8. Энергия эквивалент информации

1. Известно, что любой вид энергии не может существовать абстрактно. Конкретным видом энергии обладают вполне конкретные объекты. Энергия может переноситься только с помощью каких-то носителей (переносчиков) так же, как и информация.

Носителями энергии в различных системах взаимодействия являются различные объекты. В частности, в физической СВ носителем энергии являются электромагнитные волны, в механической - движущиеся тела, в химической СВ - пространственная структура химических соединений, в биологических СВ - аденозинтрифосфорная кислота и т.п.

Аналогично этому в информационных СВ информация содержится на самых разнообразных носителях - бумаге, пленке, жестких и гибких дисках, голограммах и т.п.

Если все перечисленные явления имеют в своей основе общую информационную природу, то можно предположить, что носители энергии в физических информационных системах допустимо рассматривать как носители информации, а саму энергию как форму информации.

2. Энергия условна или избирательна. Энергия одной СВ не всегда является энергией для другой СВ, если их носители несовместимы хотя бы по любой причине.

Информация тоже условна. То, что ново для одного может быть известно другому. Поэтому один и тот же информационный объект для разных объектов СВ представляет различную ценность. Информация на одном языке может быть понята пользователем и использована только при условии, что пользователь владеет этим языком, т.е. способен раскодировать эту информацию и преобразовать ее в понятную ему информацию.

Деньги считаются всеобщим эквивалентом. Путем покупки, которую можно рассматривать как способ взаимодействия, их всегда можно преобразовать в любое количество любого энергоносителя, а вместе с ним и энергии.

Следовательно, деньги можно преобразовать в любой вид энергии.

Вместе с тем деньги, прежде всего, являются носителями информации. Они являются информационными объектами ассоциативных финансово-денежных и экономических информационных систем взаимодействия в государстве. При этом они условны. Деньги одной страны не всегда являются деньгами в другой стране. Для того чтобы их использовать в другой стране, их надо обменять, т.е. преобразовать имеющуюся на них информацию в другую, понятную и принятую в этой стране.

3.Переход энергии из одной системы взаимодействия в другую возможен только с помощью специальных процессов и устройств, реализующих конкретный алгоритм (цепочку) преобразования (перекодирования или расшифровки) одного вида энергии в другой.

Аналогично и переход информации из одной СВ в другую также возможен только с помощью алгоритмов преобразования и специальных устройств, что есть также информация.

При этом должна строго соблюдаться цепочка преобразования информации.

Преобразование информации легче идет по иерархии сверху вниз. Первичные СВ, несущие более старшие по времени и более первичные виды энергии или информации, являются базовыми для младших, так как сами создают или образуют их, поэтому старшие виды информации легко вмешиваются в младшие и влияют на них.

Пример 1. Химические соединения могут быть разрушены действием первичных полей и ядерных объектов, но наоборот происходит крайне редко.

Пример 2. Биопрограммы мозга человека могут быть разрушены за счет действия объектов химических или биологических СВ на биосистему, создавшую эти программы. Работа мозга останавливается, если разрушается биологическая СВ в виде его тела. Сама биопрограмма непосредственным действием разрушить химические соединения не может, но, если она целенаправленно действует через цепочку различных преобразований, используя старшие или равные объекты в виде химических соединений, лекарств, и т.п., то она (биопрограмма) тоже может разрушить или блокировать действие любых химических объектов, в том числе и вредно воздействующих на её носитель.

В данном случае обратное воздействие на объекты старшей информационной системы происходит за счет использования дополнительных видов информации.

Если мы отождествляем энергию с информацией, то представляет интерес численное определение эквивалента единицы энергии и единицы информации.

Рассмотрим процесс переноса энергии при распространение электромагнитных колебаний в вакууме.

Предположим, что один квант энергии электромагнитной волны D Е будет эквивалентен конкретному объему информации D I равному ni битам информации

D I= ni

Количество информации, переносимое электромагнитной волной можно рассматривать как конкретное количество энергии, но для этого необходимо ввести переходную функцию Ki= Кi(ni,...) [дж/бит], зависящую от неизвестных пока нам параметров

D Е=Ki(ni,...).

Физически функция Ki - есть энергетический эквивалент одного бита информации (дж/бит).

Количество энергии, передаваемое одним квантом электромагнитного колебания, зависит от ее частоты и определяется произведением

D E = h * f,

где h - постоянная Планка (h=6.626176*10^-34; дж*с), величина, зависящая от размерностей частоты f и энергии Е.

Приравняв D E и D I, получим

h * f = Ki(ni,...).

Так как h = const, то приходим к отношению

f/Ki(ni,...) = 1/h = const.

Следовательно, функция Ki(ni,...) есть коэффициент пропорциональности для f. Так как мы считаем, что квант энергии эквивалентен только конкретному объему информации D Ii равному ni битам информации, то можно записать

D I=ni и Ki(ni,...)=Ki ni.

С учетом предыдущей записи получим

h f= Ki ni,

или

Кi=h ( f / ni ).

Можно было бы считать, что за одно колебание волны передается информация, равная одному биту. Тогда соотношение f / ni было бы равно единице,

f / ni=1

В случае справедливости данного предположения мы бы получили, что энергетический эквивалент одного бита информации был бы численно равен постоянной Планка, т.е.

Ki = h = 6.626176*10^-34 [дж/бит]

[ (дж * сек) * ( сек-1 / бит) ]=[дж /бит]

Следовательно, один бит информации имел бы энергетический эквивалент, равный постоянной Планка.

Забегая вперед, отметим, что в соответствии с гипотезами 1 и 2 раздела IX, передача одного полного периода волны электромагнитных колебаний осуществляется путем цикла обмена информации объемом в 16 бит. Но, собственно энергия волны содержится всегда в двух битах информации. Эта информация и будет выделяться при поглощении и демонтаже кванта электромагнитных колебаний.

Следовательно, энергетический эквивалент одного бита информации должен быть в два раза меньше постоянной Планка, т.е.

Ki = h / 2 = 3.313088 * 10^-34 [дж/бит]

Энергетический эквивалент информации позволяет по массе тела определить количество информации ее составляющей, а, следовательно, судить о степени сложности физического образования (тела).

Пусть масса тела равна М. Тогда, используя выражение Е = М с², найдем общее количество информации всех информационных систем, образующих это тело:

I = E / Ki = M с² / Ki

Представляет интерес оценка энергетического эквивалента 1 килограмма массы любого физического тела, который можно определить выражением

I_1кг = Мс²/Ki=1.0 * (2.99792458 * 10⁸)² / 3.313088 * 10^-34

I_1кг = 2,712741643859 * 10⁵⁰ [бит]

Как видим, пассивный информационный эквивалент массы тела всего 1 кг выражается фантастической цифрой 2,712741643859 * 10⁵⁰ [бит].

Оценим объем информации, которой управляет мозг человека.

Пусть количество нейронов в мозге равно 15 миллиардам. Допустим, что один нейрон представляет собой биопроцессор, который обрабатывает информацию со средней частотой альфа ритма, т.е. 15 герц. Тогда объем информации, которой управляет мозг в одну секунду (активная производительность мозга) составит

Ima=15 * 10¹² * 15 = 225 * 10¹² [бит/сек]

Если суммировать объем информации, сгенерированной мозгом за всю свою жизнь (в среднем 70 лет = 91980000 секунд), то мозг обработает (сгенерирует) только 2.1*10²² бит информации, что эквивалентно 0.763*10^-28 кг массы материального тела.

Эти оценки могли бы привести к парадоксальному выводу, что жизнь одного человека дает прирост массы Вселенной порядка 0.763*10^-28 килограмма. Вряд ли это так. Нужно учитывать, что новой информации мозг производит крайне мало. Обработка поступающей информации, т.е. ее трансформирование, это не всегда генерирование новых информационных структур, обладающих определенной энергетической ценностью. Не надо забывать, что энергия обладает свойством условности или относительной ценности. Это направление работ еще ждет своего исследователя.

Но, с другой стороны, если изложенное верно, то любой процесс генерирования (или даже размножения) новых информационных объектов, обладающих тем или иным энергетическим эквивалентом, должен порождать энергию и массу. Это дает основание с надеждой смотреть на возможность создания принципиально новых источников энергии.

Представляет интерес глубокое исследование процессов энерговыделения в микропроцессорных чипах или в мощных чипах памяти. Не исключено, что при работе компьютерного чипа в процессе генерирования новой информации и ее обработки там образуется дополнительная энергия. Целесообразно исследовать энергетический баланс компьютерных чипов с учетом энергии входящих и исходящих информационных потоков. Возможно, там выделяется немножко больше энергии, чем должно выделяется только за счет чисто физических процессов (джоулева тепла, нагрева СВЧ и т.д.).

С этой же точки зрения представляет интерес процесс стирания информации с ячеек чиповой памяти, который должен быть аналогичен процессу горения химических веществ, когда в результате горения разрушается сложная пространственная информационная структура сгораемого объекта и вещества и выделяется свободная энергия, которую мы, в конечном итоге, фиксируем в виде тепла. Не исключено, что на принципе записи-стирания информации на специальных чипах памяти можно будет создать принципиально новые аккумуляторы энергии и т.п.

Рассмотрим процесс преобразования информации из одной системы взаимодействия в другую.

Пусть система 1 характеризуется набором объектов N1, а система 2 набором объектов N2. Если какой либо информационный объект системы 1, с помощью информационной системы 3, преобразуется в информационный объект системы 2, то, в результате этих преобразований, объектам системы 1 ставятся в соответствие объекты системы 2. Образ, полученный в системе 2, будет отличаться от оригинала в системе 1. Отличия образа от оригинала можно назвать деформацией информационного объекта или деформацией информации. Деформация образа будет зависеть от эквивалентности объектов взаимодействующих систем, свойств системы 3 и множества других факторов.

Например, при переводе текста с одного языка на другой, как правило, не достигается абсолютного соответствия переведенной информации оригиналу. При повторном переводе того же текста на язык оригинала возникают уже заметные расхождения. Это изменение первичной информации является ее деформацией. Для того чтобы перевести текст (информацию) из одного состояния в другое, должна существовать третья промежуточная система взаимодействия, которая способна взаимодействовать с обеими системами, для чего она должна иметь необходимую информацию об обеих системах и о правилах преобразования информации.

Степень деформации исходной информации зависит от системы взаимодействия, осуществляющей взаимодействие с обеими системами. При деформации информации происходит потеря части первичной информации и восстановление недостающих фрагментов из объектов, имеющихся в той системе, куда информация передается.

Если объект полностью отражается в новую систему взаимодействий, то там создается фактически новый объект, ассоциативно связанный со своим оригиналом. Так как отражаемый объект создается из квантов системы, в которой появляется объект, то этот процесс потребляет кванты этой системы, а значит, потребляет энергию, так как кванты любой системы создаются из объектов более старшей системы.

Если объект переносится в новую систему взаимодействия или поглощается ею, а это возможно, если составляющие этот объект кванты смогут взаимодействовать с элементами новой системы, т.е. являются родственными им, то разрушение переносимых информационных структур может быть охарактеризовано как выделение энергии, а восстановление информационных структур поглощаемого объекта, как расходование энергии.

Рассмотрим житейский пример, когда ребенок вначале собрал игрушку из конструктора, т.е. создал конкретный объект, а затем разбирает его. Очевидно, что при разборке игрушки на детали в физической системе взаимодействий разрушается информация о взаимном расположении объектов - элементов конструктора.

Если мы признаём, что информация имеет эквивалент энергии, то следует признать, что при разборке (демонтаже, разрушении) любого объекта будет выделяться энергия за счет разрушения информации, содержавшейся во взаимном расположении элементов разрушаемого объекта. Вид энергии, в который преобразуется выделяющаяся (уничтожаемая) информация будет зависеть от вида разрушаемого объекта. Например, при взрыве химического соединения, его структура, как информация о взаимном расположении молекул, разрушается. Образуется несколько более простых структур. В результате этого выделяется энергия в виде теплового и механического движения молекул продуктов взрыва.

Общее количество выделившейся энергии (информации) зависит от сложности структуры, количества объектов и степени их разрушения. Сравним. В детском конструкторе деталей и связей мало, поэтому потеря информации при демонтаже игрушки невелика и выделения энергии мы не ощущаем, хотя и понимаем, что потеря информации при разборке игрушки все-таки есть. При разрушении (взрыве, горении) химического соединения такого же объема, энергии выделится значительно больше - ее легко ощутить. Естественно, что в этом процессе количество взаимодействующих элементов в виде молекул вещества будет значительно больше. При разрушении структуры ядерных объектов, энергии выделится еще больше, так как атомов в таком же объеме вещества значительно больше, чем молекул.

Максимально возможное количество элементов в заданном объеме физического пространства можно выделить лишь в том случае, если они находятся в формальном состоянии. Из этого можно было бы сделать вывод о том, что наибольшую энергию можно получить при разрушении информационных структур субквантого уровня, те при разрушении собственно самого физического пространства. Однако, находясь в формальном состоянии, субэлементарные объекты не являются объектами нашей Вселенной и трудно даже представить, к чему могут привести попытки их разрушения.