Физика процессов эволюции - Эбилинг В.
Скачать (прямая ссылка):
Существуют две основные ситуации.
1. Источник приготавливает приемник с помощью сигнала, вызывая в приемнике переход из одного состояния в другое.
2. Приемник является средством наблюдения, измерительным прибором: прием сигнала указывает на переход источника в определенное состояние.
Приготовление и измерение представляют собой необратимые акты, их невозможно обратить. Сложные информационные системы, например, компьютер, используют последовательности изменений состояний; эти изменения также необратимы, но в принципе могут протекать и обратимо или почти обратимо. Этому направлению посвящены проведенные в последнее время исследования Беннета, Ландауэра и Фейнмана. Только начальное приготовление и заключительное наблюдение должны быть безусловно необратимыми, так как в противном случае было бы нарушено второе начало термодинамики.
например, специфическую структуру функции приспособленности. Конкурирующие взаимодействия являются универсальным свойством сложных систем, поэтому следует ожидать, что по мере развития эволюции роль явлений фрустрации будет все больше нарастать. Впрочем, до сих пор надежно охарактеризовать наиболее важные свойства фрустрированной системы удавалось лишь в простейших случаях. Общей теории фрустрированных случайных функций пока не существует, и большинство приложений, как и рассмотренная нами модель, основаны на прямых формальных аналогиях с задачей о спиновых стеклах. Успехи в этой еще только зарождающейся области математики и теоретической физики заведомо будут иметь интересные последствия для моделирования биологической эволюции.
Глава 11
Эволюция информации
О честь, что ты не понимаешь!
Фридрих Гельдерлин
11.1. Переработка информации как процесс самоорганизации
Информация неразрывно связана с физическими объектами и процессами. Немалое влияние было оказано физиками и при создании основ теории информации. Решающее влияние на формирование идей Шеннона оказали Максвелл, Больц-манн, Гиббс, Сциллард и фон Нейман. Особенно выдающееся научное значение имели статья Сцилларда (1929) «Об уменьшении энтропии в термодинамической системе при вмешательстве разумного существа» и монография Бриллюэна (1956) «Наука и теория информации». Физики хорошо осознали важный факт: перенос информации между системами всегда связан с переносом энергии и энтропии. Вместе с тем информация не тождественна энергии или энтропии. Она означает некое другое качество. Другой факт, сознавать который также важно, состоит в том, что информация может встречаться только в системах с несколькими возможными состояниями, в которой относительно реального состояния системы имеется некоторая неопределенность. Мы имеем в виду макросостояния, так как информационные системы по существу носят макроскопический характер. Наконец, следует пояснить, что информационные системы, могут действовать только в неравновесных условиях (Волькенщтейн, Чернавский, 1979; Kuppers, 1986; Ebeling, 1987). Для информационных систем необходима накачка высокоценной энергией. Тем самым устанавливается связь между переработкой информации и самоорганизацией. Сознательно упрощая ситуацию, физик понимает под информацией обменную величину, тесно связанную с энергией и энтропией и понижающую неопределенность состояния системы. Мы исходим из того, что обмен информацией может происходить между двумя системами, условно называемыми источником и приемником.
Существуют две основные ситуации.
1. Источник приготавливает приемник с помощью сигнала, вызывая в приемнике переход из одного состояния в другое.
2. Приемник является средством наблюдения, измерительным прибором: прием сигнала указывает на переход источника в определенное состояние.
Приготовление и измерение представляют собой необратимые акты, их невозможно обратить. Сложные информационные системы, например, компьютер, используют последовательности изменений состояний; эти изменения также необратимы, но в принципе могут протекать и обратимо или почти обратимо. Этому направлению посвящены проведенные в последнее время исследования Беннета, Ландауэра и Фейнмана. Только начальное приготовление и заключительное наблюдение должны быть безусловно необратимыми, так как в противном случае было бы нарушено второе начало термодинамики.
®3ак. I8fj
Изложенные выше понятия и в частности физическое определение информации как уменьшения неопределенности состояния позволяют физике ввести в своей системе количество (величину) информации. Семантическая сторона информации не поддается физическому описанию; поэтому мы вынуждены полностью исключить ее из рассмотрения. Обмен информацией между двумя системами неизбежно связан с обменом энергией и энтропией. Хотя обмен энергией необходим, интенсивность обмена несущественна: даже наименьшие количества энергии, например, квант
света, могут уменьшить неопределенность состояния системы. С другой стороны,
