2.7. Порядок, хаос и информация.
Наблюдаемость
Мира, выделение в нём отдельностей – объектов, есть результат работы
человеческого сознания, которое из информационного безграничья вычленяет
умопостигаемые объекты и явления. Вычленение
это процесс ограничения разнообразия, в ходе которого отсеивается
избыточная информация и остаётся то, что, мы называем моделью объекта
(функциональная информация).
Исходя из
нашего определения информации, хаос это не отсутствие информации, а
неисчислимое количество информации. Например, описание воды через
микросостояния каждой молекулы потребует неисчислимого количества уравнений и
времени. Наше сознание не способно «переварить» такое количество информации
и поэтому эту ситуацию мы называем
хаосом. Очевидно, что понятие хаос субъективно. То, что для одного наблюдателя
– хаос, то для другого - порядок. Один слушатель симфонического оркестра
воспринимает гармонию и упорядоченность музыки. Другой – всё это воспринимает
как шум (беспорядок).
В работе И.
Пригожина «Порядок из хаоса» также не даётся чёткого определения, что есть
порядок и что есть хаос [215]. Например, ламинарный поток жидкости Пригожин
определяет, как хаос. Когда же при увеличении скорости потока возникают
турбулентные вихри, он оценивает это событие, как упорядоченность в ходе
самоорганизации. Штеренберг [305] справедливо критикует такую трактовку событий
Пригожиным, основываясь на том, что турбулентное состояние описать через множество
микросостояний ещё труднее, чем ламинарный поток. Микросостояний, (т.е.
информации) в турбулентном потоке очевидно больше, чем в ламинарном. А чем
больше информации, тем труднее воспринимаемость объекта сознанием человека.
Получается, что порядок - это всего лишь умопостигаемое состояние
объекта. В ламинарном потоке траектории движения каждой молекулы
человеческий ум отследить не может, поэтому это хаос. Но появление крупных
умопостигаемых завихрений потока вполне воспринимаемо человеком, поэтому это
уже возникновение организованности, то есть порядок. Сознание отфильтровывает
«избыток информации» и оперирует с той частью, какую способно «воспринять». Это
иллюстрирует перспективность метода оценки количества бит информации по
субъективно выбранным информационным пакетам.
Таким образом, осмыслить - значит вычленить систему из хаоса.
Хаос это тоже структура [60]. Э. Лоренц в 1963 г. дал структуру глобальных
метеопроцессов, считавшихся хаотическими и описал её нелинейными уравнениями. А
там, где есть математика, всегда существует определённый порядок. Винер писал, что поток электронов (шум) несёт
больше информации, чем любой другой сигнал [54]. Турбулентность потока в
наблюдениях И. Пригожина – это появление новой информации, но уже
умопостигаемой человеком. Поэтому И. Пригожин интуитивно в турбулентном потоке
увидел упорядоченность. Упорядоченность – понятие, привязанное к целям
наблюдателя (субъективность). Строитель видит порядок кирпичей в кирпичной
кладке дома. Архитектора интересует порядок расположения помещений в доме.
Градостроитель усматривает порядок в расположении домов и районов, при этом его
не интересует, как уложен кирпич в стене.
То, что
хаос – это понятие субъективное, можно проиллюстрировать ещё одним примером.
Представим себе, что в каждой клетке шахматной доски стоит маленький человек. У
каждого человека есть задание - за максимально короткий срок побывать в каждой
клетке. Человечки неотличимы друг от друга. Движения человечков стороннему
наблюдателю будут казаться хаотическими,
так как каждый из них будет самостоятельно выбирать маршрут движения.
Если же каждому участнику перестроений предложить заранее продуманный маршрут
посещения всех клеток, и они начнут двигаться каждый по своему алгоритму, то
стороннему наблюдателю это очень упорядоченное движение всё равно будет
казаться хаотическим в силу невозможности отследить 64 траектории одновременно.
Если окрасить человечков в разные цвета и отслеживать движение только одного
(опять ограничение разнообразия), то при достаточно медленном движении можно
отследить его маршрут и убедиться, что человечек ходит по строго повторяемому
пути, т.е. увидеть порядок. Как только темп перемещения увеличится, та же
ситуация будет расценена как хаос.
Итак, хаос
– это непостигаемое для ума количество информации. Порядок – умопостигаемое,
ограниченное количество информации.
Как видно атрибутивный взгляд на хаос отличается от взгляда
функционалистов. Согласно Шеннону [298, 299] информацией является только то,
что интересует наблюдателя и передаётся по каналу связи. Хаос по Шеннону – это
отсутствие нужной, полезной информации. С нашей точки зрения хаос – это
необъятное количество информации. Если по каналу связи передаётся только один
сигнал АААААА…А без помех, то по Шеннону
это максимум достоверности передачи
сигнала, максимум порядка, минимум энтропии. На наш взгляд это минимум
информации, хотя и признак примитивного порядка. У Шеннона происходит подмена
понятий максимума информативности и максимума достоверности сигнала. У него достоверность
тождественна информативности.
То, что
даже в хаосе движения молекул газа можно при желании увидеть порядок,
свидетельствует известная функция распределения молекул по скоростям,
выведенная Максвеллом [83, 103]. Оказывается движения молекул газа это не
полный хаос, а существование порядка в распределении молекул по скоростям
движения. При определённой температуре можно рассчитать, сколько будет молекул
«холодных», сколько «горячих» и сколько «тёплых». Несмотря на свободу «воли»
передвижения, в «этой толпе» молекулы строго ранжированы по кинетическим
энергиям. Это ли не пример самоорганизации, но увидеть его можно только с
помощью специальных процедур (экспериментов) [230]. По причине существования
этой упорядоченности в верхних слоях атмосферы Земли плотность воздуха ниже,
чем у поверхности. Наверх «улетают» только «горячие», быстрые молекулы. У Земли
остаются только медленные (холодные). Также как «быстрая ракета» может стать
спутником Земли, а медленная, описав траекторию, упадёт.
Если бы не
было распределения Максвелла, то многие химические реакции в газах не смогли бы
происходить. Поясним это примером. Допустим, столкнулись молекулы А и В и в
итоге получилась молекула С.
А + В = С*
+D Q = C
При
взаимодействии А и В возникает соединение C,* при этом выделяется
энергия DQ.
Соединение С* находится в возбуждённом, перегретом состоянии. Если это
состояние просуществует в течение некоторого времени, то существует
вероятность, что связь может распасться на А и В и молекулы С не получится. В
смеси молекул есть и «холодные» молекулы, которые могут забрать к себе избыток
энергии DQ от С*, что уменьшит ее возбуждение и позволит
возникнуть устойчивой молекуле С. Таким образом, газовая смесь это и
нагреватель и холодильник вместе взятые в строго дозированных соотношениях.
Еще пример
из техники радиосвязи. На антенну приемника поступают сигналы от тысяч
радиостанций. В результате сложения колебаний радиоволн получается
информационный шум (хаос). Резонансный фильтр приемника способен выделить из
эфирного шума полезный сигнал. В итоге, мы и слушаем радиопередачу.
Перестраивая приемник, можно услышать много полезных радиопередач. Получается,
что хаос это сумма полезной информации. Можно не перестраивать радиоприемник, а вести прием одновременно на тысячи
радиоприемников, тогда каждый слушатель подтвердит, что он принимал полезную
информацию. Возвращаясь к предыдущему примеру с шахматными человечками, можно показать, что 64 наблюдателя за
процессом их упорядоченного перемещения
подтвердили бы строгий порядок движения, если бы каждый отслеживал путь только
одного человека.
Можно
сделать вывод, что мнение о характере протекания процесса (порядок или хаос)
зависит от способа и цели наблюдения. Строй солдат, идущий в ногу, всегда
вызывает ощущение порядка. Если строй идет «не в ногу», то это тоже порядок, но
другого ранга. Когда строй развернётся в «цепь» и солдаты пойдут в атаку на
заданную цель, и цель будет уничтожена, то разве можно сказать, что цель была
достигнута в результате хаотического движения.
Перед солдатами была поставлена задача, они ее решили, то есть в целом
совершилось упорядоченное действие, но для стороннего наблюдателя все могло
представиться как случайный процесс самоорганизации из хаоса.
Можно
предположить, что самоорганизация - это совокупный результат сложения многих
упорядоченных (организованных) действий, приведший к состоянию умопостигаемому
для наблюдателя. Очевидно, что в мире существуют очень много
организованностей еще не постигнутых нашим умом.
Выводы
1.
Порядок и хаос – понятия субъективные и пока не имеют
количественного выражения.
2.
Хаос – непостигаемое умом состояние
системы.
3.
Порядок – умопостигаемое состояние, ограниченное
разнообразие, привязанное к целям наблюдателя.
4.
В хаосе содержится информации больше чем в порядке.
5.
Химические реакции в газах протекают только благодаря
скрытому порядку в распределении энергии молекул.