Главная > Разное > Динамика и информация
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ВВЕДЕНИЕ

Все мы привыкли к тому, что основные разделы физики построены на принципах динамики. Все начинается с механики материальной точки и с законов Ньютона, которые вводят основные динамические понятия: массу, скорость, импульс и силу. Теоретическая механика всего лишь оформляет элементарные законы механики в более пышные одежды дифференциальных уравнений и вариационных принципов. На базе простейших законов движения материальной точки строятся более сложные уравнения движения сплошных сред: газов, жидкостей и упругих тел. Здесь впервые появляются непрерывные функции координат и времени, играющие роль полей, хотя собственно полями принято считать поля в вакууме, например электромагнитное поле. Уравнения для полей — это тоже уравнения динамики. Термодинамика только на первый взгляд кажется феноменологической наукой, а в действительности она может быть построена на базе статистической физики, представляющей собой лишь специфическую разновидность динамики. Тот факт, что физика строится на принципах динамики, проявляется и в основных физических единицах измерения (например, сантиметр, грамм, секунда), которые изначально вводятся в механике материальной точки, а затем переносятся в другие, более сложные разделы физики.

Нечто, совсем не похожее на динамику, появляется в квантовой теории при интерпретации квадрата волновой функции как соответствующей вероятности. Вероятность здесь выходит на первый план как существенный элемент теории, и до сих пор не прекращаются дискуссии о смысле волновой функции и описываемой ею эволюции вероятностей наблюдения за той или иной физической величиной. Вслед за Эйнштейном хотелось бы считать, что квантовая вероятность соответствует неполноте описания микрообъекта и что может существовать более точная теория, которая объяснит случайность наблюдаемых величин на базе динамики некоторых скрытых параметров. Однако в последние годы было убедительно показано, что локального реализма (т.е. локальных скрытых параметров) нет. Следовательно, квантовая вероятность, как это подчеркивалось Н. Бором, носит более глубокий характер, она придает волновой функции своеобразные черты, имеющие информационный смысл.

Математически точное определение величины информации появилось вместе с рождением кибернетики — науки об управлении и автоматизации динамических процессов. А именно, если некоторая физическая величина может a priori принимать несколько значений, то наблюдение одного из этих значений сразу увеличивает информацию об этой физической величине. Если у автомата имеется достаточное количество энергии, то после получения информации он может изменить значение физической величины в нужную сторону.

Сигнал о значении измеряемой величины может быть сколь угодно мал. Сигнал управления также может быть очень мал, если он подается на достаточно мощный усилитель.

Таким образом, для управления важна не величина сигнала, а его форма, т. е. смысловое содержание. Можно сказать, что при взаимодействии автоматов важен не столько обмен энергией, сколько обмен символами (т. е. сигналами).

Но эти утверждения относятся не только к искусственно созданным автоматам, но и к естественным физическим системам, находящимся на границе устойчивости. Малые сигналы, действующие на такие системы, могут приводить к существенным последствиям. Речь фактически идет об открытых физических системах, через которые могут протекать большие потоки энергии. Такие системы, будучи сильно неравновесными, обнаруживают сложное динамическое поведение. Их обычно так и называют — сложные физические системы.

Для описания сложных физических систем оба аспекта — динамический и информационный — могут играть одинаково важную роль. Мы приходим к проблеме совместного воздействия на систему сил и информации в условиях сильного отклонения от термодинамического равновесия. Оказывается, что игра нелинейных динамических процессов в таких системах очень часто приводит к самоорганизации, когда как динамическое, так и информационное содержание процесса оказываются согласованными с большой точностью и складываются в единый "организм".

Все эти вопросы актуальны для современной физики, составляя мощный ее пласт. Здесь мы хотели бы познакомить читателя с наиболее интересными идеями и направлениями исследований в этой области. Изложение материала ряда разделов намеренно дается на популярном уровне, и очень часто строгость приносится в жертву живости аргументации. Соответственно, книга выглядит, скорее, как набор размышлений на базе тех физических представлений, которые сами по себе служат предметом серьезных книг и монографий, но которые трудно было бы вместить в один единый текст, не идя умышленно на сильное упрощение стиля изложения. Наряду со

многими хорошо известными фактами и их теоретическими трактовками книга содержит некоторые новые, подчас непривычные рассуждения. Кому-то они могут показаться неубедительными, а подчас и просто неправильными. Но я рекомендую читателям не делать поспешных суждений: некоторые вопросы обсуждаются повторно или даже несколько раз с несколько иных точек зрения, и убедительность соответствующих выводов становится все больше и больше.

Список литературы, к сожалению, никак не может претендовать на полноту: в нем приведены ссылки только на те статьи и книги, которые естественно возникали по мере изложения. Извинением мне служит лишь то обстоятельство, что и само изложение не является очень строгим и обстоятельным.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление