ФЭНДОМ


M template Helgus ~ µастер ~ Kласс: Это незавершённая статья по эвентологии и её применениям

Негэнтропи́я, отрицательная энтропия (англ. negentropy), или синтропия (англ. syntropy) живой системыэнтропия, которую живая система экспортирует, чтобы снизить уровень собственной энтропии (см. негэнтропия и жизнь). Понятие и термин отрицательная энтропия были введены (1943) Шрёдингером в его научно-популярной книге «Что такое жизнь?» [1]. Позднее Леон Бриллюэн (Léon Brillouin, 1953) сократил термин до негэнтропия [2][3], чтобы выразить это понятие «более положительным» способом: живая система импортирует негэнтропию, чтобы увеличить уровень собственной негэнтропии[4]. В 1974, Альберт Сент-Джорджи (Albert Szent-Györgyi) предложил заменить термин негэнтропия на термин синтропия, который, по-видимому, был введён в 1940-ых итальянским математиком Луиджи Фантаппи (Luigi Fantappiè), когда он пытался построить объединённую теорию биологии и физики (его попытка не получила признания и не принесла больших результатов). Хотя Бакминстер Фуллер (Buckminster Fuller) и пробовал популяризировать термин синтропия, использование негэнтропии остается общепринятым.

В примечаниях к своей книге «Что такое жизнь?» Шрёдингер объясняет введение нового термина:

Aquote1 Если бы я обращался только к физикам, я мог бы позволить себе начать обсуждение с термина «свободная энергия» вместо «отрицательная энтропия (негэнтропия)». Для физиков это — хорошо знакомое понятие. Но этот весьма специфический термин оказывается лингвистически слишком близок к энергии, чтобы средний читатель мог ясно осознать контраст между ними. Aquote2

Популярно Править

Негэнтропия противоположна энтропии и имеет отношение к живым системам — к тому, что более упорядочено и более определённо в сравнении с системами косной материи.

Жизнь, как полагают, является негэнтропичной, потому что потребляет то, что имеет меньшую упорядоченность (мёртвая пища) и превращает это в то, что имеет большую упорядоченность (клетки в теле, тканях и органах). При этом возрастает температура. Внешняя сторона живой системы, или кожа организма, всегда имеет максимальную энтропию в теле, потому что она удаляет тепло.

Негэнтропия, основанная на идеях, противоположных идеям энтропии, имеет отношение не к системам косной материи, а к живым системам. Клифф Джослин (Cliff Joslyn) предложил ряд способов измерения негэнтропии, отличных от измерения тепла, исходящего от тела. Живые существа, ищущие с целью выживания эти способы, создают модели, которые более упорядочены, чем то, что измеряется, эти модели объединяются, обдумываются, возникающая в итоге наука негэнтропична как любая часть жизни.

Идея, что живые существа упорядочивают вселенную, называется человеческим принципом. Он имеет сильную форму, которая говорит, что

Aquote1 люди призваны, чтобы сделать это. Aquote2
И слабую или очевидную форму, которая говорит, что
Aquote1 не имеет значения, призваны люди делать это или нет, но люди делают это. Aquote2

Всеми проблемами, где жизнь вписывается в модели нашей вселенной, также интересуется космология.

Время в науке определяется как направление возрастания энтропии. Такое определение весьма затрудняет определение времени, которое относится к негэнтропии и живым системам. Негэнтропия — не единственная идея о жизни, которая затрагивает наши представления о времени. Большинство инженеров полагается на линейное время для анализа риска, экономика — на циклическое время как деловой цикл, биология исследует ритмичное время особенно в системах коммуникации животных. Вероятно все эти негэнтропийные идеи полезны в том или ином смысле, как и многочисленные идеи относительно энтропии, или идеи относительно жизни.

В физике и биологииПравить

Вы можете взглянуть на клетку и наглядно понять, что жизнь является негэнтропийной формой. Клетка стремится сохранить свою негэнтропию (организацию, структуру, форму, функции), и всё это благодаря потреблению энергии извне. Для мёртвой клетки характерно отсутствие негэнтропии, когда клетка распадается, прекращая своё существование.

Вопреки наглядности, это не противоречит второму началу термодинамики, которое разрешает переход к большему порядку при условии импорта энергии извне клетки — открытой системы, включенной в более крупные системы.

В более широком масштабе, планета Земля также не является замкнутой системой: она получает энергию, в основном лучистую солнечную энергию и энергию Вселенной. Солнечная энергия поступает в виде упорядоченного (видимого и радиационного ультрафиолетового) света, в то же время повторно излучаемые энергии является более беспорядочными (инфра-красный свет). Это позволяет системам на Земле не превращаться в формы с большей неупорядоченностью (второй закон термодинамики хорошо подтверждается, только если принимать во внимание роль Солнца, в том числе в эволюции жизни).

В обществеПравить

Человеческие общества организованы тем более изощреннее, чем более гибки и адаптивны их институты, технологические, экономические, социальные, культурные и так далее. Сложность общественных институтов нарастает, несмотря на некоторые периоды стагнации или сокращения. Если рассматривать человеческое общество с точки зрения энтропии (дезорганизации) и негэнтропии (организации), его эволюция происходит на основе баланса между этими двумя тенденциями. Негэнтропийные процессы ведут к гибкости и политическому фундаментализму, а энтропийные — к высокой степени беззаконий.

Негэнтропия (общее определение)Править

В теории информации Править

Негэнтропийный принцип информации Брюллиэна Править

Американский физик Леон Брюллиэн, исследуя взаимопревращение видов энергии, сократил термин «отрицательная энтропия» до «негэнтропия» и ввел этот термин в теорию информации (1953), сформулировав свой негэнтропийный принцип информации:

Aquote1 «Информация представляет собой отрицательный вклад в энтропию»[5]. Aquote2

Дифференциальная негэнтропияПравить

В теории информации и статистике, дифференциальная негэнтропия используется как мера отклонения от нормальности [6][7][8]. Рассматривают сигнал с некоторым распределением. Сигнал называют гауссовским, если он имеет нормальное распределение. Дифференциальная негэнтропия сигнала всегда неотрицательна, инвариантна при любых линейных обратимых преобразованиях координат и исчезает, если и только если сигнал является гауссовским.

Дифференциальная негэнтропия определяется как

$ J (p_x) = S (\phi_x) - S (p_x), $
$ S (p_x) = - \int p_x (u) \log p_x (u) du. $

Дифференциальная негэнтропия используется в статистике и обработке сигналов, имеет отношение к сетевой энтропии, которая используется в независимом компонентном анализе [9][10]. Интуитивно дифференциальная негэнтропия понимается как информация, которая может быть сохранена, если представить $ p_x $ эффективным способом; а $ \phi_x $ — случайная величина (с гауссовским распределением) с тем же самым средним и дисперсией, которая нуждается в максимальной длине данных для представления самым эффективным способом. Поскольку $ p_x $ менее случайна, то кое-что о ней известно заранее, она содержит меньше неизвестной информации и нуждается в меньшей длине данных для представления самым эффективным способом.

Статистическая негэнтропия и свободная энергия Гиббса Править

Gibbs-plot

График доступной энергии (свободная энергия) Уилларда Гиббса (1873), который показывает плоскость, перпендикулярную к оси «v» (объем), проходящую через точку «A», которая представляет начальное состояние тела. «MN» — сечение поверхности рассеянной энергии. «Qε» и «Qη» — сечения плоскостей «η = 0» и «ε = 0», и поэтому параллельны к осям ε (внутренняя энергия) и η (энтропия) соответственно. «AD» и «AE» — энергия и энтропия тела в его начальном состоянии, «AB» и «AC» его "доступная энергия" (свободная энергия Гиббса) и ее ёмкость для энтропии (количество, на которое энтропия тела может быть увеличена без изменения энергии тела или увеличения его объема), соответственно.

Существует физическая величина, близко связанная со свободной энергией (свободной энтальпией (теплосодержанием)), измеряемая единицами энтропии и изоморфная негэнтропии, известной в статистике и теории информации. В 1873 Уиллард Гиббс создал диаграмму, иллюстрирующую понятие свободной энергии, соответствующей свободной энтальпии. На диаграмме можно видеть количество, называемое ёмкостью для энтропии. Это — количество энтропии, на которое она может быть увеличена без изменения внутренней энергии или увеличения объема системы[11]. Иными словами, это — разность между максимально возможной, при данных условиях энтропией и фактической энтропией:

$ J = S_{\max} - S = -\Phi = -k \ln Z\, $

где:

$ J $ — негэнтропия (гиббсовская ёмкость для энтропии);
$ \Phi $потенциал Массье (Massieu);
$ Z = \sum_{j} e^{- \beta E_j} $частичная функция;
$ k $постоянная Больцмана.

Эта величина точно соответствует принятому в статистике и теории информации определению негэнтропии. Подобная физическая величина введена в 1869 М.Ф. Массье (М. F. Massieu) для изотермических процессов [12][13][14] (обе величины отличаются только знаком), а затем Планком для изотермических- изобарных процессов [15]. Недавно, термодинамический потенциал Массье-Планка (Massieu-Planck), известный также как "свободная энтропия", играющая большая роль в так называемой энтропийной формулировке статистической механики, [16] была применена среди других в молекулярной биологии[17] и в термодинамических неравновесных процессах[18].

Теория организации Править

Принцип максимума негэнтропииПравить

Принцип максимума негэнтропии, вдохновлённый теорией сознания[19].

СсылкиПравить

  1. Schrödinger Erwin What is Life - the Physical Aspect of the Living Cell, Cambridge University Press, 1944
  2. Brillouin, Leon: (1953) "Negentropy Principle of Information", /J. of Applied Physics/, v. 24:9, pp. 1152-1163
  3. Léon Brillouin La science et la théorie de l'information, Masson, 1959
  4. Mae-Wan Ho, What is (Schrödinger's) Negentropy?, Bioelectrodynamics Laboratory, Open university Walton Hall, Milton Keynes
  5. Бриллюэн Л. Научная неопределенность и информация. М.: Мир, 1966. с.34.
  6. http://www.cis.hut.fi/aapo/papers/NCS99web/node32.html Aapo Hyvärinen, Survey on Independent Component Analysis, node32: Negentropy, Helsinki University of Technology Laboratory of Computer and Information Science
  7. http://www.cis.hut.fi/aapo/papers/IJCNN99_tutorialweb/node14.html Aapo Hyvärinen and Erkki Oja, Independent Component Analysis: A Tutorial, node14: Negentropy, Helsinki University of Technology Laboratory of Computer and Information Science
  8. http://fourier.eng.hmc.edu/e161/lectures/ica/node4.html Ruye Wang, Independent Component Analysis, node4: Measures of Non-Gaussianity]
  9. P. Comon, Independent Component Analysis - a new concept?, Signal Processing, 36:287-314, 1994.
  10. http://www.fmrib.ox.ac.uk/analysis/techrep/tr01dl1/tr01dl1/tr01dl1.html Didier G. Leibovici and Christian Beckmann, An introduction to Multiway Methods for Multi-Subject fMRI experiment. FMRIB Technical Report, Oxford Centre for Functional Magnetic Resonance Imaging of the Brain (FMRIB), Department of Clinical Neurology, University of Oxford, John Radcliffe Hospital, Headley Way, Headington, Oxford, UK.
  11. http://www.ufn.ru/ufn39/ufn39_4/Russian/r394b.pdf Willard Gibbs, A Method of Geometrical Representation of the Thermodynamic Properties of Substances by Means of Surfaces, «Transactions of the Connecticut Academy», 382-404 (1873)
  12. Massieu, M. F. 1869a. Sur les fonctions caract6ristiques des divers fluides. C. R. Acad. Sci. LXIX:858-862.
  13. Massieu, M. F. 1869b. Addition au precedent memoire sur les functions caracteristiques. C. R. Acad. Sci. LXIX:1057-1061.
  14. Massieu, M. F. (1869), "Compt. Rend." 69 (858): 1057.
  15. Planck, M. 1945. Treatise on Thermodynamics. Dover, New York.
  16. Antoni Planes, Eduard Vives Entropic Formulation of Statistical Mechanics Entropic variables and Massieu-Planck functions 2000-10-24 Universitat de Barcelona
  17. http://www.biophysj.org/cgi/reprint/73/6/2960.pdf John A. Scheilman, Temperature, Stability, and the Hydrophobic Interaction, Biophysical Journal Volume 73 December 1997 2960-2964, Institute of Molecular Biology, University of Oregon, Eugene, Oregon 97403 USA
  18. http://arxiv.org/pdf/chao-dyn/9604008 Z. Hens and X. de Hemptinne, Non-equilibrium Thermodynamics approach to Transport Processes in Gas Mixtures, Department of Chemistry, Catholic University of Leuven, Celestijnenlaan 200 F, B-3001 Heverlee, Belgium
  19. http://www.helsinki.fi/~matpitka/nmp.html Matti Pitkänen, Negentropy Maximization Principle and TGD Inspired Theory of Consciousness, Department of Physics, Theoretical Physics Division, University of Helsinki, Finland.

См.такжеПравить