Глава 1

1. Информационно-энергетические основы теории измерений

Теория информации не менее значительный шаг в развитии научной мысли по сравнению с произошедшей более 100 лет назад технической революцией, побудившей науку установить единую сущность различных видов энергии.

Информация с латинского это – разъяснение, осведомление, сведения о чём-либо. Информация – это обозначение содержания, получаемого от внешнего мира в процессе приспособления к нему. В зависимости от области знаний существует множество определений информации. В узко практическом смысле – это сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.

Также существуют различные подходы и к ее пониманию: она может быть абсолютной и относительной; естественной и искусственной. Под понятием информации подразумевается функция состояния системы.

Теория информации возникла первоначально в ходе решения задач, связанных с разработкой теории передачи потоков сообщений по каналам связи.

Сегодня информация – это философская категория наравне с материей и энергией используется для описания процессов в живой и неживой природе.

Понятие информации стоит в одном ряду с такими фундаментальными категориями как материя, энергия.

1.1 Понятие информации. Разновидности информации

В зависимости от области знаний информация получила множество определений:

• обозначение содержания, получаемое от внешнего мира в процессе приспособления к нему (Норберт Винер);

• отрицание энтропии (Леон Бриллюэн);

• устранение неопределенности (Клод Шеннон);

• передача разнообразия (Эшби);

• мера сложности (Моль);

• вероятность выбора (Яглом) и др.

Различают два подхода к оценке информативности объектов и процессов. Для количественной оценки используют понятие синтаксической информации, а для качественной – семантической.

Семантический подход к понятию информация дает качественную оценку объекта и основан на использовании понятия ценности, практической значимости, полезности информации. Информация абсолютна, а ценность ее – относительна. Формализовать семантический подход в общем случае пока не удалось. Количественно измерить информацию можно с помощью прибора, а для оценки качественной характеристики информации требуется тезаурус человека, определяемый его уровнем знаний.

При количественной оценке используют понятия связанной и свободной информации. Связанная информация – это информация, содержащаяся в самой структуре предмета, явления, процесса. Свободная информация - это продукт человеческой деятельности, содержащийся в документах, результатах измерений. Таким образом, количество связанной информации всегда больше свободной информации об объекте.

В силу дискретности вещества и энергии непрерывность измеряемых физических величин является только некоторым приближением, абстракцией к рассматриваемым физическим процессам (в термодинамике, электричестве и др.). Так как материя и любое физическое явление дискретны, то рассматривать измеряемые параметры как постоянные физические величины справедливо лишь при выполнении условия:

>>, (1.1)

где - значение измеряемой физической величины;

- погрешность измерения.

Информативность объекта или процесса связана с понятием дискретности используемых для его описания физических величин.

Теория информации занимается проблемами получения (рецепции) и передачи информации, ее хранения и обработки. При этом ценность информации зависит от той цели, к которой стремится принимающий эту информацию объект (чаще всего предполагается, что это человек).

С появлением синергетики и внедрения ее в информатику ситуация изменилась. Во-первых, стал исследоваться вопрос об эволюции информации. В связи с этим расширилось представление об объектах, способных генерировать, передавать и воспринимать информацию. Во-вторых, стали исследоваться физические механизмы, лежащие в основе рецепции, запоминания и переработки информации. Ранее считалось, что это прерогатива физиков и техников, обеспечивающих элементарную базу информации. Теперь ясно, что они имеют принципиальное значение. Например, вопрос о физических механизмах работы мозга – в частности, физической модели памяти - сейчас весьма актуален для конструирования ЭВМ нового поколения, устройств контроля и управления технологическими процессами и т.п.

Проблема рецепции информации требует физического подхода. При этом важную роль играет анализ биологических рецепторных систем, т.к. они по чувствительности пока чаще всего превосходят искусственные устройства.

Пространственно - волновая самоорганизация в сложных системах приводит к возникновению детерминированных и стохастических процессов. Причиной информативности могут являться, например, процессы, связанные с потерей устойчивости систем. Анализ причин неожиданных явлений в таких системах основан на анализе поведения динамических систем. При неустойчивых процессах очень малая причина может приводить к следствию, которое по масштабам несоизмеримо с причиной, т. е. в качестве причины выступает как - бы внутреннее свойство системы, ее неустойчивость.

Таким образом, информативность реальных систем, связана с понятием нелинейности протекающих в них физических процессов, явлений. Оптимальный выбор соответствующих физических эффектов и рациональное их использование в первичных измерительных преобразователях физических величин позволяет создавать на их основе различные типы высокоинформативных измерительных устройств.