Движущая сила переноса, или количество информации

Согласно упомянутым выше термодинамическим правилам, произведение экстенсора на интенсиал имеет размерность энергии. Следовательно, искомый информационный интенсиал П , или информациал, который мы будем называть также энергиалом, является величиной безразмерной, он определяется из соотношения

dW = П dU дж

где W – информационная энергия, или информэнергия, которая приобретается или затрачивается данным объектом, обладающим количеством информации П , в процессе его поведения; U - обычная энергия, приобретаемая или затрачиваемая упомянутым объектом в условиях того же поведения.

Формула (2) позволяет весьма четко, ясно и предельно общим образом охарактеризовать физический смысл понятия информации. Обычная энергия U есть универсальная мера количества поведения материи на элементарном уровне. Обычный интенсиал – температура, давление, электрический потенциал и т.д. – это специфическая мера качества поведения материи на элементарном уровне, она характеризует частные особенности (структуру, качество) этого поведения.

Информэнергия W представляет собой универсальную меру количества поведения материи на любом более сложном уровне развития, чем элементарный. Следовательно информация П , равная отношению информэнергии к энергии, приобретает смысл всеобщей универсальной меры качества поведения материи на данном уровне ее развития. Иными словами, информация определяет уровень эволюционного развития поведения материи, степень сложности, или совершенства, этого поведения. В свою очередь, степень совершенства поведения, как мы убедимся, характеризует также общий уровень эволюционного развития самой материи.

С помощью формулы (2) нетрудно разработать также необходимые способы определения единицы количества информации. Очевидно, что при W = U = 1 дж информациал П = 1. Следовательно, остается только выбрать некий эталонный объект, который при затратах 1 дж энергии U вырабатывает количество информации П , принимаемой за единицу.

В принципе для указанных целей могут быть предложены самые различные объекты, системы и устройства. Например, за эталон можно взять прибор, в котором происходит соединение квантов зарядов, совершающих при этом работу, равную 1 дж. Эталоном может служить также определенная ЭВМ с заданным набором характеристик. Однако человеку чаще всего приходится иметь дело с людьми и давать оценку результатам деятельности. Поэтому в качестве эталона целесообразно выбрать самого человека, его способность к научению.

В последнем случае за единицу количества информации принимается то количество информации, которую способен выработать средний почти полностью неквалифицированный человек (его информациал П = 1) в условиях, когда он затрачивает один джоуль энергии. В среднем за сутки человек потребляет в виде пищи и теряет в форме теплоты и работы около 3000 ккал, что примерно равно 150 вт. Из них полезная мощность, выделяемая в виде внешней работы, составляет около 50 вт.

Следовательно, единицу количества информации человек вырабатывает в течение 1/50 сек. Эта единица слишком мала. Для практических целей более удобны часовая (чи) и годовая (ги) единицы информации. Во втором случае принимается, что человек работает или учится в течение 2500 часов в год.

Соответствующий способ оценки информации приводится в статье , его можно рассматривать как первое приближение. В этой статье информациал определяется в виде отношения двух отрезков времени: в числителе стоит длительность выполнения некоторого задания неквалифицированным человеком, в знаменателе – квалифицированным. Первая длительность включает в себя время научения до требуемого уровня, вторая принимается равной 1 ч. Однако при таком подходе не учитывается прогрессирующий характер научения – оно обычно сопровождается заметным уменьшением энергоемкости специалиста, что ведет к существенному занижению найденных значений информациала.

Более точные результаты – второе приближение – получаются, если учесть возрастающий со временем объем воспринимаемого при обучении материала. Опыт показывает, что объем знаний учеников и студентов от года к году увеличивается практически по линейному закону (рис.1). Этот объем грубо оценивается с помощью учетно-издательских печатных листов N учебников и учебных и наглядных пособий по всем предметам вместе взятым. Существенно отклонение от прямой наблюдается лишь для десятого класса, где основное внимание уделяется повторению пройденного материала, и на пятом курсе института, когда выполняется дипломная работа, которая на графике не учтена.

Одновременно с объемом повышается также сложность воспринимаемого учащимися материала. Естественно предположить, что, в силу определенных свойств мозга, сложность возрастает со временем по тому же закону, как и объем. Тогда в третьем приближении для определения количества информации получается следующее дифференциальное уравнение:

dП = kt2dt ,

решением которого является выражение

П = mt3 ги , (3)

где t - время в годах, отсчитываемое от момента начала обучения, длительность работы в году принята равной 2500 ч; m - опытный коэффициент

m = 0,6 1/г3.

При нахождении величины m годовая информация, соответствующая объему и сложности материала, воспринимаемого учениками в первом классе, принята за единицу, длительность работы студентов в году считается равной 3000 ч. Суммирование всей информации по годам приблизительно дает кубическую параболу с приведенным выше значением коэффициента m (рис.2).

Еще более точное приближение можно получить, если детально с помощью законом термодинамики рассмотреть процесс научения, приняв во внимание такие понятия, как информоемкость, информопроводность (информосопротивление) и т.д. При этом должны учитываться не только знания, но и навыки учащихся. Кстати, с целью приблизительного определения навыков рабочих можно воспользоваться прежней формулой (3) при условии пересчета информациала на 2000 ч работы в год.

Если интересоваться более высокой квалификацией людей, чем у учеников и студентов, тогда уже нельзя будет ограничиваться линейным законом изменения объема и сложности знаний и навыков со временем. Строго говоря, линейный закон характерен только для учеников. С течением времени рост объема и сложности ускоряется и закономерность становится параболической – соответствующая парабола на рис.1 изображена в виде штриховой кривой 5. В результате расчетная формула приобретает следующий общий вид:

П = mtn ,

где n = n1 + n2 ; n1 - показатель степень параболы, отражающий рост объема материала; n2 - то же для сложности материала. Весьма вероятно, сто показатель n зависит от способностей индивидуума.

Еще сильнее величина n изменяется с возрастом: в старости она уменьшается и способна переходить через нуль и приобретать отрицательные значения.

Приведенная формула заметно отличается от известной экспоненциальной функции, которая обычно рассматривается при обсуждении так называемого информационного взрыва. Экспонента получается, если принять, что прирост информации пропорционален самой информации. По-видимому, рост количества информации у отдельного человека и у совокупности всех людей на планете подчиняется неодинаковым законам.

Совершенно очевидно, что в ходе развития человеческой цивилизации единица измерения информациала и средний нуль отсчета должны непрерывно возрастать, поэтому за эталон целесообразно условно принять, например, уровень, относящийся к дате 1 января 1901 г. или любой другой дате. Тогда становится возможным далеко идущие оценки и сравнения.

Нас не должно смущать, что единицу измерения количества информации и условный нуль отсчета мы вынуждены находить из опыта. Так приходится поступать всегда применительно ко всем элементарным явлениям – термическим, механическим, электрическим и т.д. Исключение, наблюдаемое при использовании формулы (1), лишний раз подчеркивает недостатки логической структуры шенноновского понятия информации.

С помощью энергетического метода просто и естественно решается проблема семантики (смыслового значения) информации. Каждому понятию сопоставляется определенное количество выработанной или накопленной информации. В совокупности получается смысловой спектр понятий, аналогичный цветовому спектру частот излучения в электромагнитных явлениях, причем информация П играет роль спектральной характеристики. Смысловой спектр имеет вид функции

П = П(p) ,

которая выражает информациал П через понятия p , расположенные по алфавиту (от А до Я), по числам (как в УДК), либо по каким-нибудь другим признакам (рис.3).

В общем случае при энергетическом методе определения информации функция П(p) является непрерывной, ибо любое понятие всегда несколько размазано по координате p . Но у отдельных частных объектов могут отсутствовать какие-то понятия, быть какие-то пробелы.

Тогда спектр информации становится дискретным, линейчатым. Однако путем соответствующей компоновки имеющейся информации – изъятия пробелов - любой линейчатый спектр всегда можно преобразовать в непрерывный и, следовательно, применять к функции П(p) известные правила дифференцирования и интегрирования.

Заметим, что в области пробелов передача информации невозможна, так как в наличии нет движущей силы переноса – нужной разности информациалов. Объект, готовый к восприятию данной информации, всегда располагает необходимым понятием и соответствующим ему информациалом, пусть даже равным нулю. В последнем случае скорость передачи информации максимальна.