С другой стороны ОНГ можно рассматривать в форме эквивалентного количества энергии и соответственно она должна подчиняться законам термодинамики. Только в слу-чае исследования инфопередач их терминология несколько изменяется. Но закон роста ОЭ в изолированной системе останется так же неколебимым как в энергетике. Контро-лировать изолированность системы от инфообмена значительно труднее, чем от энергообмена.
Применение некоторых общих терминов как в инфо-динамике, так и в кибернетике заставляет более чётко обосно-вать необходимость выделения новой науки - инфодинамики. Кибернетика занимается в основном процессами управления и передачи управленческих сигналов. Управление является од-ной из высших форм регуляции и оптимизации систем. Од-нако, последние операции могут осуществлятся также по-средством других механизмов, например, путём динами-ческого взаимодействия между элементами или при функ-ционировании массовых каналов связи. В отличие от кибер-нетики инфодинамика занимается наиболее общими, универ-сальными закономерностями, действующими во всех систе-мах. Вместо общих понятий применяются обобщённые ОНГ и ОЭ. Последние принципиально отличаются от кибернетичес-ких понятий своей многомерностью, оптимальностью, что даёт им универсальность и повышенную содержательность.
Основные проблемы, стоящие перед инфодинамикой, следующие:
1. Определение направления самопроизвольного про-цесса передачи информации, и превращения в ОНГ, движу-щих сил процессов и возможности их усиления.
2. Изучение механизма передачи информации, как связи между системами, обладающими разными величинами ОНГ (показателями состояния структуры и упорядоченности систем).
3. Составление балансов ОЭ и ОНГ в системах и их комплексах.
4. Определение эффективности использования и степени рассеяния (старения) информации. Разработка методов повы-шения ОНГ, качества, ценности и оптимизации размерности моделей.
5. Выяснение влияния необратимости, асимметрии вре-мени на информационные процессы, на их своевременность и на процессы управляемого развития систем (повышения ОНГ).
На данном этапе развития инфодинамики основной проблемой, от решения которой зависит решение других, яв-ляется разработка надёжных методов определения количества и качества информации ОНГ и ОЭ. Для определения направ-лений дальнейших исследований можно уже сейчас сформу-лировать ряд общих принципов:
1. В изолированной системе невозможно само-произвольное увеличение ОНГ (связанной информации), но её стабильность и скорость её уменьшения зависят от коли-чества и прочности информационных и энергетических структур.
2. Информация не может самопроизвольно пере-даваться от системы с меньшей ОЭ в систему с большей ОЭ (неопределенностью) и в систему с меньшей ОЭ пере-даётся с потерями. Информация переходит без потерь только в такую систему, ОЭ которой относительно данного события или объекта существенно меньше.
3. Ни одна материально-энергетическая или инфор-мационная система не может служить кибернетической маши-ной, единственным результатом действия которой было бы увеличение ОНГ в результате перераспределения информа-ции, в т.ч. снятием информации с частей, обладающих боль-шей ОНГ (меньшей ОЭ или неопределённостью). Другими словами: Невозможен вечный двигатель (perpetuum mobile) третьего рода, т.е. кибернетическая машина, бесконечно и без компенсации повышающая свою негэнтропию и тем самым эффективность работы системы.
4. В изолированном канале связи информация само-произвольно передаётся от системы с меньшей ОНГ2 в сис-тему, обладающей большей ОНГ1 тем меньшими потерями, чем больше их разность ОНГ1 - ОНГ2. Степень эффек-тивности передачи информации приближённо
Zn = ОНГ1 - ОНГ2 . 100 процентов. ОНГ1
5. При сочетаний действий нескольких систем могут воз-никнуть несовпадающие интересы (цели) между системами, конфликты или ситуации, рассматриваемые теорией игр. Уже возникшие и обладающие ОНГ системы часто мешают возник-новению новых систем, ориентированных на такой же вид ОНГ (на такую же цель). С другой стороны, отдельные системы могут получать информацию от систем, обладающих меньшей ОНГ, усилить свой негэнтропийный потенциал, ускорить свое развитие и это приведет к возникновению ие-рархической структуры систем.
6. В информационно тесно связанной системе умень-шение её ОНГ может привести к увеличению ОНГ связанных элементов, которые перенимают основные функции первого элемента.
7. Качество информации является динамическим много-мерным понятием, которое зависит от многих факторов, в т.ч. от инструктивных свойств, степени неизбыточности и незаме-нимости информации, от "потребности" и шкалы ценности, а также от скорости и степени повышения ОНГ принимающей системы, от правильного выбора момента и адреса передачи информации с понятным ему кодом. Полнота информации по качеству зависит во многом от объёма, цели и уровня ОНГ принимающей системы, а также от размерностей её структуры и моделей.
8. Динамическая, стабильно развивающаяся система, для сохранения или увеличения своей ОНГ, должна получить больше информации, чем её рассеивается со соответственным увеличением ОЭ. Для исследования потоков информации и скорости их передачи, с учётом локальных особенностей, не-обходимо составление балансов ОЭ и ОНГ на разных иерар-хических уровнях структуры систем.
9. В экономических системах наиболее динамичным по-казателем ОНГ является собственность, в т.ч. и интел-лектуальная. Она характеризует и показывает прежде всего информационную деятельность собственника (юридического или физического), его знаний, умение предвидеть развитие и потребности общества в будущем. Собственность является ре-зультатом и оценкой труда хозяина и его борьбы за приз-нание этого труда. В зависимости от содержания в ней ОНГ собственность может быть прибыльной или убыточной, может давать доход или убытки, может представлять интерес или вызывать осуждение в обществе.
Если бы закон термодинамики об увеличении энтропии мог бы действовать без ограничений, то универсум давно пре-терпел бы "тепловую смерть". К счастью в мире есть много мощных источников ОНГ и информации, которые действуют и превращаются по законам, пока мало изученным. При раз-витии инфодинамики, очевидно, ряд вышеизложенных прин-ципов получают более точные и универсальные форму-лировки. Дальнейшей переработки требуют вопросы об уси-лении передач информации при совместном действии систем, о самопроизвольной передаче информации, о многофактор-ности информации, о её стоимости, ценности, рассеянии и др.
Для практического применения не всегда нужно ждать до выяснения всех подробностей при передаче информации и ОНГ. Ряд существенных выводов можно сделать и при применении имеющихся приближённых или вероятностных моделей. С их помощью можно при выборе вариантов отсеи-вать явно негодные комбинации исходных факторов, тем самым существенно сократив области дальнейших иссле-дований или предотвратить явно отрицательные результаты, прогнозируемых по негэнтропийному критерию. Методы инфо-динамики могут найти широкое практическое применение при определении надёжности материалов. Любое творение рук человеческих является термодинамически неравновесной сис-темой. Энтропия их растёт со временем, на каком-то уровне возрастания происходит отказ в работе материала или меха-низма. Общей задачей является достичь как можно большего негэнтропийного ресурса системы.
В сложных системах целевые критерии зависят от ог-ромного количества факторов. Однако, путём эвристических методов и системного анализа удаётся существенно понизить размерность моделей, сузить их поисковое пространство. Для этого необходимо сочетать априорную (теоретическую) и апостериорную (экспериментально-статистическую) инфор-мацию.
Информационные методы полезны при принятии реше-ний в системах, при определении вероятностей в сложном многофакторном пространстве в условиях неопределённости.
Оценка полезности Д достижения цели:
Д = j (V . P) где: V - ценность цели, Р - вероятность её реализации.
Именно вероятность реализации цели в сложных ситу-ациях трудно определяема из-за отсутствия статистических данных и их зависимости от влияющих факторов. В этом случае помогает использование информационных моделей: перевод вероятностей влияния исходных факторов на целе-вые критерии в единицы ОЭ (логарифмы вероятностей) и после сложения обратно в вероятность достижения цели.
Вероятностно-информационные методы необходимо шире применять для оптимизации целей и задач при проек-тировании сложных систем. Модели последних в процессе проектирования постепенно уточняются по критериям ОЭ и ОНГ. Процессы управления и оптимизации при составлении проектов проводят по методам многоэтапного системного и затратного анализа.
При исследовании информационных процессов в об-ществе инфодинамика должна ещё выяснять распределение потоков информации по достоверности и выяснять причины (интересы) сознательного или бессознательного распростра-нения неверной информации, полуправды или даже дезин-формации. Возникают вопросы, как повысить заинтересо-ванность людей в передаче правильной информации, как бо-роться с засекречиванием информации в конкретной конку-рентной борьбе. Большое значение здесь тоже имеет на-дёжное и своевременное определение ценности (стоимости) информации и ОНГ.
Из предыдущего не выясняется причинность передачи информации. Происходит ли это случайно, самопроизвольно или в случае каких-либо особых условий или причин? В тех-нических каналах связи информация передаётся просто по физическим законам путём распространения электрических или других сигналов по воле человека. Но и здесь остав-ляется человеку свобода выбора и право решения, что пере-давать и стоит ли переданное принимать и хранить? Но ин-формационные процессы протекают везде в живой природе, на более низком уровне также в неживой природе. Здесь трудно представить, что кто-то их "направляет" умышленно. Они как-будто протекают "самопроизвольно". Однако, как указано ранее, передача информации происходит только тогда, когда ОНГ приёмной системы увеличивается. Но по второму закону термодинамики увеличиваться произвольно может только ОЭ. Действительно, увеличение ОЭ, т.е. умень-шение ОНГ, рассеяние информации, её старение, забвение, потеря происходит везде.
Повышение ОЭ в инфосистемах нельзя не учитывать в любой практической деятельности. Следовательно "само-произвольность" некодированной передачи информации кажу-щаяся. В действительности для такой передачи необходимы дополнительные условия, которые неполностью раскрыты в кибернетике и синергетике. Во первых, должна быть между системами приёмника и отправителя разность ОНГ относи-тельно события (цели) в принимающей системе. Разность ОНГ показывает неравновесное состояние между системами, для достижения этого затрачена дополнительная энергия или ОНГ. Во вторых, система-приёмник должна иметь структуру, обладающую инструктивными свойствами, т.е. иметь код для дешифрования и хранения информации. Система - отправитель должна быть готовой принимать ОЭ, при этом в большем количестве, чем количество отправленной инфор-мации. В общей изолированной системе "отправитель-при-ёмник информации" количество ОЭ должно повышаться.
По форме и сложности можно информацию разделить на 3 группы:
1. Сознательно передаваемая информация. Свойственна человеку и обществу, передаётся в виде понятий и моделей путём кодирования через инфоканалы.
2. Рефлективно передаваемая информация. Свойственна живым организмам. Передается рефлексами, инстинктами, генетическим кодом, эмоциями.
3. Неформализованная структурно-передаваемая информация. Эффективность и потери при передаче зависят от структуры и условий функционирования системы. В на-правлении системы с меньшим ОНГ передача сильно за-труднена. В других условиях она осуществляется с потерями. Свойственна всем системам в универсуме, в т.ч. в обществе.
До настоящего времени мы рассматривали общие интер-активные инфосвязи между системами. Однако, в иерархи-ческих комплексах систем очень много вертикальных инфор-мационных связей, которые имеют ряд особенностей.
1. Системы, обменивающиеся информацией, находятся на разных уровнях обобщения, тем самым имеют разные качества ОНГ.
2. Снизу вверх передаётся и принимается информация, которая интересует весь комплекс систем, т.е. по вопросам, затрагивающим сосуществование всех систем и их взаи-модействие.
3. Сверху вниз передаётся информация по более конк-ретным вопросам. По этим вопросам ОНГ нижестоящей системы может быть больше, вышестоящей и инфо передаётся с меньшими потерями. Информация движется между уров-нями, но качество ОНГ должна увеличиваться при повыше-нии уровня. Естественно, что каждое сообщение не является информацией, не является существенной относительно повы-шения ОНГ.
Процессы инфопередачи могут в очень разнообразном виде переплетаться между собой или с ОНГ-ями разных сис-тем. Между системами могут возникать отношения конку-ренции или конфликтов за получение ценной информации, где преимуществом является быстрота её переработки и более эффективное использование. Существенным критерием явля-ется способность системы приспосабливаться.
Все эти варианты и комбинации сложных инфо-процессов, как между собой так и вместе с ОНГ-ями и их превращения требуют проведения самостоятельных иссле-дований. Здесь называем только основные из возникающих проблем.
1. Влияние информационного канала, её ОНГ и селективности на эффективность передаваемой информации.
2. Затрата энергии и других ресурсов для получения информации от сложных систем и её рост при повышении сложности.
3. Инфопотоки в стабильно и нестабильно развиваю-щихся системах. Изменение направления инфопотоков при изменении цели, существенных факторов или критериев.
4. Определение ОЭ комплекса систем, состоящей из ОЭ элементов и их сочетаний, с вычетом ОНГ связей между эле-ментами (структуры).
5. Инфопотоки при конкуренции между развиваю-щимися системами. Образование коалиции систем, их объе-динение. Анализ информации при конфликтах и игровых ситуациях. Выигрыш тех систем, которые проявляют больше поисковой активности, которые лучше используют ресурсы энергии и ОНГ. Существенность инфопотоков при приспо-соблении и адаптации системы (организма) в условиях ограниченности сырьевых ресурсов.
6. Иерархической структуре упорядоченных систем соответствует негэнтропийная пирамида, внутри которой протекают сложные инфопроцессы прямой и обратной связи. Пирамида может иметь высокую вершину только тогда, когда, во-первых, её основание достаточно широко (т.е. дос-таточно мощный первичный поток ОНГ) и, во-вторых, когда грани пирамиды поднимаются достаточно круто (на каждой новой ступени эффективно используется инфо и ОНГ пре-дыдущей ступени). Определяющее значение для стабиль-ности и устойчивости всех уровней пирамиды имеет обратная связь, а также эффективность инфопередачи.
7. Инфопередача через систему увеличивается также при доступности, несвязанности ресурсов ОНГ и при возмож-ности передачи ОЭ в окружающую среду. Ресурсы должны быть доступны для получения их в реальное время. Они должны быть не сильно рассеяны в пространстве и нахо-диться в достаточно подвижном, активизированном состо-янии. Место, куда направляют отходы, "окружающая среда", должно быть высокоэнтропийным веществом или облучением, но в достаточно упорядоченном состоянии, способным при-нимать ОЭ.
9. БАЛАНСЫ ОЭ И ОНГ ПРИ РАЗВИТИИ СИСТЕМ
Надёжным методом исследования функционирования и развития любых систем является составление балансов веществ, энергии, массы, а в экономических системах также финансовых средств [ 55 ]. Составление балансов основы-вается на законах сохранения вещества и энергии [ 56 ]. На этой основе разность входящей и выходящей из системы вещества или энергии показывает оставшуюся или освобо-дившуюся из системы их часть. В бухгалтерии давно из-вестны методы составления балансов и требование равенства актива и пассива.
Анализ баланса даёт возможность сделать ряд важных выводов о деятельности фирмы в течение определённого периода. Аналогичные методы баланса применяют в других науках, например балансы энергии, теплоты, воды и др.
Возникает вопрос, если масса, энергия и ОНГ являются эквивалентными величинами, которые можно перерассчитать друг в друга и если для массы и энергии действуют законы сохранения, тогда должны и для ОНГ действовать какие-то законы сохранения. С ОЭ-ми вопрос сложнее, так как мы исследуем ОЭ моделей, а не реально существующих систем. Однако, и для них можно установить неравенства и критерии, меньше которых величина ОЭ в данных условиях невозможна.
Так как мы считаем реальной любую объективно су-ществующую систему, то необходимо учитывать также су-ществование в системах ОНГ (см. гл. 2). С учётом этого наиболее общий закон сохранения принимает вид:
е E + M . c2 + ОНГ . k . ln2 @ 107
@ е (E + M . 3.1013 + ОНГ . 10-23) = const
где: k - константа Больцманна, k = 1,38 . 10-23 дж / градус,
ОНГ - обобщённая негэнтропия, биты,
М - масса, граммы,
Е - энергия, джоули,
с - скорость света 2,998 . 1010 см / сек.
Закон выражает сохранение суммы всех объективно существующих составляющих в системе в эквивалентных количествах и в энергетических единицах (джоулях). Однако, можно энергию пересчитать в единицы массы (граммы) или информационные единицы (биты), не изменяя существо дела. Очевидно, что в практических условиях на земле доля ОНГ в общем энергетическом балансе ничтожно мала и вообще не регистрируется даже самыми чувствительными существую-щими приборами. Однако, в местах накопления ОНГ, в жи-вых организмах, особенно в мозге, могут концентрироваться количества ОНГ, которые в будущем могут быть измерены в микродолях грамм. Мощные процессы превращения ОНГ в виде гравитационных сил происходят в космосе, где удель-ный вес ОНГ намного больше. В таких случаях уже невоз-можно обойтись без закона эквивалентности массы, энергии и ОНГ, а также вышеприведенной обобщенной формулой сох-ранения суммы массы, энергии и ОНГ. В наиболее общем виде закон сохранения можно выразить так:
В изолированной системе сумма массы, энергии и ОНГ, выраженных в эквивалентных единицах, остается постоянной, независимо от каких бы то ни было из-менений, происходящих в этой системе.
Могут возникать возражения, что в неравновесных про-цессах ОЭ всегда возрастает. Следовательно ОНГ должна уменьшаться. Если бы реально существовали изолированные системы, то условием их равновесия являлось бы максимум ОЭ, которая приближалась бы к бесконечности. В условиях бесконечности трудно определить абсолютные величины ОНГ, но можно предполагать, что в случае уменьшения ОНГ она не исчезает, а рассеивается или изменяет свою форму. Действи-тельно, наличие ОНГ означает образование внутренней струк-туры, для укрепления которой требовалась бы внутренняя энергия. При разрушении этой структуры энергия и ОНГ не исчезают, а превращаются в менее качественную рассеянную форму.
При таком общем подходе под термином изолированной системы подразумевают не только изоляцию от массо- и энер-гообмена, но и от обмена информацией или ОНГ. Такую идеально изолированную от инфообмена систему трудно соз-дать на практике. Действительно, можно изолировать систему от теплового воздействия или от действия всех видов электромагнитных волн. Однако, изолировать систему от гравитационных волн, нейтринного облучения, виртуальных частиц квантового поля пока не умеют. Кроме того, реальные системы с высоким ОНГ, например живые организмы или общественные организации, невозможно информационно изо-лировать от внешней среды. Поэтому составлять полный ба-ланс таких систем по информационным потокам очень труд-но. Легче составлять неравенства: каким является мини-мальное значение ОЭ, ниже которого она в данной ситуации не может спускаться? Соответственно определяется макси-мальное значение ОНГ, которое система в данных условиях может приобрести. Неравенства могут иметь достаточную достоверность, так как рассматривают общие показатели ОЭ и ОНГ, но только относительно определённых события, критерия или цели. В таком случае легче изолировать или элиминировать влияние посторонних воздействий. Установление предельных значений ОЭ и ОНГ даёт возможность во многих случаях отсеивать явно непригодные или неэффективные реше-ния относительно какой-либо цели, и облегчает принятие оптимального решения.
Хотя переход системы от преобладающей формы массы в форму энергии или ОНГ теоретически возможен, общие закономерности таких переходов маловыяснены. Известны только условия и технология превращения массы в энергию путём ядерных реакций и взрывов. Энергия и ОНГ могут превращаться друг в друга в космосе, где имеются огромные запасы гравитационной энергии, которая является одно-временно запасом ОНГ (ОЭ гравитационной энергии счи-тается равным нулю).
В обычных наземных условиях практически не наблю-дается процессов превращений массы, энергии или ОНГ друг в друга. Поэтому в этих условиях и в условно изолированных системах можно исходить отдельно из постоянства массы, из постоянства энергии и из предельных значений ОЭ и ОНГ. Это значит, что в такой системе самопроизвольно ОЭ не может уменьшаться и ОНГ не может увеличиваться.
Практическое значение законов сохранения заключается в возможности составления балансов массы, энергии и ОНГ и определения пределов применения разных процессов и операций внутри условно изолированной системы. Это даёт возможность в ранних стадиях поиска отсеивать явно не-эффективные решения и операции, балансы массы, энергии или ОНГ, которые не удовлетворяют целевым критериям.
В мире не существует полностью изолированных систем. Однако, исследование условно изолированных моделей часто помогает выяснить характер и направление процессов массо-, энерго- и инфообмена внутри системы. Сложнее сос-тавлять балансы для открытых систем, обменивающих мас-сой, энергией и ОНГ с другими системами, в т.ч. с окру-жающей средой. В таком случае учитывают притоки и оттоки составляющих и предельно возможные величины ОЭ и ОНГ.
1. Вместо данной системы рассматривается более общая система, состоящая из системы и окружающей среды. Разу-меется и в этой общей системе действуют все законы сохранения.
2. Вместо системы рассматривается комплекс из двух или более систем, обладающие одинаковыми целевыми кри-териями и инфоканалами.
3. Вместо изолированной системы рассматривается открытая система со всеми входами и выходами массы, энер-гии и информации. Формулы для составления баланса следующие:
Мн + М1 - М2 = Мк
Qн + Q1 - Q2 = Qк
ОНГн + И1 - И2 ? ОНГк
где: Мн, Qн, ОНГн, - масса, энергия и ОНГ систем в начале процесса,
Мк, Qк, ОНГк, - масса, энергия и ОНГ в конце процесса,
М1, Q1, И1, - поступающие в систему масса, энергия и информация,
М2, Q2, И2, - выходящие из системы масса, энергия и информация. масса S М1 ???R энергия S Q1 ???R инфо S И1 ???R Система Мн R Мк Qн R Qк ОНГн R ОНГк масса ???R S М2 энергия ???R S Q2 инфо ???R S И2
Нетрудно видеть в указанных формулах аналогию с форму-лой давно известного бухгалтерского баланса:
Дн + Д1 - Д2 = Дк или Дн + Д1 = Дк + Д2 Доходы Расходы (пассив) (актив)
где: Дн и Дк Наличные деньги, или средства в начале и конце периода,
Д1 и Д2 Приходы и расходы денег, или средств.
Аналогия обоснована, так как одной из функцией денег является служить мерой количества товаров, энергии и информации. Тем самым деньги сами частично приобретают свойства информации. Практически по их движению можно сделать выводы о потоках информации. Однако, не всю ин-формацию можно измерить деньгами. Кроме денежного баланса требуется ещё составление баланса ОНГ (веро-ятностную).
Методы баланса используют широко в разных областях науки. Например, балансы теплоты в климатологии, балансы энергии в энергетике, балансы воды в гидрологии. Вместе с другими данными они помогают составлять систем уравнений, которые точнее описывают процессы в системах и между системами. Дополнительные данные можно получить при сос-тавлении уравнений баланса ОЭ и ОНГ. При этом уве-личивается количество уравнений, описывающих состояние системы и возможности расчёта большего количества не-известных параметров. Однако, составление балансов ОНГ значительно сложнее, чем балансов вещества и энергии. Определение ОНГ связано с установлением цели, условных вероятностей и других характеристик. Во вторых, ОНГ легче рассеивается в окружающую среду или превращается в энергию более низкого уровня и эти процессы трудно учесть в балансах. Тем не менее во многих случаях можно достаточной точностью установить предельные значения (минимум ОЭ и максимум ОНГ) которые дают возможность отсеивать явно неэффективные решения и варианты. Вероятность их соот-ветствия установленным критериям небольшая.
Расчёты ОЭ и ОНГ обычно требуют учёта многих фак-торов, целей и структурных особенностей систем. Дальней-ших исследований требуют взаимоотношения ОЭ и ОНГ: можно ли говорить о постоянстве их суммы или о других зависимостях? В ряде случаев, например, при выборе модели с постоянной максимально возможной ОЭ, зависимость суммирования наблюдается. Действительно, при введении в такую систему информации, соответственно уменьшается ОЭф и увеличивается ОНГф, то есть:
Применение некоторых общих терминов как в инфо-динамике, так и в кибернетике заставляет более чётко обосно-вать необходимость выделения новой науки - инфодинамики. Кибернетика занимается в основном процессами управления и передачи управленческих сигналов. Управление является од-ной из высших форм регуляции и оптимизации систем. Од-нако, последние операции могут осуществлятся также по-средством других механизмов, например, путём динами-ческого взаимодействия между элементами или при функ-ционировании массовых каналов связи. В отличие от кибер-нетики инфодинамика занимается наиболее общими, универ-сальными закономерностями, действующими во всех систе-мах. Вместо общих понятий применяются обобщённые ОНГ и ОЭ. Последние принципиально отличаются от кибернетичес-ких понятий своей многомерностью, оптимальностью, что даёт им универсальность и повышенную содержательность.
Основные проблемы, стоящие перед инфодинамикой, следующие:
1. Определение направления самопроизвольного про-цесса передачи информации, и превращения в ОНГ, движу-щих сил процессов и возможности их усиления.
2. Изучение механизма передачи информации, как связи между системами, обладающими разными величинами ОНГ (показателями состояния структуры и упорядоченности систем).
3. Составление балансов ОЭ и ОНГ в системах и их комплексах.
4. Определение эффективности использования и степени рассеяния (старения) информации. Разработка методов повы-шения ОНГ, качества, ценности и оптимизации размерности моделей.
5. Выяснение влияния необратимости, асимметрии вре-мени на информационные процессы, на их своевременность и на процессы управляемого развития систем (повышения ОНГ).
На данном этапе развития инфодинамики основной проблемой, от решения которой зависит решение других, яв-ляется разработка надёжных методов определения количества и качества информации ОНГ и ОЭ. Для определения направ-лений дальнейших исследований можно уже сейчас сформу-лировать ряд общих принципов:
1. В изолированной системе невозможно само-произвольное увеличение ОНГ (связанной информации), но её стабильность и скорость её уменьшения зависят от коли-чества и прочности информационных и энергетических структур.
2. Информация не может самопроизвольно пере-даваться от системы с меньшей ОЭ в систему с большей ОЭ (неопределенностью) и в систему с меньшей ОЭ пере-даётся с потерями. Информация переходит без потерь только в такую систему, ОЭ которой относительно данного события или объекта существенно меньше.
3. Ни одна материально-энергетическая или инфор-мационная система не может служить кибернетической маши-ной, единственным результатом действия которой было бы увеличение ОНГ в результате перераспределения информа-ции, в т.ч. снятием информации с частей, обладающих боль-шей ОНГ (меньшей ОЭ или неопределённостью). Другими словами: Невозможен вечный двигатель (perpetuum mobile) третьего рода, т.е. кибернетическая машина, бесконечно и без компенсации повышающая свою негэнтропию и тем самым эффективность работы системы.
4. В изолированном канале связи информация само-произвольно передаётся от системы с меньшей ОНГ2 в сис-тему, обладающей большей ОНГ1 тем меньшими потерями, чем больше их разность ОНГ1 - ОНГ2. Степень эффек-тивности передачи информации приближённо
Zn = ОНГ1 - ОНГ2 . 100 процентов. ОНГ1
5. При сочетаний действий нескольких систем могут воз-никнуть несовпадающие интересы (цели) между системами, конфликты или ситуации, рассматриваемые теорией игр. Уже возникшие и обладающие ОНГ системы часто мешают возник-новению новых систем, ориентированных на такой же вид ОНГ (на такую же цель). С другой стороны, отдельные системы могут получать информацию от систем, обладающих меньшей ОНГ, усилить свой негэнтропийный потенциал, ускорить свое развитие и это приведет к возникновению ие-рархической структуры систем.
6. В информационно тесно связанной системе умень-шение её ОНГ может привести к увеличению ОНГ связанных элементов, которые перенимают основные функции первого элемента.
7. Качество информации является динамическим много-мерным понятием, которое зависит от многих факторов, в т.ч. от инструктивных свойств, степени неизбыточности и незаме-нимости информации, от "потребности" и шкалы ценности, а также от скорости и степени повышения ОНГ принимающей системы, от правильного выбора момента и адреса передачи информации с понятным ему кодом. Полнота информации по качеству зависит во многом от объёма, цели и уровня ОНГ принимающей системы, а также от размерностей её структуры и моделей.
8. Динамическая, стабильно развивающаяся система, для сохранения или увеличения своей ОНГ, должна получить больше информации, чем её рассеивается со соответственным увеличением ОЭ. Для исследования потоков информации и скорости их передачи, с учётом локальных особенностей, не-обходимо составление балансов ОЭ и ОНГ на разных иерар-хических уровнях структуры систем.
9. В экономических системах наиболее динамичным по-казателем ОНГ является собственность, в т.ч. и интел-лектуальная. Она характеризует и показывает прежде всего информационную деятельность собственника (юридического или физического), его знаний, умение предвидеть развитие и потребности общества в будущем. Собственность является ре-зультатом и оценкой труда хозяина и его борьбы за приз-нание этого труда. В зависимости от содержания в ней ОНГ собственность может быть прибыльной или убыточной, может давать доход или убытки, может представлять интерес или вызывать осуждение в обществе.
Если бы закон термодинамики об увеличении энтропии мог бы действовать без ограничений, то универсум давно пре-терпел бы "тепловую смерть". К счастью в мире есть много мощных источников ОНГ и информации, которые действуют и превращаются по законам, пока мало изученным. При раз-витии инфодинамики, очевидно, ряд вышеизложенных прин-ципов получают более точные и универсальные форму-лировки. Дальнейшей переработки требуют вопросы об уси-лении передач информации при совместном действии систем, о самопроизвольной передаче информации, о многофактор-ности информации, о её стоимости, ценности, рассеянии и др.
Для практического применения не всегда нужно ждать до выяснения всех подробностей при передаче информации и ОНГ. Ряд существенных выводов можно сделать и при применении имеющихся приближённых или вероятностных моделей. С их помощью можно при выборе вариантов отсеи-вать явно негодные комбинации исходных факторов, тем самым существенно сократив области дальнейших иссле-дований или предотвратить явно отрицательные результаты, прогнозируемых по негэнтропийному критерию. Методы инфо-динамики могут найти широкое практическое применение при определении надёжности материалов. Любое творение рук человеческих является термодинамически неравновесной сис-темой. Энтропия их растёт со временем, на каком-то уровне возрастания происходит отказ в работе материала или меха-низма. Общей задачей является достичь как можно большего негэнтропийного ресурса системы.
В сложных системах целевые критерии зависят от ог-ромного количества факторов. Однако, путём эвристических методов и системного анализа удаётся существенно понизить размерность моделей, сузить их поисковое пространство. Для этого необходимо сочетать априорную (теоретическую) и апостериорную (экспериментально-статистическую) инфор-мацию.
Информационные методы полезны при принятии реше-ний в системах, при определении вероятностей в сложном многофакторном пространстве в условиях неопределённости.
Оценка полезности Д достижения цели:
Д = j (V . P) где: V - ценность цели, Р - вероятность её реализации.
Именно вероятность реализации цели в сложных ситу-ациях трудно определяема из-за отсутствия статистических данных и их зависимости от влияющих факторов. В этом случае помогает использование информационных моделей: перевод вероятностей влияния исходных факторов на целе-вые критерии в единицы ОЭ (логарифмы вероятностей) и после сложения обратно в вероятность достижения цели.
Вероятностно-информационные методы необходимо шире применять для оптимизации целей и задач при проек-тировании сложных систем. Модели последних в процессе проектирования постепенно уточняются по критериям ОЭ и ОНГ. Процессы управления и оптимизации при составлении проектов проводят по методам многоэтапного системного и затратного анализа.
При исследовании информационных процессов в об-ществе инфодинамика должна ещё выяснять распределение потоков информации по достоверности и выяснять причины (интересы) сознательного или бессознательного распростра-нения неверной информации, полуправды или даже дезин-формации. Возникают вопросы, как повысить заинтересо-ванность людей в передаче правильной информации, как бо-роться с засекречиванием информации в конкретной конку-рентной борьбе. Большое значение здесь тоже имеет на-дёжное и своевременное определение ценности (стоимости) информации и ОНГ.
Из предыдущего не выясняется причинность передачи информации. Происходит ли это случайно, самопроизвольно или в случае каких-либо особых условий или причин? В тех-нических каналах связи информация передаётся просто по физическим законам путём распространения электрических или других сигналов по воле человека. Но и здесь остав-ляется человеку свобода выбора и право решения, что пере-давать и стоит ли переданное принимать и хранить? Но ин-формационные процессы протекают везде в живой природе, на более низком уровне также в неживой природе. Здесь трудно представить, что кто-то их "направляет" умышленно. Они как-будто протекают "самопроизвольно". Однако, как указано ранее, передача информации происходит только тогда, когда ОНГ приёмной системы увеличивается. Но по второму закону термодинамики увеличиваться произвольно может только ОЭ. Действительно, увеличение ОЭ, т.е. умень-шение ОНГ, рассеяние информации, её старение, забвение, потеря происходит везде.
Повышение ОЭ в инфосистемах нельзя не учитывать в любой практической деятельности. Следовательно "само-произвольность" некодированной передачи информации кажу-щаяся. В действительности для такой передачи необходимы дополнительные условия, которые неполностью раскрыты в кибернетике и синергетике. Во первых, должна быть между системами приёмника и отправителя разность ОНГ относи-тельно события (цели) в принимающей системе. Разность ОНГ показывает неравновесное состояние между системами, для достижения этого затрачена дополнительная энергия или ОНГ. Во вторых, система-приёмник должна иметь структуру, обладающую инструктивными свойствами, т.е. иметь код для дешифрования и хранения информации. Система - отправитель должна быть готовой принимать ОЭ, при этом в большем количестве, чем количество отправленной инфор-мации. В общей изолированной системе "отправитель-при-ёмник информации" количество ОЭ должно повышаться.
По форме и сложности можно информацию разделить на 3 группы:
1. Сознательно передаваемая информация. Свойственна человеку и обществу, передаётся в виде понятий и моделей путём кодирования через инфоканалы.
2. Рефлективно передаваемая информация. Свойственна живым организмам. Передается рефлексами, инстинктами, генетическим кодом, эмоциями.
3. Неформализованная структурно-передаваемая информация. Эффективность и потери при передаче зависят от структуры и условий функционирования системы. В на-правлении системы с меньшим ОНГ передача сильно за-труднена. В других условиях она осуществляется с потерями. Свойственна всем системам в универсуме, в т.ч. в обществе.
До настоящего времени мы рассматривали общие интер-активные инфосвязи между системами. Однако, в иерархи-ческих комплексах систем очень много вертикальных инфор-мационных связей, которые имеют ряд особенностей.
1. Системы, обменивающиеся информацией, находятся на разных уровнях обобщения, тем самым имеют разные качества ОНГ.
2. Снизу вверх передаётся и принимается информация, которая интересует весь комплекс систем, т.е. по вопросам, затрагивающим сосуществование всех систем и их взаи-модействие.
3. Сверху вниз передаётся информация по более конк-ретным вопросам. По этим вопросам ОНГ нижестоящей системы может быть больше, вышестоящей и инфо передаётся с меньшими потерями. Информация движется между уров-нями, но качество ОНГ должна увеличиваться при повыше-нии уровня. Естественно, что каждое сообщение не является информацией, не является существенной относительно повы-шения ОНГ.
Процессы инфопередачи могут в очень разнообразном виде переплетаться между собой или с ОНГ-ями разных сис-тем. Между системами могут возникать отношения конку-ренции или конфликтов за получение ценной информации, где преимуществом является быстрота её переработки и более эффективное использование. Существенным критерием явля-ется способность системы приспосабливаться.
Все эти варианты и комбинации сложных инфо-процессов, как между собой так и вместе с ОНГ-ями и их превращения требуют проведения самостоятельных иссле-дований. Здесь называем только основные из возникающих проблем.
1. Влияние информационного канала, её ОНГ и селективности на эффективность передаваемой информации.
2. Затрата энергии и других ресурсов для получения информации от сложных систем и её рост при повышении сложности.
3. Инфопотоки в стабильно и нестабильно развиваю-щихся системах. Изменение направления инфопотоков при изменении цели, существенных факторов или критериев.
4. Определение ОЭ комплекса систем, состоящей из ОЭ элементов и их сочетаний, с вычетом ОНГ связей между эле-ментами (структуры).
5. Инфопотоки при конкуренции между развиваю-щимися системами. Образование коалиции систем, их объе-динение. Анализ информации при конфликтах и игровых ситуациях. Выигрыш тех систем, которые проявляют больше поисковой активности, которые лучше используют ресурсы энергии и ОНГ. Существенность инфопотоков при приспо-соблении и адаптации системы (организма) в условиях ограниченности сырьевых ресурсов.
6. Иерархической структуре упорядоченных систем соответствует негэнтропийная пирамида, внутри которой протекают сложные инфопроцессы прямой и обратной связи. Пирамида может иметь высокую вершину только тогда, когда, во-первых, её основание достаточно широко (т.е. дос-таточно мощный первичный поток ОНГ) и, во-вторых, когда грани пирамиды поднимаются достаточно круто (на каждой новой ступени эффективно используется инфо и ОНГ пре-дыдущей ступени). Определяющее значение для стабиль-ности и устойчивости всех уровней пирамиды имеет обратная связь, а также эффективность инфопередачи.
7. Инфопередача через систему увеличивается также при доступности, несвязанности ресурсов ОНГ и при возмож-ности передачи ОЭ в окружающую среду. Ресурсы должны быть доступны для получения их в реальное время. Они должны быть не сильно рассеяны в пространстве и нахо-диться в достаточно подвижном, активизированном состо-янии. Место, куда направляют отходы, "окружающая среда", должно быть высокоэнтропийным веществом или облучением, но в достаточно упорядоченном состоянии, способным при-нимать ОЭ.
9. БАЛАНСЫ ОЭ И ОНГ ПРИ РАЗВИТИИ СИСТЕМ
Надёжным методом исследования функционирования и развития любых систем является составление балансов веществ, энергии, массы, а в экономических системах также финансовых средств [ 55 ]. Составление балансов основы-вается на законах сохранения вещества и энергии [ 56 ]. На этой основе разность входящей и выходящей из системы вещества или энергии показывает оставшуюся или освобо-дившуюся из системы их часть. В бухгалтерии давно из-вестны методы составления балансов и требование равенства актива и пассива.
Анализ баланса даёт возможность сделать ряд важных выводов о деятельности фирмы в течение определённого периода. Аналогичные методы баланса применяют в других науках, например балансы энергии, теплоты, воды и др.
Возникает вопрос, если масса, энергия и ОНГ являются эквивалентными величинами, которые можно перерассчитать друг в друга и если для массы и энергии действуют законы сохранения, тогда должны и для ОНГ действовать какие-то законы сохранения. С ОЭ-ми вопрос сложнее, так как мы исследуем ОЭ моделей, а не реально существующих систем. Однако, и для них можно установить неравенства и критерии, меньше которых величина ОЭ в данных условиях невозможна.
Так как мы считаем реальной любую объективно су-ществующую систему, то необходимо учитывать также су-ществование в системах ОНГ (см. гл. 2). С учётом этого наиболее общий закон сохранения принимает вид:
е E + M . c2 + ОНГ . k . ln2 @ 107
@ е (E + M . 3.1013 + ОНГ . 10-23) = const
где: k - константа Больцманна, k = 1,38 . 10-23 дж / градус,
ОНГ - обобщённая негэнтропия, биты,
М - масса, граммы,
Е - энергия, джоули,
с - скорость света 2,998 . 1010 см / сек.
Закон выражает сохранение суммы всех объективно существующих составляющих в системе в эквивалентных количествах и в энергетических единицах (джоулях). Однако, можно энергию пересчитать в единицы массы (граммы) или информационные единицы (биты), не изменяя существо дела. Очевидно, что в практических условиях на земле доля ОНГ в общем энергетическом балансе ничтожно мала и вообще не регистрируется даже самыми чувствительными существую-щими приборами. Однако, в местах накопления ОНГ, в жи-вых организмах, особенно в мозге, могут концентрироваться количества ОНГ, которые в будущем могут быть измерены в микродолях грамм. Мощные процессы превращения ОНГ в виде гравитационных сил происходят в космосе, где удель-ный вес ОНГ намного больше. В таких случаях уже невоз-можно обойтись без закона эквивалентности массы, энергии и ОНГ, а также вышеприведенной обобщенной формулой сох-ранения суммы массы, энергии и ОНГ. В наиболее общем виде закон сохранения можно выразить так:
В изолированной системе сумма массы, энергии и ОНГ, выраженных в эквивалентных единицах, остается постоянной, независимо от каких бы то ни было из-менений, происходящих в этой системе.
Могут возникать возражения, что в неравновесных про-цессах ОЭ всегда возрастает. Следовательно ОНГ должна уменьшаться. Если бы реально существовали изолированные системы, то условием их равновесия являлось бы максимум ОЭ, которая приближалась бы к бесконечности. В условиях бесконечности трудно определить абсолютные величины ОНГ, но можно предполагать, что в случае уменьшения ОНГ она не исчезает, а рассеивается или изменяет свою форму. Действи-тельно, наличие ОНГ означает образование внутренней струк-туры, для укрепления которой требовалась бы внутренняя энергия. При разрушении этой структуры энергия и ОНГ не исчезают, а превращаются в менее качественную рассеянную форму.
При таком общем подходе под термином изолированной системы подразумевают не только изоляцию от массо- и энер-гообмена, но и от обмена информацией или ОНГ. Такую идеально изолированную от инфообмена систему трудно соз-дать на практике. Действительно, можно изолировать систему от теплового воздействия или от действия всех видов электромагнитных волн. Однако, изолировать систему от гравитационных волн, нейтринного облучения, виртуальных частиц квантового поля пока не умеют. Кроме того, реальные системы с высоким ОНГ, например живые организмы или общественные организации, невозможно информационно изо-лировать от внешней среды. Поэтому составлять полный ба-ланс таких систем по информационным потокам очень труд-но. Легче составлять неравенства: каким является мини-мальное значение ОЭ, ниже которого она в данной ситуации не может спускаться? Соответственно определяется макси-мальное значение ОНГ, которое система в данных условиях может приобрести. Неравенства могут иметь достаточную достоверность, так как рассматривают общие показатели ОЭ и ОНГ, но только относительно определённых события, критерия или цели. В таком случае легче изолировать или элиминировать влияние посторонних воздействий. Установление предельных значений ОЭ и ОНГ даёт возможность во многих случаях отсеивать явно непригодные или неэффективные реше-ния относительно какой-либо цели, и облегчает принятие оптимального решения.
Хотя переход системы от преобладающей формы массы в форму энергии или ОНГ теоретически возможен, общие закономерности таких переходов маловыяснены. Известны только условия и технология превращения массы в энергию путём ядерных реакций и взрывов. Энергия и ОНГ могут превращаться друг в друга в космосе, где имеются огромные запасы гравитационной энергии, которая является одно-временно запасом ОНГ (ОЭ гравитационной энергии счи-тается равным нулю).
В обычных наземных условиях практически не наблю-дается процессов превращений массы, энергии или ОНГ друг в друга. Поэтому в этих условиях и в условно изолированных системах можно исходить отдельно из постоянства массы, из постоянства энергии и из предельных значений ОЭ и ОНГ. Это значит, что в такой системе самопроизвольно ОЭ не может уменьшаться и ОНГ не может увеличиваться.
Практическое значение законов сохранения заключается в возможности составления балансов массы, энергии и ОНГ и определения пределов применения разных процессов и операций внутри условно изолированной системы. Это даёт возможность в ранних стадиях поиска отсеивать явно не-эффективные решения и операции, балансы массы, энергии или ОНГ, которые не удовлетворяют целевым критериям.
В мире не существует полностью изолированных систем. Однако, исследование условно изолированных моделей часто помогает выяснить характер и направление процессов массо-, энерго- и инфообмена внутри системы. Сложнее сос-тавлять балансы для открытых систем, обменивающих мас-сой, энергией и ОНГ с другими системами, в т.ч. с окру-жающей средой. В таком случае учитывают притоки и оттоки составляющих и предельно возможные величины ОЭ и ОНГ.
1. Вместо данной системы рассматривается более общая система, состоящая из системы и окружающей среды. Разу-меется и в этой общей системе действуют все законы сохранения.
2. Вместо системы рассматривается комплекс из двух или более систем, обладающие одинаковыми целевыми кри-териями и инфоканалами.
3. Вместо изолированной системы рассматривается открытая система со всеми входами и выходами массы, энер-гии и информации. Формулы для составления баланса следующие:
Мн + М1 - М2 = Мк
Qн + Q1 - Q2 = Qк
ОНГн + И1 - И2 ? ОНГк
где: Мн, Qн, ОНГн, - масса, энергия и ОНГ систем в начале процесса,
Мк, Qк, ОНГк, - масса, энергия и ОНГ в конце процесса,
М1, Q1, И1, - поступающие в систему масса, энергия и информация,
М2, Q2, И2, - выходящие из системы масса, энергия и информация. масса S М1 ???R энергия S Q1 ???R инфо S И1 ???R Система Мн R Мк Qн R Qк ОНГн R ОНГк масса ???R S М2 энергия ???R S Q2 инфо ???R S И2
Нетрудно видеть в указанных формулах аналогию с форму-лой давно известного бухгалтерского баланса:
Дн + Д1 - Д2 = Дк или Дн + Д1 = Дк + Д2 Доходы Расходы (пассив) (актив)
где: Дн и Дк Наличные деньги, или средства в начале и конце периода,
Д1 и Д2 Приходы и расходы денег, или средств.
Аналогия обоснована, так как одной из функцией денег является служить мерой количества товаров, энергии и информации. Тем самым деньги сами частично приобретают свойства информации. Практически по их движению можно сделать выводы о потоках информации. Однако, не всю ин-формацию можно измерить деньгами. Кроме денежного баланса требуется ещё составление баланса ОНГ (веро-ятностную).
Методы баланса используют широко в разных областях науки. Например, балансы теплоты в климатологии, балансы энергии в энергетике, балансы воды в гидрологии. Вместе с другими данными они помогают составлять систем уравнений, которые точнее описывают процессы в системах и между системами. Дополнительные данные можно получить при сос-тавлении уравнений баланса ОЭ и ОНГ. При этом уве-личивается количество уравнений, описывающих состояние системы и возможности расчёта большего количества не-известных параметров. Однако, составление балансов ОНГ значительно сложнее, чем балансов вещества и энергии. Определение ОНГ связано с установлением цели, условных вероятностей и других характеристик. Во вторых, ОНГ легче рассеивается в окружающую среду или превращается в энергию более низкого уровня и эти процессы трудно учесть в балансах. Тем не менее во многих случаях можно достаточной точностью установить предельные значения (минимум ОЭ и максимум ОНГ) которые дают возможность отсеивать явно неэффективные решения и варианты. Вероятность их соот-ветствия установленным критериям небольшая.
Расчёты ОЭ и ОНГ обычно требуют учёта многих фак-торов, целей и структурных особенностей систем. Дальней-ших исследований требуют взаимоотношения ОЭ и ОНГ: можно ли говорить о постоянстве их суммы или о других зависимостях? В ряде случаев, например, при выборе модели с постоянной максимально возможной ОЭ, зависимость суммирования наблюдается. Действительно, при введении в такую систему информации, соответственно уменьшается ОЭф и увеличивается ОНГф, то есть: