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博文

空间——物质、能量和信息统一的大视野

已有 3631 次阅读 2011-1-25 09:27 |个人分类:信息探索|系统分类:科研笔记| 空间

邱嘉文,赵敏

前言

无论是从哲学还是从系统科学,对物质、能量与信息的关系讨论,目前还是一个处于胶着不清状态的问题。本文仅仅运用哲学思辨的方法,从“信息”概念入手,对相关的概念与现象进行辨析,试图整理出一个大视野来,旨在为与信息相关问题的讨论和研究,建立一个更深刻和可更广泛应用的平台。

信息是不是象水一样的呢?

当我们看到信息的被储存和被传输的现象时,我们或许可以好奇地问:信息是不是象水一样的呢?

对于水,存储它的载体叫池塘、湖泊或海洋,传输它的载体叫小溪、小河或大江。
如果我们再用共性的角度来统一看池塘、湖泊、海洋和小溪、小河、大江的话,我们会发现一个共同点:它们只是地势较低的地方。水,喜欢在它们之间流转。

所以,对信息应该也有同样的共性评述角度:信息只是在存贮媒介和传输媒介之间流转,存储媒介和传输媒介只是在所有媒介中信息上的地势比较低的地方。

这说明,事物的属性可以得到不断流转的反映(倪鹏云:信息是事物属性的反映),也就是说,信息本身是一种可以被自然流转的事物。

可流转性的根源来自能量

如果一定要站到物质这样的基础物理、甚至是哲学的高度来思考,显然,在物质之间被流转的事物,是能量。

尽管有的物质看上去都只是通过一定的内部结构来聚集一定的能量,但无论它们的结构有多么地稳定,它们不可避免地、无时无刻不会与周围事物进行能量的交互。

如果,我们想试图寻找最本质、最深层的可流转事物的话,能量,当仁不让。于是,信息的流转,似乎不可避免地要沦为能量流转的特例。

为何是在物质之间发生能量的流转?

难道物质本身就是能量的寄居地?

如果我们能够用抽象级别更高的层次来思考这个问题的话:甚至,物质本身,也只是能量流转到一个漩涡所产生的聚集现象。而物质之间的能量流转,则本来就是从一个漩涡中逃逸出来的能量被卷入另一个漩涡而已。

如果这个说法成立,那么,信息,就是流转中的能量所持有的结构。它总是企图改变接受者(漩涡)的能量运转结构。看起来,把物质和信息理解为都是能量的特例,是一个自洽的语义框架。

信息不是物质,也不是能量

令人胶着的正是这个普遍被认可的说法:信息不是物质,也不是能量。

赵敏认为:信息的产生、传输与流转,必定与能量的作用有关。例如,根据根据朗道热力学基本原理,擦除一个bit的多余能耗以热量的形式散发出来,大约相当于空气中一个分子的动能。

赵敏并指出:信息与水有着比较大的区别。信息是用来消除数据的不确定性的,往往以一种场的作用形式表现出来;而水是一种基本物质。至于信息是否就是物质,还有很多不同的观点和争论。

信息就是作用场本身?

赵敏的观点:信息往往以一种场的作用形式表现出来的。是一个独到的、而且具有深长的启发意味的观点。

信息当然与象水一样的物质有显著的不同,只是这些不同不会影响信息和水一样的物质可能还有某些方面相同的性质。如果我们可以在承认信息与物质有显著不同的基础上,再去试图发现一些可能相同的性质来,一旦有所发现,也许意味着更深层次的对信息的理解。

何不试试干脆就这样理解:信息就是作用场本身? 难道不可以这样理解吗?

我们常常把作用点之间的作用叫:力。把作用场之间的作用叫信息,其实已经是一种隐含的用法。证据是:目前,所有被我们称为力而又不是力的东西,都是信息。

如果能这么理解的话,真的就有新发现了:

场,是对空间分布的描述。

我们知道:空间分布的质量场是对物质分布密度不均进行描述的,由此,会得到分布不均的引力场。 所以,实际上,我们把力理解为是质点之间的相互作用,是一种忽略引力场分布的一种近似处理的方法。如果,不做质点的近似处理,必定是质量场的分布之间存在相互的作用,相应的力也是力场。

是否这个“力场”,就是信息呢?

“印记”其实是结构化的能量场

我们习惯于把信息理解为是一种印记式的静态存在,认为这种印记可以无穷拷贝而不损失源印,也是一种近似的处理。

事实上,要从源印中获取一个拷贝,会非常微弱地要从源的能量场中获得一份结构化的能量,这个微弱是那么小,以致和源能量场的能量比起来,可以忽略不计。更何况,源能量场是一个动态的结构场,它不仅可向外散发结构化的能量,还可以不断吸收外部能量,按自身的运动运动方式再进行组织,所以,源能量场是一个开放场,它的结构化能量不见得会因为不断地拷贝而最终耗尽。

其实,结构化能量的耗散,即使不被拷贝提取,也一样会进行的,如果源能量场不开放,或即使开放了,也不能获得所需的结构化能量被自身同化的话,结构化的能量也会最终耗尽。

照片的发黄就是这个道理。

是能量场的相互作用激发的语义

我们之所以能看到一张清晰的照片,是整张照片被光照后反射的一个能量场,作用到我们的视网膜的结果。这个能量场本身其实就是被我们称为信息的东西。

照片,有自身的能量分布结构,但没有在内部同化外部能量结构的能力,照片,只能通过自身的能量结构来有选择性的吸收外部的能量,来反射一个能量场。被吸收的外部能量,正好起到破坏照片自身能量结构的作用。

从照片转到文字,其实是一个道理。

文字的信息,实际上是文字字形的能量场的作用,传递到视网膜,与大脑中近似的历史能量场产生共振,才激发出语义

如此说来,我们学习知识,接受教育,实际上就是接受外部能量场的对自身大脑能量场的驯化,积累历史的能量场分布。然后,再与新进的能量场寻找共振,得到联想

 记忆或与漩涡式的动态能量场相关

为什么记忆会有所谓的艾宾浩斯规律?就是对大脑能量场的漩涡形成需要持续地补充结构化的能量才能建立,一旦建立能量漩涡,就具备了内部能量结构化的同化能力,维持漩涡的存在就不再困难。

而只有漩涡运动的能量,才具备感应的能力,才能与同结构的能量场产生共振。

赵敏表示了对此观点的理解和赞同,他说:

我只是一直认为信息是靠某一种场的作用形式表现的,但是无法像你这样结合你的知识结构来做深入探讨。我研究的TRIZ创新方法中表明,技术系统的进化路径是:刚性系统→单自由度系统→多自由度系统→柔性体→...→液态→气态→等离子态→场(从低级场到高级场),场里的信息量越来越大,信息的作用越来越强。我由此而认定信息是一种场的作用。或许我们是殊途同归?

看来我的提问所形成的外部能量场,与你大脑里所积累的历史能量场有所感应,与你的知识结构的构量有所交互,行成了新的能量漩涡,让你思如泉涌,笔下生花,竟然写出一篇好文章来。建议你把你的所有回复整理成一篇博文,重新发表。

或许,信息本身隐含了“信息流”的概念,因为没有时序的杂散凌乱的信息只能“降解”为“数据”;而结构化的信息则升级为知识。如果信息本身隐含了“信息流”的概念的话,那么“信息流是不是象流水一样”的命题则更好理解一些。

信息象水一样有可流动性的根源

准确地说是:信息象水,信息流象水流,流信息象流水。信息象水的地方是:信息也有可流动性。

凡事必有其根源,如果要猜测信息象水的根本原因,一定是信息与水必然有某方面相同的本质。联想到能量的可流动性,我们可以大胆地假设:

不管是信息还是水(物质),本质上都是能量场。 水(物质)是凝聚态的能量场,而信息,是升华态的能量场。 也就是说,从能量场的角度看, 水(物质),倒是信息的湖泊了。 而常规的能量,则是游离态的能量场。

能量也有三态?

物质有三态:固液气;能量似乎也有三态:质能信,也就是物质、能量和信息三种相态。 物质-能量-信息是可以互相转化的,就像固体-液体-气体可以互相转化一样。

假定这个三态是存在的,似乎对三态的统称还叫“能量”是不恰当的。就象“物质有液态”的说法,类比过来说“能量有能量态”就令人费解。如果,能量这个词汇已经被我们用来指称是某种事物的一种相态的话,那这种事物显然不适合还叫“能量”。

猛然想到:也许应该是空间更准确。 空间有三态:物质-能量-信息, 这样,更符合无中生有的流行看法。

再探物质和能量的关系

爱因斯坦的相对论观点认为物质和能量是可以相互转化的。这种观点目前基本已被大家接受,原子弹,氢弹的爆炸,证明了这个观点是正确的,至少物质是可以转化为能量的。这似乎只告诉我们:物质和能量是不同的事物,而且它们之间可以相互转化。核反应损失的物质变成了能量,证明这个说法是正确的。

如果我们转念再想一想:为什么两种事物之间能相互转化呢?是不是因为其实这两种东西本来就是同一种东西,只是看上去的外观不同而已呢?比如,石墨和金刚石可以互相转化,因为它们其实都是碳元素,冰和水可以相互转化,因为它们都是水。

这样讨论下去又会引出另一个近似哲学的物理学问题:物质和能量谁更基本?

是能量本包含在物质中

我们判断两种事物谁更基本的一个方法是看谁里面包含了谁。被包含的事物是包含事物的组成事物,应该更基本一些。

在物质存在的方式上我们或许能找到答案:物质的静止是相对的,物质的运动是绝对的。既然物质是绝对运动的,我们永远找不到绝对静止的物质,那么,一定是运动本身,就是物质的组成部分之一,而且是绝对的组成部分,物质可以没有任何其他属性,唯独不能没有运动属性。

运动是什么?运动就是能量。

当然,我们会容易陷入这个循环:只有物质的运动才是能量,所以没有单独的能量可以独立存在的。 然而,比起有绝对静止的物质存在来说,能量能单独存在的事实符合风险似乎要小一些。

运动着的物质的内部的任何部分之间,可以保持绝对的相对静止吗?也就是说,物质内部的任何部分之间可以完全没有相对运动吗?如果不能没有,那么,物质内部的这些相对运动,难道不是这些物质的重要组成部分之一吗?

而反过来,如果我们说,能量中包含了物质,却是一个明显不被认可的说法,所以,能量比物质更基本,似乎可以得到语义上的证明。

物质是否无限可分?

对于存在能量不能单独存在的问题,与物质是否无限可分的问题相关。

如果认为物质可分,那么分出来的不同部分的物质之间,必然存在相对运动,就必然有能量,这些能量,也就必然是这些较大的物质的内部组成部分之一。可以支持能量是物质的组成部分之一的观点。

如果认为物质不是无限可分的呢?也就是说物质要么分着分着,就没有了。要么,分着分着就分不动了,基本粒子就那么大,没有任何的力量可以把这些基本粒子再撞开了。现代物理学的说法,似乎是支持,分着分着就没了的说法的。

为什么物质分着分着就没了?到哪去了?

有一种解释是比较容易被理解的,也是说得通的,就是:物质本来就是空间本身揉合压缩的结果,分物质,其实就是展开空间,不断把压缩的空间打开,就像打开被揉成一团的纸团。打开到最后,就是一片平坦的极小的空间了。

这个理解,其实就是空间本身的分布不均匀产生了物质和能量的现象。而信息,则正好就是对不均匀的结构的描述。 
   
所以,我曾经听到过类似这种说法:信息守恒,实际上就是空间的对称守恒。是空间的对称破缺产生了物质、能量乃至信息现象。一部分空间被揉挤为一团变密集,另一部分空间就被拉伸变稀薄,并由此产生了结构。

结语

从信息到物质和能量,从物质能量的点相互作用到场相互作用,从质量场、引力场到能量场,从场到空间,我们似乎找到了一个最底层,也影响面最广博的信息讨论空间。

物质、能量和信息三位一体于空间的三相态,这就是一个统一的大视野、底平台。

这些基础问题可以任由想象,真是天高任鸟飞。



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