© "Семь искусств"
    года

2,145 просмотров всего, 50 просмотров сегодня

Мой израильский опыт показывает, что коллеги-физики вовсе не озабочены основополагающими проблемами естествознания и охотно подчиняются формуле «shut down and calculate», получая значимые, доброкачественные, но не эпохальные результаты. Именно такие результаты позволяют доить гранто-распределяющие структуры и уверенно продвигаться по карьерной лестнице.

Эдуард Бормашенко

ИНФОРМАЦИОННАЯ ПАРАДИГМА ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Введение

Эдуард БормашенкоКонец ХХ и начало ХХI века ознаменовались утратой интереса практикующих физиков к философским основам естествознания[1]. Возобладал подход: «shut down and calculate», видными адептами которого были Лев Давидович Ландау, Ричард Фейнман и Фримен Дайсон, не высоко ставившие и опасавшиеся метафизики[2]. На самом деле, парадигма, сводящаяся к «shut down and calculate», представляет весьма определенную, но плохо отрефлексированную метафизику, основанную на предположении о жестком разграничении проблем физики и философии, и непродуктивности метафизических поисков в решении проблем «чистой физики». В школе Ландау культивировалось полускрытое презрение к философии, имевшее в том числе и оздоровляющий характер, избавляя физиков от марксистской демагогии, подменившей и вытеснившей философию[3]. Утрата интереса к философии, однако, характерна не только для советской и постсоветской физики. Мой израильский опыт показывает, что коллеги-физики вовсе не озабочены основополагающими проблемами естествознания и охотно подчиняются формуле «shut down and calculate», получая значимые, существенные, доброкачественные, но не эпохальные результаты. Именно такие результаты позволяют доить гранто-распределяющие структуры, обзаводиться высокими h-факторами и уверенно продвигаться по карьерной лестнице.

За утрату интереса к архэ пришлось и платить. Примерно полстолетия физики не сообщают о результатах, соизмеримых по значимости с открытием теории относительности и квантовой механики[4]. Фундаментальная физика по необходимости подводит к границам познания и подвижной, зыбкой границе, отделяющей физику от метафизики[5]. Между тем, к концу XX века наметился перелом, связанный со взаимопроникновением физики и теории информации, перелом метафизический, возвращающий физиков к вопросу о перво-кирпичике, первооснове мироздания. Этот перелом не в последнюю очередь связан с формулировкой принципа Ландауэра, которому и посвящена настоящая статья. Принцип Ландауэра предлагает, новую информационную парадигму естествознания, и реализует существенный сдвиг взгляда на взаимоотношения механики и термодинамики.

Принцип Ландауэра — путь к Великому Объединению, или еще одна формулировка Второго Закона Термодинамики?

Принцип Ландауэра очень сжато может быть представлен так: «информация — физична»[6-8]. Попытаемся придать этому утверждению более отчетливое содержание. Теория информации обычно подается в чисто математическом виде, в котором информация вычисляется, а вопрос о физическом носителе информации не ставится[9]. Пожалуй, первым исключением из правил была книга Леона Бриллюэна, вплотную подошедшего к тому, что сегодня в научной литературе именуется Принципом Ландауэра[10]. В самой общей своей формулировке Принцип Ландауэра гласит, что в любой вычислительной системе, независимо от её физической реализации, потеря 1 бита информации неизбежно сопровождается увеличением энтропии самой вычислительной системы или окружающей среды. В более узком понимании, принцип Ландауэра утверждает, что при изотермическом стирании (уничтожении) 1 бита информации вычислительной системой потребляется теплота в количестве по крайней мере W джоулей: W=kBTln2, где  kB — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура изотермического процесса, или, иными словами: стирание одного бита информации требует по меньшей мере W=kBTln2 Джоулей энергии. Заметим, что запись и уничтожение одного бита информации не симметричны. Запись одного бита может требовать и меньшего количества энергии. Принцип Ландауэра проще всего иллюстрируется минимальным тепловым двигателем, предложенным в 1929 году Лео Сциллардом, в котором в качестве рабочего тела используется одна свободная классическая частица, а нахождение частицы в определенной/неопределенной части рабочей камеры соответствует записи/уничтожению одного бита информации[11-12]. Не входя в подробности анализа «минимальной тепловой машины», заметим, что цикл Карно, проведенный подобным тепловым двигателем имеет коэффициент полезного действия, в точности совпадающий с кпд макроскопической тепловой машины, тем самым иллюстрируя «отрицательный» смысл теоремы Карно: кпд цикла Карно не зависит от рабочего тела, использованного тепловым двигателем[13].

Принцип Ландауэра стал в последнее время предметом ожесточенной дискуссии[14-15]. В частности, утверждалось, что он либо представляет собой перетолкование Второго Закона Термодинамики и, стало быть, избыточен; либо возвращает физиков к обсуждению Демона Максвелла[14-15]. Между тем, справедливость принципа Ландауэра была проверена в ряде тонких и точных экспериментальных работ[16-18]. Например, Berut et al. проверили справедливость принципа Ландауэра на одиночной коллоидной частице, помещенной в «двугорбый» потенциал: локализация частицы в одной из потенциальных ям соответствовала записи одного бита информации; в свою очередь неопределенное между потенциальными ямами положение частицы соответствовало его уничтожению[16].

В самом деле, возможно, что принцип Ландауэра и представляет собою альтернативную формулировку второго закона термодинамики, изложенную на языке теории информации, что ничуть не умаляет его фундаментального значения, как будет показано ниже.

Мы же сосредоточимся на философских аспектах принципа Ландауэра. В первую очередь он существенно усиливает метафизическую позицию, выдвинутую Джоном Арчибальдом Уилером, афористически сводящуюся к “it from bit”. Уилер, полагал, что все фундаментальные для естествознания понятия, такие как частицы и поля, имеют информационную основу[19]. Таким образом, в качестве архэ у Уилера выступает информация. Послушаем самого Джона Уилера: «любая частица, сила или поле, и даже сам пространственно-временной континуум черпают свои смысл и существование (иногда опосредованно) в так или иначе аппаратурно оформленных ответах «да» или «нет» на вопросы, поставленные исследователем»… «а то, что мы понимаем под реальностью возникает из вопросов, адресуемых нами природе, на которые возможны ответы «да» или «нет». Таким, образом подосновой любого физического объекта служит информация[19]. А принцип Ландауэра именно и устанавливает связь между информацией и энергией, — базовыми представлениями физики. Привлекая специальную теорию относительности можно пойти и дальше: если принцип Ландауэра справедлив (подчеркнем, что он был тщательно экспериментально проверен[16-18]), то изотермическое уничтожение одного бита информации требует совершения системой работы за счет поглощенного тепла и влечет за собой соответствующее изменение массы системы ΔM, определенное в соответствии со специальной теорией относительности следующим образом[20-22]:

 ΔM = (kBTln2)/c2.

Заметим, что ΔM в соответствии с представлениями теории относительности может быть и массой физического поля (например, электромагнитного). Таким образом, делается существенный шаг к «великому» объединению информации, массы и энергии[20-22]. Метафизические последствия подобного объединения трудно переоценить. В частности, возникает принципиально новый онтологический подход: физический объект признается существующим, если он в состоянии нести энергию/массу, достаточные для записи/уничтожения одного бита информации. Асимметрия записи/уничтожения информации при этом приобретает принципиальное значение, проясняя происхождение «стрелы времени». Принцип Ландауэра позволяет и оценить информационную емкость Вселенной, которая оказывается огромной, но, что принципиально — конечной[22]. Следует подчеркнуть, что принцип Ландауэра остается справедлив и для квантовых объектов[23].

Однако, принцип Ландауэра идет и значительно дальше. Предлагая термодинамический эквивалент одного бита информации, он выводит термодинамику из подчинения механике. Традиционный взгляд на взаимоотношения механики и термодинамики таков: фундаментальны, первичны законы механики, а термодинамика представляет всего лишь ее обобщение на системы с большим числом частиц. При этом уже полтора столетия физиков терзает проблема «стрелы времени». Как из обратимых во времени законов механики возникает необратимость, постулируемая вторым законом термодинамики и столь хорошо известная экспериментаторам?

Второсортность термодинамики по отношению к механике, на самом деле, предполагает плохо отрефлекcированную философскую позицию: фундаментальны взаимодействия между отдельными частицами, поведение больших макроскопических систем должно быть понято исходя из этих взаимодействий. Говоря философски: фундаментальны, первичны части макроскопической системы; целое, сама система — вторична. Принцип Ландауэра переворачивает проблему, утверждая, что система и ее температура первичны, а вычлененные взаимодействия составляющих ее частиц — вторичны. Таким образом, мы можем утверждать, что «стрела времени», необратимость наблюдаемых нами физических процессов – первична, а обратимость взаимодействия отдельных частиц, видимая, как соударение бильярдных шаров, представляет собою частный, вырожденный случай глобальной необратимости физических процессов.

Нелишне заметить, что совершенно обратимых процессов физика и не знает, ибо систем, в которых трение полностью отсутствует, попросту не существует. Не говоря уже о том, что всякое физическое измерение необходимо должно завершиться в макроскопической, необратимой, термодинамической системе, каковыми являются физический прибор и человек. Таким образом, как сказал бы Джон Арчибальд Уилер, «в нашем с вами наблюдаемом мире», совершенно обратимых процессов нет, и наличие стрелы времени является фундаментальным физическим фактом. А Второй Закон Термодинамики в любой из его формулировок, включая формулировку, предложенную Рольфом Ландауэром, является фундаментальным физическим законом, а вовсе не недоразумением, неизвестно как проросшим на почве обратимых законов механики, будь то классической или квантовой. Особо отметим, что принцип Ландауэра, перетолковывая Второе Начало Термодинамики на языке теории информации, превращает бит в фундаментальную физическую структуру.

Информационная трактовка физики приобретает особые актуальность и звучание, в связи с постановкой фундаментального вопроса: какова максимальная скорость выполнения вычислительных операций данным физическим процессором[24-25]? Любопытно, что предложенная оценка этой скорости зависит только от фундаментальных физических постоянных (скорости света, гравитационной постоянной и постоянной Планка)[26], и не зависит ни от массы процессора, ни от температуры его функционирования (чего следовало бы ожидать, исходя из принципа Ландауэра). Эта фундаментальная проблема требует отдельной проработки.

Заключение

Принцип Ландауэра, сформулированный в 1961 году Рольфом Ландауэром, исподволь готовит смену метафизической парадигмы современного естествознания, полагая фундаментальной первоосновой природы — информацию. Тем самым, принцип Ландауэра поддерживает и развивает идеи, выдвинутые Джоном Арчибальдом Уилером, и не вполне в шутку сводящиеся к “it from bit”. Принцип Ландауэра устанавливает количественную связь между информацией, энергией и массой, делая важный шаг к «великому объединению», переосмысливая фундаментальную связь между информацией, массой и энергией. Принцип Ландауэра подводит фундамент под новую, информационную онтологию, сводя проблему существования физического объекта к возможности фиксации информации, относящейся к объекту. Принцип Ландауэра позволяет оценить и информационную емкость Вселенной, которая оказывается принципиально – конечной. Принятие принципа Ландауэра, приводит к признанию фундаментальности Второго Начала Термодинамики и тщетности попыток его обоснования на основе обратимых во времени уравнений классической и квантовой механик. Термодинамика не сводима к механике. Первичными являются большие, макроскопические, термодинамические, необратимые системы, включая человека-наблюдателя и физический прибор. Таким образом, Принцип Ландауэра приводит к существенному сдвигу взгляда на метафизику естествознания.

Благодарность
Автор признателен Геннадию Горелику за введение в круг идей, связанных с «пределом Бремермана»,
и продуктивное редактирования текста статьи.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Владимиров Ю.С. Метафизика. — М.: Бином. 2009.
  2. Кузнецов С.И. Стандартные модели: метафизика искаженной реальности, Метафизика, 2018, 2 (28) 22-28.
  3. Каганов М. К столетию со дня рождения Льва Давидовича Ландау. – 7 Искусств, 2019, 9 (113).
  4. Smolin Lee, The trouble with physics. — Houghton Mifflin Co., Boston, USA, 2007.
  5. Севальников А.Ю. Традиционная метафизики и квантовая механика. — Метафизика, 2017, 1 (23), 33–52.
  6. Landauer R. Dissipation and heat generation in the computing process. — IBM Journal of Research and Development 1961, 5, 183.
  7. Landauer R. Information is physical. — Physics Today 1991, 44 (5), 23–29.
  8. Landauer R., Minimal energy requirements in communication. — Science 1996, 272, 1914–1918.
  9. Фурсов В.А. Лекции по теории информации: Учеб. пособие под редакцией Н.А. Кузнецова — Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2006.
  10. Бриллюэн Л. Наука и теория информации, М. Физматгиз, 1960.
  11. Szilard L. 1929 über die Entropieverminderung in einem thermodynamischen System bei Eingriffen intelligenter Wesen, Zeitschrift für Physik. 1929, 53 (11–12), 840–856.
  12. Lutz E., Ciliberto S. Information: From Maxwell’s demon to Landauer’s eraser. — Physics Today 2015, 68 (9), 30–35.
  13. Bormashenko Ed., Shkorbatov A., Gendelman O. The Carnot engine based on the small thermodynamic system: Its efficiency and the ergodic hypothesis. — Am. J. Physics 2007, 75, 911–915.
  14. Norton, J.D. Eaters of the lotus: Landauer’s principle and the return of Maxwell’s demon. — Studies in History & Philosophy Sci. B 2005б 36 (2), 375–411.
  15. Norton, J. D. 2011, Waiting for Landauer, Studies in History & Philosophy Sci. B — 2011, 42, 184–198.
  16. Bérut A., Arakelyan A., Petrosyan A., Ciliberto S., Dillenschneider R., Lutz E. Experimental verification of Landauer’s principle linking information and thermodynamics. — Nature 2012, 483, 7388.
  17. Jun Y., Gavrilov M., Bechhoefer J. High-Precision test of Landauer’s Principle in a feedback trap. — Phys. Rev. Lett. 2014, 113 (19), 190601.
  18. Gaudenzi R., Burzuri, E., Maegawa S., van der Zant H., Luis F. Quantum Landauer erasure with a molecular nanomagnet. — Nature Physics 2018, 14 (6), 565–568.
  19. Wheeler J. A. Information, Physics, Quantum: The Search for Links, Proceedings of the 3rd International Symposium on Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology, Tokyo, 1989, 354–368.
  20. Herrera L. The mass of a bit of information and the Brillouin’s Principle. — Fluctuation & Noise Lett. 2014, 13 (1), 2014, 14500.
  21. Vopson M. M. The mass-energy-information equivalence principle. — AIP Adv. 2019, 9, 095206.
  22. Bormashenko Ed. The Landauer Principle: Re-Formulation of the Second Thermodynamics Law or a Step to Great Unification? Entropy 2019, 21(10), 918.
  23. Hilt S., Shabbir S., Anders J., Lutz E. Landauer’s principle in the quantum regime. — Phys. Rev. E. 2011, 83, 030102(R).
  24. Bremermann H.J. Optimization through evolution and recombination In: Self-Organizing systems 1962, edited M.C. Yovits et al., Spartan Books, Washington, D.C. pp. 93–106.
  25. Margolus N., Levitin L. B. The maximum speed of dynamical evolution». Physica D, 1988, 120 (1–2), 188–195.
  26. Gorelik, G. Bremermann’s Limit and cGh-physics, ArXiv, 2010, arXiv:0910.3424.
Share

Эдуард Бормашенко: Информационная парадигма естествознания: 61 комментарий

  1. Ефим Левертов

    Полагаю, что на связанную тему пишет Эдуард Шифрин в статье «Закон подобия как основной закон взаимодействия человека и Всевышнего» («Лехаим» №7 2021). Вот несколько отрывков из этой статьи.
    Согласно положениям каббалы информации, Творение представляет собой иерархическое информационное пространство, основным условием существования которого является информационный обмен между Всевышним и человеком. Согласно представлениям иудаизма, именно человек определяет характер этого информационного обмена.
    В качестве основы для описания информационной структуры Творения я считаю возможным принять модель информационного пространства, предложенную Ричардом Хаммингом и описанную в книге нобелевского лауреата Мартина Эйгена «Странная простота и сложное сходство». При этом я далек от мысли, что Б-жье творение можно полностью описать при помощи математики, — в данном случае речь идет об аппроксимации.
    Подобие. С моей точки зрения, подобие души древу сфирот определяется ее информационным содержанием, то есть пониманием концепций древа сфирот. Данное положение можно проиллюстрировать примером из геометрии. Все треугольники имеют одинаковый образ,, однако подобными считаются только те, у которых одинаковые углы. Таким образом, чтобы «приблизиться» к древу сфирот, мы должны постигать и понимать концепции древа сфирот, изложенные в Торе, пророчествах, заповедях.
    Понимание. В 1948 году Клод Шеннон и Уоррен Вивер опубликовали книгу «Математическая теория коммуникации». Целью их теории было решение практической задачи — передачи информационных сообщений наиболее эффективным способом и с минимальным количеством ошибок. Однако со временем научное сообщество осознало, что положения теории выходят за рамки технической передачи информации и являются фундаментальными для нашей реальности. Теорию Шеннона и Вивера можно по праву поставить в один ряд с базовыми теориями физики Ньютона, Максвелла, Эйнштейна.
    Заключение. Итак, мы начали рассмотрение Закона подобия, который является универсальным для Творения. При помощи этого закона можно объяснить характер взаимодействия человека со Всевышним, дать объяснение понятий жизни, смерти, любви, красоты, что я планирую сделать в продолжении статьи.

  2. Бормашенко

    Bormashenko — Mykola Borysiv
    Согласен. Красота Лагранжева и Гамильтонова формализмов всегда производили на меня оглушительное впечатление. В музыке с этим может сравниться разве что Бах. Отбываю в Субботу.

  3. Bormashenko

    Bormashenko-Mykola Borysiv
    Есть, пока не показано обратное. Я с уважением, но без священного трепета отношусь и к однородности и изотропии пространства-времени и к вытекающим из них законам сохранения. Экспериментальные факты я уважаю, но скажем распространять их на такой сомнительный физический объект, как Вселенная поостерегся бы.

    1. Mykola Borysiv

      Согласен. И точно так же отношусь к известным законам — без трепета, но с уважением. Мы, к примеру, исходим из того, что материя не появляется ниоткуда. Но при этом мы не знаем, что в конечном итоге происходит с материей, попавшей в чёрную дыру. И вообще, нам неизвестен конечный итог эволюции чёрных дыр. Разве что излучение Хокинга кое-что подсказывает.
      И тем не менее, несмотря на эту неполноту знания, нет пока оснований отменять известные законы. Я бы даже сказал, что некоторые из них (гамильтоновская и лагранжева механики, классическая электродинамика, СТО и ОТО, и т.д.) гарантированно относятся к истинным законам, т.е. тем, которые могут быть лишь расширены, но никогда уже не будут отменены. Потому что они оперируют с минимально возможным числом свободных параметров, а значит — они совершенны. А совершенство — это неявное свидетельство истинности 🙂

  4. Mykola Borysiv

    Вполне возможно, что эта дискуссия уже исчерпала себя. Так, по крайней мере, мне кажется. Вряд ли уже прозвучат новые идеи и аргументы. И я благодарен вам за вашу статью и ссылки. Хоть и попал я сюда довольно странным образом (увидев обвинение вас в лженаучности от человека, которого я знал как вполне грамотного), но было интересно. А особенно приятно, что всплыл в памяти и забытый уже текст, который я сам на близкую тему писал около десяти лет назад.
    На всякий случай прощаюсь. Но постараюсь заглядывать.

  5. Бормашенко

    Bormashenko-Mykola Borysiv
    Ну, если нет однородности и изотропии пространства-времени, то нет и законов сохранения.

    1. Mykola Borysiv

      Но всё это есть, независимо от согласия с этим 🙂 И ничто не свидетельствует об обратном.

  6. Bormashenko

    Bormashenko- Mukola Borysiv
    Я несколько раз перечитал Ваш текст, и мне показалось, что Вы принципиально не различаете реальный мир и физические модели, его описывающие. Я ошибаюсь? Это вполне возможная философская позиция, но мне хотелось бы это прояcнить. Спасибо. Эд.

    1. Mykola Borysiv

      В том-то и дело, что я ясно разделяю реальный мир и модели, описываемые известными нам законами, каждый из которых не является абсолютно точным и справедлив лишь в своей области параметров. И то, что я пытался донести (возможно, не совсем удачно), это мысль о том, что нельзя отождествлять реальность с моделями. Хотя подавляющее большинство как раз и делают эту ошибку.

      Я физик-теоретик, хотя и философией науки чуть ли не со школы интересуюсь (в 10-м классе попалась в руки книга Мостепаненко, откуда я даже про конвенционализм Пуанкаре узнал). Имею богатый опыт численного моделирования, в том числе и кинетики. Хорошо понимаю проблемы перехода от динамики частиц к кинетике и затем к термодинамике. Делал это и руками (аналитически), и численно. Знаю, в каких местах какие предположения для этих переходов требуется вносить (именно об этих предположениях, носящих чисто антропный характер, я и говорю). Понимаю, что такое динамический хаос и как он возникает в моделях. И, как мне кажется, я очень хорошо чувствую границы применимости этих моделей, ясно вижу, почему именно модель нельзя идентифицировать с реальностью. И после одного из спонтанных обсуждений на эту тему я написал тот текст. В какой-то момент я хотел довести его до уровня статьи и опубликовать, но так и не собрался. Некогда пока. Но скоро уже выйду на пенсию и займусь философией 🙂

    2. Mykola Borysiv

      Сам себя поправлю. Говоря о неточности известных нам законов, я таки допускаю, что законы сохранения энергии и импульса справедливы везде, всегда, и с абсолютной точностью. Другое дело, что для процесса познания природы абсолютная точность принципиально недостижима, как вследствие физических ограничений, так и вследствие вносимых в процессе измерений возмущений. Но если допустить (чисто умозрительно), что начальное состояние Вселенной было известно «демону Лапласа», т.е. Вселенная была строго задана точкой в полном фазовом пространстве, тогда (так же умозрительно) предопределена и вся её траектория. Хотя наше знание о ней всегда будет ограничено.

    3. Mykola Borysiv

      Ещё одно уточнение. С момента возникновения в физике этих понятий — энергия и импульс, законы сохранения их никем не подвергаются сомнению и считаются справедливыми на всех уровнях, от микро до макро. Хотя их определения претерпевали изменения и расширения. К примеру, возникновение теории относительности заставило пересмотреть определения. Однако законы сохранения, как, впрочем, и связь их с симметрией пространства-времени, остаются неизменными с момента их осознания.

  7. Mykola Borysiv

    Участвуя в этой дискуссии, я тоже увидел ссылку на статью Карпенко. Прекрасный исторический обзор толкований квантовой механики с последующим анализом. При этом мне бросилось в глаза следующее: обсуждается проблема участия человеческого сознания в квантовых измерениях и экспериментах и делается вывод о неисключаемости этого участия. А я в своей статье (повторю ссылку, если кто пропустил: https://www.facebook.com/groups/PhysicsInRussian/posts/3414499358625977) совершенно сознательно не касался квантовой физики, сказав лишь, что она не добавляет ровным счётом ничего качественно нового к моему рассмотрению. И, по-сути, обобщил выводы, сформулированные для квантовой физики, на макрофизику.

  8. Bormashenko

    Bormashenko-Mykola Borysiv
    Позволю себе с Вами не согласиться. Я как раз полагаю «стрелу времени» объективной и не зависящей от наблюдателя (в том числе человека).

    1. Mykola Borysiv

      Стрела времени возникает у нас в тот момент, когда мы переходим от микро- к макромоделям. Когда мы собственными руками вносим в эти модели величины, существующие лишь в статистическом смысле. Это такие привычные нам физические величины температура, энтропия, энтальпия, и т.д. Разумеется, используя эти величины, многие явления прекрасно описываются. Но это, по-сути, эмпирический уровень описания. Потому что нет способа перехода от микроописания (с полной обратимостью) к термодинамике без внесения дополнительных предположений, выключающих обратимость и создающих стрелу времени. Наиболее ясно это из цепочки уравнений ББГКИ.

      Другое дело, что стрела времени существует в расширяющейся Вселенной. Поскольку существовал начальный момент и не было никакого прошлого до этого момента. Разумеется, в рамках наших представлений о вселенной и с тем набором мировых констант, которые нам достались. Но эта стрела времени фактически никак не отменяет детерминизм на микроуровне.

  9. Евгений В.

    Наблюдают ли наблюдаемые нами наблюдатели наблюдателей, наблюдающих за нашими наблюдениями? Ответ на этот вопрос определит прошлое и будущее физики… либо прошлое физики и будущее наблюдателей ;)))

  10. Bormashenko

    Bormashenko-Mykola Borysiv
    Спасибо за Ваши комментарии. Очень интересно. Весьма признателен. По-поводу антропного принципа. Мне кажется, все же, что антропный принцип относится к области чистой философии. Признаться, мне не слишком понятно, полезен ли он как эвристический принцип физики. Мне необходимо над этим серьезно подумать. При всей условной демаркации физики и философии, по-моему антропный принцип все же утверждение метафизическое. Но об этом необходимо очень серьезно думать. Статья Карпенко, которую порекомендовал в нашей дискуссии Профессор Михаил Носоновский заставляет еще раз серьезно задуматься над вопросом о природе физической реальности и ее зависимости/независимости от наблюдателя.

  11. Бормашенко

    Бормашенко — Игорю Манделю.
    Спасибо Игорь, мне кажется, что от асимметрии запись/стирание информации рукой подать до термодинамической стрелы времени.

    1. Mykola Borysiv

      В своём комментарии на мой текст (ссылка, которую я вам давал), вы, похоже не обратили внимания на один из главных тезисов — термодинамическая стрела времени есть следствие чисто человеческого толкования законов природы. Т.е. неявного присутствия антропного принципа. Однако здесь, говоря, что » от асимметрии запись/стирание информации рукой подать до термодинамической стрелы времени» вы практически повторяете тот мой тезис. Ибо запись/стирание информации — акт интеллектуального взаимодействия человека с природой. В итоге, и термодинамическая стрела времени тоже существует лишь в наших законах описания природы. А сама природа никакой стрелы времени не знает.

  12. Igor Mandel

    Эдуард, очень интересно. Что-то в этом есть, в нисимметричности между стиранием и приобретением информации. Интуитивно это кажется как-то связанным с другими концепциями универсального рода:
    V. Vanchurin (2020) The world as a neural network https://arxiv.org/pdf/2008.01540.pdf
    и особенно
    The Autodidactic Universe https://www.researchgate.net/publication/350749671 (there is L. Smolin there among authors), в которой принцип Ландауера непосредственно обсуждается в связи с вопросами, которые вам, кажется, интересны (irreversibility, etc.). Так что нечто новое грандиозных пропорций все же рождается на наших глазах.

  13. Бормашенко

    Bormashenko — Евгений В
    Для иллюстрации принципа Ландауэра лучше всего взятть минимальный тепловой двигатель, состоящий из одной частицы и камеры с подвижной стенкой, перегораживающей камеру пополам . Можно сказать, что если частица находится слева от стенки, то это соответствует состоянию «0» нашей вычислительной системы. Если частица занимает весьь объем камеры, то ее состояние неопределено, и мы стерли один бит информации. Рассмотрение этой минимальной тепловой машины немедленно приводит к принципу Ландауэра. Но, Вы, совершенно правы, можно вместо тепловой камеры с подвижной перегородкой взчть двугорбый потенциал.

    1. ЕвгенийВ

      Мм… боюсь, что с одной единственной частицей есть проблема. Здесь все же нужно не однократное запирание, а многократное, с последующим статистическим анализом. Если вы «не глядя» опускаете перегородку, то частица будет с равной вероятностью оказываться то в одной камере, то в другой; получится, что вы не информацию создаете, а случайную последовательность бросания монетки. А если Вы хотите все-таки именно ЗАПИСАТЬ информацию, а именно, запереть частицу в строго определенной камере (и так — раз за разом), Вам потребуется предварительный снимок положения частицы, а значит, дополнительная энергия именно для записи. А вот для стирания этой энергии не нужно.

      Единственная возможность для того, чтобы запись информации требовала меньше энергии, чем стирание, — это чтобы перегородка выдвигалась с большим усилием, чем опускалась.)))

  14. Bormashenko

    Bormashenko ЕвгенийB
    Спасибо. У Вас «энтропия есть количество тепловой кинетической энергии, не способной уже совершить (при данной температуре) никакой полезной работы». Так говорить определенно нельзя, у энергии и энтропии — разные размерности! Энтропия — безразмерна, энтропия это klnW , где W число микросостояний, соответствущих данному макросостоянию, энергия — величина размерная!

    1. ЕвгенийВ

      О да, конечно! Тут я как раз неверно интепретировал цитату из Вики: «мера необратимого рассеивания энергии или бесполезности энергии (потому что не всю энергию системы можно использовать для превращения в какую-нибудь полезную работу)». Именно мера, а не энергия. Но тогда, соответственно, и информация — не форма энергии, а мера: мера энергии, которая еще может совершить «полезную работу».
      И что все-таки говорит принцип Ландауэра, если пытаться применить его не к вычислительной системе, а к классической термодинамике частиц? Вот, допустим, у меня есть эта классическая моментальная картинка емкости с частицами «синего» и «белого» цветов, когда все «синие» почему-то собрались в правой половине, а все «белые» в левой. Это противоестественное состояние, по определению, содержит информацию. Дальше все частицы хаотически перемешаются — информация стерлась, энтропия вышла на максимум. Где здесь хоть какая-то необходимость во внешней энергии для стирания? Видимо, принцип Ландауэра предполагает, что информация хранится в какой-то равновесной системе… по крайней мере, в физической системе, застрявшей в какой-то локальной потенциальной ямке

  15. ЕвгенийВ

    Уважаемый Эдуард,
    к исходу четвертого дня размышлений над Вашей статьей, я, наконец, начал кое-что понимать о физическом смысле термина «информация», и должен дезавуировать некоторые свои поспешные заявления, сделанные раньше. Во-первых, я могу сформулировать качественно, что такое информация, с точки зрения термодинамики и статистики:
    Информация, заложенная в физической системе, есть мера отклонения физической системы от ее наиболее вероятного, статистически ожидаемого состояния, к которому она должна стремится по известным нам физическим законам. (Я не нашел, кстати, такого определения ни в Вики, ни где-либо еще; потому ли, что термин «информация» уж очень многозначен, или потому, что плохо искал).
    Наиболее вероятное состояние для идеального газа — это равновесное состояние, при котором распределение числа молекул по скоростям укладывается на кривую Максвелла для данной температуры, и соответствует максимальной энтропии. Определение ИНФОРМАТИВНОСТИ в термодинамике как раз является ОБРАТНЫМ, по отношению к ЭНТРОПИИ: энтропия есть количество тепловой кинетической энергии, не способной уже совершить (при данной температуре) никакой полезной работы. Причем, следует добавить, — никакой полезной работы ни внутри системы, ни вовне, так как предполагается равновесие данного объема газа и с окружающей его средой. Скажем, окруженный мыльной пленкой пузырь идеального равновесного газа не способен ни сильнее растянуть пленку, потому что давление газа внутри сравнялось с давлением на пленку снаружи, ни деформировать ее шарообразную форму, потому что равновесен внутри.
    Чтобы сделать газ носителем информации, надо искусственно вывести его из этого равновесного состояния. Чем сильнее распределение частиц газа — как по скоростям, так и по плотности расположения в заданном объеме (!) — будет отличаться от равновесного, тем больше ИНФОРМАЦИИ вы вложили в него. Если хотите добиться максимума «информации», Вы можете сделать это, придав частицам газа всего две фиксированные скорости (но так, чтобы среднестатистическая температура осталась неизменной), и распределив их предельно неравномерно по объему. Что значит «предельно неравномерно» я не знаю; мы сталкиваемся здесь с вопросом — насколько плотно можно сжать «точечные частицы», не превратив во что-то принципиально иное.
    Битовая дискретность информации определяется тем, что любая реконфигурация частиц в равновесном газе потребует внесения энергии извне, а энергия квантуется. Но как сделать, чтобы внесение информации брало меньшую энергию, чем стирание (учитывая, что стирание — это просто самопроизвольный возврат газа к равновесному состоянию) мне абсолютно непонятно.Более того, в свете вышесказанного, моя прежняя идея о «записи» информации путем заморозки, и «стирания» путем разморозки, совершенно неверна, т.к. в замороженном газа (или одиночной частицы) нулевая скорость частиц как раз и является равновесным, наиболее вероятным состоянием и никакой информации не несет. Равновесное состояние не может нести информацию: нулевая энтропия в данном случае совпадает с нулевой информацией.

  16. Bormashenko

    Bormashenko — Mukola Borusiv,
    Шановний Пане Микола, звертаюсь до Вас росiйською мовою, бо так менi легше писати (на клавiатурi вiдсутня украiнська мова), пробачте.
    Огромное спасибо за комментарий и Ваш текст. О нем можно долго разговаривать и спорить. В частности, Ваш текст содержит следующее утверждение:
    \»В частности, это определение энтропии, стоящее на чисто человеческих понятиях простоты и сложности. В том смысле, что ни хаос, ни порядок не существуют в природе сами по себе\».
    Это и верно и не совсем. Сейчас прилагаются огромные усилия по переведению человеского представления о сложности на формальный математический язык. Вообще говоря,это именно то, чем занимается наука: она пытается сбросить оковы языка человеческого общения, от его многозначности, метафоричности.
    В этой связи, Вам, возможно, будет любопытен текстик:
    https://7i.7iskusstv.com/y2019/nomer3/bormashenko/
    Но сейчас не об этом; кажется, удается, хотя бы для ряда задач избавиться от \»человечности\», субъективности в определении сложности. Здесь, разумеется, мощный рывок был сделан Колмогоровым, придумавшим \»Колмогоровскую сложность\». Она не универсальна. Отнюдь. С того времени многое продвинулось в деле объективации сложности, могу порекмендовать:
    Information measures, effective complexity, and total information, Murray Gell-Mann, Seth Lloyd, Complexity,Volume2, Issue 1,
    September/October 1996, Pages 44-52.
    Я много сейчас работаю над формализацией представления о сложности, и мне какжется, что в ряде случаев \»простота\» совпадает с симметризацией системы, попросту говоря (простите за каламбур): простое = симметричное (в ряде случаемв подобное определение сложности будет совпадать с колмогоровским) . Но, разумеетсся, это верно не всегда. По-видимому, представление о сложности обладает \»тонкой структурой\».

    1. Mykola Borysiv

      Спасибо за ответ и ссылку. Однако думаю, что здесь мы говорим уже о разных вещах. Вы говорите о сложности скорее алгоритмической, о минимизации информации, требуемой для записи и воспроизведения наперёд заданного абстрактного объекта. А я говорил о неявно присутствующих в физике допущениях (антропный принцип) и о невозможности согласовать их с детерминизмом Лапласа, который тоже присутствует, как явно, так и неявно. В физике имеют место принципиальные ограничения на получение информации, необходимой и достаточной для предсказания поведения физических объектов на произвольно большой, хотя и конечный промежуток времени. И этот промежуток времени жёстко задан чисто человеческим толкованием сложности: простые системы легко считаются, сложные — нет. Иными словами, дело не в записи и компактификации информации, а в возможности получения её с наперёд заданной точностью, а также верификации этой информации. При этом совершенно очевидно, что использовать уже имеющуюся информацию для сколь угодно точных предсказаний всё равно невозможно, поскольку ни одна математическая (компьютерная) модель не позволяет сделать это без внесения ошибки.

  17. Benny B

    Моё интуитивное понимание термина «информация» из этой статьи:

    В пространстве-времени любого масштаба есть особые места, которые могут быть чем-то заняты или не заняты.

    Например, на поверхности планеты Земля есть океаны, суша или лёд. На суше есть горы, леса, пустыни, поля, города и т.д.
    Другой пример: поле для гольфа, где есть 18 лунок, в каждой из которых может быть или не быть мячик для гольфа.
    Пример из микро-мира: алмаз, где решётка из ядер углерода создаёт особые места на поверхности алмаза и немножко внутри, для загрязнений.

    Эти примеры объясняют обратную связь энтрипии с информацией: при максимуме энтропии разрушаться горы и заполнятся океанские впадины. Поверхность Земли будет идеальным элипсоидом, равномерно покрытым водой. В таком мире нет «особых мест», которые могут быть чем-то заняты или не заняты.

    1. ЕвгенийВ

      Не претендую на научную оценку, но мне понравилась статья. Я разделяю Вашу мысль, что, в космологических масштабах, гравитация и явная наблюдаемая нестационарность, делают модель «тепловой смерти» крайне маловероятной. Мы слишком многого не знаем о Вселенной. Модель идеального газа, подчиненного только гамильтоновой механике и распределению Максвелла (или кого там?) и равномерно заполнившего бесконечную плоскую Вселенную, — слишком примитивная и скучная модель, чтобы оказаться правдой. Эйнштейн, кажется, сказал: «нужно всё упрощать, но не более, чем нужно».)
      Мы не знаем, на самом деле, что происходит за пределами космологического горизонта. Самые дальние наблюдаемые объекты космоса — они же самые старые. Сейчас они намного дальше, и мы совершенно не знаем, что там происходит. Мы распространяем наблюдаемое вокруг нас расширение Вселенной за ее горизонт. А, может, там уже происходит сжатие, или падение в гигантскую черную дыру? Там, на горизонте видимой Вселенной, ось времени фактически перпендикулярна нашему времени. А за горизонтом она, возможно, вообще поворачивает вспять, и наша Вселенная «закольцована» не только в пространстве, но и во времени. Меня, кстати, уже не раз посещала эта мысль.
      Кроме того, если предположения о других измерениях, помимо 4-х известных, окажутся верными, то, вполне возможно, что совсем рядом с нами, «на расстоянии вытянутой руки», существует иная Вселенная, неким неизвестным образом взаимодействующая с нашей.

      1. Mykola Borysiv

        Спасибо за оценку. Хочу добавить также, что «тепловая смерть вселенной» была для меня лишь затравкой для написания текста об этой проблеме. Главной была мысль о роли антропного принципа в нашем толковании законов природы, о том, что чисто человеческие понятия простоты и сложности являются неотторжимой компонентой физики. При том что про антропный принцип обычно вспоминают лишь в космологии. И то это считается в признаком дурного тона 🙂

  18. Mykola Borysiv

    цитата: «физический объект признается существующим, если он в состоянии нести энергию/массу, достаточные для записи/уничтожения одного бита информации.»

    Здесь есть важный момент, который нужно уточнить: объект (не) признаётся существующим где? В реальности или в компьютерной модели? Судя по всему, речь лишь о компьютерной модели, поскольку в определении участвует температура. Как известно, минимальная энергия, требуемая для обработки бита при Т=300 К, равна 0.017 эВ. Тогда как в реальности проводят эксперименты с электронами существенно более низких энергий.

  19. Bormashenko

    Бормашенко-Евгению Гаеву
    А нельзя как нибудь повежливее, бех хамства.»Информация — это человеческое восприятие чего-либо. Есть человек — есть информация, нет человека — и информации нет.» Это очевидно ошибочное утверждение, я сейчас выключу мой компьютер, человека — нет, и информация в нем записанная останется. А Вам, Евгений, я советую начать с изучения учебников по теории информации, с работ Бриллюэна, Шеннона, Колмогорова, а потом объявлять текст ахинеей. Не оставлять комментрии Полиграфа Полиграфовича, написанное пером, не вырубишь….

  20. Евгений Гаев

    Простите за прямоту, но я почти все здесь написанное держу за ахинею, «написав формулу Шеннона, Вы превращаете информацию в математический конструкт»!
    Информация — это человеческое восприятие чего-либо. Есть человек — есть информация, нет человека — и информации нет. При этом законы физики, подсмотренные и еще не подсмотренные человеком — остаются в действии.
    Понимаю читателя, адресовавшего других к русскому складу ума, http://joyreactor.cc/post/1562826

    А я могу только добавить еще одного любителя сводить физику к информации,
    https://uk.wikipedia.org/wiki/Тесля_Юрій_Миколайович

    Желаю автору дальнейших успехов в его анти-науке!

    1. ЕвгенийВ

      Не спешите с выводами, тезка. Я бы тоже мог отнестись скептически к обсуждаемому материалу, если бы три-четыре года назад на глаза мне не попалась книга американского физика Леонарда Сасскинда «Битва при черной дыре (или моё сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики)». Леонард Сасскинд — отнюдь не какой-то рядовой физик; он один из китов современной теоретической физики, автор теории струн и целого ряда крутейших идей, ведущий профессор физики Стэнфордского ун-та (и его курсы лекций почти по всем разделам теоретической физики Вы легко можете найти и послушать в сети, если, конечно, Ваш английский позволяет).
      Так вот, темой долгого теоретического спора между Сасскиндом и Хокингом был вопрос — сохраняется ли ИНФОРМАЦИЯ о материи, упавшей в черную дыру, или пропадает безвозвратно. Первый утверждал, что сохраняется, и второй, в конечном счете, с ним согласился.
      Я не дорос до подобных баталий, но, раз уж такие титаны говорят о фундаментальной важности понятия «информация» для физики, то считаю для себя необходимым, по крайней мере, попытаться разобраться с физическим определением ея.

    2. В.М.

      Гаеву

      Эк Вы, батенька, сослепу рубанули. Вы, видимо, понимаете информацию как то, что пишут в газетах и на форумах. А Шеннон имел в виду нечто иное, строго определенное. Почитайте его работы, чтобы понять в чем разница.

  21. Bormashenko

    Бормашенко — Евгений B
    Глубокоуважаемый Евгений, Вы поставили очень много вопросов, постраюсь ответить на большинство:
    1. По поводу троичной логической системы, на которой можно построить компьютер (заменив бинарную). Вы совершенно правы. Более того первые советские и американские компьютеры работали именно на троичной логической системе. Но вот, что удивительно: принцип Ландауэра верен и для них. Это легко показать, см. Bormashenko Ed. Generalization of the Landauer Principle for Computing Devices Based on Many-Valued Logic, Entropy 2019, 21(12), 1150.
    Эта статья есть в сети, в открытом доступе, Вы ее легко найдете.
    2. Вы пишете о том, что понятие «информации» трудноуловимо. Но смысл всех слов нормального языка человеческого общения трудноуловим. Чем занимается наука? Пытается избавить слова от многозначности и неопределенности, превращая в математические объекты. Понятие «энергии» тоже туманно и трудноуловимо, но если Вы напишете формулы для энергии, ситуация существенно прояснится, тривиализуется. Ландау о себе говорил: «я великий тривиализатор». То же самое с информацией, понятие информации туманно; написав формулу Шеннона, Вы превращаете информацию в математический конструкт, а принцип Ланадауэра наполняет понятие «информации» физическим содержанием.
    3. Вам термодинамика казалась скучной наукой. Не спорю. Но Эйнштейн, как-то заметил, что все физические теории, включая теорию относительности, устареют, падут, будут заменены, кроме термодинамики. Думаю, что он не ошибался. Но здесь дело тонкое: может быть термодинамика скучна правотой таблицы умножения. Это верно. Но прорастание термодинамики из статистической физики совсем не скучно и не тривиально.
    4. Ваша идея «информационной машины Карно» мне кажется сверхплодотворной. Я об этом думал в 2019 году, предложив минимальную машину Карно, которая записывает/стирает в нагревателе/холодильнике один бит информации. То есть вмество выполнения механической работы, записывает / стирает по одному биту информации. Послал статью в Entropy,
    редакторы ее зарубили. Мне надоело с ними перерекаться и я разместил статью в открытом доступе на Researchgate. Вы ее там легко найдете.

    1. ЕвгенийВ

      Уважаемый Эдуард,

      Во-первых, выскажусь по поводу формул. Я их ценю, когда нужно что-то конкретное и понятное посчитать, но не питаю к ним никакого священного трепета, пока смысл их мне до конца не ясен. И мне не кажется, что из сколь угодно ловких математических преобразований может родиться более глубокое понимание физической сути (возможно, потому что я не физик и не математик, и мне почти никогда не приходится манипулировать формулами). Я по характеру, скорее, гибрид физика и гуманитария, причем, достаточно тугодумный. Мне показалось, по критичному отношению к «shut down and calculate» в начале статьи, и потому, что Вы пишете прозу, что и Вы сочетаете качества чистого физика и философа-метафизика.
      Ландау, несомненно, гений, в плане владения математикой и приложения ее к физическим задачам, но вряд ли на него можно ориентироваться (именно, потому что гений). Я где-то читал, кажется, что Лев Ландау, будучи еще старшеклассником, как только увидал формулы преобразований Лоренца, пришел в неописуемый восторг и заапплодировал. Т.е., ему достаточно было одного беглого взгляда на формулы, чтобы понять и принять СТО. Много Вы можете найти старшеклассников, которые мгновенно понимали бы суть СТО, при первом взгляде на формулы? Может быть, пару человек на всем шарике… Абсолютное большинство людей не способно понять СТО по этим весьма лаконичным формулам. Им необходимы долгие и подробные словесные объяснения и примеры.
      Любой символ, любой математический значок оператора требуют, при их введении, очень точного и подробного словесного определения. Это определение должно быть математически точным и, в то же время, грамотно сформулированным на том человеческом языке, на которым Вы разговариваете (русском, немецком, английском). Формула, которой мы потом будем пользоваться будет математически точна ровно настолько, насколько математически точным было словесное определение входящих в нее величин. У нас нет другого математического языка нижнего уровня — уровня базовых определений, — кроме нашего разговорного языка. Так я думаю. И очень часто вспоминаю фразу Эйнштейна о том, что «математика — это лучший способ водить самого себя за нос».

      Что касается понятий информации и энтропии, и формулы Шеннона, выскажусь чуть погодя. Я кое-что прочел и кое-что надумал, мне кажется.)
      Спасибо за ответы и ссылки!

    2. ЕвгенийВ

      Теперь к «нашим баранам», т.е., к понятиям информации и энтропии. Начну с энтропии в классическом понимании. В классической термодинамике существует понятие: адиобатический процесс — это процесс, при котором рабочая среда (газ) термоизолированы от внешней среды, соответственно, температура и объем газа меняются без теплообмена с внешней средой. Два участка классического цикла Карно как раз лежат на отрезках адиабат. Первое, классическое определение энтропии таково, что при адиабатическом процессе энтропия газа не меняется. И, поскольку теплообмен есть обмен энергией (с внешней средой), а отсутствие такового означает неизменность тепловой энергии, растворенной в газе, то постоянство энтропии и постоянство тепловой энергии очевидным образом взаимосвязаны. Не прямопропорциональной зависимостью, разумеется, ибо тогда они были бы эквивалентны, но взаимно однозначно: приток теплоты, вызывающий рост кинетической энергии газа, вызывает и рост энтропии; отток тепла — наоборот, падение энтропии. Эта взамосвязь действует и при неизменном объеме газа, и при неизменной температуре. Заморозьте газ до абсолютного нуля, и энтропия станет равной нулю.
      Идем дальше. Нам говорят: чем выше температура (и объем) газа, и чем выше энтропия, тем НЕОПРЕДЕЛЕННЕЙ, непредсказуемей становятся измеряемые значения координат и скоростей каждой часитицы. Совершенно логично. При релятивистских скоростях частиц начинают, вдобавок, сказываться планковские квантовые эффекты. А ИНФОРМАЦИЯ, получаемая через замер состояния частиц, говорят нам, как раз должна выражаться величиной, противоположной неопределенности, противоположной энтропии, и она должна возрастать, по мере снижения энтропии. Т.е., замер координат замороженного до абсолютного нуля газа — максимально информативен. И это верно даже для единственной частицы — мы будем точно знать, где она «осела» (в теории, конечно). И при повторных замерах (что особенно важно, в свете корректной интерпретации формулы Шеннона, о чём ниже), частица неизменно окажется в том же месте, доводя информативность до 100%.
      Но так ли все просто… Разве, желая получить максимум информации, мы хотели только однократного замера координат «замороженного» газа? Разве положение частиц при одноразовой заморозке отражает их постоянное местоположение в горячем газе? Конечно нет! Понятно, что только размораживая и замораживая газ многократно, в цикле, мы получим серию замеров — информционную последовательность, — дающих гораздо более полную информацию о всех возможных расположениях частиц. Своего рода, информационный двигатель, который не производит никакой работы и не двигает поршней, но только нагревает и замораживает газ.
      В формуле Шеннона входит вероятность каждого конкретного полученного события, а событием, в нашем случае, явлется одиночный замер. Вероятность же повторения событий, по формуле Шеннона, может быть определена только по серии событий (в идеале, бесконечной). Именно из серии событий вырастает информативность принимаемого сообщения. Если событиями являются принимаемые буквы, или последовательность нулей и единиц, то последовательность одинаковых букв(цифр), по Шеннону, максимально «информативна», а совершенно случайная последовательность — максимально НЕинформативна. И это заставляет усомниться в пригодности формулы. Как программист, я знаю, что максимально информативен предельно сжатый файл (ZIP, RAR, JPG), но он-то как раз и будет выглядеть случайной энтропийной последовательностью.
      Но это только крошечная вершина айсберга, потому что мы говорим о предельно упрощенной модели, где есть только идеальный, хаотический газ. А в реальности всё гораздо-гораздо сложнее, потому что энергия в нашем мире существует не только в тепловом, простейшем, кинетическом виде, а бывает упакована в сложные химические и ядерные структуры. Не говоря уже о расширении объема Вселенной и притоке «темной энергии» и «темной материи»

  22. Евгений В.

    Хочу заметить, что понятие «информации» трудноуловимо. Из СТО понятно, что информация — это нечто, что может быть однозначно истолковано как «сообщение», или как физическое «воздействие», переданное из одной точки пространства к другой. И в этом прикладном смысле совершенно непонятно, например, какую такую «информацию» содержит число Пи:
    с одной стороны, бесконечную, — если толковать его как иррациональное число; с другой стороны — никакую, потому что никакое число само по себе не есть «сообщение» и не есть «физическое воздействие».
    То же самое можно сказать об определенном и неопределенном состоянии частицы. Мы просто ДОГОВАРИВАЕМСЯ, в случае с «минимальным двигателем» из одной частицы, что определенное состояние (местонахождение) частицы несет информацию, а неопределенное — не несет. А кто нам сказал, что неопределенное состояние несет меньшую информацию, чем определенное? А точнее, нулевую…
    А знаете, что имеются работы (чисто теоретические) по созданию квантового компюьтера, в котором будет троичная, а не бинарная, арифметика, и где неопределенному состоянию частиц тоже будет приписано цифровое значение. Так что, неопределенное состояние станет ничуть не менее «информативным», чем два остальных.
    Все дело в «договоренности», и повисает огромный знак вопроса над подобным договорным, пусть и материальным, определением понятия «информации». Но это, разумеется, мое дилетантское мнение.

  23. Бормашенко

    Бормашенко-Носоновскому
    Михаил, есть тонкое различие между записью и стиранием одного бита информации. Приницип Ландауэра утверждает, что для стирания одного бита информации требуется kT энергии, для записи может требоваться меньшая энергия, так что частица с энергией меньшей kT , наверное, может детектироваться.

  24. Бормашенко

    Бормашенко-Носоновскому.
    Молекула с энергией kT может регистрироваться ибо она сможет записать один бит информации в детекторе находящемся при температуре T. Была недавно серия статей на эту тему: Müller, J. G Information Contained in Molecular Motion. Entropy 2019, 21(11), 1052, Müller, J. G. Observable and Unobservable Mechanical Motion, Entropy 2020, 22(7), 737, Müller, J. G. Photon Detection as a Process of Information Gain. Entropy 2020, 22(4), 392. Признавать ли недектируемую частицу несуществующей? Здесь и начинается метафизика….

    1. M Nosonovsky

      Конечно, соударение отдельной молекулы kT может послужить триггером процесса, в ходе которого детектор (с энергетическими барьерами между устойчивыми состояниями во много раз больше kT) изменит свое состояние и сделает устойчивую запись. Но мы ведь обсуждаем не существование детектора, а существование молекулы. Энергия которой (kT) недостаточна чтобы, хранить один бит информации в условиях теплового шума (соударения с другими молекулами).

      По-моему, способность к хранению информации и детектируемость — это разные вещи. Именно потому, что для детектируемости нет необходимости, чтобы детектируемый объект устойчиво и долгосрочно хранил информацию. Достаточно, чтобы он запускал лавинообразный процесс в детекторе, на выходе которого записываются биты информации на носитель или на экран компьютера (состоящий из очень большого числа молекул).

  25. M Nosonovsky

    По сути же я не могу сказать, что все понял. Например:

    «физический объект признается существующим, если он в состоянии нести энергию/массу, достаточные для записи/уничтожения одного бита информации»

    А почему, собственно, объекты, которые не могут записывать информацию, признаются несуществующими? Другими словами, молекула воздуха с энергией порядка kT не может использоваться для хранения информации (от соударения с другими молекулами она меняет импульс и направление движения). Но это не значит, что такая молекула не может детектироваться. И уж тем более не значит, что ее не существует.

  26. Бормашенко

    Бормашенко — ЕвгенийB
    Как мне кажется, если предложенный Вами процесс возможен, то будет нарушаться и второй закон термодинамики, и время потечет вспять.

    1. Евгений В.

      Глупость спросил, конечно… Замечтался я, вечный двигатель захотел, создающий информацию вместе с энергией для ее последующего стирания.
      Эдуард, Вы говорите с дилетантом, который, хоть и любит физику, но некоторые ее разделы совершенно ускользнули от его внимания. Меня обычно интересовали механика, оптика, СТО, азы квантовой механики. Термодинамика казалась скучной, полностью базируюшейся на законах сохранения энергии и обобщенно измеряемых величинах.
      Эта Ваша статья вызвала у меня множество мыслей, по большей части, сумбурных.)
      Попытаюсь их хоть немного упорядочить. Вы связываете информацию с некой структурно организованной материей, разрушение которой требует определенной энергии, а создание (в некоторых интересующих нас случаях) — меньшей энергии. Это сразу рождает мысли о циклическом процессе, в котором информация то создается, то уничтожается, за счет некой свободной энергии, существующей в системе. Циклический процесс, в свою очередь, вызывает ассоциации с циклической работой идеального двигателя и циклом Карно… но там — система НЕ замкнута, и она перекачивает тепло из одного внешнего пространства (источника) в другое, совершая работу.
      Мне же кажется логичным рассмотреть сперва модель замкнутой системы, в которой есть изначально некоторое количество энергии, способной как создавать информацию (в виде структурно организованной материи), так и разрушать ее. Вопрос первый: а достаточно ли для создания(возникновения) информации только энергии, или нужно что-то еще, что-то очень важное? Допустим, достаточно энергии… но какой? Подойдет ли просто тепловая энергия — хаотическая кинетическая энергия (она ж тоже вид энергии)? Допустим, подойдет… но тогда что-же — в замкнутой системе, где изначально имеется изначально только совершенно неупорядоченная тепловая материя, случайным образом будет иногда возникать упорядоченная материя, несущая информацию. Тепловой энергии в системе останется чуть меньше. Её будет достаточно для уничтожения этой информации, но, если процесс возникновения и стирания информации продолжится бесконечно, то, в результате указанной Вами асимметрии в затратах энергии, информации будет становится всё больше, а свободной тепловой энергии — всё меньше. В конце останется застывшая, обездвиженная материя, т.е., чистая информация.)
      Я где-то ошибаюсь в выбранных ответах, не правда ли?

    2. ЕвгенийВ

      Добавлю, пользуясь Вашим примером частицы, расположенной в зоне с двугорбым потенциалом, которая, попав в яму, оказывается носителем бита информации, а оказавшись на одном из горбов — становится неинформативной: если продолжить аналогию для множества частиц, находящихся в пространстве с множеством потенциальных горбов и впадин, то эти частицы окажутся подобны множеству маленьких листьев, рассыпанных по неровной поверхности, а тепловая энергия — дующему в разных направлениях ветру. Вроде бы очевидно, что листочки в конечном счете соберутся во впадинах, т.е., в тех местах, где они будут нести информацию. Значит, стрела времени будет направлена в сторону появления все большего числа «информативных» частиц.
      Но что-то в этом рассуждении кажется мне ошибочным, противоречащим закону неубывания энтропии…

  27. ЕвгенийВ

    Хм… интересно! Заставили задуматься… Спасибо автору! Было бы совсем клево, если бы при создании бита информации энергия не потреблялась извне, а выделялась наружу. Состояние нулевой (полностью стертой) информации соответствовало бы нулевому объему системы, т.е., чудовищная энтропия и температура в нулевом объеме, который затем, просто расширяясь и охлаждаясь, создает одновременно информацию и поток энергии (а может быть и массы).
    Эдуард, как оно Вам? 😉

  28. Bormashenko

    Бормашенко-Носоновскому, спасибо, Михаил, с Melvin Vopson у меня давняя и богатая переписка (я, кстати, процитировал его в тексте).

  29. Simon Starobin

    M. Nosonovsky
    — 2021-08-17 04:14:59(139)
    Я так понимаю , что весь ажиотаж вокруг Constructor theory и квантовых компютеров связан с этим алгоритмом

  30. M. Nosonovsky

    Вот еще только что прочитал, вам, Эдуард, должно понравиться: «Dr. Melvin Vopson of the University of Portsmouth, in the UK, has a hypothesis he calls the mass-energy-information equivalence. It states that information is the fundamental building block of the universe, and it has mass. This accounts for the missing mass within galaxies, thus eliminating the hypothesis of dark matter entirely.»
    https://bigthink.com/surprising-science/dark-matter-theory

  31. Simon Starobin

    Информационная трактовка физики приобретает особые актуальность и звучание, в связи с постановкой фундаментального вопроса: какова максимальная скорость выполнения вычислительных операций данным физическим процессором[24-25]?

    ———————————————————-
    Если скорость света конечна то и мах скорость вычислений на одном процессоре должна иметь предел. По крайней мере интуитивно это понятно.
    Природа считает парралельно и все серьёзные вычисления на компютерах тоже теперь паралельны. Так что для практики это не важно.
    Я уже наверное лет 6 как только считаю парралельно. На пример, в последнем
    проекте (Я его выставил на youtube) решается нелинейная оптимизационная задача с
    80000 переменных. Задача решается итерационно, на каждом шаге итерации решаетя линейная задача с тем же количеством переменных тоже в свою очередь итерационно. Для начального приближения решается краевая задача с тем же количеством переменных. Всё это делается в реальном маштабе времени. GPU имеет 2300 процессоров. Пробовал с несколькими мильонами переменных, основные замедления в чтениях файлов ( к сожалению они пока принципиально последовательные)

    1. Борис Дынин

      С интересом прочитал стать Эдуарда, но самостоятельного мнения по ее теме у меня нет.

      Эдуард поблагодарил Михаила Н. за статью А.С. Карпенко про философию квантовой механики и исчезновение материи.
      http://www.intelros.ru/pdf/Philos_nauki/2015_20/36-81.pdf).
      Интересная статья побуждает к размышлению (хорошо было бы , если она побудила к размышлению уверенных в том, что «бытие определяет сознание», «ничто не возникает из ничего» и т.п. Да поможет им наука!)

      Автор пишет: «Но как может сознание распутать «запутанность» мира, если оно само «запутано»? Если мы измеряем то, чего не существует до измерения, то наше знание есть всего лишь знание о запутанных явлениях. Основной вывод заключается в том, что только наблюдаемые феномены являются реально существующими и помимо них нет никакой более глубокой реальности…

      В крайнем своем выражении утверждается, что существование мира зависит напрямую от существования человека…

      Решение проблемы, и весьма радикальное, есть, оно не где-нибудь, а совсем рядом, я бы сказал, слишком рядом, потому что внутри нас. Разгадка зависит от типа мышления, которому не научаешься, а получаешь как замыкание всех возможностей универсума на себя, и ты сам порождаешь все новые и новые возможности в виде альтернативных миров. В действительности возможностное мышление еще более безгранично, ибо человеческий разум может помыслить даже бесконечное (и в некотором смысле порождает бесконечности), хотя в природе пока ничего подобного не обнаружено.»

      Старая проблема, например, схоластов, реалистов и номиналистов. Проблема, сформулированная философами, вернулась как проблема физики..

      «Никакая подлинная потенция бытия не может оставаться не исполнившейся»… Все мыслимо возможное реально… В результате мы приходим к концепции «сверхреализма» или «тотального реализма» , что является глубокой имманентной реакцией на анти-реализм. Если нет ничего – то существует все

      Такая реакция сама оказывается вопросом, ибо, по словам Эйнштейна: «Дорогой Шредингер, Вы являетесь единственным из современных физиков , который понимает, что невозможно обойти вопрос об объективной реальности, если только быть честным». Это замечание абсолютно верное, иначе непонятно было бы, «с чего начинается физика?» Думается, здесь проявляется извечное «проклятие»/
      «величие» познания, особенно «научного»: отталкиваясь от реального мира оно творит новый мир и этот новый мир не есть кусочное отражение исходного, или приближение к абсолютной истине некой природной реальности, но есть реализация возможного , творимого наукой. При этом «пуповина» (наблюдение, эксперимент), связывающая два мира, порождает не недостаточность приближения теоретического мира к эмпирическому, но питает возникновение нового мира, определенного сознанием.

      Отношение между мирами оказывается парадоксальным, и этот парадокс воплотился в споре Эйнштейна и Бора. Его пытались (пытаются снять) все новыми ухищрениями, но как сказано в статье: «Дискуссия между реалистами и антиреалистами, длящаяся уже 80 лет, по-видимому, бесконечна». И это должно восприниматься не как недостаток/ограниченность/ущербность научного познания, но как характеристика его неизбывной сути и, если угодно, указание на трансцендентальное начало существования мира (или на хитрость природы, задумавшей дурить человека!).

  32. M. Nosonovsky

    Эдуард, спасибо за статью! Ваш материал на эту тему читаю не первый раз, и не раз мы эти идеи обсуждали. Думаю, что постановка вопроса об информационной природе природы, как об одном из возможных описаний реальности, вполне оправдана. Првда, мне кажется, что про это говорят уже не одно десятилетие, еще во времна Виннера и Шаннона было осмысленно, что «информация — не материя и не энергия», а отдельная категория, не менее фундаментальная, чем материя или энергия. Ландауэр показал, что в условиях теплового шума (ненулевой температуры) хранение информации точнее, ее запись и воспроизведение) всегда требует расхода энергии.

    Если же говорить об онтологическом значении информации («информационную онтологию, сводя проблему существования физического объекта к возможности фиксации информации, относящейся к объекту»), то интересно обратить внимание на современные (2010 годы) теории сверхреализма и модального мышления (см. напр. статью А. карпенко Карпенко про философию квантовой механики и исчезновение материи.
    http://www.intelros.ru/pdf/Philos_nauki/2015_20/36-81.pdf) и близкие им Constructor theory Давида Дойча. Согласно этим теориям реально все, что потенциально возможно. Отчасти это реакция на «исчезновение реальности» в физике.

      1. Simon Starobin

        Я давно пытаюсь понять алгоритм факторизации ( теоретическую физики не знаю). Хотелось бы понять на пальцах но везде обьяснения очень туманные.
        У меня даже приятель работает в Санта Барбаре в компании , которя уже сдаёт в аренду время на своём квантовом компютере. Он отвечает за температуру близкую к 0 К. Он честно признался что тоже ничего не понимает.
        Был бы благодарен если вы знаете где найти внятное обьяснение для дилетанта.

        1. M. Nosonovsky

          Если речь про квантовый алгоритм Шора, то, к сожалению, почти ничего про это не знаю.

  33. Бормашенко

    Бормашщенко-Беленькой
    Инна, извините, пожалуйста, позвольте мне на Ваш вопрос не отвечать.

  34. Inna Belenkaya

    Уилер, полагал, что все фундаментальные для естествознания понятия, такие как частицы и поля, имеют информационную основу[19]. Таким образом, в качестве архэ у Уилера выступает информация. Послушаем самого Джона Уилера: «любая частица, сила или поле, и даже сам пространственно-временной континуум черпают свои смысл и существование (иногда опосредованно) в так или иначе аппаратурно оформленных ответах «да» или «нет» на вопросы, поставленные исследователем»… «а то, что мы понимаем под реальностью возникает из вопросов, адресуемых нами природе, на которые возможны ответы «да» или «нет». Таким, образом подосновой любого физического объекта служит информация[19].
    ___________________________
    Эдуард, в физических формулах я не разбираюсь, единственное слово из статьи, которое мне понятно – это информация. Вот оно меня задело. А почему, сейчас объясню. Я дико извиняюсь за вопрос, он покажется вам глупым, но я все-таки его задам. Имеет ли какое-то отношение ваша статья к тем публикациям, которые бесконечным потоком шли на нашем сайте под именем Хаима Брейтермана. Где только мог, он выступал со своими идеями. Пока за дело не взялся админ. Основной его вывод , что в основе развития Вселенной лежит информация.
    «Что такое физические законы природы? Физические законы природы – это ИНФОРМАЦИЯ, СВЕДЕНИЯ. А сведения –это сведения, а не материя. «Информация — это не материя и не энергия», по Н.Винеру. Я не буду излагать его статьи. У него есть сайт, некоторые статьи опубликованы на Портале.
    Еще раз извините меня.

  35. V.A. Proskournin

    Эдик, дорогой, спасибо, что не забываешь!
    выдам тебе маленькую онтологическую тайну: физический объект признается существующим, если задана форма его существования!
    и тем самым — он становится видимым, поскольку приборы для его обнаружения будут создаваться инженерами с опорой на на эту (теоретическую) форму…)))
    поэтому по поводу твоей эпохальной теории информации скажу лишь одно: она дефициентна в отношении приемника информации…)))
    в подтверждения сего факта предлагаю на основе твоей теории подсчитать, сколько бит информации теряется, если учитываются особенности приемника, и сколько энергии тратится на прочтение вот этого секретного слова:
    http://joyreactor.cc/post/1562826
    уверен, что когда опубликуешь свои изыскания в этом направлении, то тебе сразу же выпишут Нобель-прайз, чему я буду несказанно рад!

Добавить комментарий для Бормашенко Отменить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

AlphaOmega Captcha Mathematica  –  Do the Math