Эдуард Бормашенко
В поисках «Архэ»: информационная парадигма естествознания
Обсуждается информационная парадигма естествознания, базирующаяся на принципе Ландауэра. Принцип Ландауэра очень сжато может быть представлен так: «информация — физична». Принцип Ландауэра гласящий, что в любой вычислительной системе, независимо от её физической реализации, при потере одного бита информации выделяется теплота в количестве по крайней мере W Джоулей: 𝑊 =𝑘В𝑇𝑙𝑛2, создает основу для переосмысления фундаментальной связи между информацией, массой и энергией.
Принцип Ландауэра укрепляет и обосновывает информационную метафизическую парадигму естествознания. Более того, принцип Ландауэра коренным образом меняет взаимоотношения механики и термодинамики, выводя Второе Начало Термодинамики из подчиненного состояния, и превращая его в фундаментальный физический принцип. Принцип Ландауэра усиливает парадигму естествознания, предложенную Джоном Арчибальдом Уилером, исходящую из информационной основы всех наличных в природе объектов. афористически сводящуюся к “it from bit”. Уилер полагал, что все фундаментальные для естествознания понятия, такие как частицы и поля, имеют информационную основу.
В информационной парадигме физический объект признается существующим, если он в состоянии нести энергию/массу, достаточные для записи/уничтожения одного бита информации. Асимметрия записи/уничтожения информации при этом приобретает принципиальное значение, проясняя происхождение «стрелы времени». Принцип Ландауэра позволяет и оценить информационную емкость Вселенной, которая оказывается огромной, но, что принципиально — конечной. Следует подчеркнуть, что принцип Ландауэра остается справедлив и для квантовых объектов. Однако, принцип Ландауэра идет и значительно дальше. Предлагая термодинамический эквивалент одного бита информации, он выводит термодинамику из подчинения механике.
Традиционный взгляд на взаимоотношения механики и термодинамики таков: фундаментальны, первичны законы механики, а термодинамика представляет всего лишь ее обобщение на системы с большим числом частиц. При этом уже полтора столетия физиков терзает проблема «стрелы времени». Как из обратимых во времени законов механики возникает необратимость, постулируемая вторым законом термодинамики и столь хорошо известная экспериментаторам? Второсортность термодинамики по отношению к механике, на самом деле, предполагает плохо отрефлексированную философскую позицию: фундаментальны взаимодействия между отдельными частицами, поведение больших макроскопических систем должно быть понято исходя из этих взаимодействий. Говоря философски: фундаментальны, первичны части макроскопической системы; целое, сама система — вторична.
Принцип Ландауэра переворачивает проблему, утверждая, что система и ее температура первичны, а вычлененные взаимодействия составляющих ее частиц — вторичны. Таким образом, мы можем утверждать, что «стрела времени», необратимость наблюдаемых нами физических процессов — первична, а обратимость взаимодействия отдельных частиц, видимая, как соударение биллиардных шаров, представляет собою частный, вырожденный случай глобальной необратимости физических процессов. Нелишне заметить, что совершенно обратимых процессов физика и не знает, ибо систем, в которых трение полностью отсутствует, попросту не существует. Не говоря уже о том, что всякое физическое измерение необходимо должно завершиться в макроскопической, необратимой, термодинамической системе, каковыми являются физический прибор и человек. Таким образом, как сказал бы Джон Арчибальд Уилер, «в нашем с вами наблюдаемом мире», совершенно обратимых процессов нет, и наличие стрелы времени является фундаментальным физическим фактом. А Второй Закон Термодинамики в любой из его формулировок, включая формулировку, предложенную Рольфом Ландауэром, является фундаментальным физическим законом, а вовсе не недоразумением, неизвестно как проросшим на почве обратимых законов механики, будь то классической или квантовой. Принцип Ландауэра, перетолковывая Второе Начало Термодинамики на языке теории информации, превращает бит в фундаментальную физическую структуру.
Ариэльский Университет, Израиль, Ариэль, 407000
