Czy informacja jest fizyczna i ma masę? / Mark Burgin i Rao Mikkilineni

1. Wprowadzenie

Nauki fizyczne to gałąź nauk przyrodniczych, która bada systemy nieożywione, w przeciwieństwie do nauk o życiu, które badają żywe organizmy. Z drugiej strony, nauka o informacji, według słownika Merriam-Webster, zajmuje się przede wszystkim analizą, gromadzeniem, klasyfikacją, manipulacją, przechowywaniem, wyszukiwaniem, przemieszczaniem, rozpowszechnianiem i ochroną informacji. Jednakże, podczas gdy matematycy, filozofowie, biolodzy, fizycy i naukowcy zajmujący się informacją, aby wymienić tylko kilku, wszyscy postulowali różne definicje informacji od czasu, gdy pojęcie informacji pojawiło się w społeczeństwie ludzkim, nie będzie przesadą stwierdzenie, że nie ma konsensusu co do tego, czym naprawdę jest informacja.

Czy informacja istnieje niezależnie od naszego istnienia? Czy przetwarzanie informacji wymaga tylko organizmów żywych, czy również innych struktur materialnych w świecie fizycznym do przetwarzania informacji? Czy w przeciwieństwie do ludzi, techniczne struktury przetwarzania informacji wiedzą, że przetwarzają informacje? W jaki sposób wiedza jest powiązana z informacją? Chociaż są to głębokie pytania, celem tego artykułu nie jest udzielanie na nie odpowiedzi. Aby uzyskać odpowiedzi, odsyłamy czytelnika do ogólnej teorii informacji (GTI) w [ 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 ] i innych powiązanych publikacjach , w których badane są te pytania i uzyskiwane są odpowiedzi. Używamy tej teorii w tym artykule , ponieważ wykazano, że GTI daje najbardziej wszechstronną definicję informacji, obejmującą i wyjaśniającą to, co inni badacze napisali na temat informacji.

W tym artykule badamy zasadę równoważności masy, energii i informacji sugerowaną w [ 10 , 11 , 12 , 13 , 14 ] i powiązane z nią twierdzenia, że ​​informacja jest fizyczna, ma masę i jest piątym stanem materii. „ Przez ponad 60 lat bezskutecznie próbowaliśmy wykryć, wyizolować lub zrozumieć tajemniczą ciemną materię” — powiedział Vopson. „Jeśli informacja rzeczywiście ma masę ” — kontynuował — „ cyfrowy wszechświat informacyjny zawierałby jej dużo, a być może ta brakująca ciemna materia mogłaby być informacją ” [ 10 ]. To stwierdzenie opiera się na zasadzie równoważności masy, energii i informacji, która została zasugerowana przez Vopsona i głosi, że informacja jest przekształcana w masę lub energię w zależności od jej stanu fizycznego. Ponadto istnienie wewnętrznej informacji leżącej u podstaw fundamentalnych cech cząstek elementarnych we wszechświecie oznacza, że ​​stabilne cząstki elementarne o masie spoczynkowej niezerowej przechowują stałe i mierzalne informacje o sobie [ 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 ]. Te tak zwane przypuszczenia informacyjne zdają się również sugerować, że informacja jest formą materii, która jest nazywana piątym stanem materii lub piątym elementem przez Vopsona [ 11 , 12 , 13 , 14 ] .

Należy zauważyć, że chociaż wielu badaczy nie akceptuje sugestii, że informacja ma masę, wielu z nich, a także większość laików, uważa, że ​​informacja jest z natury fizyczna. Dlatego głównym celem naszego artykułu jest wyjaśnienie, że nie jest to prawdą i wyjaśnienie prawdziwej natury informacji.

Aby potwierdzić twierdzenia o fizycznej naturze informacji wraz z podobnymi twierdzeniami, analizujemy założenia stojące za sformułowaną zasadą równoważności masy–energii–informacji, korzystając z GTI, i wykazujemy, że informacja sama w sobie nie jest fizyczna, ale ma fizyczną reprezentację. Naturalnie, ta fizyczna reprezentacja ma masę i jest zgodna z prawami fizyki.

W przeciwieństwie do tego Landauer napisał:

„Informacja jest nieuchronnie zapisana w fizycznym medium. Nie jest abstrakcyjnym bytem. Może być oznaczona dziurką w karcie perforowanej, orientacją spinu jądrowego lub impulsami przesyłanymi przez neuron. Dziwaczna koncepcja, że ​​informacja ma istnienie niezależne od jej fizycznej manifestacji, jest nadal poważnie propagowana [ 23 ]. Ta koncepcja, bardzo prawdopodobnie, ma swoje korzenie w fakcie, że byliśmy świadomi informacji mentalnej na długo zanim zdaliśmy sobie sprawę, że ona również wykorzystuje rzeczywiste fizyczne stopnie swobody”.

[ 17 ] str. 64

Twierdzimy, że właściwości fizyczne, które Landauer [ 15 , 16 , 17 , 18 ], Vopson [ 11 , 12 , 13 , 14 ] i inni badacze przypisują informacji [ 19 , 20 , 21 , 22 ], są w rzeczywistości właściwościami fizycznych reprezentacji informacji.

Należy zauważyć, że podczas gdy inni badacze również odrzucili fizyczną naturę informacji, nikt nie opisał właściwego miejsca informacji na świecie (por. na przykład [ 23 , 24 , 25 ]), podczas gdy ogólna teoria informacji wyjaśnia, gdzie informacja, w ścisłym tego słowa znaczeniu, istnieje. Ważne jest zrozumienie różnicy między informacją a jej fizycznym nośnikiem, ponieważ różne fizyczne nośniki mogą zawierać tę samą informację. Różne obserwacje potwierdzają to stwierdzenie.

Informacja sama w sobie należy do świata struktur i nie ma masy, ale jej reprezentacja (nośnik) w postaci struktury fizycznej posiada masę. W świecie fizycznym geny i neurony na przykład przetwarzają informacje, aby przekształcić je w wiedzę. Komunikują informacje, które są reprezentowane jako struktury biologiczne i neurologiczne, za pomocą sygnałów chemicznych lub elektrycznych. W świecie cyfrowym „bit” informacji nie wykazuje masy, ale materiał fizyczny, który reprezentuje bit, rzeczywiście ma masę. Ten sam bit może mieć wiele reprezentacji w postaci materiału fizycznego (np. symbol na papierze lub stan obwodu przerzutnika, lub impuls napięcia lub prądu elektrycznego). Informacja jest przenoszona przez struktury fizyczne w ten sam sposób, w jaki termometry „przenoszą” temperaturę.

Tak więc właściwości fizyczne, które Landauer i inni badacze wywnioskowali, przypisując je informacji [ 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 ], są w rzeczywistości właściwościami fizycznej reprezentacji informacji. Jest to zgodne z tym, co Landauer faktycznie napisał, stwierdzając, że „ informacja jest nieuchronnie związana z fizyczną reprezentacją ”, a nie z jego dalej idącymi twierdzeniami, takimi jak „ informacja jest bytem fizycznym ” [ 17 ] s. 64.

Należy zauważyć, że nasze argumenty nie są skierowane przeciwko zasadzie Landauera ani empirycznym wynikom Vopsona. Są to użyteczne wyniki naukowe (por. na przykład [ 26 , 27 , 28 ]). Naszym celem jest wyjaśnienie teoretycznych i empirycznych interpretacji tych wyników, wyjaśniając, że dotyczą one nośników informacji, ale nie samej informacji. Ważne jest, aby zrozumieć, że właściwości reprezentacji informacji i nośników informacji są bardzo ważne, ponieważ ludzie nie wchodzą w interakcję bezpośrednio z informacją, ale pracują, na przykład, obliczając tylko z reprezentacjami informacji i nośnikami informacji.

Jednocześnie ważne jest, aby wiedzieć, jak wyprowadzić właściwości informacji z właściwości reprezentacji informacji i nośników informacji, a ogólna teoria informacji (GTI) zapewnia wydajne środki do wykonania tego. Na przykład cały obszar kryptografii bada, jak znaleźć dobre reprezentacje informacji w celu bezpiecznego przesyłania i przechowywania informacji (por. na przykład [ 29 , 30 ]. Kodowanie jest transformacją reprezentacji informacji, a czasami fizycznych nośników informacji. Programowanie jest również transformacją reprezentacji informacji. Pod tym względem nasze wyniki uzupełniają wyniki Landauera, Vopsona i innych badaczy, którzy badają właściwości fizycznych reprezentacji informacji i nośników informacji.

Artykuł ma następującą strukturę. W rozdziale 2 przedstawiamy idee i koncepcje z GTI dotyczące informacji, jej reprezentacji i relacji między informacją a wiedzą. W rozdziale 3 omawiamy zasadę równoważności masy, energii i informacji w świetle GTI. W rozdziale 4 przedstawiamy ogólne obserwacje z tego badania i wnioski.

2. Ogólna teoria informacji

Ogólna teoria informacji (GTI) [ 1 , 3 ] stwierdza, że ​​„wiedza jest związana z informacją tak, jak materia jest związana z energią”. Jednocześnie struktury materialne w świecie fizycznym niosą informację, która reprezentuje stan i dynamikę rozważanej struktury. W świecie fizycznym struktury materialne są rządzone przez prawa transformacji materii i energii. Energia ma potencjał do tworzenia lub zmiany struktur materialnych. Wszystkie struktury fizyczne i chemiczne, które są tworzone lub zmieniane przez transformację materii i energii, podlegają prawom rządzącym ich transformacjami. Wszystkie struktury fizyczne zawierają potencjalną informację, która charakteryzuje ich strukturę, funkcje ich części składowych oddziałujących ze sobą i z ich otoczeniem oraz ich zachowania, gdy czynniki wewnętrzne i zewnętrzne powodują wahania w ich interakcjach. W rzeczywistości oznacza to, że istnieje określony związek między cechami obiektów fizycznych, umożliwiający możliwość przekształcenia masy w energię obiektów fizycznych opisanych przez te cechy. Znany wzór E = mc ² łączy energię i masę obiektów fizycznych. Wbrew jednak powszechnemu przekonaniu, wzór ten nie oznacza, że ​​substancja (materia) jest równa energii, lecz pokazuje maksymalną ilość energii w obiekcie fizycznym o danej masie.

Stany struktur fizycznych i prawidłowości ich ewolucji opisują prawa fizyki, które są strukturami mentalnymi stworzonymi przez ludzi (głównie przez fizyków i matematyków). Organizmy żywe rozwinęły struktury fizyczne, które wykorzystują przemiany materii i energii, aby uzyskać unikalną tożsamość i zdolność do wyczuwania i przetwarzania informacji przenoszonych przez struktury materialne i przekształcania ich w wiedzę w formie struktur mentalnych. Podczas gdy wszystkie organizmy żywe mają różny stopień zdolności do postrzegania, przetwarzania i przekształcania informacji w wiedzę, ludzie rozwinęli najwyższy poziom reprezentowania i zarządzania strukturami mentalnymi, używając idealnych struktur w formie nazwanych zestawów lub triad fundamentalnych [ 1 ]. Triada fundamentalna dostarcza schematu i operacji do tworzenia wiedzy w formie bytów, ich relacji i ich ewolucji składającej się z zachowań sterowanych zdarzeniami [ 7 , 8 , 9 ]. Zdarzenia są powodowane przez wahania w interakcjach między składnikami struktur i ich interakcję z otoczeniem. Tak więc funkcje, struktura i wahania odgrywają ważną rolę w mikroskopijnych i makroskopowych zachowaniach systemu [ 31 ].

Należy zauważyć, że modele mentalne tworzone w wyniku przetwarzania informacji zależą od obserwatora, ponieważ oprócz wielu innych specyficznych czynników zależą również od jego wcześniejszej wiedzy.

Według [ 1 , 3 ] GTI umieszcza informację samą w sobie w idealnym świecie struktur, który jest naukową manifestacją świata idei lub form Platona [ 4 ]. Mianowicie struktura pojęciowa dostarcza naukowej reprezentacji idei platońskich, podczas gdy istnienie świata struktur, który można naturalnie utożsamić ze światem idei Platona, jest dowodzone za pomocą środków naukowych.

Zgodnie z zasadą ontologiczną, O2 i jego dodatkowymi formami w GTI ([ 1 ] (s. 99), [ 3 ]), informacja odgrywa tę samą rolę w świecie struktur, co energia w świecie fizycznym (materialnym). Będąc powiązana ze strukturami materialnymi w świecie fizycznym, informacja nie należy do tego świata i może być materializowana tylko w formie fizycznej, jak stwierdza GTI [ 2 ]. Relacje między informacją a strukturami były również rozważane przez Stoniera, który twierdził, że informacja ma moc ukazania się jako struktura, gdy zostanie dodana do materii [ 32 , 33 ].

Zgodnie z zasadą ontologicznej reprezentowalności (zasada ontologiczna O4) GTI ([ 1 ] (s. 123), [ 3 ]), dla dowolnej części informacji I zawsze istnieje reprezentacja Q tej części informacji dla układu R. Często ta reprezentacja jest materialna i w rezultacie, ponieważ informacja jest materialnie reprezentowana, wiele osób pojmuje informację jako fizyczną. W konsekwencji, fizyczna reprezentacja informacji może być traktowana jako materializacja tej informacji [ 2 ]. Tak więc informacja, która sama w sobie nie jest fizyczna, ma fizyczną reprezentację i naturalnie ta fizyczna reprezentacja jest zgodna z prawami fizyki.

Ponadto, zgodnie z zasadą ucieleśnienia ontologicznego (zasada ontologiczna O3) GTI ([ 1 ] (s. 120), [ 3 ]), dla dowolnej porcji informacji I zawsze istnieje nośnik C tej porcji informacji dla systemu R. Nośnik ten jest z reguły materialny, co sprawia, że ​​informacja jest jeszcze bardziej obecna w świecie fizycznym. Fizyczny nośnik informacji można również traktować jako materializację tej informacji, a dokładniej materializację na drugim poziomie. Materializacja informacji może wymagać od agenta lub obserwatora wykonania procesu materializacji. Przykładem jest reprezentacja informacji w formie symboli na nośniku, którym jest kartka papieru, przy użyciu długopisu jako narzędzia do materializacji.

Aby pokazać różnicę między nośnikami a reprezentacjami informacji, wyjaśniamy, że każda fizyczna reprezentacja informacji jest również fizycznym nośnikiem tej samej informacji. Fizycznym nośnikiem części I informacji jest każda rzecz fizyczna, która zawiera tę część informacji. Jednocześnie fizyczna reprezentacja części I informacji jest takim fizycznym nośnikiem, który umożliwia bezpośrednie wydobycie tej informacji. Tak więc każda fizyczna reprezentacja jest fizycznym nośnikiem, ale nie każdy fizyczny nośnik jest fizyczną reprezentacją. Na przykład koperta jest fizycznym nośnikiem informacji zawartych w liście, który ta koperta zawiera, kawałek papieru, na którym wydrukowano lub napisano tekst listu, jest również fizycznym nośnikiem tej samej informacji, a wreszcie tekst listu jest również fizycznym nośnikiem tej samej informacji. Jednak bezpośrednie wydobycie informacji jest możliwe tylko z tekstu. Nie możemy wydobyć tej informacji z koperty lub kawałka papieru bez tekstu. W związku z tym koperta, która zawiera ten list lub papier, na którym wydrukowano lub napisano ten tekst, a także ten kawałek papieru, są tylko nośnikami, ale nie reprezentacjami informacji w tym liście.

Nośnik informacji I, który nie jest reprezentacją tej informacji, nazywany jest nośnikiem otaczającym informację I.

W świecie mentalnym stworzonym przez organizmy żywe, informacje otrzymane ze środowiska za pomocą pięciu zmysłów umożliwiają reprezentację mentalną i są przekształcane w struktury mentalne utworzone z triad fundamentalnych [ 1 ]. Istnieją dwie formy struktur mentalnych — te, które pochodzą z obserwacji zewnętrznych i te, które są tworzone przez umysł ludzki, reprezentujące struktury idealne. Matematyka jest używana do reprezentowania struktur idealnych i operacji z nimi, a także do modelowania systemów ze świata materialnego, ich stanów i ewolucji.

Podobnie rzeczywistość mentalna (świat mentalny) składa się z różnych struktur mentalnych, które uczestniczą w procesach transformacyjnych obejmujących informacje i wiedzę. Te procesy transformacyjne są definiowane przez fizyczne struktury przetwarzania informacji, które składają się z genów i neuronów. Wzór podobny do równoważności masy i energii Einsteina istnieje również w informacyjnej sferze mentalności.

Aby rozwinąć tę formułę, należy wyjaśnić, że wiedza w ścisłym tego słowa znaczeniu należy do świata struktur, ponieważ wiedza składa się ze struktur wiedzy. Jednocześnie, podobnie jak informacja, wiedza ma reprezentacje i nośniki w świecie materialnym (fizycznym) i mentalnym. Różne książki i czasopisma są fizycznymi nośnikami wiedzy, zawierającymi różne reprezentacje wiedzy. Na przykład formuła, taka jak E = Mc ² , w podręczniku do fizyki jest matematyczną reprezentacją wiedzy o rzeczywistości fizycznej. Mentalne reprezentacje wiedzy istnieją w mentalności ludzi i mentalności grup ludzi, takich jak społeczność fizyków lub matematyków. Jednak wiele osób nazywa wiedzą to, co jest w rzeczywistości mentalną reprezentacją wiedzy.

Mając to na uwadze, wprowadzamy nową cechę wiedzy mentalnej, zwaną masą wiedzy mentalnej. Mianowicie, masa mentalna MK jednostki wiedzy mentalnej K jest miarą bezwładności obiektu wiedzy dotyczącej ruchu strukturalnego w świecie mentalnym. Każda masa wiedzy mentalnej odzwierciedla właściwości składników strukturalnych wiedzy mentalnej, ich relacje i zachowania. Jedna struktura wiedzy mentalnej oddziałuje z innymi strukturami wiedzy mentalnej, dzieląc się informacjami za pomocą różnych środków komunikacji ułatwionych przez przetwarzające informacje systemy fizyczne, takie jak geny i neurony, które wykorzystują sygnały chemiczne i neuronalne do komunikacji.

Opierając się na koncepcji masy wiedzy mentalnej, otrzymujemy wzór równoważności, który ma postać I = MK*p, gdzie p > 0 jest stałą, która łączy informację I i wiedzę mentalną K systemów mentalnych tak, jak energia i materia są połączone w świecie fizycznym. Jest to przypuszczenie teoretyczne, które wymaga walidacji eksperymentalnej. Znalezienie wartości liczbowej stałej p mogłoby umożliwić oszacowanie i pomiar informacji zawartej w systemach wiedzy mentalnej.

Jeśli chodzi o masę mentalną, ważne jest zrozumienie, że wiedza mentalna ma masę mentalną, ale nie wiedzę i informację, które należą do świata struktur. Poza tym energia, która jest fizycznym odpowiednikiem informacji, również nie ma masy, ale tylko jej miara jest proporcjonalna do masy obiektów fizycznych.

W rezultacie dochodzimy do równoważności między teorią struktur fizycznych a teorią struktur mentalnych. Każda taka struktura o określonej masie oddziałuje z innymi strukturami na podstawie różnych relacji zdefiniowanych przez potencjały oddziaływania. W ten sposób każda struktura dostarcza wytycznych dla zachowania funkcjonalnego, a sieć struktur dostarcza wytycznych dla zachowania zbiorowego na podstawie oddziaływań między strukturami. Połączone ze sobą węzły strukturalne sieci również odpalają się razem, kształtując zbiorowe zachowanie systemu. Pozwala nam to reprezentować struktury mentalne przy użyciu tych samych matematycznych reprezentacji struktur fizycznych w postaci wektorów stanu i ich ewolucji.

W tym kontekście sieć wiedzy to zbiór komponentów o określonych funkcjach, które oddziałują na siebie jako idealne struktury i wytwarzają stabilne zachowanie (równowagę), gdy warunki są odpowiednie. Jednak fluktuacje zmieniają interakcje i powodują warunki nierównowagi. Prowadzi to do pojawiających się zachowań prowadzących do chaosu. Jednak systemy biologiczne rozwinęły nakładkę struktur przetwarzania informacji, które wspierają i zarządzają stabilnością systemu, bezpieczeństwem, utrzymaniem itp., jednocześnie monitorując wpływ fluktuacji środowiskowych.

3. GTI i zasada równoważności masy, energii i informacji

Uzbrojeni w tę wiedzę o informacji możemy teraz odpowiedzieć na pytania: czy informacja jest fizyczna i czy ma masę? Odpowiadając na pierwsze pytanie, wyjaśniamy, że informacja jest powiązana ze strukturami fizycznymi i mentalnymi, ponieważ jej reprezentacje i nośniki są osadzone w innych strukturach fizycznych i mentalnych, które działają jako nośniki informacji. Odpowiadając na drugie pytanie, przypuszczamy, że wiedza w mentalności ma masę mentalną, tak jak materia ma masę fizyczną, podczas gdy nośniki informacji (zarówno fizyczne, jak i mentalne) mają masę fizyczną lub mentalną, ale nie samą informację.

Wnioski te stawiają nas w sprzeczności z tymi badaczami, którzy twierdzą, że informacja ma masę [ 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 ]. Na przykład Landauer twierdzi, że informacja jest fizyczna. Jednakże na początku swojej pracy [ 17 ] s. 64 pisze:

„Informacja jest nierozerwalnie związana z reprezentacją fizyczną”.

Oznacza to, że według Landauera informacja jest związana wyłącznie ze swoją fizyczną reprezentacją, ale nie mówi to nic o istocie informacji samej w sobie.

Innym stwierdzeniem z jego pracy jest:

„Informacja nie jest bezcielesnym, abstrakcyjnym bytem; jest zawsze powiązana z fizyczną reprezentacją” stwierdza, czym jest informacja, nie mówiąc nic o tym, czym informacja sama w sobie jest.

[ 16 ] str. 188

Podobnie twierdzi Melvin Vopson

„Proces obliczeniowy tworzy informacje cyfrowe za pośrednictwem pewnego rodzaju procesu fizycznego, który podlega prawom fizyki, w tym termodynamiki”.

[ 11 ]

Jak wyjaśniliśmy wcześniej, to stwierdzenie jest mylące. Prawidłowe stwierdzenie powinno brzmieć:

„Proces obliczeniowy tworzy informacje cyfrowe za pośrednictwem pewnego rodzaju procesu fizycznego, który działa z fizycznymi reprezentacjami informacji cyfrowych i przestrzega praw fizyki, w tym termodynamiki”.

Mianowicie, jedynie poprzez zmianę reprezentacji fizycznych, proces fizyczny zmienia informację [ 2 ]. W szczególności, wymazywanie informacji zmienia obiekty fizyczne, które były nośnikami tej informacji, podczas gdy zapisywanie informacji przekształca niektóre obiekty fizyczne w nośniki informacji pisemnej.

Na przykład zasada Landauera głosi, że obliczenia logicznie nieodwracalne mogą być realizowane jedynie przez procesy termodynamicznie nieodwracalne. W tym przypadku obliczenia logiczne lub abstrakcyjne są wykonywane przy użyciu lingwistycznych (symbolicznych) reprezentacji informacji, podczas gdy obliczenia fizyczne działają przy użyciu fizycznych reprezentacji i nośników informacji [ 26 ].

Zatem wzór (6) z [ 11 ] można interpretować nie jako masę bitu informacji, lecz jako masę fizycznej reprezentacji bitu informacji.

Poza tym istnieje problem z interpretacją miary informacji Shannona (entropii informacji) H. Mierzy ona informację nie bezpośrednio, ale wykorzystuje fizyczne reprezentacje informacji — sygnały lub teksty. Gdy miara ta jest stosowana do stanów układów fizycznych, oznacza to, że stan układu fizycznego jest reprezentacją informacji, podczas gdy odpowiadający mu układ jest nośnikiem tej informacji.

W rezultacie równoważność masy, energii i informacji, zakładana przez Vopsona w [ 11 ], nie jest ważna, ponieważ ta sama część informacji może mieć różne reprezentacje fizyczne. Innymi słowy, masa i energia różnych reprezentacji tej samej informacji mogą się różnić.

Tę sytuację jasno wyjaśnia wspomniana powyżej ogólna teoria informacji (GTI). Rzeczywiście, zgodnie z zasadą ontologiczną O4, dla dowolnej części informacji I, zawsze istnieje reprezentacja Q tej części informacji dla układu R [ 1 , 3 ]. Często ta reprezentacja jest materialna i w rezultacie, będąc materialnie reprezentowaną, informacja staje się, w pewnym sensie, fizyczna. W tym kontekście fizyczna reprezentacja informacji staje się materializacją tej informacji, umożliwiającą ludziom i innym systemom uzyskanie tej informacji [ 2 ]. Na przykład proces replikacji DNA pokazuje, że nie tylko istoty żywe, ale także nieożywione systemy, takie jak cząsteczki, mogą przekształcać i przekazywać informacje z jednej reprezentacji fizycznej do innej.

Zatem informacja sama w sobie nie jest fizyczna, ale ma fizyczną reprezentację i, naturalnie, ta fizyczna reprezentacja jest zgodna z prawami fizyki. Jest to zgodne z tym, co Landauer faktycznie napisał w niektórych swoich pracach, a nie z jego i jego zwolenników dalej idącymi twierdzeniami.

Podobnie, niektórzy ludzie mogą powiedzieć, że myśli lub uczucia są fizyczne, ponieważ znajdują się w mózgu, który jest fizyczny. Jednak według współczesnej psychologii mózg jest tylko nośnikiem myśli i uczuć, których natura zasadniczo nie jest fizyczna. W szczególności myślenie jest definiowane jako „proces umysłowy, który obejmuje manipulację informacją” [ 34 ].

Kolejny argument, który pokazuje, że informacja nie jest fizyczna, przedstawiono w [ 23 ]. Opierając się na przypuszczeniu fizycznej natury informacji, Kosso twierdzi, że „informacja jest przenoszona między stanami poprzez interakcję”, ponieważ wpływy fizyczne mogą być przenoszone tylko poprzez interakcje [ 35 ]. Jednakże to twierdzenie, na przykład, przeczy tak zwanym „eksperymentom negatywnym” [ 36 ], w których obiekt lub zdarzenie można zaobserwować, zauważając brak innego obiektu lub zdarzenia. Oznacza to, że obserwator uzyskuje informację bez interakcji z obiektem lub zdarzeniem, które zawiera tę informację [ 37 ].

Zatem właściwości fizyczne, które Landauer, Vopson i inni badacze przypisują informacji [ 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 ], są w rzeczywistości właściwościami fizycznych reprezentacji informacji.

4. Gdzie jest miejsce na informacje

Istnieją również inni badacze, którzy wyjaśniają, że informacja nie jest fizyczna. Na przykład Timpson uzasadnia, że ​​twierdzenie „informacja jest fizyczna” jest zasadniczo błędne, ponieważ termin informacja „nie służy do odnoszenia się do rzeczy materialnej lub substancji” [ 38 , 39 , 40 ]. Aby uzupełnić swoje podejście, Timpson sugeruje, że informacja istnieje w formie „części informacji, kwantowej lub klasycznej”, podczas gdy te części informacji „są typami abstrakcyjnymi” i „nie są fizyczne” [ 38 ]. To rozumienie jest również wspierane w [ 23 ].

Aby zrozumieć pułapkę tego podejścia, musimy wiedzieć, czym jest obiekt abstrakcyjny lub typ abstrakcyjny. Filozofowie opracowali teorię obiektów abstrakcyjnych i typu abstrakcyjnego (por. na przykład [ 41 , 42 , 43 ]). Głównym fundamentem tej teorii jest rozróżnienie między abstrakcją a konkretem, które nie odgrywało znaczącej roli w filozofii przed XX wiekiem. Jednak w XX wieku abstrakcja wysunęła się na pierwszy plan matematyki i nauk ścisłych. W rezultacie kilku filozofów próbowało opracować jasną i dokładną formę pojęcia obiektów abstrakcyjnych , ale większość doszła do wniosku, że zwykłe obiekty, takie jak drzewa i stoły, są prawdopodobnie konkretne, podczas gdy obiekty abstrakcyjne, takie jak liczba 1 lub linie proste, nie są konkretne [ 43 ].

Chociaż współczesne rozróżnienie między obiektami abstrakcyjnymi i konkretnymi przypomina nieco rozróżnienie Platona na Idee i Sensibles, to jednak miesza ono tylko pojęcia ideału i abstrakcji bez żadnego uzasadnionego powodu. Nie mogąc znaleźć wyjaśnienia idealnej rzeczywistości Platona, niektórzy filozofowie postanowili zmienić termin ideał na abstrakcyjny , ponieważ współczesna nauka i matematyka osiągały coraz wyższe poziomy abstrakcji, czyniąc ten ostatni termin bardziej zrozumiałym.

W tym kontekście najbardziej rozsądnym podejściem do obiektów abstrakcyjnych jest przyjęcie założenia, że ​​obiekt abstrakcyjny składa się z nazwy i zestawu właściwości [ 44 ]. Na podstawie tego założenia Edward Zalta zbudował formalną aksjomatyczną teorię obiektów abstrakcyjnych [ 43 ]. Jednakże teoria ta nie odpowiada na pytanie o miejsce obiektów abstrakcyjnych w świecie.

Spróbujmy odpowiedzieć na to ważne pytanie. Naturalne jest przypuszczenie, że jak sugeruje ich nazwa, obiekty abstrakcyjne powstają w procesie abstrakcji. Jest to złożony proces umysłowy, który przechodzi przez różne etapy i osiąga różne poziomy abstrakcji [ 45 ]. Taka sytuacja oznacza, że ​​obiekty abstrakcyjne jako rezultaty abstrakcji zamieszkują mentalność. Niektóre z nich należą tylko do mentalności indywidualnej, podczas gdy inne trafiają również do mentalności grupowej i społecznej.

To koreluje z opiniami filozofów. Na przykład Falguera, Martínez-Vidal i Rosen piszą:

„Nowoczesne rozróżnienie [między abstrakcją a konkretem, MB i RM] przypomina nieco rozróżnienie Platona między Formami a Sensibles. Ale Formy Platona miały być przyczynami par excellence, podczas gdy obiekty abstrakcyjne mają być generalnie przyczynowo bezwładne”.

[ 41 ]

Teraz możemy przeanalizować i odpowiedzieć na pytanie, czy informacja jest obiektem abstrakcyjnym. Wiemy na pewno, że informacja istnieje w mentalności, ale GTI mówi nam również, że istnieje informacja ontologiczna, która istnieje w naturze, będąc w istocie zamkniętą w systemach fizycznych niezależnie od jakiejkolwiek mentalności [ 46 , 47 , 48 ]. To przekonująco pokazuje, że informacja nie jest obiektem abstrakcyjnym, ale, jak demonstruje GTI, należy do świata struktur idealnych i dociera do świata fizycznego i mentalnego poprzez materializację i mentalizację [ 2 ]. W szczególności obiekty abstrakcyjne są reprezentacjami mentalnymi informacji ze świata struktur idealnych.

Omawiając obiekty abstrakcyjne, ważne jest zrozumienie, że będąc nazwami posiadającymi właściwości, które można opisać za pomocą aksjomatów w sformalizowanym otoczeniu, obiekty abstrakcyjne są szczególnymi rodzajami struktur, a mianowicie są strukturami zewnętrznymi w rozumieniu ogólnej teorii struktur [ 5 ].

5. Wnioski

Jak widać z powyższej dyskusji, informacja sama w sobie nie jest fizyczna, lecz ma fizyczną reprezentację, a ta fizyczna reprezentacja naturalnie jest zgodna z prawami fizyki. Jest to zgodne z tym, co Landauer faktycznie napisał, a nie z jego dalej idącymi twierdzeniami. Tak więc właściwości fizyczne, które Landauer i inni badacze przypuszczali, przypisując je informacji [ 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 ], są w rzeczywistości właściwościami fizycznej reprezentacji informacji.

Argument Vopsona, że ​​„Archibald Wheeler … postulował, że wszechświat powstaje z informacji w nim zawartej i ukuł zwrot „To z bitu” [ 12 ], nie dowodzi fizycznej natury informacji, ponieważ według GTI informacja pochodząca ze świata struktur wywiera silny wpływ na świat fizyczny [ 48 ].

Ostatnio pojawiło się wiele publikacji, w których twierdzi się, że informacja jest esencją fizyczną [ 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 49 , 50 , 51 , 52 , 53 ]. Dlatego tak ważne jest wyjaśnienie prawdziwej natury informacji i jej związku ze światem fizycznym, eliminując istniejące błędne przekonania w badaniach nad informacją.

Oprócz tego artykułu, prawdziwa natura informacji i jej związek z rzeczywistością fizyczną są również wyjaśnione w [ 1 , 2 , 3 , 4 , 5 ] i pokrewnych publikacjach. Możliwe jest wyjaśnienie tego tylko w oparciu o GTI, ponieważ nie ma innej teorii informacji, w której udowodniono by, że informacja, w ścisłym tego słowa znaczeniu, należy do świata struktur idealnych.

Ważne jest podkreślenie wniosków wyciągniętych z GTI. Informacja odgrywa ważną rolę w opisie struktur materialnych w świecie fizycznym, a także struktur mentalnych w świecie mentalnym tworzonych przez systemy biologiczne poprzez ewolucję i dobór naturalny. Zarówno struktury materialne, jak i mentalne są zaangażowane w odbieranie informacji, przetwarzanie informacji i przekazywanie informacji. Informacja w istocie opisuje stan struktury i jej ewolucję, gdy zdarzenia ją zmieniają. Stan struktury materialnej i jej ewolucja są regulowane przez prawa transformacji energii i materii. Informacje o strukturze materialnej mogą być również materializowane i przekazywane za pomocą nośników informacji, które są również strukturami materialnymi. Komunikacja informacji za pomocą struktur materialnych podlega zatem również prawom transformacji materii i energii. Podczas gdy informacja sama w sobie nie ma masy, zmaterializowana informacja (np. symbol na papierze lub stan obwodu przerzutnika, lub impuls napięcia lub prądu elektrycznego) ma masę. Z drugiej strony informacja otrzymana przez systemy biologiczne jest przetwarzana i przekształcana w wiedzę w postaci struktur mentalnych. Te struktury mentalne są materializowane w postaci wielowarstwowych sieci genów i neuronów. Geny wykorzystują sekwencje symboli (DNA), a neurony wykorzystują obliczenia subsymboliczne do przetwarzania informacji i wykorzystują wiedzę do wykonywania „procesów życiowych”. Te procesy mentalne wyróżniają się samoorganizującymi właściwościami systemów biologicznych w przeciwieństwie do dynamiki struktur materialnych podlegających prawom fizyki lub zachowujących się tak samo jak złożone systemy adaptacyjne, które mogą wykazywać powstawanie pod wpływem fluktuacji. GTI dostarcza narzędzi do modelowania zarówno struktur materialnych, jak i mentalnych oraz opisuje procesy konwersji przekształcające informacje i wiedzę.

Na zakończenie naszej dyskusji przypominamy czytelnikowi, że matematycy byli w stanie zrozumieć różnicę między liczbami a ich reprezentacjami za pomocą cyfr już dawno temu. Mamy nadzieję, że naukowcy zajmujący się informacją i inni badacze również będą w stanie zrozumieć różnicę między informacją a jej fizyczną reprezentacją. Co ważniejsze, będą w stanie wykorzystać GTI do ulepszenia sposobu, w jaki wykorzystujemy informacje i wiedzę, a także do pogłębienia naszego zrozumienia, jak działa natura, a dodatkowo zaprojektować świat cyfrowy, który będzie naśladował organizmy żywe z takimi zachowaniami, jak autopojeza i rozumowanie poznawcze [ 7 , 8 , 9 ].