Техника - молодёжи 1966-09, страница 12

вается, механизмы мышления следует искать в более глубоких недрах материальной структуры вещества. Чтобы эта гипотеза стала понятней, надо проанализировать вопрос с точки зрения термодинамики — наиболее общей науки о молекулярно-кннетических системах. Если информационная и мыслительная деятельность действительно связана с атомио-молекулярными механизмами, то на них должны распространяться все законы термодинамики, и, в частности, закон сохранения виергии и закон возрастания энтропии. Атомы и молекулы мозга находятся при температуре около 310° К и, следовательно, пребывают в интенсивном тепловом движении. Работа информации и работа мышления каким-то образом противостоят хаотнче-ской «броуиизации» атомов и молекул, придавая всему процессу направленный характер.

Таким образом, проблема заключается и следующем: каким образом броунирующая атомио-молекулярная система, каковой предположительно является мозг в термодинамическом смысле, «стыкуется» с известными сейчас закономерностями информации и мышления.

Н. И. Кобозен показал, что ситуация здесь ие только сходна формально, ио мы действительно имеем дело с глубокой физической связью явлений.

3. ЭНТРОПИЯ И ИНФОРМАЦИЯ

О нтропия — одно из сложных понятий термодинамики, ко-" торое часто ставит студентов в тупик. В процессах, происходящих без дополнительного притока энергии извне (изоэиерге-тические процессы), уменьшение внутренней энергии системы сопровождается пропорциональным увеличением энтропии и наоборот. Во всех известных самопроизвольных физических процессах энтропия стремится к возрастанию, и этот факт явился причиной более глубокого анализа энтропии. Такой анализ и был выполнен в прошлом столетии Больцманом. Оказывается, энтропия выражает вероятность физической системы находиться в данном состоянии.

Что это значит?

В любом физическом, химическом или биологическом процессе принимают участие атомы и молекулы. В каждое мгновенье их тепловое движение создает ситуацию (состояние), не похожую на ту, которая была секунду назад. Так вот, энтропия является мерой перехода тела или .системы тел из менее вероятного состояния в более вероятное, из менее устойчивого состояния в более устойчивое. При этом энтропия возрастает.

Возрастание энтропии не есть что-то таииствеииое. Оно непосредственно следует из атомно-молекуляриой структуры всех тел во вселенной, а так как атомы и молекулы всегда пребывают в движении, оии стремятся разлететься по всему бесконечному пространству.

Это не случится только в одном случае: если прекратится всякое тепловое движение, то есть при температуре абсолютного нуля. Тогда энтропия обратится в нуль. Но такого случая в природе быть не может.

Если энтропию считать мерой вероятности физической системы, а ее рост означает переход от большего порядка к меньшему, то можно сделать ряд обобщений. Важнейшее из них

появилось, когда возникла теория информации.

Теория информации, подобно термодинамике, вводит в качестве меры информации величину, связанную с вероятностью суждения о системе, и также называет ату величину энтропией.

Дело здесь ие только в формальной аналогии. Связь между энтропией системы и информацией, то есть знанием о ее состоянии, значительно глубже.

Представим себе сосуд, наполненный водородом. С этим объемом газа можно проделать ряд опытов, определить его температуру, давление и указать, что все атомы совершают тепловое движение в данном участке пространства. Тем самым мы можем получить некоторую информацию о рассматриваемом газе.

Что случится, если сосуд открыть и дать возможность атомам водорода смешаться с окружающим воздухом?

Энтропия rasa начнет непрерывно возрастать, а наши сведения о нем с каждой секундой будут все более неопределенными, пока мы полностью ие «потеряем его иа виду», то есть перестанем знать о нем что-либо конкретное!

Выходит, с ростом энтропии уменьшается информация о системе!

Для того чтобы привести оба понятия к одной форме, информацию измеряют так же, как и энтропию, но только со знаком «минус».

Аналогично термодинамической энтропии для уменьшения степеин незнания о системе также нужно совершать работу. Она называется работой получения информации.

4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ

У еловеческое сознание является хранилищем разнообразной информации, почерпнутой в результате опыта или благодаря обучению. Этой информацией человек пользуетси каждое мгновенье в течение нсей своей сознательной жизни. Она ему нужна для выполнения самых различных трудовых задач. Каждую секунду он извлекает из втого гигантского хранилища нужные сведения, как бы «забывая» об огромном количестве иной информации, которая ему может понадобиться в другие моменты его жизни,

Извлекая конкретную информацию из сознания, он понижает ^энтропию всей системы, совершая при этом работу, и точности равную уменьшению первоначальной энтропнн.

Сознание, в котором хранится информация, можно представить себе в виде некоторого объема, где информация распределена определенным образом (например, «записана» в молекулах рибонуклеиновой кислоты).

До того момента, пока усилием воли человек не выбрал из всего хранилища вполне определенную, нужную ему в данный момент информацию, ее положение напоминает положение знакомого, об адресе которого нам ничего не известно. После совершения работы информации человек извлекает из сознания нужные ему данные, что соответствует переходу системы во вполне однозначное состояние, когда сознание зафиксировано только иа одном «исходе» (то есть на точном адресе).

Эти аналогии позволяют создать модель сознания, рассматривая его в виде некоторого объема, заполненного гипотетическим «шанс-газом», каждая из частиц которого представляет одии из возможных неходов информационного поиска.

Выбор необходимой информации сводится к переводу нсех «шанс-частиц» в одну и сжатию всего объема до того значения, которое однозначно соответствует искомой информации.

Расчет термодинамической работы над таким «шанс-газом» принодит к значению, которое в точности соответствует работе информации, вычисленной американскими учеными Шенноном и Винером на основе общей теории информации.

Моделирование информации и виде идеального «шанс-газа» приводит к выводам, согласующимся с теорией информации, и из втого следует, что все информационные процессы могут совершаться иа атомио-молекуляриом уровне.

б. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЫШЛЕНИЯ

U нформация в отличие от мышления не может появиться ■ ■ как продукт чистого умозаключения из других данных Нельзя, ие затратив никакой работы, просто стоя на перроне, путем «чистых» рассуждений узнать адрес знакомого. Путем умозаключений нельзя установить, где находится в данном объеме та или иная молекула газа.

Информационные данные логически независимы Друг от друга, это как бы ниоткуда не выводимый набор «первичных», независимых сведений (в физической химии — система невзаимодействующих частиц).

8