интересно
Предыдущая | Содержание | Следующая

Различные формы энтропии

Сегодня в литературе встречается по меньшей мере четыре формы энтропии:

Во-первых, энтропия как мера неопределенности состояния любой вполне упорядоченной физической системы, или поведения любой системы, включая живые и неживые объекты и их функции. Именно эта форма энтропии, связанная с неопределенностью состояния системы, находит в последнее время наибольшее распространение при исследовании как живых, так и неживых объектов и процессов. При этом энтропия не имеет своей размерности.

Во-вторых, термодинамическая энтропия микрочастиц, или молекулярного (микроскопического) множества.

В-третьих, информационная энтропия, или неопределенность информации, т.е. сведений о некоторой информационной системе. Известно, что совпадение по виду формул для энтропии и информации послужило основанием для утверждения, что энтропия есть недостающая информация о состоянии системы. Было предложено использовать термин негэнтропия как тождественной связанной информации о состоянии системы. Негэнтропия не является отрицательной энтропией, или антиэнтропией, как иногда ошибочно считают некоторые ученые.

Разница масштабов энтропии и информации связана с их принципиальным различием, а именно: энтропия - это мера множества тех состояний системы, о пребывании в которых система должна забыть, а информация - это мера множества тех состояний, о пребывании в которых система должна помнить

В-четвертых, энтропия, или неопределенность поведения, любой не вполне упорядоченной системы вплоть до макроскопических множеств.

В научных исследованиях встречается множество различных энтропий: термодинамическая, физическая, информационная, биологическая, политическая, экологическая, социальная, историческая и т.д.

Если термодинамическая энтропия есть мера неупорядоченности (или беспорядка) микрочастиц, то энтропия в широком смысле — мера неупорядоченности (или беспорядка) объекта по любым признакам. Величина энтропии измеряет степень гомогенности структуры объекта.

Естественно, данное понятие термодинамической энтропии можно перенести и на более крупные физические объекты, нежели частицы (физическая энтропия).

Физическая энтропия является мерой энергетической упорядоченности объекта и представляет собой функцию от числа их возможных состояний.

Любое повышение упорядоченности объектов ведет к снижению их совокупной энтропии, и наоборот.

Физическая и термодинамическая энтропии и информационная энтропия системы принципиально различны. Если физическая и термодинамическая энтропии для замкнутых систем со временем не уменьшается, а растет в соответствии со вторым началом термодинамики, то информационная энтропия со временем может не увеличиваться, а уменьшаться для любых систем.

Поскольку принципиально неустранимы броуновское движение, флуктуации и шумы как для микро-, так и для макрообъектов и макронаблюдений, то возникает как микро-, так и макронеупорядоченность, что позволяет использовать в качестве универсального параметра микро- и макросистем обобщенную энтропию (ОЭ). Понятие обобщенной энтропии представляет такие наиболее общие свойства действительности, как неупорядоченность и упорядоченность, неопределенность и определенность, хаос и порядок.

Всякое явление двойственно, и оно одновременно содержит в себе некоторую хаотическую, броуновскую составляющую и упорядоченную составляющую, т.е. как составляющую хаоса, так и порядка.

Наряду с обычной положительной энтропией в природе существует антиэнтропия, или отрицательная энтропия, т.е. энтропия с отрицательным знаком, существенно отличающаяся от положительной энтропии по физическому содержанию.

Группа некоторых систем и процессов носителей положительной и отрицательной энтропии приведена в табл. 1.1, заимствованной из. Комментарии к этой таблице свидетельствуют, что к группе положительной энтропии относятся молекулярные системы и поведение живых систем, которые не нуждаются в пояснении. Что касается психики, то наряду с явно нарушенной психикой существует и нормальная психика, что означает, что и нормальная психика частично лежит в области положительной энтропии и частичной неупорядоченности. В первую группу включена также информация, хотя ее математическая энтропия принципиально может быть доведена до нуля, например, в логических суждениях, логических выводах. Однако полная информационная энтропия об объекте или процессе на практике не может достигнуть нуля, кроме информации о логическом мышлении, о логических суждениях, логических выводах, не обладающих собственной энтропией.

Во вторую группу с нулевой энтропией попадает вся область логического мышления. В эту же группу попадает и интуиция как непосредственное усмотрение истины, которая во многих случаях может быть обоснована логически, когда интуиция представляет логический процесс со "скрытыми посылками". Правда, пока нет общего доказательства ее полной определенности. К этой же группе с нулевой энтропией относится та информация, которая касается логического мышления, а не физических состояний.

В третью группу с отрицательной энтропией, или антиэнтропией, входят только человеческий мозг и сознание человека и, возможно, живые организмы в целом, а воспроизведение живого из неживого пока является дискуссионным. Все они являются единственными носителями антиэнтропии из известных природных систем.

К сожалению, алгоритмическое истолкование антиэнтропии (отрицательной энтропии) хотя не является чисто формальным, но еще не вскрывает ее физическое содержание. Известно, что система обладает антиэнтропией даже тогда, когда для нее не существует полной процедуры воспроизведения. Полная процедура воспроизведения эквивалентна существованию полного алгоритма воспроизведения. Однако если простейшие системы алгоритмируемы, то природа в целом изобилует неалгоритмируемыми системами, к которым следует отнести сознание и, вероятно, все живые организмы. Круг математических задач, не имеющих общего алгоритма для своего решения, по-видимому, относится к системам, не имеющим полной алгоритмической процедуры для своего воспроизведения.

Мышление, творчество, наука, искусство и т.п. являются не только потребителями антиэнтропии (отрицательной энтропии), но и ее источниками.

Информация - один из возможных факторов, способных избирательно действовать в сторону повышения общей энтропии организма, в том числе мозга и сознания, а это требует расхода отрицательной энтропии для восстановления их нормального состояния

В природе имеется единственный орган, или объект, - мозг человека с его нейронной сетью, не нуждающийся во внешнем обслуживании со стороны человека, которая периодически понижала бы энтропию мозга. Этот факт намекает на то, что, по-видимому, именно нервные клетки являются производителями или во всяком случае носителями отрицательной энтропии. Все остальные, в том числе и самообучающиеся машины, требуют внешнего обслуживающего механика, который периодически понижает их энтропию.

Некоторые ученые считают, что гибель, а следовательно, снижение на 30-40% числа нервных клеток от начала активной умственной деятельности (10 лет) до практического угасания человека (95 лет) есть соответствующий расход отрицательной энтропии за почти столетнюю "безремонтную" работу "мозга-сознания". Если предположить, что появление антиэнтропии, требуемой мыслительной деятельности мозга, совершается за счет гибели нейронов (в среднем из многих миллионов возбужденных нейронов гибнет 1 нейрон за 3-10 сек) и перехода импульсов погибающих нейронов в кванты отрицательной энтропии, то за 1 сек человеческий мозг в среднем может совершить до сотни мыслительных антиэнтропийных операций Большая интенсивность мыслительной деятельности в более раннем возрасте, по мнению некоторых ученых , обусловлена менее экономной тратой нейронов, так как погибает больше нейронов. Из сказанного можно предположить, что при гибели каждой нервной клетки, в отличие от деления, выделяется квант антиэнтропии, необходимый для мышления, т.е. считают, что человек мыслит не с помощью, а за счет погибающих корковых нейронов и содержащихся в них особых элементарных частиц. Корковые нейроны, составляющие чуть больше половины всех нейронов служат "топливом" для мыслительной деятельности мозга. Очевидно, исчерпание запаса таких активных нейронов и их гибель полностью уничтожает мышление мозга.

Таким образом, по утверждению , человек мыслит только с постоянным подводом отрицательной энтропии и не может мыслить самопроизвольно, безэнтропийно. При этом человек способен объективировать свое мышление с помощью символической записи букв, цифр, музыкальных нот и т.п.

Логическое суждение человека не может осуществляться без подвода отрицательной энтропии. Вторым фундаментальным проявлением безэнтропийной структуры нашего сознания является символический код. Символ является выразителем отрицательной энтропии и важнейшей функцией сознания, так как мышление, наука, техника, поэзия, литература, музыка, информация для своей объективизации, или выражения, нуждаются в безэнтропийной, однозначно читаемой или слышимой символике - азбуке. Если текст легко читаем, так как символы языка четко зафиксированы и мало принципиальных искажений, тогда энтропия рукописи находится на низком уровне. При высокой четкости рукописи и малых искажениях она легко читаема и однозначно распознаваема, и, следовательно, энтропия, или мера неопределенности, рукописи равна нулю. Трудно читаемый текст с ошибками имеет неопределенность, или положительную энтропию, отличную от нулевой. Безэнтропийно может происходить опознание, или распознавание, символов или образов Эта способность нашего мозга делает возможным безэнтропийно распознавать символы и выражать с их помощью суждения, логические операции, художественные или музыкальные образы. Если опознание, или распознавание, символа или образа происходит однозначно, то энтропия равна нулю. Из сказанного вытекает, что безэнтропийное восприятие символа или образа одновременно означает безэнтропийность мышления и опознающей функции.

Рассмотрим кратко фундаментальную способность сознания - интуицию и интуитивное решение задач, чтобы в будущем интуицию сделать доступной усовершенствованию и тренировке.

Известно, что важной способностью человеческого сознания является возможность выполнить: а) логическое решение задач и б) интуитивное решение задач за счет непосредственного (прямого) предвидения (усмотрения) результатов решения - истины.

Несмотря на то что интуиция человека пока еще загадочна, она также универсальна для способности сознания, как и логика.

Если мы знаем, когда и в каких условиях можно с успехом использовать логику (логическое мышление) и она как элемент явного знания всегда к нашим услугам, то интуиция представляет неявное знание и не всегда в нашем распоряжении тогда, когда она нужна, и, как правило, приходит неожиданно из-за наличия некой скрытой подготовки в форме наития, или озарения [2,11]. При интуитивном решении задач сразу получаем окончательное решение без промежуточных решений. Настоящим преимуществом интуиции является минимизация материала. Отсутствует необходимость в обширном материале при развитых интуитивных способах решения задач; прямо по "туннельному" механизму осуществляется прямой доступ к результатам без промежуточных решений и промежуточных результатов.

Прямой "туннельный" переход от постановки задач к ее решению происходит в прямом смысле слова. Это можно уподобить модели интуитивного мышления, когда материальными участниками интуитивного мышления являются сверхлегкие частицы, способные проходить беспрепятственно по "туннельному" механизму через всякие энергетические барьеры.

При вспышках интуиции недостаток обширного материала, по-видимому, компенсируется наличием у человека своей гипотезы (модели).

Теперь рассмотрим кратко место информации и мышления в нашей жизни. Очевидно, что информация и мышление всегда составляли неразрывный комплекс человеческой психики, но соотношение их весов непрерывно изменялось. При появлении мыслящего человека мышление стало теснить информацию, и сама информация начала кардинально меняться, постоянно приобретая символический языковый и графический характер. Книгопечатание, появление прессы, СМИ, интернета, телефонной связи, расширило информационно-мыслительный обмен между людьми, и возникли условия для массовости и доступности информации. Восприятие и выдача информации намного легче мышления, намного проще и увлекательнее. Информация не конкурирует с мышлением, идеями при открытии новых путей в науке, технике, в организации общества. Здесь мышление ничем нельзя заменить. Сегодня на современного человека, помимо информации, обрушивается мощный поток положительной биологической энтропии. Различные болезни иммунной системы, генетические нарушения, онкологические образования (ускоренное старение клеток организма или необузданное размножение пораженных клеток и т.п.) - все это различные формы энтропии от подобных "энтропийных" заболеваний гибнет в развитых странах около 70% людей.

Вирусы являются важнейшим фактором увеличения биологической энтропии. Они разрушают ДНК и РНК клеток, проникая в них. Вирусы могут размножаться только в клетках. В тех клетках, в которых возникает повышенная энтропия информации, проявляются склонность к повышенной дезорганизации и неудержимому размножению. Важно понять, как действует информация на психику и на жизнь организма в целом и на его клеточную структуру. Информацию следует представлять не только как научный, психологический, общественный, социальный фактор, но и как фактор биологический. Человеку невозможно жить без информации, но должна быть некоторая нормальная "биологическая" база информации, безопасная для психики и здоровья. Информация - необходимая компонента жизни человека, но поскольку она создается искусственно в колоссальных количествах, необходимо ее рационально дозировать

Наконец, после краткого обсуждения энтропии и антиэнтропии обсудим и негэнтропию.