آیا در طبیعت بی جان اطلاعاتی وجود دارد، اگر تکنیک های مختلف خلق شده توسط انسان را در نظر نگیریم؟ پاسخ به این سوال به تعریف خود مفهوم بستگی دارد. معنای اصطلاح "اطلاعات" در طول تاریخ بشریت بارها تکمیل شده است. این تعریف متاثر از توسعه تفکر علمی، پیشرفت تکنولوژی و تجربه انباشته شده در طول قرن ها بود. اطلاعات در طبیعت بی جان اگر این پدیده را از نظر اصطلاحات عمومی در نظر بگیریم امکان پذیر است.
یکی از گزینه های تعریف مفهوم
اطلاعات در معنای محدود پیامی است که در قالب یک سیگنال از فردی به فرد دیگر، از شخصی به خودکار یا از خودکار به خودکار، و همچنین در دنیای گیاهی و حیوانی از فردی به فرد دیگر منتقل می شود.. با این رویکرد، وجود آن تنها در طبیعت زنده یا در سیستم های اجتماعی فنی امکان پذیر است. از جمله موارد دیگر، نمونه هایی از اطلاعات در طبیعت بی جان در باستان شناسی مانند نقاشی های سنگی، لوح های گلی و غیره. حامل اطلاعات در این مورد شیئی است که به وضوح به ماده زنده یا فناوری مربوط نمی شود، اما بدون کمک همان شخص، داده ها ثبت و ذخیره نمی شدند.
رویکرد ذهنی
راه دیگری برای تعریف وجود دارد: اطلاعات ماهیت ذهنی دارند و تنها زمانی در ذهن شخص رخ می دهند که به اشیاء، رویدادها و غیره اطراف خود معنایی ببخشند. این ایده مفاهیم منطقی جالبی دارد. معلوم می شود که اگر مردم وجود نداشته باشند، هیچ اطلاعات، داده و پیامی در هیچ کجا وجود ندارد، از جمله اطلاعات در طبیعت بی جان. انفورماتیک در این نسخه از تعریف تبدیل به علم ذهنی می شود، اما نه به دنیای واقعی. با این حال، ما به این موضوع عمیق نخواهیم پرداخت.
تعریف کلی
در فلسفه، اطلاعات به عنوان شکل ناملموس حرکت تعریف می شود. در هر شیئی ذاتی است، زیرا معنای خاصی دارد. درک فیزیکی این اصطلاح دور از این تعریف نیست.
یکی از مفاهیم اساسی در تصویر علمی جهان انرژی است. توسط همه اشیاء مادی مبادله می شود و دائما. تغییر در حالت اولیه یکی از آنها باعث تغییر در دیگری می شود. در فیزیک، چنین فرآیندی به عنوان انتقال سیگنال در نظر گرفته می شود. سیگنال، در واقع، پیامی است که توسط یک شی منتقل می شود و توسط شی دیگری دریافت می شود. این اطلاعات است. با توجه به این تعریف، پاسخ به سوال مطرح شده در ابتدای مقاله بی چون و چرا مثبت است. اطلاعات در طبیعت بی جان انواع سیگنال هایی است که از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شود.
قانون دوم ترمودینامیک
تعریف کوتاه‌تر و دقیق‌تر: اطلاعات معیاری برای مرتب بودن یک سیستم است.در اینجا ارزش یادآوری یکی از قوانین اساسی فیزیکی را دارد. طبق قانون دوم ترمودینامیک، سیستم های بسته (آنهایی هستند که به هیچ وجه با محیط تعامل ندارند) همیشه از حالت منظم به حالت آشفته حرکت می کنند.
برای مثال، بیایید یک آزمایش ذهنی انجام دهیم: بیایید گاز را در نیمه یک ظرف بسته قرار دهیم. بعد از مدتی کل حجم ارائه شده را پر می کند، یعنی به اندازه ای که بوده سفارش داده نمی شود. در عین حال، اطلاعات در سیستم کاهش می یابد، زیرا معیاری برای نظم است.
اطلاعات و آنتروپی
شایان ذکر است که به معنای امروزی جهان یک سیستم بسته نیست. با فرآیندهای پیچیده ساختار، همراه با افزایش نظم و در نتیجه میزان اطلاعات مشخص می شود. بر اساس نظریه بیگ بنگ، این موضوع از زمان شکل گیری جهان وجود داشته است. ابتدا ذرات بنیادی ظاهر شدند، سپس مولکول ها و ترکیبات بزرگتر. بعدها ستاره ها شروع به شکل گیری کردند. همه این فرآیندها با ترتیب عناصر ساختاری مشخص می شوند.
پیش‌بینی آینده کیهان ارتباط نزدیکی با این تفاوت‌ها دارد. طبق قانون دوم ترمودینامیک، مرگ گرمایی در نتیجه افزایش آنتروپی، برعکس اطلاعات، در انتظار اوست. می توان آن را به عنوان معیاری برای بی نظمی یک سیستم تعریف کرد. قانون دوم ترمودینامیک بیان می کند که در بستهآنتروپی همیشه در سیستم ها افزایش می یابد. با این حال، دانش مدرن نمی تواند پاسخ دقیقی به این سؤال بدهد که چقدر برای کل جهان قابل استفاده است.
ویژگی های فرآیندهای اطلاعاتی در طبیعت بی جان در یک سیستم بسته
همه نمونه های اطلاعات در طبیعت بی جان با ویژگی های مشترک متحد شده اند. این یک فرآیند تک مرحله ای است، عدم وجود هدف، از دست دادن کمیت در منبع با افزایش گیرنده. این ویژگی ها را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید.
اطلاعات در طبیعت بی جان معیار آزادی انرژی است. به عبارت دیگر، توانایی سیستم برای انجام کار را مشخص می کند. در غیاب تأثیر خارجی، هر بار که یک کار شیمیایی، الکترومغناطیسی، مکانیکی یا کارهای دیگر انجام می شود، اتلاف غیرقابل برگشت انرژی آزاد و همراه با آن اطلاعات رخ می دهد.
ویژگی های فرآیندهای اطلاعاتی در طبیعت بی جان در یک سیستم باز
تحت تأثیر خارجی، یک سیستم خاص می تواند اطلاعات یا بخشی از آن را از دست داده توسط سیستم دیگری دریافت کند. در این حالت، در مورد اول مقداری انرژی آزاد برای انجام کار کافی خواهد بود. یک مثال خوب، مغناطش کردن به اصطلاح فرومغناطیس ها (موادی که می توانند تحت شرایط خاصی در غیاب میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی شوند) است. آنها خواص مشابهی را در نتیجه برخورد صاعقه یا در حضور آهنرباهای دیگر به دست می آورند. مغناطیس در این مورد به بیان فیزیکی کسب مقدار معینی از اطلاعات توسط سیستم تبدیل می شود. کار در این مثال توسط یک میدان مغناطیسی انجام خواهد شد. فرآیندهای اطلاعاتی در این موردتک مرحله ای و بدون هدف. ویژگی اخیر آنها را بیش از دیگران از پدیده های مشابه در حیات وحش متمایز می کند. برای مثال، قطعات مجزا از فرآیند مغناطیسی هیچ هدف جهانی را دنبال نمی کنند. در مورد ماده زنده، چنین هدفی وجود دارد - این سنتز یک محصول بیوشیمیایی، انتقال مواد ارثی و غیره است.
قانون عدم افزایش اطلاعات
یکی دیگر از ویژگی های انتقال اطلاعات در طبیعت بی جان این است که افزایش اطلاعات در گیرنده همیشه با از دست دادن آن در منبع همراه است. یعنی در یک سیستم بدون تأثیر خارجی، حجم اطلاعات هرگز افزایش نمی یابد. این ماده نتیجه قانون آنتروپی غیر کاهشی است.
لازم به ذکر است که برخی از دانشمندان اطلاعات و آنتروپی را مفاهیمی یکسان با علامت مخالف می دانند. اولی معیار نظم و انضباط سیستم است و دومی معیار هرج و مرج. از این منظر اطلاعات به آنتروپی منفی تبدیل می شود. با این حال، همه محققان این مشکل به این نظر پایبند نیستند. علاوه بر این، باید بین آنتروپی ترمودینامیکی و آنتروپی اطلاعات تمایز قائل شد. آنها بخشی از دانش علمی مختلف (به ترتیب فیزیک و نظریه اطلاعات) هستند.
اطلاعات در دنیای خرد
موضوع "اطلاعات در طبیعت بی جان" پایه هشتم مدرسه را مطالعه می کند. دانش‌آموزان در این مرحله هنوز با نظریه کوانتومی در فیزیک آشنا نیستند. با این حال، آنها قبلاً می دانند که اشیاء مادی را می توان به تقسیم بندی کرددنیای کلان و خرد دومی سطحی از ماده است که در آن الکترون ها، پروتون ها، نوترون ها و سایر ذرات وجود دارند. در اینجا قوانین فیزیک کلاسیک اغلب غیر قابل اجرا هستند. در همین حال، اطلاعات در عالم صغیر نیز وجود دارد.
ما به تئوری کوانتومی نمی پردازیم، اما هنوز ارزش توجه به چند نکته را دارد. آنتروپی به این صورت در عالم صغیر وجود ندارد. با این حال، حتی در این سطح، در طول تعامل ذرات، تلفات انرژی آزاد رخ می دهد، همان چیزی که برای انجام کار توسط هر سیستمی ضروری است و معیار آن اطلاعات است. اگر انرژی آزاد کاهش یابد، اطلاعات نیز کاهش می یابد. یعنی در عالم صغیر قانون عدم افزایش اطلاعات نیز رعایت می شود.
طبیعت زنده و بی جان
هر نمونه ای از اطلاعات در طبیعت بی جان که در علوم کامپیوتر در کلاس هشتم مطالعه شده است و به فناوری مربوط نمی شود، با فقدان هدفی که اطلاعات برای آن ذخیره، پردازش و منتقل می شود متحد می شود. برای ماده زنده همه چیز متفاوت است. در مورد موجودات زنده، هدف اصلی و میانی وجود دارد. در نتیجه، کل فرآیند به دست آوردن، پردازش، انتقال و ذخیره اطلاعات برای انتقال مواد ارثی به فرزندان ضروری است. اهداف میانی، حفظ آن از طریق انواع واکنش‌های بیوشیمیایی و رفتاری است که به عنوان مثال، حفظ هموستاز و رفتار جهت‌گیری را شامل می‌شود.
نمونه هایی از اطلاعات در طبیعت بی جان نشان دهنده عدم وجود چنین ویژگی هایی است. به هر حال، هموستاز عواقب قانون عدم رشد اطلاعات را به حداقل می رساند، که منجر به از بین رفتن شیء می شود.وجود یا عدم وجود اهداف توصیف شده یکی از تفاوت های اصلی بین طبیعت جاندار و بی جان است.
بنابراین، می توانید نمونه های زیادی را در مورد موضوع "اطلاعات در طبیعت بی جان" بیابید: تصاویر روی دیوارهای غارهای باستانی، عملکرد رایانه، رشد بلورهای سنگی و غیره. با این حال، اگر اطلاعات ایجاد شده توسط انسان (تصاویر مختلف و مانند آن) و فناوری را در نظر نگیریم، اشیاء با طبیعت بی جان از نظر خصوصیات فرآیندهای اطلاعاتی که در آنها اتفاق می افتد تفاوت زیادی دارند. بیایید دوباره آنها را فهرست کنیم: تک مرحله ای، غیرقابل برگشت، عدم هدف، از دست دادن اجتناب ناپذیر اطلاعات در منبع هنگام انتقال آن به گیرنده. اطلاعات در طبیعت بی جان به عنوان معیاری از نظم یک سیستم تعریف می شود. در یک سیستم بسته، در غیاب تأثیر خارجی از یک نوع، قانون عدم افزایش اطلاعات رعایت می شود.
