Сигнал о некоторых понятиях кибернетики - Полетаев И.А.
Скачать (прямая ссылка):
То обстоятельство, что информация в виде сигнала не может существовать вие физических объектов, позволяет, между прочим, подойти к решению очень интересного па-
99
радокса о так называемом энтропийном «демоне» Максвелла— воображаемом существе, которое, находясь в равновесной физической системе, достигшей состояния с максимальной физической энтропией, «сортирует» молекулы газа, пропуская их через отверстие с заслонкой в отдельный сосуд, если они обладают высокой скоростью, и не пропуская, если скорость мала. Такая сортировка привела бы в конце концов к понижению энтропии в изолированной системе, вопреки второму закону термодинамики, так как в одиом сосуде самопроизвольно сосредоточились бы молекулы с высокой энергией, а в другом — с низкой. В результате, можно было бы использовать образовавшуюся рааность температур для получения полезной работы без затраты энергии извне. Если мыслить максвелловского демона не как фантастическое существо, способное творить чудеса, а как реальный прибор, то вопрос о его работе приобретает большую принципиальную и практическую остроту. Второй закон термодинамики издавна подвергается произвольным толкованиям, и в наши дни то и дело появляются варианты «вечных двигателей второго рода», в которых делаются попытки более или менее замысловато обойти этот закон природы.
Демон Максвелла, находясь внутри равновесной системы, не может различить молекул друг от друга, так как на него со всех сторон падает одинаковое количество излучения одинакового спектрального состава. Это обстоятельство есть одно из свойств равновесного состояния. Для того чтобы иметь возможность сортировать молекулы по скоростям, демон должен получать информацию о положениях и скоростях молекул. Однако такая информация может быть получена только с помощью сигнала, т. е. процесса, связанного с энергией.
Внутри равновесной системы демон может получить информацию только при условии, если он будет применять некоторое дополнительное информационное устройство, сигнализирующее ему о состояниях молекул. Так, например, он может освещать каждую молекулу светом от отдельного источника с достаточной яркостью для того, чтобы молекула была надежно видна на фоке равновесного излучения, или же со спектральным составом, отличным от равновесного излучения (светом более короткой волны). Если провести подсчет энергии, необходимой для создания такой информации даже исходя из минимальных заниженных требований, предположив, например, что достаточно одного кванта света на молекулу, то окажется, что выиг-
100
рыш свободной энергии, даваемый демоном, не окупит затрат энергии на получение информации. Замкнутая система «газ—демон—информационное устройство» будет постепенно повышать свою физическую энтропию, делая это лишь несколько медленнее, чем делал бы неуравновешенный газ без демона. Максвеллов демон лишь немного замедляет естественный процесс повышения энтропия, но не приостанавливает его и уж во всяком случае не заставляет энтропию понижаться.
ПЕРЕДАЧА. СИГНАЛА
Сигнал может быть передан от одного кибернетического устройства к другому. Это одно из самых существенных свойств сигнала. Именно это свойство позволяет пространственно разделенным частям системы или различным системам действовать согласованно. Иногда передача сигнала производится на очень большие расстояния (в системах телеуправления, в сетях связи и так далее), иногда же — на малые расстояния в пределах одного устройства (передача числа из блока памяти в арифметическое устройство в электронной вычислительной машине, передача возбуждения по нерву).
Техника передачи сигнала имеет дело с физическими процессами, которые переносят сигнал, с анализом протекания этих процессов во времени и пространстве, с физическими свойствами систем, в которых эти процессы протекают. Естественно, что для передачи сигналов используются те физические процессы, свойством которых является распространение, перемещение в пространстве. К их числу относятся волновые процессы различного* рода (звуковые 102
волны, радиоволны, свет) или механические перемещения предметов (почта).
Поскольку всякий сигнал для того, чтобы переносить информацию, должен иметь возможность принимать различные значения или состояния, то же требование предъявляется и к физическому процессу, используемому для передачи сигнала. В упрощенном виде дело можно было бы представить так, как будто бы от передатчика к приемнику непрерывно движется нечто, на чем передатчик может делать пометки в виде символов некоторого алфавита. Эти пометки, распространяясь вместе с их носителем, доходят до приемника, где пометки снимаются с носителя
CHIHI
3 -С 1 У- 7
4 6
<3—5
Рис. 5.1. Схема канала связи.
/ — источник сообщений — внешнее событие, 2 —кодирующее устройство — измеритель-датчик, корреспондент, 3 - модулятор-передатчик, 4— генератор несущих колебаний, 5 —среда передачи, 6— источник шумов, 7—приемник, 5 — демодулятор, 9 — декодирующее устройство, /0—исполнительное устройство — адресат.
