; а приёмной антенне опять в электрический сигнал, в телевизоре и в кинескопе в модуляцию лучей кинескопа; затем в изображение на экране кинескопа; далее свет от экрана кинескопа идёт в глаза смотрящего.

Эти примеры показывают как содержание информации, несмотря на длинный путь преобразований её формы, остается тем же самым, подтверждая этим существование «чистой» нематериальной, бестелесной информации.

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

Материальный мир, изменяясь и развиваясь, принимает все более сложные организационные формы. Развитие, я понимаю, как процесс направленного изменения материи, приводящего к её более сложным качественным формам. 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.

Особое место в жизни организмов занимает передача информации для воспроизводства организмов. Природа прибегла к дополнительным переносчикам информации в виде семян или яиц. Однако какому бы препарированию их не подвергнуть, невозможно обнаружить в них уменьшенные копии, гомункулы, будущих организмов. Информация о них оказывается, запрятана в структуре нуклеиновых кислот. Более того, она не просто запрятана, а содержится в виде ПРОГРАММЫ развития эмбриона и затем живого организма, растущего при соответствующем питании и подходящих внешних условиях. Оказывается, природная информация может передаваться не только аналоговым способом, как это было в вышеизложенных примерах, но и иным образом — в виде программы развития. Форма программы — гены, расположенные в двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты, а содержаниепрограмма развития плода.

Следующая ступень передачи информации возникает с жизнью живых организмов. Их существенной особенностью является создание органов, воспринимающих информацию. Простейшие одноклеточные организмы грубо реагируют на температуру, давления и другие простые изменения параметров окружающей среды. Однако с ростом сложности организмов, возникают специализированные органы восприятия информации, нервная система и централизованный орган или органы обработки информации — мозги. Информация, воспринимаемая органами чувств организма приобретает форму, удобную для передачи по нервной внутренней системе к мозгу. Там, очевидно, информация приобретает также иную форму, удобную для обработки и мозг запоминает и выдаёт решение в виде новой информации, управляющей реакцией организма.

Информация в кибернетике

Основоположник кибернетики Норберт Винер говорил об информации так:

Информация есть информация, а не материя и не энергия. То есть Винер относил информацию (в теоретико-информационном понимании этого термина) к фундаментальным понятиям, не выводимым через более простые. Что, впрочем, не мешает нам пояснять смысл понятия информация на конкретных примерах и описывать её свойства. Например, если в ходе взаимодействия между объектами один объект передаёт другому некоторую субстанцию, но при этом сам её не теряет, то эта субстанция называется информацией, а взаимодействие — информационным.

Свойства информации

Качество информации — степень её соответствия потребностям потребителей. Свойства информации являются относительными, так как зависят от потребностей потребителя информации.

Объективность

Объективность информации характеризует её независимость от чьего-либо мнения или сознания, а также от методов получения. Более объективна та информация, в которую методы получения и обработки вносят меньший элемент субъективности.

Полнота

Информацию можно считать полной, когда она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения набор показателей. Как неполная, так и избыточная информация снижает эффективность принимаемых на основании информации решений.

Достоверность

Достоверность — верность информации, не вызывающая сомнений. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Причинами недостоверности могут быть:

— преднамеренное искажение (дезинформация);

— непреднамеренное искажение субъективного свойства;

— искажение в результате воздействия помех;

— ошибки фиксации информации;

— В общем случае достоверность информации достигается:

— указанием времени свершения событий, сведения о которых передаются;

— сопоставлением данных, полученных из различных источников;

— своевременным вскрытием дезинформации;

— исключением искажённой информации и др.

Адекватность

Адекватность — степень соответствия реальному объективному состоянию дела.

Доступность

Доступность информации — мера возможности получить ту или иную информацию.

Актуальность

Актуальность информации — это степень соответствия информации текущему моменту времени.

Эмоциональность

Эмоциональность — свойство информации вызывать различные эмоции у людей. Это свойство информации используют производители медиаинформации. Чем сильнее вызываемые эмоции, тем больше вероятности обращения внимания и запоминания информации.

Классификация информации

Информацию можно разделить на виды по разным критериям.

Способ восприятия

Визуальная — воспринимаемая органами зрения.

Аудиальная — воспринимаемая органами слуха.

Тактильная — воспринимаемая тактильными рецепторами.

Обонятельная — воспринимаемая обонятельными рецепторами.

Вкусовая — воспринимаемая вкусовыми рецепторами.

Форма представления

Текстовая — передаваемая в виде символов, предназначенных обозначать лексемы языка.

Числовая — в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия.

Графическая — в виде изображений, событий, предметов, графиков.

Звуковая — устная или в виде записи передача лексем языка аудиальным путём.

Предназначение

Массовая — содержит тривиальные сведения и оперирует набором понятий, понятным большей части социума.

Специальная — содержит специфический набор понятий, при использовании происходит передача сведений, которые могут быть не понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках узкой социальной группы, где используется данная информация.

Личная — набор сведений о какой-либо личности, определяющий социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции.

Информация и энтропия

Информация и энтропия характеризуют сложную систему с точки зрения упорядоченности и хаоса, причем если информация — мера упорядоченности, то энтропия — мера беспорядка. Эта мера простирается от максимальной энтропии, т. е. хаоса, полной неопределенности до высшего уровня порядка.

Если система эволюционирует в направлении упорядоченности, то ее энтропия уменьшается. Итак, уровень организованности определяется уровнем информации, на котором находится система. Следовательно, количество информации, необходимое для перехода из одного уровня организации в другой (качественно более высокий), можно определить как разность энтропии. Уменьшение энтропии происходит в результате информационно-управленческого процесса за счет обмена с внешней средой веществом, энергией и информацией. Человек постоянно борется с энтропии ей информацией: «Мы плывем вверх по течению, борясь с огромным потоком дезорганизованности, которая в соответствии со вторым законом термодинамики стремится все свести к тепловой смерти — всеобщему равновесию и одинаковости, т. е. энтропии. В мире, где энтропия в целом стремится к возрастанию, существуют местные временные островки уменьшающейся энтропии — это области прогресса».

Заключение

В настоящее время не существует единого определения термина информация. С точки зрения различных областей знания, данное понятие описывается своим специфическим набором признаков.