Очевидно, абсолютного хаоса в системах не существует. Все существующие реально системы имеют в структуре менее или более заметный порядок и соответствующую ОНГ. Чем больше система имеет в структуре упорядочённость, тем боль-ше она удаляется от равновесного состояния. С другой сторо-ны неравновесные системы стремятся двигаться в сторону термодинамического равновесия, т.е. увеличивать свою ОЭ. Если они не получают дополнительную энергию или ОНГ, они не могут в длительное время сохранять своё неравно-весное состояние. Но равновесие может быть и динами-ческим, где процессы протекают в равном объёме в противо-положные стороны. Внешне сохраняется равновесие, т.е. устойчивость системы. Если скорость таких процессов мало изменяется, то такие режимы являются стационарными, т.е. относительно стабильными во времени. Скорость процессов может изменятся в очень широких пределах. Если скорость процессов очень маленькая, то система может находится в состоянии локального квазиравновесия, т.е. кажущегося рав-новесия. Неравновесность систем играет существенную роль в их инфообмене. Чем больше неравновесность, тем больше их чувствительность и способность принимать информацию и тем больше возможности саморазвития системы.
ЦЕЛОСТНОСТЬ СИСТЕМ
Целостность систем вытекает из одного их признака - упорядоченности. Однако, их цели или целесообразность можно определить только получая информацию о выше-стоящей системе. В то же время целостность и целенаправ-ленное действие системы или её элементов может иметь раз-ные степени упорядоченности. Например, в сложных систе-мах и в организациях может быть центральное управление вместе с относительной самостоятельностью индивидов [ 15 ]. Целостность систем вытекает из общих свойств объединён-ного суперполя в универсуме (гл. 14). К таким свойствам считают гармонию и когерентность, общие свойства квантовой природы явлений (т.н. квантовый холизм) и вероятностная природа флуктуации и процессов развития.
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОЛЯ И ВОЛНЫ
КАК СИСТЕМЫ
В универсуме существуют различного рода поля, кото-рые могут быть "в состоянии покоя" или находиться в воз-буждённом состоянии (образования волн, виртуальных час-тиц и др.) Известно много типов полей:
гравитационное поле;
электромагнитное поле (свет, радиоволны и др.);
поля малого и большого взаимодействия;
квантомеханические поля (позитронное поле).
Все поля соединяются в сверхмалом пространстве (ниже длины шкалы Планка, 10-35 м) в объединённое суперполе, из возбуждения которого могут возникать элементы вещества, энергии и ОНГ. Недостаточно доказано как-будто существо-вание вокруг живых существ ещё особого рода полей: фан-томного, астрального, ментального и торсионного (спинового) поля. Высказано предположение ещё о наличии информа-ционного поля. Связанная форма информации - ОНГ содер-жится в каждой системе вместе с массой и энергией. Однако её определение, также как и выяснение процессов её прев-ращения и переходов часто представляет большие трудности.
По вопросу упорядоченности, энтропии поля высказаны различные мнения. С одной стороны утверждается, что поля обладают бесконечной энтропией, разнообразием, беспоряд-ком. С другой стороны считалось, что объединённое супер-поле имеет нулевую энтропию, что оно обладает абсолютной упорядоченностью, бесконечным ОНГ, энергией. В действи-тельности, как и все системы, любое поле имеет как ОЭ, так и ОНГ. Чем больше поле локально возбуждается, вибри-руется с образованием волн и материальных частиц, тем боль-ше оно содержит ОНГ. Конечно, в поле значительно труднее определить характерных для системы признаков: элементов, их взаимоотношение и целостность. Однако, и здесь признаки системной дифференциации элементов в любом случае су-ществуют. В качестве первичных элементов поля как системы выделяются кванты. Выяснено, что квантовое дискретное строение имеют не только электромагнитные, но и гравитаци-онные волны и даже пространство и время. Система может быть комбинирована из различных полей, с квантами раз-личного энергосодержания и разной степенью их когерент-ности. Исследование квантовой структуры полей даёт воз-можность выяснить содержание в них связанной информа-ции - ОНГ.
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД И СИСТЕМНЫЙ
АНАЛИЗ
Поскольку вес универсум состоит из систем, притом в виде различных комплексов, иерархических уровней и совме-щений, то представляют огромную важность методы их иссле-дования и преобразования. Этими вопросами уже давно зани-маются такие дисциплины, как исследование систем, систем-ный анализ и др. Однако, эти методы не нашли ещё доста-точно широкого и всестороннего применения. Причиной явля-ются сложности исследования процессов хранения и передачи информации в системах, а также отсутствие методических ос-нов. С этими связано неполное описание систем и их превра-щений. Соединение методов системного анализа с другими науками, теорией информации, векторным анализом в много-мерном пронстранстве состояния и синергетикой открывает в этой области новые возможности. При исследовании любого объекта или явления необходим системный подход, что включает следующие основные этапы работы:
1. Выделение объекта исследования от общей массы явлений. Очертание контур, пределов системы, его основных частей, элементов, связи с окружающей средой. Установление цели исследования: выяснение структуры или функции сис-темы, изменение и преобразование её деятельности или наличие длительного механизма управления и функциониро-вания. Система не обязательно является материальным объек-том. Она может быть и воображаемым в мозгу сочетанием всех возможных структур для достижения определённой цели.
2. Выяснение основных критериев для обеспечения це-лесообразного или целенаправленного действия системы, а также основные ограничения и условия существования.
3. Определение альтернативных вариантов при выборе структур или элементов для достижения заданной цели. При этом необходимо учесть все факторы, влияющие на систему и все возможные варианты решения проблемы.
4. Составление модели функционирования системы, учитывая всех существенных факторов. Существенность фак-торов определяется по их влиянию на определяющие кри-терии цели.
5. Оптимизация режима существования или работы сис-темы. Градация решений по их оптимальному эффекту, по функционированию (достижению цели).
6. Проектирование оптимальных структур и функцио-нальных действий системы. Определение оптимальной схемы их регулирования или управления.
7. Контроль за работой системы в эксплуатации, опреде-ление её надёжности и работоспособности. Установление надёжной обратной связи по результатам функционирования.
Все эти операции обычно проводят повторно в виде нескольких циклов, постепенно приближаясь к оптимальным решениям. После каждого цикла уточняют критериев и дру-гих параметров модели. До настоящего времени методы системного анализа позволяли делать качественные, часто не совсем конкретные выводы [ 12, 6, 13 ]. После уточнения методов определения потоков информации эти методы поз-воляют значительно точнее прогнозировать поведение систем и более эффективно управлять ими. В каждой системе можно выделить отдельную, более или менее сложную инфосхему. Последняя оказывает особенно заметное влияние на функционирование системы, на эффективность её работы. Только учёт инфоструктур даёт возможность охватить целост-ность системы и избегать применение недостаточно адекват-ных математических моделей. Наибольшие ошибки при прин-ятии решений делают из-за отсутствия учёта некоторых су-щественных факторов, особенно учёта влияния инфопотоков.
Выяснение вопроса взаимного влияния систем пред-ставляет сложную задачу, так как они образуют тесно пере-плетённую сеть в многомерном пространстве. Например, любая фирма представляет собою сосредоточение элементов многих других систем и иерархии: отраслевые министерства, территориальные органы власти, банковские, страховые орга-низации, торговые и налоговые организации и др. Каждый элемент в системе участвует во многих системных иерархиях. Поэтому прогноз их деятельности сложен и требует тщатель-ного информационного обеспечения. Такое же многоиерархи-ческое строение имеют, например, клетки любого живого ор-ганизма.
Системами могут быть и мысленные модели при проек-тировании реальных систем для оптимизации последних. На-пример, моделью может служить поисковое поле для приня-тия оптимального решения по отбору полимеров. Известны все полимерные материалы и классификация потребуемых изделий из них, а также известны критерии качества. Реше-ние заключается в последовательном сужении поискового поля при выяснении оптимального материала для конк-ретного изделия или оптимального изделия из конкретногo материала.
2. ЕДИНСТВО МАССЫ, ЭНЕРГИИ И
НЕГЭНТРОПИИ В СИСТЕМЕ
В условиях дифференциации наук и распространения редукционистских теорий возникло очень много кажуще изолированных моделей процессов, объектов, законов. В действительности мир един, процессы разного направления протекают в системах одновременно. Единство обусловлено тем, что общее начало ? объединённое суперполе едино для всех объектов, явлений и систем. Согласованно и параллель-но развиваются и многие кажуще противоположные явления. В любой системе одновременно могут протекать следующие процессы: подвижность (превращения) и инертность (неиз-менчивость), изменение координат в многомерном прост-ранстве и стремление сохранять своё состояние, прогрессив-ное и регрессивное развитие, возникновение и разрушение структур, изменчивость и наследственность, случайные и де-терминированные процессы, свобода и упорядоченность эле-ментов.
В системах параллельно протекают два противополож-ных процесса: изменение ОЭ и ОНГ. Энтропия в общем яв-ляется показателем неопределённости, беспорядка, разнообра-зия, хаоса, равновесия в системе [ 10 ]. Негэнтропию часто ошибочно дефинируют как энтропию с отрицательным зна-ком. Это может вызывать большие недоразумения. Негэнт-ропия (ОНГ) действительно измеряется в тех же единицах как энтропия (например в битах). Направление её действи-тельно противоположное энтропии. Её увеличение вызывает такое же уменьшение энтропии. Однако, эти величины из-меняются в системе по самостоятельным закономерностям и их абсолютные значения мало зависят друг от друга. Негэнт-ропия является мерой порядка, упорядоченности, внутренной структуры, связанной информации. При увеличении обобщён-ной энтропии (ОЭ, гл. 4) увеличиваются размерность системы (количество независимых переменных, факторов) и их масштабы, а также возможности поиска более эффек-тивных решений. Одновременно с ростом ОЭ увеличивается и неопределённость системы, вероятность принятия непра-вильного решения, а также расширяются размеры прост-ранства поиска. Для того, чтобы уменьшить неопределённость системы, необходимо ввести в неё обобщённую негэнтропию (ОНГ), информацию, упорядоченность.
Таким образом, при прогрессивном развитии в системе увеличивается больше ОНГ, чем ОЭ. При деструкции больше увеличивается ОЭ. Имеются разные комбинации одновремен-ного изменения ОЭ и ОНГ. Если система обладает небольшой ОЭ, то и ОНГ туда ввести можно мало и для её развития нет условий (ОНГ < ОЭ).
Много споров возникло при исследованиях взаимо-действия вещественных, энергетических и информационных систем. В практической жизни, экономике и технике их часто рассматривают раздельно. Действительно, часто целесообраз-но исследовать материальные (вещественные) балансы, пото-ки и ресурсы. Отдельно рассматриваются соответствующие энергетические и информационные ресурсы. При составлении технических проектов или бизнеспланов такие раздельные расчёты дают много данных для оценки эффективности решений. Однако, сразу бросается в глаза, что в любых сис-темах и организациях эти категории существуют все вместе. В любой фирме занимаются как материальными, так и энерге-тическими и информационными ресурсами. Вместо информа-ционных потоков в экономике больше занимаются денежными средствами. Как мы увидим в дальнейшем, деньги в опреде-лённом смысле заменяют информацию. В любом живом орга-низме также протекают одновременно и взаимосвязанно как материальные, так и энергетические и информационные про-цессы. Но и объекты неживой природы, даже любой кусок камня, обладают не только массой (весом) вещества, но и внутренней энергией и разного вида cвязанной информацией (негэнтропией, химической, физической, кристаллографи-ческой и др.).
Если начинать искать, то не удастся найти в мире ни одной системы, которая содержала бы в отдельности вещест-во, энергию или информацию. Даже самые маленькие кванты энергии - фотоны, имеют по формулам Эйнштейна массу, а величина кванта уже сама собой является информацией, тем более возникающие волны и их когеренция. Единство массы и энергии, возможность их измерения в единицах массы или энергии вытекает уже из формулы Эйнштейна
Ео = mc2 , где: Ео - энергия m - масса, с - скорость света
При движении частиц сохраняется та же формула, но необходимо учесть изменение массы в зависимости от ско-рости (связанной с энергией). Труднее выяснить единую природу негэнтропии с энергией и массой. Для этого имеется формула Бриллюэна. Такие явления единства можно объяс-нять только тем, что в начальном общем суперполе все эти категории - вещество, энергия и информация, имеют единую природу. Одним из компонентов там является гравитационное поле, которое имеет сильно антиэнтропийный характер (про-тиводействует энтропии).
По соотношению Бриллюэна для получения 1 бита не-обходимо израсходовать по меньшей мере k . ln2 > k единиц негэнтропии
k = 1,38 . 10-23 дж / град. (константа Больцмана)
Объединяя формулы Эйнштейна и Бриллюэна можно любую форму материи или системы перевести одну в другую с приближёнными эквивалентными соотношениями:
1 г ? 1014 дж ? 1037 бит
Например, негэнтропию (ОНГ) можно выразить в еди-ницах массы (граммы) или энергии (джоулы). Практически получают ничтожно малые, пока неизмеримые величины мас-сы или энергии и сами процессы изменения формы существо-вания материи пока малоуправляемые. Мозг человека в виде памяти содержит информацию, оцениваемую около 5 . 1010 бит, вместе с макроструктурами около 1017 бит, что соот-ветствует массе около 1 . 10-20 г, т.е. в настоящее время неиз-меримо малой величине.
Следует подчеркнуть, что в случае перерасчётов вещест-ва, энергии или негэнтропии в единицы другой формы реаль-но не происходит перехода вещества в энергию или информа-цию или наоборот. Объективно существует реальное супер-поле, которое в любом участке имеет свойства как вещества (массы), так и энергии и негэнтропии. Суперполе локально существует в виде менее сгущённых (негэнтропия) и более сгущённых систем (энергия или вещество), но разделение этих трёх форм невозможно. Теоретически можно любую из трёх форм выразить в единицах другой формы. Например, в единицах битов можно выражать не только энергию, но и массу вещества. При этом энергию рассматривают как уплот-нённый участок суперполя. Обобщить необходимо и законы сохранения. Закон сохранения массы правилен и в насто-ящее время, но в общую сумму массы следует включать и массу энергии, движения и негэнтропии. После открытия Эйнштейна формулировали закон сохранения материи (то есть суммы массы и энергии).
е (Е + Мс2) = соnst.
В настоящее время следует закон сохранения выразить в ещё более общей форме:
В изолированной системе общее количество обоб-щённой негэнтропии (в т.ч. в виде вещества или энергии) остается постоянной, независимо от каких бы то ни было изменений, происходящих в этой системе. е ОНГ + Е + М . с2 = соnst.
k 107 . k
k - константа Больцмана k = 1,38 . 10-23 дж/град.,
ОНГ - обобщённая негэнтропия в битах,
Е - энергия в джоулях,
М - масса вещества в г, учитывая приращение его при увеличении скорости M = Mo
1- v 2
c
c - cкорость света = 2,998 . 1010 см/сек.
Вопросы могут возникать по поводу сохранения негэнт-ропии. Всем известно, что информация и негэнтропия имеют склонность рассеиваться, терять свою ценность и качество. Но энергия также может рассеиваться в виде, например, электромагнитных колебаний в мировое пространство. В слу-чае сохранения ОНГ речь идёт об изолированном (даже для информации) пространстве. Кроме того, негэнтропия может уплотняться в форму вещества или энергии по ничтожному или незаметному для них эквиваленту.
В практических операциях с веществами и энергиями расчёты в единицах информации (в битах) очень затрудни-тельны и оправдано применение традиционных единиц изме-рения массы и энергии (кг и дж). Влияние ОНГ многих прак-тически используемых систем на их массу и энергию ничтож-но мало. Даже для системы из 7 элементов, между которыми реализуются только двусторонние связи, имеются 42 внутрен-ние cвязи и можно составить 4 . 1012 цепей (около 30 битов). Количество негэнтропии, содержащейся в схеме сложной системы, состоящей из 1000 элементов, каждый из которых может содержать до 10 связей с другими элементами, сос-тавляет всего 1,33 . 105 битов. Это меньше миллиард милли-ардной доли одного джоуля. Предположим, что система имеет восемь входов и один выход. Входы и выходы могут принимать только два значения. Тогда число возможных сос-тояний системы 2256. Это действительно большое число, кото-рое можно сравнивать с числом электронов и протонов во всей вселенной: 2258. Однако 256 бит эквивалентен 10-34 г, что измерить невозможно.
Положение изменяется принципиально при рассмотре-нии систем на атомном и молекулярном уровне. Тогда систе-ма из 1 г. вещества содержит 1020 - 1023 атомов или молекул (постоянная Авогадро Nо = 6 . 1023 атомов в одном грамм-атоме вещества). Уже оценка количества всех атомов даёт более 100 битов. Однако вариации атомов по очередности, по месту расположения, по связам с другими атомами, по химическим, фазовым и кристаллическим связям, количество возможных комбинаций структуры возрастает на десятки миллионов порядков, соответственно и негэнтропия в битах. При концентрации ОНГ в 1 г. вещества более 1033 битов изменения веса и энергии становятся уже существенными. В частности, для живых организмов, потоки негэнтропии могут оказаться соизмеримыми с изменением массы и энергии.
Характеристики ОЭ систем по общему
количеству элементов или состояний
Количест-во элемен-тов в сис-теме W 1 2 5 10 100 106 10100 1010 10 101000 10
Теорети-ческая H - ln 1 W 0 0,66 1,9 2,3 4,6 14 230 2,3.1010 2,3.101000 ОЭ (бит) lg2 W 0 1 2,3 3,3 6,6 20 330 3,3.1010 3,3.101000
Принципиальным вопросом является соотношение меж-ду энтропией и негэнтропией системы и получение или отдача ею информации. В литературе высказана гипотеза, что сумма энтропии и информации в системе всегда постоянная. В этом высказывании имеются ряд неточностей:
1. Не уточнено, какую информацию имеют в виду: свя-занную, получаемую или отдаваемую системой.
2. Нельзя сложить две разные характеристики: энтропия является параметром состояния системы, информация - параметром её функции.
3. Для реально существующих систем максимальная энт-ропия очень большая. Хотя часть энтропии компен-сируется негэнтропией, их сумма приближается к бес-конечности. Последним оперировать в практических расчётах невозможно.
Искусственно созданные системы-модели (вторичная реальность, сознание и др.) созданы таким образом, что их максимальная ОЭ является определяемой величиной. Пос-ледняя действительно является суммой введенной в систему связанной информации ОНГ и фактической ОЭф после введения в систему фактической ОНГф.
ОЭф + ОНГф = ОЭмакс.
Формула имеет практическое значение ввиду её общ-ности для большинства упрощённых моделей реального мира.
АНАЛОГИЯ МЕЖДУ МАТЕРИАЛЬНЫМИ,
ТЕПЛОВЫМИ И ИНФОРМАЦИОННЫМИ
ПРОЦЕССАМИ
Поскольку мы исходим из эквивалентности вещества (массы), энергии и ОНГ, как разных форм любого объектив-ного явления, то можно ожидать аналогию в закономер-ностях, описывающих процессы, протекающих в разных фор-мах. Другими словами, процессы, протекающие в материаль-ных системах (веществах), должны иметь аналогию с процес-сами в энергетических или информационных системах. Из-вестно, что аналогия процессов в микромире, где неопре-делённость (ОЭ) является основным параметром как в энер-гетических, так и в информационных и материальных процес-сах. Отличия наблюдается только в единицах измерения. В теоретических исследованиях ОЭ исползуют натуральные ло-гарифмы, в информационной теории-логарифмы на основе 2 (биты). Труднее определить в системе негэнтропию, которая является связанной формой полученной информации (ОНГ). В частности, законы термодинамики, регулирующие тепловые процессы, должны иметь аналогию и в регулировании инфор-мационных процеcсов. В том числе можно ожидать и в про-цессах передачи информации возможность определения на-правления самопроизвольных процессов, коэффициента по-терь, возможности определения качества информации, её коэф-фициента полезного действия.
При определении направления самопроизвольного про-текания процессов можно установить общие закономерности для всех трёх форм существования систем. У всех поток само-произвольно идёт только в одном направлении увеличения ОНГ (рис. сплошная стрела). Протекание процесса в проти-воположном направлении возможно только при применении теплового, вещественного или информационного насоса (рис. прерывистая стрела).
Направление самопроизвольного потока
Энергии п ??--ф??R ? - - п - - - п Теплое п Холодное ОНГл < ОНГп Теплообменники Тепловая машина Информации, денег п ??ф??R ? - - п - - - - п Беспорядок,пСтруктура, неопреде- п упорядо- лённость п ценность ОНГл < ОНГп Накопление информа-ции в живых организ-мах, человеке, общест-ве. Концентрация капи-тала Вещества, массы, товара п ??ф??R ? - - п - - - п Рассеяние п Накопление вещества п вещества ОНГл < ОНГп Гравитационное притя- жение. Возникновение молекул и кристаллов. Рост недвижимого иму-щества.
При образовании льда из воды в условиях отрицатель-ных температур окружающей среды происходит увеличение её ОНГ (уменьшение ОЭ). Процесс происходит самопроиз-вольно с выделением тепла (ОЭ) в среду. Деньги можно, кроме других их функции, считать мерой стоимости товаров, в благоприятных условиях и мерой стоимости информации. Деньги имеют тенденцию концентрироваться (двигаться) ту-да, где их и раньше много, т.е. в сторону крупного капитала. Был поднят вопрос: если многие вышеуказанные процессы протекают по физическим и экономическим законам, то исс-ледования процессов инфопередачи вообще не понадобятся. Однако, реальные процессы имеют сильно вероятностный ха-рактер и требуют определение неопределённостей. Последние невозможно определить без рассмотрения факторов, влияю-щих на информационные процессы и зависящих от них.
Единство материи в системах характеризует также теория о трёх ипостасей существования её:
- вещество - концентрация и постоянство массы,
- энергия - движение,
- связанная информация - структура и организация ОНГ.
Эти формы существуют и изменяются эквивалентно в любой системе. Эквивалентность форм позволяет исследовать их согласованное действие в разных единицах. Единство форм в системах доказывается и тем, что деградация струк-туры системы всегда сопровождается и изменением её внут-ренней энергии и негэнтропии. Часто это называется потерей памяти (ОНГ и информации).
Существование во всех системах энтропийно-негэнтро-пийного компонентов даёт всем её превращениям вероят-ностный, нелинейный характер. Практически линейные фор-мулы можно применять для описания превращений в очень узкой области изменения некоторых независимых переменных при допущении постоянства всех других факторов. Опреде-ление ОЭ и ОНГ расширяет предел применения линейных моделей для описания многих информационных процессов и зависимостей целевых критериев от условно независимых факторов.
СТЕПЕНЬ СВОБОДЫ И СВЯЗАННОСТИ ФОРМ
Рассматривая возможности использования вещества, энергии и негэнтропии видно, что они могут иметь различные степени свободы, доступности, подвижности и инертности. Эти свойства зависят от стабильности самих элементов сис-тем. Нестабильность, тем самым способность и чуствитель-ность к превращениям могут варьироваться между предель-ными значениями в широком диапазоне. Много зависит не только от стабильности, но и от скорости превращений. Рас-падается даже кажущийся абсолютно стабильным протон через 1032 лет (продолжительность жизни нашей вселенной 1010 лет). Эффективность использования отдельных форм систем зависит от их уплотнённости, концентрации и связи между элементами, а также от степени неравновесности сис-тем. Особенно наглядно это видно в случае энергетических ресурсов. Кроме количества энергии здесь важное значение имеет её качество, т.е. способность преврашаться в работу. Примеры свободных и связанных форм существования систем приведены в таблице.
Качество массы, энергии и ОНГ зависит от их конкрет-ных целевых назначений и определяется способностью вы-полнять системой существенных функций, т.е. эффектив-но использовать свои ресурсы. Ясно, что система, которая может более эффективно использовать свои свободные ресурсы для противостояния действиям внешней среды, имеет больше шансов сохранять или улучшать условия своего развития. В таблице приведены только примеры некоторых систем с отклонением в сторону массы, энергии или ОНГ с учётом, что все эти формы неразделимы и существуют во всех системах.
ЦЕЛОСТНОСТЬ СИСТЕМ
Целостность систем вытекает из одного их признака - упорядоченности. Однако, их цели или целесообразность можно определить только получая информацию о выше-стоящей системе. В то же время целостность и целенаправ-ленное действие системы или её элементов может иметь раз-ные степени упорядоченности. Например, в сложных систе-мах и в организациях может быть центральное управление вместе с относительной самостоятельностью индивидов [ 15 ]. Целостность систем вытекает из общих свойств объединён-ного суперполя в универсуме (гл. 14). К таким свойствам считают гармонию и когерентность, общие свойства квантовой природы явлений (т.н. квантовый холизм) и вероятностная природа флуктуации и процессов развития.
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОЛЯ И ВОЛНЫ
КАК СИСТЕМЫ
В универсуме существуют различного рода поля, кото-рые могут быть "в состоянии покоя" или находиться в воз-буждённом состоянии (образования волн, виртуальных час-тиц и др.) Известно много типов полей:
гравитационное поле;
электромагнитное поле (свет, радиоволны и др.);
поля малого и большого взаимодействия;
квантомеханические поля (позитронное поле).
Все поля соединяются в сверхмалом пространстве (ниже длины шкалы Планка, 10-35 м) в объединённое суперполе, из возбуждения которого могут возникать элементы вещества, энергии и ОНГ. Недостаточно доказано как-будто существо-вание вокруг живых существ ещё особого рода полей: фан-томного, астрального, ментального и торсионного (спинового) поля. Высказано предположение ещё о наличии информа-ционного поля. Связанная форма информации - ОНГ содер-жится в каждой системе вместе с массой и энергией. Однако её определение, также как и выяснение процессов её прев-ращения и переходов часто представляет большие трудности.
По вопросу упорядоченности, энтропии поля высказаны различные мнения. С одной стороны утверждается, что поля обладают бесконечной энтропией, разнообразием, беспоряд-ком. С другой стороны считалось, что объединённое супер-поле имеет нулевую энтропию, что оно обладает абсолютной упорядоченностью, бесконечным ОНГ, энергией. В действи-тельности, как и все системы, любое поле имеет как ОЭ, так и ОНГ. Чем больше поле локально возбуждается, вибри-руется с образованием волн и материальных частиц, тем боль-ше оно содержит ОНГ. Конечно, в поле значительно труднее определить характерных для системы признаков: элементов, их взаимоотношение и целостность. Однако, и здесь признаки системной дифференциации элементов в любом случае су-ществуют. В качестве первичных элементов поля как системы выделяются кванты. Выяснено, что квантовое дискретное строение имеют не только электромагнитные, но и гравитаци-онные волны и даже пространство и время. Система может быть комбинирована из различных полей, с квантами раз-личного энергосодержания и разной степенью их когерент-ности. Исследование квантовой структуры полей даёт воз-можность выяснить содержание в них связанной информа-ции - ОНГ.
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД И СИСТЕМНЫЙ
АНАЛИЗ
Поскольку вес универсум состоит из систем, притом в виде различных комплексов, иерархических уровней и совме-щений, то представляют огромную важность методы их иссле-дования и преобразования. Этими вопросами уже давно зани-маются такие дисциплины, как исследование систем, систем-ный анализ и др. Однако, эти методы не нашли ещё доста-точно широкого и всестороннего применения. Причиной явля-ются сложности исследования процессов хранения и передачи информации в системах, а также отсутствие методических ос-нов. С этими связано неполное описание систем и их превра-щений. Соединение методов системного анализа с другими науками, теорией информации, векторным анализом в много-мерном пронстранстве состояния и синергетикой открывает в этой области новые возможности. При исследовании любого объекта или явления необходим системный подход, что включает следующие основные этапы работы:
1. Выделение объекта исследования от общей массы явлений. Очертание контур, пределов системы, его основных частей, элементов, связи с окружающей средой. Установление цели исследования: выяснение структуры или функции сис-темы, изменение и преобразование её деятельности или наличие длительного механизма управления и функциониро-вания. Система не обязательно является материальным объек-том. Она может быть и воображаемым в мозгу сочетанием всех возможных структур для достижения определённой цели.
2. Выяснение основных критериев для обеспечения це-лесообразного или целенаправленного действия системы, а также основные ограничения и условия существования.
3. Определение альтернативных вариантов при выборе структур или элементов для достижения заданной цели. При этом необходимо учесть все факторы, влияющие на систему и все возможные варианты решения проблемы.
4. Составление модели функционирования системы, учитывая всех существенных факторов. Существенность фак-торов определяется по их влиянию на определяющие кри-терии цели.
5. Оптимизация режима существования или работы сис-темы. Градация решений по их оптимальному эффекту, по функционированию (достижению цели).
6. Проектирование оптимальных структур и функцио-нальных действий системы. Определение оптимальной схемы их регулирования или управления.
7. Контроль за работой системы в эксплуатации, опреде-ление её надёжности и работоспособности. Установление надёжной обратной связи по результатам функционирования.
Все эти операции обычно проводят повторно в виде нескольких циклов, постепенно приближаясь к оптимальным решениям. После каждого цикла уточняют критериев и дру-гих параметров модели. До настоящего времени методы системного анализа позволяли делать качественные, часто не совсем конкретные выводы [ 12, 6, 13 ]. После уточнения методов определения потоков информации эти методы поз-воляют значительно точнее прогнозировать поведение систем и более эффективно управлять ими. В каждой системе можно выделить отдельную, более или менее сложную инфосхему. Последняя оказывает особенно заметное влияние на функционирование системы, на эффективность её работы. Только учёт инфоструктур даёт возможность охватить целост-ность системы и избегать применение недостаточно адекват-ных математических моделей. Наибольшие ошибки при прин-ятии решений делают из-за отсутствия учёта некоторых су-щественных факторов, особенно учёта влияния инфопотоков.
Выяснение вопроса взаимного влияния систем пред-ставляет сложную задачу, так как они образуют тесно пере-плетённую сеть в многомерном пространстве. Например, любая фирма представляет собою сосредоточение элементов многих других систем и иерархии: отраслевые министерства, территориальные органы власти, банковские, страховые орга-низации, торговые и налоговые организации и др. Каждый элемент в системе участвует во многих системных иерархиях. Поэтому прогноз их деятельности сложен и требует тщатель-ного информационного обеспечения. Такое же многоиерархи-ческое строение имеют, например, клетки любого живого ор-ганизма.
Системами могут быть и мысленные модели при проек-тировании реальных систем для оптимизации последних. На-пример, моделью может служить поисковое поле для приня-тия оптимального решения по отбору полимеров. Известны все полимерные материалы и классификация потребуемых изделий из них, а также известны критерии качества. Реше-ние заключается в последовательном сужении поискового поля при выяснении оптимального материала для конк-ретного изделия или оптимального изделия из конкретногo материала.
2. ЕДИНСТВО МАССЫ, ЭНЕРГИИ И
НЕГЭНТРОПИИ В СИСТЕМЕ
В условиях дифференциации наук и распространения редукционистских теорий возникло очень много кажуще изолированных моделей процессов, объектов, законов. В действительности мир един, процессы разного направления протекают в системах одновременно. Единство обусловлено тем, что общее начало ? объединённое суперполе едино для всех объектов, явлений и систем. Согласованно и параллель-но развиваются и многие кажуще противоположные явления. В любой системе одновременно могут протекать следующие процессы: подвижность (превращения) и инертность (неиз-менчивость), изменение координат в многомерном прост-ранстве и стремление сохранять своё состояние, прогрессив-ное и регрессивное развитие, возникновение и разрушение структур, изменчивость и наследственность, случайные и де-терминированные процессы, свобода и упорядоченность эле-ментов.
В системах параллельно протекают два противополож-ных процесса: изменение ОЭ и ОНГ. Энтропия в общем яв-ляется показателем неопределённости, беспорядка, разнообра-зия, хаоса, равновесия в системе [ 10 ]. Негэнтропию часто ошибочно дефинируют как энтропию с отрицательным зна-ком. Это может вызывать большие недоразумения. Негэнт-ропия (ОНГ) действительно измеряется в тех же единицах как энтропия (например в битах). Направление её действи-тельно противоположное энтропии. Её увеличение вызывает такое же уменьшение энтропии. Однако, эти величины из-меняются в системе по самостоятельным закономерностям и их абсолютные значения мало зависят друг от друга. Негэнт-ропия является мерой порядка, упорядоченности, внутренной структуры, связанной информации. При увеличении обобщён-ной энтропии (ОЭ, гл. 4) увеличиваются размерность системы (количество независимых переменных, факторов) и их масштабы, а также возможности поиска более эффек-тивных решений. Одновременно с ростом ОЭ увеличивается и неопределённость системы, вероятность принятия непра-вильного решения, а также расширяются размеры прост-ранства поиска. Для того, чтобы уменьшить неопределённость системы, необходимо ввести в неё обобщённую негэнтропию (ОНГ), информацию, упорядоченность.
Таким образом, при прогрессивном развитии в системе увеличивается больше ОНГ, чем ОЭ. При деструкции больше увеличивается ОЭ. Имеются разные комбинации одновремен-ного изменения ОЭ и ОНГ. Если система обладает небольшой ОЭ, то и ОНГ туда ввести можно мало и для её развития нет условий (ОНГ < ОЭ).
Много споров возникло при исследованиях взаимо-действия вещественных, энергетических и информационных систем. В практической жизни, экономике и технике их часто рассматривают раздельно. Действительно, часто целесообраз-но исследовать материальные (вещественные) балансы, пото-ки и ресурсы. Отдельно рассматриваются соответствующие энергетические и информационные ресурсы. При составлении технических проектов или бизнеспланов такие раздельные расчёты дают много данных для оценки эффективности решений. Однако, сразу бросается в глаза, что в любых сис-темах и организациях эти категории существуют все вместе. В любой фирме занимаются как материальными, так и энерге-тическими и информационными ресурсами. Вместо информа-ционных потоков в экономике больше занимаются денежными средствами. Как мы увидим в дальнейшем, деньги в опреде-лённом смысле заменяют информацию. В любом живом орга-низме также протекают одновременно и взаимосвязанно как материальные, так и энергетические и информационные про-цессы. Но и объекты неживой природы, даже любой кусок камня, обладают не только массой (весом) вещества, но и внутренней энергией и разного вида cвязанной информацией (негэнтропией, химической, физической, кристаллографи-ческой и др.).
Если начинать искать, то не удастся найти в мире ни одной системы, которая содержала бы в отдельности вещест-во, энергию или информацию. Даже самые маленькие кванты энергии - фотоны, имеют по формулам Эйнштейна массу, а величина кванта уже сама собой является информацией, тем более возникающие волны и их когеренция. Единство массы и энергии, возможность их измерения в единицах массы или энергии вытекает уже из формулы Эйнштейна
Ео = mc2 , где: Ео - энергия m - масса, с - скорость света
При движении частиц сохраняется та же формула, но необходимо учесть изменение массы в зависимости от ско-рости (связанной с энергией). Труднее выяснить единую природу негэнтропии с энергией и массой. Для этого имеется формула Бриллюэна. Такие явления единства можно объяс-нять только тем, что в начальном общем суперполе все эти категории - вещество, энергия и информация, имеют единую природу. Одним из компонентов там является гравитационное поле, которое имеет сильно антиэнтропийный характер (про-тиводействует энтропии).
По соотношению Бриллюэна для получения 1 бита не-обходимо израсходовать по меньшей мере k . ln2 > k единиц негэнтропии
k = 1,38 . 10-23 дж / град. (константа Больцмана)
Объединяя формулы Эйнштейна и Бриллюэна можно любую форму материи или системы перевести одну в другую с приближёнными эквивалентными соотношениями:
1 г ? 1014 дж ? 1037 бит
Например, негэнтропию (ОНГ) можно выразить в еди-ницах массы (граммы) или энергии (джоулы). Практически получают ничтожно малые, пока неизмеримые величины мас-сы или энергии и сами процессы изменения формы существо-вания материи пока малоуправляемые. Мозг человека в виде памяти содержит информацию, оцениваемую около 5 . 1010 бит, вместе с макроструктурами около 1017 бит, что соот-ветствует массе около 1 . 10-20 г, т.е. в настоящее время неиз-меримо малой величине.
Следует подчеркнуть, что в случае перерасчётов вещест-ва, энергии или негэнтропии в единицы другой формы реаль-но не происходит перехода вещества в энергию или информа-цию или наоборот. Объективно существует реальное супер-поле, которое в любом участке имеет свойства как вещества (массы), так и энергии и негэнтропии. Суперполе локально существует в виде менее сгущённых (негэнтропия) и более сгущённых систем (энергия или вещество), но разделение этих трёх форм невозможно. Теоретически можно любую из трёх форм выразить в единицах другой формы. Например, в единицах битов можно выражать не только энергию, но и массу вещества. При этом энергию рассматривают как уплот-нённый участок суперполя. Обобщить необходимо и законы сохранения. Закон сохранения массы правилен и в насто-ящее время, но в общую сумму массы следует включать и массу энергии, движения и негэнтропии. После открытия Эйнштейна формулировали закон сохранения материи (то есть суммы массы и энергии).
е (Е + Мс2) = соnst.
В настоящее время следует закон сохранения выразить в ещё более общей форме:
В изолированной системе общее количество обоб-щённой негэнтропии (в т.ч. в виде вещества или энергии) остается постоянной, независимо от каких бы то ни было изменений, происходящих в этой системе. е ОНГ + Е + М . с2 = соnst.
k 107 . k
k - константа Больцмана k = 1,38 . 10-23 дж/град.,
ОНГ - обобщённая негэнтропия в битах,
Е - энергия в джоулях,
М - масса вещества в г, учитывая приращение его при увеличении скорости M = Mo
1- v 2
c
c - cкорость света = 2,998 . 1010 см/сек.
Вопросы могут возникать по поводу сохранения негэнт-ропии. Всем известно, что информация и негэнтропия имеют склонность рассеиваться, терять свою ценность и качество. Но энергия также может рассеиваться в виде, например, электромагнитных колебаний в мировое пространство. В слу-чае сохранения ОНГ речь идёт об изолированном (даже для информации) пространстве. Кроме того, негэнтропия может уплотняться в форму вещества или энергии по ничтожному или незаметному для них эквиваленту.
В практических операциях с веществами и энергиями расчёты в единицах информации (в битах) очень затрудни-тельны и оправдано применение традиционных единиц изме-рения массы и энергии (кг и дж). Влияние ОНГ многих прак-тически используемых систем на их массу и энергию ничтож-но мало. Даже для системы из 7 элементов, между которыми реализуются только двусторонние связи, имеются 42 внутрен-ние cвязи и можно составить 4 . 1012 цепей (около 30 битов). Количество негэнтропии, содержащейся в схеме сложной системы, состоящей из 1000 элементов, каждый из которых может содержать до 10 связей с другими элементами, сос-тавляет всего 1,33 . 105 битов. Это меньше миллиард милли-ардной доли одного джоуля. Предположим, что система имеет восемь входов и один выход. Входы и выходы могут принимать только два значения. Тогда число возможных сос-тояний системы 2256. Это действительно большое число, кото-рое можно сравнивать с числом электронов и протонов во всей вселенной: 2258. Однако 256 бит эквивалентен 10-34 г, что измерить невозможно.
Положение изменяется принципиально при рассмотре-нии систем на атомном и молекулярном уровне. Тогда систе-ма из 1 г. вещества содержит 1020 - 1023 атомов или молекул (постоянная Авогадро Nо = 6 . 1023 атомов в одном грамм-атоме вещества). Уже оценка количества всех атомов даёт более 100 битов. Однако вариации атомов по очередности, по месту расположения, по связам с другими атомами, по химическим, фазовым и кристаллическим связям, количество возможных комбинаций структуры возрастает на десятки миллионов порядков, соответственно и негэнтропия в битах. При концентрации ОНГ в 1 г. вещества более 1033 битов изменения веса и энергии становятся уже существенными. В частности, для живых организмов, потоки негэнтропии могут оказаться соизмеримыми с изменением массы и энергии.
Характеристики ОЭ систем по общему
количеству элементов или состояний
Количест-во элемен-тов в сис-теме W 1 2 5 10 100 106 10100 1010 10 101000 10
Теорети-ческая H - ln 1 W 0 0,66 1,9 2,3 4,6 14 230 2,3.1010 2,3.101000 ОЭ (бит) lg2 W 0 1 2,3 3,3 6,6 20 330 3,3.1010 3,3.101000
Принципиальным вопросом является соотношение меж-ду энтропией и негэнтропией системы и получение или отдача ею информации. В литературе высказана гипотеза, что сумма энтропии и информации в системе всегда постоянная. В этом высказывании имеются ряд неточностей:
1. Не уточнено, какую информацию имеют в виду: свя-занную, получаемую или отдаваемую системой.
2. Нельзя сложить две разные характеристики: энтропия является параметром состояния системы, информация - параметром её функции.
3. Для реально существующих систем максимальная энт-ропия очень большая. Хотя часть энтропии компен-сируется негэнтропией, их сумма приближается к бес-конечности. Последним оперировать в практических расчётах невозможно.
Искусственно созданные системы-модели (вторичная реальность, сознание и др.) созданы таким образом, что их максимальная ОЭ является определяемой величиной. Пос-ледняя действительно является суммой введенной в систему связанной информации ОНГ и фактической ОЭф после введения в систему фактической ОНГф.
ОЭф + ОНГф = ОЭмакс.
Формула имеет практическое значение ввиду её общ-ности для большинства упрощённых моделей реального мира.
АНАЛОГИЯ МЕЖДУ МАТЕРИАЛЬНЫМИ,
ТЕПЛОВЫМИ И ИНФОРМАЦИОННЫМИ
ПРОЦЕССАМИ
Поскольку мы исходим из эквивалентности вещества (массы), энергии и ОНГ, как разных форм любого объектив-ного явления, то можно ожидать аналогию в закономер-ностях, описывающих процессы, протекающих в разных фор-мах. Другими словами, процессы, протекающие в материаль-ных системах (веществах), должны иметь аналогию с процес-сами в энергетических или информационных системах. Из-вестно, что аналогия процессов в микромире, где неопре-делённость (ОЭ) является основным параметром как в энер-гетических, так и в информационных и материальных процес-сах. Отличия наблюдается только в единицах измерения. В теоретических исследованиях ОЭ исползуют натуральные ло-гарифмы, в информационной теории-логарифмы на основе 2 (биты). Труднее определить в системе негэнтропию, которая является связанной формой полученной информации (ОНГ). В частности, законы термодинамики, регулирующие тепловые процессы, должны иметь аналогию и в регулировании инфор-мационных процеcсов. В том числе можно ожидать и в про-цессах передачи информации возможность определения на-правления самопроизвольных процессов, коэффициента по-терь, возможности определения качества информации, её коэф-фициента полезного действия.
При определении направления самопроизвольного про-текания процессов можно установить общие закономерности для всех трёх форм существования систем. У всех поток само-произвольно идёт только в одном направлении увеличения ОНГ (рис. сплошная стрела). Протекание процесса в проти-воположном направлении возможно только при применении теплового, вещественного или информационного насоса (рис. прерывистая стрела).
Направление самопроизвольного потока
Энергии п ??--ф??R ? - - п - - - п Теплое п Холодное ОНГл < ОНГп Теплообменники Тепловая машина Информации, денег п ??ф??R ? - - п - - - - п Беспорядок,пСтруктура, неопреде- п упорядо- лённость п ценность ОНГл < ОНГп Накопление информа-ции в живых организ-мах, человеке, общест-ве. Концентрация капи-тала Вещества, массы, товара п ??ф??R ? - - п - - - п Рассеяние п Накопление вещества п вещества ОНГл < ОНГп Гравитационное притя- жение. Возникновение молекул и кристаллов. Рост недвижимого иму-щества.
При образовании льда из воды в условиях отрицатель-ных температур окружающей среды происходит увеличение её ОНГ (уменьшение ОЭ). Процесс происходит самопроиз-вольно с выделением тепла (ОЭ) в среду. Деньги можно, кроме других их функции, считать мерой стоимости товаров, в благоприятных условиях и мерой стоимости информации. Деньги имеют тенденцию концентрироваться (двигаться) ту-да, где их и раньше много, т.е. в сторону крупного капитала. Был поднят вопрос: если многие вышеуказанные процессы протекают по физическим и экономическим законам, то исс-ледования процессов инфопередачи вообще не понадобятся. Однако, реальные процессы имеют сильно вероятностный ха-рактер и требуют определение неопределённостей. Последние невозможно определить без рассмотрения факторов, влияю-щих на информационные процессы и зависящих от них.
Единство материи в системах характеризует также теория о трёх ипостасей существования её:
- вещество - концентрация и постоянство массы,
- энергия - движение,
- связанная информация - структура и организация ОНГ.
Эти формы существуют и изменяются эквивалентно в любой системе. Эквивалентность форм позволяет исследовать их согласованное действие в разных единицах. Единство форм в системах доказывается и тем, что деградация струк-туры системы всегда сопровождается и изменением её внут-ренней энергии и негэнтропии. Часто это называется потерей памяти (ОНГ и информации).
Существование во всех системах энтропийно-негэнтро-пийного компонентов даёт всем её превращениям вероят-ностный, нелинейный характер. Практически линейные фор-мулы можно применять для описания превращений в очень узкой области изменения некоторых независимых переменных при допущении постоянства всех других факторов. Опреде-ление ОЭ и ОНГ расширяет предел применения линейных моделей для описания многих информационных процессов и зависимостей целевых критериев от условно независимых факторов.
СТЕПЕНЬ СВОБОДЫ И СВЯЗАННОСТИ ФОРМ
Рассматривая возможности использования вещества, энергии и негэнтропии видно, что они могут иметь различные степени свободы, доступности, подвижности и инертности. Эти свойства зависят от стабильности самих элементов сис-тем. Нестабильность, тем самым способность и чуствитель-ность к превращениям могут варьироваться между предель-ными значениями в широком диапазоне. Много зависит не только от стабильности, но и от скорости превращений. Рас-падается даже кажущийся абсолютно стабильным протон через 1032 лет (продолжительность жизни нашей вселенной 1010 лет). Эффективность использования отдельных форм систем зависит от их уплотнённости, концентрации и связи между элементами, а также от степени неравновесности сис-тем. Особенно наглядно это видно в случае энергетических ресурсов. Кроме количества энергии здесь важное значение имеет её качество, т.е. способность преврашаться в работу. Примеры свободных и связанных форм существования систем приведены в таблице.
Качество массы, энергии и ОНГ зависит от их конкрет-ных целевых назначений и определяется способностью вы-полнять системой существенных функций, т.е. эффектив-но использовать свои ресурсы. Ясно, что система, которая может более эффективно использовать свои свободные ресурсы для противостояния действиям внешней среды, имеет больше шансов сохранять или улучшать условия своего развития. В таблице приведены только примеры некоторых систем с отклонением в сторону массы, энергии или ОНГ с учётом, что все эти формы неразделимы и существуют во всех системах.