Az információs fizika alapjai

Az általános információelméletet a fizika szintjén kell megalapozni, ebből
lehet majd a biológiai, társadalmi, gazdasági információ fogalmát levezetni,
és magas szintű információs gépeket (mesterséges intelligencia) tervezni.
Lehetetlen egy általános információelméletet kifejleszteni, ha állandóan
összekeverjük az információ szállításával és értelmezésével kapcsolatos
dolgokat magával az információval, mely önállóan létező valami.

A jelenlegi világ egymásba ágyazott információs kapcsolatok összege,
rekurzívan definiált geometriai objektum (Poundstone, 1985). A majdani
általános információelmélet első két axiómája a következő lehet:

- Az információ a Világegyetem egyik alapvető tulajdonsága.
- A Világegyetem információs szintek hierarchiája szerint rendezett.

Az anyaggal kölcsönhatásba lépő energia eredménye a hő, míg az információé
a szerkezet. Az energia valamennyi formája hordoz információt, kivéve a
hőt, amely csak rendezetlenséget okoz (a mechanikai energia időt, irányt
és távolságot tételez fel, a hang jellemző az azt kibocsátó makroszkópos
szerkezetére, az atomenergia az atommagok összetételére stb.) A különböző
energiafajták különböző információtartalmakkal jellemezhetők (a hő nulla,
a mechanikai, mágneses, elektromos energia pedig egyre magasabb szintet
képvisel).

Ugyanígy információs jellemzőt takar a tér és az idő fogalma is. Egy
nagyobb térrészt elfoglaló rendszer több információt tartalmaz, mint egy
hasonló, de kisebb, mert ahhoz, hogy a nagyobb rendszer egyben maradjon,
vagy több vagy erősebb belső kapcsolatokra van szüksége (a kapcsolat tehát
egyenes arányú). Ha viszont egy rendszerben az események közötti átlagos
időtartam nő, akkor a rendszer veszít az információtartalmából (fordított
arány). Egy rendszer minél inkább ellenáll az idő vasfogának (az entrópia
növekedési hajlamának), annál erősebbek az információs kapcsolatai.      [dtl30]

Ha felveszünk egy ceruzát a padlóról és az asztalra tesszük, akkor a
klasszikus mechanika szerint a helyzeti energiáját növeltük meg. Ez a
fogalom viszont egy kényszerűségből bevezetett valami, nem látszik a
tárgyon (valójában a tárgy információs helyzete változott a környezetén
belül). Ugyanígy egy pattogó gumilabdánál igazából nem a mozgási és a
helyzeti energia alakul át folyamatosan egymásba, hanem a csúcsponton
függő labda, ill. a földön a belapult gumi nagyon valószínűtlen állapot
nagy információtartalommal, és ez alakul át mozgási energiává. Tehát mind
a kötött energiának nevezett entrópia, mind a helyzeti energia fogalma
téves elképzelésen alapult, valójában mindkét esetben az energia és az
információ egymásba alakulásáról van szó.

A környezetünk tele van olyan eszközökkel, melyek energiát alakítanak át
információvá, vagy információt konvertálnak egyik formából a másikba
(rádió, nyomda, óra, számítógép). Az információs gépek mintákat alakítanak
át, szerkezetük, működésük magas információtartalmat tükröz, így tudnak
hasznos munkát végezni. Ugyanilyen információs gépnek tekinthető például
egy egyszerű sejt is vagy az egész Univerzum, mely anyagot, energiát és
információt dolgoz fel. Amikor egy rendszeren munkát végzünk, akkor vagy
az energia- vagy az információtartalmát változtatjuk, vagy mindkettőt. Az
ún. "hasznos munkához" viszont információbevitel szükséges. Amikor egy
rendszerbe energiát viszünk (munkát végzünk rajta), akkor három eset
lehetséges:

- Az energiatartalom nő, a rendezettség csökken (pl. jégolvadás)
- Az energiatartalom csökken, a szervezettség nő (pl. polimerizáció)
- Az energia- és az információtartalom egyaránt nő (pl. egy alga osztódása)

  Mindkét tényező egyszerre nem csökkenhet.

Ezek a gépek mind azon az elven dolgoznak, hogy először egy instabil
állapotot hoznak létre információbevitellel (pl. a gőzgép szétválasztja
a nagy és az alacsony energiájú molekulákat, a napelem a beérkező energia
segítségével magasabb energiaszintre emeli az elektronokat, az ingaórában
a súly felhúzása valószínűtlen állapotot hoz létre), majd engedi, hogy az
egyensúlyi állapot fokozatosan visszatérjen (pl. a dugattyú elmozdul, az
elszabaduló elektronok egy áramkörbe irányítódnak, az óra lassan lejár).

A fizikai rendszerek egyrészt strukturális információval rendelkeznek (ez a
belső szervezettségüket tükrözi), másrészt kinetikus információval, melyre
úgy tesznek szert, hogy termodinamikailag valószínűtlenebb állapotba
kerülnek, amely hasznos munka végzésére képes (1 eV/K=1.6E4 bit).



T. Stonier (1990) nyomán                    [irodalom.txt -Stonier]