Інформація в неживій природі: приклади

Є інформація в неживій природі, якщо не брати до уваги різноманітну техніку, створену людиною? Відповідь на це питання залежить від визначення самого поняття. Значення терміна «інформація» протягом історії людства неодноразово доповнювалося. На визначення чинило вплив на розвиток наукової думки, прогрес технологій і накопичений століттями досвід. Інформація в неживій природі можлива, якщо розглядати це явище з точки зору загальної термінології.

Один з варіантів визначення поняття

Інформація у вузькому сенсі — це повідомлення, передане у вигляді того або іншого сигналу від людини до людини, від людини до автомата або від автомата до автомата, а також в рослинному і тваринному світі від особини до особини. При такому підході її існування можливе тільки в живій природі, або в соціотехнічних системах. До них зокрема можна віднести такі приклади інформації в неживій природі в археології, як наскельні малюнки, глиняні таблички і так далі. Носій відомостей в цьому випадку — предмет, явно не відноситься до живої матерії або до техніки, однак без допомоги того ж людини дані не були б зафіксовані і збережені.

Суб'єктивний підхід

Існує ще один спосіб визначення: інформація суб'єктивна за своєю природою і виникає лише у свідомості людини, коли він наділяє оточуючі його предмети, події і так далі якимось сенсом. Ця ідея має цікаві логічні слідства. Виходить, якщо немає людей — немає і відомостей, даних і повідомлень ніде, в тому числі відсутня інформація в неживій природі. Інформатика в такому варіанті визначення стає наукою про суб'єктивному, а не реальному світі. Втім, не будемо зариватися глибоко на цю тему.

Загальне визначення

У філософії інформація визначається як нематеріальна форма руху. Вона притаманна будь-якому об'єкту, оскільки він володіє певним змістом. Недалеко від цього визначення йде і фізичне розуміння терміна. Одне з основних понять у науковій картині світу — енергія. Нею обмінюються всі матеріальні об'єкти, причому постійно. Зміна початкового стану в одного з них викликає зміни в іншому. У фізиці цей процес розглядається як передача сигналу. Сигнал, по суті, теж повідомлення, передане одним предметом і отримане іншим. Це і є інформація. Відповідно до такого визначення, відповідь на поставлене в початку статті питання однозначно позитивний. Інформація в неживій природі — це різноманітні сигнали, що передаються від одних об'єктів до інших.

Другий закон термодинаміки

Більш коротке і точне визначення: інформація — це міра впорядкованості системи. Тут варто згадати один з основних фізичних законів. Відповідно до другого початку термодинаміки, замкнуті системи (це такі, які не взаємодіють з навколишнім середовищем) завжди переходять з впорядкованого стану в хаотичне. Для прикладу проведемо уявний експеримент: помістимо в одній половині замкнутого судини газ. Через деякий час він заповнить весь наданий об'єм, тобто перестане бути впорядкованим в тій мірі, в якій був. При цьому інформація в системі зменшиться, оскільки вона є мірою впорядкованості.

Інформація та ентропія

Варто зазначити, що в сучасному розумінні Всесвіт не є замкнутою системою. Для неї характерні процеси ускладнення структури, що супроводжуються підвищенням впорядкованості, а отже, і кількості інформації. Згідно теорії Великого вибуху, так було з моменту утворення Всесвіту. Першими з'явилися елементарні частки, потім молекули і більш великі з'єднання. Пізніше почали формуватися зірки. Всі ці процеси характеризуються впорядкуванням структурних елементів. З цими нюансами тісно пов'язане прогнозування майбутнього Всесвіту. Згідно з другим законом термодинаміки, її очікує теплова смерть в результаті зростання ентропії, величини, протилежної інформації. Її можна визначити як міру невпорядкованості системи. Друге початок термодинаміки говорить, що в замкнутих системах ентропія завжди зростає. Однак сучасні знання не можуть дати точної відповіді на питання, наскільки він застосовний до всього Всесвіту.

Особливості інформаційних процесів у неживій природі в замкнутій системі

Всі приклади інформації в неживій природі об'єднані спільними особливостями. Це одноступенчатость процесів, відсутність мети, втрата кількості в джерелі при зростанні в приймачі. Розглянемо названі властивості детальніше. Інформація в неживій природі являє собою міру свободою енергії. Іншими словами, вона характеризує здатність системи зробити роботу. При відсутності зовнішнього впливу кожного разу при здійсненні хімічної, електромагнітної, механічної або іншої роботи відбувається незворотна втрата вільної енергії, а разом з нею і інформації.

Особливості інформаційних процесів у неживій природі у відкритій системі

При зовнішньому впливі якась система може отримати інформацію або її частина, втрачену іншою системою. При цьому в першій з'явиться кількість вільної енергії, достатня, щоб зробити роботу. Хороший приклад — намагнічування так званих феромагнетиків (речовин, здатних за певних умов бути намагніченими при відсутності зовнішнього магнітного поля). Вони набувають подібне властивості в результаті удару блискавки або ж у присутності інших магнітів. Намагнічування при цьому стає фізичним виразом придбання системою деякої кількості інформації. Роботу в даному прикладі буде здійснювати магнітне поле. Інформаційні процеси в цьому випадку одноступінчаті і не мають мети. Остання властивість більше інших відрізняє їх від аналогічних явищ у живій природі. Окремі фрагменти, наприклад, процесу намагнічування не переслідують ніяких глобальних цілей. У разі живої матерії така мета є — це синтез біохімічного продукту, передача спадкового матеріалу і так далі.

Закон незростання інформації

Ще одна особливість передачі інформації в неживій природі полягає у тому, що зростання інформації в приймачі завжди пов'язане з втратою її в джерелі. Тобто в системі без зовнішнього впливу кількість інформації ніколи не збільшується. Це положення є слідством закону неубывания ентропії. Потрібно відзначити, що деякі вчені розглядають інформацію та ентропію як тотожні поняття з оберненим знаком. Перша являє собою міру упорядкованості системи, а друга — хаотичності. З такої точки зору, інформація стає негативною ентропією. Однак подібної думки дотримуються далеко не всі дослідники проблеми. Крім того, слід відрізняти ентропію термодинамічну та інформаційну. Вони є частиною різних наукових знань (фізики і теорії інформації відповідно).

Інформація в мікросвіті

Вивчає тему «Інформація в неживій природі» 8 клас школи. Учні до цього моменту ще мало знайомі з квантової теорії у фізиці. Проте вже знають, що матеріальні об'єкти можна поділити на макро - і мікросвіт. Останній являє собою такий рівень матерії, де існують електрони, протони, нейтрони й інші частинки. Тут закони класичної фізики найчастіше застосовуються. Між тим інформація існує і в мікросвіті. Не будемо заглиблюватися в квантову теорію, але відзначити кілька моментів все ж варто. У мікросвіті як такої ентропії не існує. Однак і на цьому рівні при взаємодії частинок відбуваються втрати вільної енергії, тієї самої, яка необхідна для здійснення роботи будь системою і мірою якої є інформація. Якщо зменшується вільна енергія, зменшується і інформація. Тобто в мікросвіті закон незростання інформації також дотримується.

Жива і нежива природа

Будь-які приклади інформації в неживій природі, з інформатики вивчаються у восьмому класі і не має відношення до техніки, об'єднані відсутністю мети, для досягнення якої інформація зберігається, переробляється і передається. Для живої матерії все інакше. У разі живих організмів існує основна мета та проміжні. У підсумку весь процес отримання, обробки, передачі та зберігання інформації необхідний для передачі спадкового матеріалу нащадкам. Проміжними цілями є його збереження за допомогою самих різних біохімічних і поведінкових реакцій, до яких можна віднести, наприклад, підтримання гомеостазу і орієнтаційне поведінку. Приклади інформації в неживій природі говорять про відсутність подібних властивостей. Гомеостаз, до речі, мінімізує наслідки закону незростання інформації, який призводить до руйнування об'єкта. Наявність або відсутність описаних цілей — одне з головних відмінностей живої і неживої природи. Отже, можна знайти безліч прикладів на тему «інформація в неживій природі»: картинки на стінах древніх печер, робота комп'ютера, зростання кристалів гірського кришталю і так далі. Проте, якщо не брати до уваги відомості, створені людиною (різні зображення тощо) і техніку, об'єкти неживої природи сильно відрізняються за властивостями інформаційних процесів, що протікають в них. Перерахуємо їх ще раз: одноступенчатость, незворотність, відсутність мети, неминуча втрата інформації в джерелі при передачі її приймача. Інформація в неживій природі визначається як міра впорядкованості системи. У замкненій системі при відсутності зовнішнього впливу того чи іншого роду дотримується закон незростання інформації.