Экология: биология взаимодействия. 5.25. (дополнение) Обмен веществом, энергией и информацией

5.24. Жизненные формы организмов

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 5. Аутэкология и основы средоведения

5.26. (дополнение) Факторы, влияющие на развитие организма

5.25. (дополнение) Обмен веществом, энергией и информацией

Смыслами я называю ответы на вопросы. То, что ни на какой вопрос не отвечает, лишено всякого смысла.
Михаил Бахтин

Информация – это информация,а не материя и не энергия.
Норберт Винер

Мы сказали, что каждый организм обменивается со средой веществом, энергией и информацией. Чем отличаются компоненты этой триады?

Веществом называется материя, обладающая массой покоя. Энергия (от греч. energeia — действие, деятельность) лишена массы покоя и является общей мерой количества движения, причиной изменений вещества. Вещество и энергия, как две основные формы материи, являются основой наблюдаемого нами мира.

Понятие «информация» (от лат. informatio — разъяснение, изложение) первоначально использовалось для обозначения сведений, передаваемых от человека к человеку. В XX веке это понятие стало обозначать любые сведения и данные, передаваемые с помощью любых вещественных или энергетических носителей.

Для вещества и энергии действуют законы сохранения. В силу этих законов и вещество, и энергия не появляются и не исчезают, а только переходят из одной формы в другую. Уравнение Эйнштейна отражает фундаментальную связь между веществом и энергией. Для информации законы сохранения не действуют. Информация может появляться и исчезать. Как это ни удивительно, информацию можно передать другому, не лишаясь ее самому (это совсем несложно сделать, например, с компьютерным файлом и совершенно невозможно, к примеру, с пищей или электроэнергией…).

Однако действие законов сохранения для вещества и энергии различно. Вещество может бесконечно переходить из одной формы в другую. Вы сделали выдох. В выдыхаемом вами воздухе содержатся молекулы воды в виде пара. Некоторые из этих молекул образовались в результате обмена веществ из атомов водорода и кислорода, входивших в состав органических веществ, которые разрушил ваш организм. Эти молекулы могут выпасть с паром на растения. Некоторые из поглощенных растениями молекул воды окажутся расщеплены ими и войдут в состав новых органических веществ. Атомы водорода и кислорода, как и других важных для организмов элементов, могут путешествовать по такому или иным подобным маршрутам на протяжении тысяч (или сотен миллионов…) лет.

Итак, круговорот веществ вполне возможен, в отличие от круговорота энергии. И через каждый организм, и через биосферу в целом течет поток энергии, а ее неограниченный круговорот невозможен. Чтобы понять это, необходимо вспомнить первое и второе начала термодинамики. Первое начало термодинамики является законом сохранения энергии. Для обсуждения данного вопроса удобнее всего выразить его в следующей форме: КПД (коэффициент полезного действия) любого преобразования энергии не может превышать 100%. Значит, при преобразовании энергии нельзя ее получить больше, чем ее было потрачено. В этом отношении энергия ведет себя так же, как вещество. Второе начало термодинамики более парадоксально. Согласно ему, КПД преобразования энергии не может составлять даже 100%: часть энергии перейдет в форму, в которой ее нельзя будет использовать для выполнения полезной работы. В результате этого при каждом преобразовании энергии в живых системах ее часть превращается в тепло, тратится на повышение неупорядоченности окружающей среды. Иными словами, «играя» с природой, выиграть невозможно. Более того, с ней даже нельзя сыграть вничью!

Еще одно существенное отличие между веществом, энергией и информацией связано с возможностью измерения их количества. Количество вещества можно измерить абсолютно, независимо от способа измерения. Его количество, оцененное, например, по его массе и по энергии, которая нужна, чтобы привести его в движение, окажется одним и тем же. Количество энергии можно измерить только в сравнении с неким иным ее уровнем. Лишь упомянутое уравнение Эйнштейна дает полную оценку энергии, содержащейся в том или ином количестве вещества. А для информации вообще невозможна оценка ее количества, независимая от ее приемника, адресата этой информации.

Сколько информации содержится в CD-диске? Пользователь CD-привода может скачать с диска то количество информации, которое записывается на него в соответствии с определенным стандартом (например, 700 Mb). Для умеющего читать человека количество считываемой информации определяется рисунком и надписями, нанесенными на нерабочую сторону. Для продавца дисков основная информация нанесена на ценнике. Технолог в первую очередь обратит внимание на особенности изготовления этого предмета, реконструировав детали технологического процесса по важным для него одного внешним признакам. Но самое главное даже не в этих отличиях. Мы не знаем, чем является эта информация для разных получателей, насколько она для них значима. Для того, для кого информация на CD не нужна или скучна, записана на неизвестном языке или в неизвестном формате, информации там все равно что нет (или она заключается в том, что место на диске занято). Для кого-то другого она жизненно важна и поможет сделать существенные выводы. А вне связи с получателем, информации «самой по себе», быть не может!

Вы выглянули в окно и увидели там человека. Сколько информации вы получили? Можно посчитать количество фотонов, попавших в ваши глаза. Можно измерить количество нервных импульсов, произведенных клетками вашей сетчатки. Можно оценить вероятность того, что в данное время в данном месте в зоне вашей видимости окажется этот человек, и считать количеством информации величину, обратную вероятности данного события (чем неожиданней событие, тем больше информации вы получили, узнав о нем). Но чтобы оценить информацию, которую вы получили на самом деле, нужно знать, кем для вас является этот человек (матерью; кем-то незнакомым; другом, которого считали пропавшим без вести; почтальоном, который может принести телеграмму…) и что для вас следует из того, что вы его увидели.

 

5.24. Жизненные формы организмов

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 5. Аутэкология и основы средоведения

5.26. (дополнение) Факторы, влияющие на развитие организма

 

Комментарии

- Информация, как термин, сам должен быть определоён в по правилам, которые справедливы для любой информаци. Самое важное, что слово "информативный" (в рамках кибернетики и теории информации) ещё означает "однозначный": информация записанная на флешку только тогда станет музыкой, если она записана и прочитана "однозначно" для воспроизводящего устройства и для "источника этих последовательностей байт". Значит, если мы имеем алгоритм и его аппаратную реализацию, позволяющую однозначно с кем-то/чем-то ещё пользоваться этой флешкой - на ней есть "информация" ("сведения"). Если экстраполировать эту аналогию (и вашу про наблюдателя) на законы физики, то мы получим на выходе, что информация не возникает и не исчезает, её всегда (в пределах нашей вселенной) одинаковое количество. Зато наличие аппаратной реализации алгоритма, которой способен с высокой степенью однозначности интерпретировать окружающий мир - громадная редкость. По этому и создаётся впечатление, что информацией можно обмениваться, создавать, уничтожать. Можно менять состояние открытой системы, но не закрытой, а связность любых их состояний ни при каких обстоятельствах не нарушается. Согластно термодинамике, предыдущее состояние системы вызывает только одно состояние следующее (всеми возможными путями одновременно, как говорил ФайнМан). А энтропия и направление её роста всего-лишь указатель оси времени, но при наличии такой асимметрии в переходе прошлого состояния системы в будующее (необратимость для любой изолированной системы) и получается возможность существовать аппаратным реализациям алгоритмов однозначной интерпретации. Поэтому мне кажется, что информация не возникает ни откуда и не исчезает в никуда.