Читаем Беседы об информатике полностью

Как видите, Н. Винер последовательно придерживается шенноновской теории и уподобляет количество информации термодинамической энтропии. Но зачем же наделять демона свойствами физической системы? Наверное, Максвелл ввел в свою модель демонов, а не некие гипотетические механизмы именно потому, что понимал: стоит только произнести слово «механизм», как модель потеряет смысл. Демон потому и демон, что он имеет право не подчиняться законам физики. А большинство среди тех, кто в дальнейшем обсуждал Максвелловых демонов, почему-то не понимал этого. Суть совсем не в том, какую природу имеет канал передачи информации от молекулы к демону. Суть в том, что согласно воззрениям современной физики такой объект, как молекулу, вообще нельзя локализовать в пространстве и, следовательно, определить, находится она вблизи отверстия или далеко от него.

В этом вопросе интересно до конца разобраться. Давайте несколько модифицируем максвелловскую модель. Пусть это будет не ящик, а цилиндр с поршнем. В исходном состоянии поршень выдвинут насколько это возможно, а в пространстве перед поршнем имеется одна-единственная молекула. Молекула эта непрерывно движется, ударяясь о стенки цилиндра и о днище поршня. Каждый раз при ударе о днище поршня молекула передает ему определенное количество движения. Суммарное воздействие всех ударов проявляется как давление на поршень, во всяком случае, так написано в подавляющем большинстве учебников физики.

Мысленно разделим объем цилиндра перед поршнем на две половины. Теперь о молекуле можно знать лишь одно из двух: в данный момент она находится в половине, примыкающей к поршню, или нет. Если молекула находится в дальней половине, то можно вдвинуть поршень в цилиндр, не испытав никакого противодействия со стороны молекулы, которая согласно нашему знанию находится в этот момент далеко. После того как поршень вдвинут, объем перед поршнем уменьшится вдвое, значит, вдвое участятся удары молекулы о днище поршня, вдвое увеличится давление. Под действием этого давления поршень снова вернется в исходное положение, совершив при этом некоторую работу.

Задача демона в этом примере существенно упрощается, хотя бы потому, что вполне достаточно знать местоположение молекулы, да и то с очень малой точностью, один-единственный раз. Остается добавить, что, не зная ничего о положении молекулы, в среднем в половине случаев, вдвигая поршень, вы будете наталкиваться на молекулу и совершать работу, а в остальных случаях работу будет совершать молекула. Суммарная работа в среднем окажется равной нулю. Дает ли описанная модель что-нибудь новое? Беда в том, что классические представления еще сильны у большинства из тех, кто пытается говорить о современной физике. Не избежал этого и Н. Винер, возложивший всю ответственность за неосуществимость модели Максвелла на одних лишь демонов. Как же все это выглядит на самом деле?

Начнем с того, что молекула в той же степени волна, в какой и частица. Согласно теории Шредингера в замкнутом объеме с заключенной в нем молекулой существуют пространственные волны, занимающие весь объем этого ящика. Более того, волны разлагаются на ряд гармонических составляющих, каждая из которых соответствует одному из стационарных состояний молекулы. Длина волны, или частота, каждой гармонической составляющей прямо зависит от размеров объема, занимаемого молекулой, — с уменьшением объема частота увеличивается. Здесь полная аналогия со струной, имеющей основной тон и обертоны: чем короче струна, тем выше основной тон и соответствующие обертоны.

Вдвигая поршень, вы уменьшаете объем, занимаемый молекулой, а значит, увеличиваете соответствующие частоты. Частота пропорциональна энергии. Вдвигая поршень, вы увеличиваете энергию молекулы, и сделать это можете, только совершив работу. Совсем не обязательно, чтобы молекула сталкивалась (такое может случиться только в классической физике) с днищем поршня. Модель Максвелла так же, как и предложенная нами модель, неосуществима потому, что молекулу нельзя точно локализовать в пространстве, независимо от того, следит за ней демон или не следит.

Точка зрения шофера

Следует ли из всего сказанного, что информация не имеет ценности или, ограничиваясь кругом понятий, использованных Максвеллом, что информация никак не связана с работой или энергией? С таким вопросом лучше обратиться к шоферу. Каждый шофер хорошо знает, что такое опережение зажигания. При работе четырехтактного бензинового двигателя чередуются такты выхлопа, всасывания рабочей смеси, сжатия рабочей смеси и рабочего хода, которому должно предшествовать зажигание. Зажигание рабочей смеси производится электрической искрой, которая должна проскочить в строго определенный момент времени, тогда, когда поршень чуть-чуть не дошел до своей верхней точки. Это «чуть-чуть» и называется опережением.

Перейти на страницу:

Все книги серии Эврика

Похожие книги

102 способа хищения электроэнергии
102 способа хищения электроэнергии

Рассмотрена проблема хищений электроэнергии и снижения коммерческих потерь в электрических сетях потребителей. Приведены законодательно–правовые основы для привлечения к ответственности виновных в хищении электроэнергии. Изложены вопросы определения расчетных параметров средств учета электроэнергии, показаны схемы подключения счетчиков электрической энергии. Описаны расчетные и технологические способы хищения электроэнергии. Обсуждаются организационные и технические мероприятия по обнаружению, предотвращению и устранению хищений.Для работников энергоснабжающих организаций и инспекторского состава органов Ростехнадзора. Материалы книги могут быть использованы руководителями и специалистами энергослужб предприятий (организаций) для правильного определения расчетных параметров средств учета и потерь электроэнергии в электрических сетях.Если потенциальные расхитители электроэнергии надеются найти в книге «полезные советы», они должны отдавать себе отчет, что контролирующие структуры информированы в не меньшей степени и, следовательно, вооружены для эффективной борьбы с противоправной деятельностью.Настоящая книга является переработанным и дополненным изданием выпущенной в 2005 г. книги «101 способ хищения электроэнергии».

Валентин Викторович Красник

Технические науки / Образование и наука
Электроника для начинающих (2-е издание)
Электроника для начинающих (2-е издание)

В ходе практических экспериментов рассмотрены основы электроники и показано, как проектировать, отлаживать и изготавливать электронные устройства в домашних условиях. Материал излагается последовательно от простого к сложному, начиная с простых опытов с электрическим током и заканчивая созданием сложных устройств с использованием транзисторов и микроконтроллеров. Описаны основные законы электроники, а также принципы функционирования различных электронных компонентов. Показано, как изготовить охранную сигнализацию, елочные огни, электронные украшения, устройство преобразования звука, кодовый замок и др. Приведены пошаговые инструкции и более 500 наглядных рисунков и фотографий. Во втором издании существенно переработан текст книги, в экспериментах используются более доступные электронные компоненты, добавлены новые проекты, в том числе с контроллером Arduino.

Чарльз Платт

Радиоэлектроника / Технические науки
100 великих чудес инженерной мысли
100 великих чудес инженерной мысли

За два последних столетия научно-технический прогресс совершил ошеломляющий рывок. На что ранее человечество затрачивало века, теперь уходят десятилетия или всего лишь годы. При таких темпах развития науки и техники сегодня удивить мир чем-то особенным очень трудно. Но в прежние времена появление нового творения инженерной мысли зачастую означало преодоление очередного рубежа, решение той или иной крайне актуальной задачи. Человечество «брало очередную высоту», и эта «высота» служила отправной точкой для новых свершений. Довольно много сооружений и изделий, даже утративших утилитарное значение, тем не менее остались в памяти людей как чудеса науки и техники. Новая книга серии «Популярная коллекция «100 великих» рассказывает о чудесах инженерной мысли разных стран и эпох: от изобретений и построек Древнего Востока и Античности до небоскребов в сегодняшних странах Юго-Восточной и Восточной Азии.

Андрей Юрьевич Низовский

История / Технические науки / Образование и наука