Энтропия и информация

В отличие от термодинамики, где под энтропией понимают меру беспорядка изолированной системы, в ОТС энтропия означает величину разнообразия системы. Под разнообразием понимается степень неопределённости, возникающей при выборе из большого числа вариантов. Системы обладают высокой или низкой энтропией (разнообразием, неопределённостью, неупорядоченностью). Для уменьшения энтропии необходимо уменьшить существующую неопределённость, что достигается путём получения информации. Информация характеризуется специальной величиной, связанной с числом возможных вариантов выбора в системе. Например, при случайном выборе информации тем больше, чем меньше вероятность выпавшего варианта. Бросание шестигранного кубика даёт шесть битов информации, а бросание монеты – два бита. Количество получаемой информации равно величине, на которую уменьшилась энтропия. Эквивалентность энтропии и количества информации была установлена Винером и Шенноном.

Рассмотрим термодинамический парадокс, известный под названием парадокс Максвелла. Смысл его заключается в следующем. Изолированная система, состоящая из разделённого на две части резервуара с газом и дверцей в перегородке, содержит также «демона» (существо или автомат), наделённого способностью отличать быстрые молекулы от медленных. Демон открывает дверцу только в том случае, если к ней справа подлетает быстрая молекула. Поэтому газ в левой части резервуара будет нагреваться, а в правой – остывать. Т.о., в изолированной системе тепло будет переходить от холодого тела к горячему с понижением энтропии системы в противоречии со вторым законом термодинамики. Решение этого парадокса было предложено многими авторами. Смысл всех решений заключается в следующем: для определения состояния молекулы – холодная или горячая – необходимо получить информацию. А информацию нельзя получить бесплатно. За неё приходится платить энергией, в результате чего энтропия системы повышается на величину, равную её понижению за счёт получения информации.

Понятия энтропии и количества информации можно использовать для того, чтобы дать характеристику живым и неживым системам. Неживые системы (рассматриваемые обычно как замкнутые) имеют тенденцию развиваться по направлению к состоянию максимальной неупорядоченности и энтропии. Отличительной чертой живых (а значит открытых) систем является их сопротивляемость процессу разупорядочивания и их развитие по направлению к состояниям более высокой организации. Эту тенденцию можно объяснить, основываясь на следующих фактах:

1. получение информации приводит к соответствующему уменьшению энтропии;

2. получение энергии из внешней среды противодействует естественному процессу разупорядочивания.

Таким образом, необходимо постулировать наличие у материи в целом не только разрушительной, но и созидательной тенденции:

Материя способна осуществлять работу и против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться.