© Геннадий Федорович Вильдяйкин, 2018

ISBN 978-5-4493-9740-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Физика информации

Имеются различные понятия определения информации. Есть философские понятия информации, определение информации в широком смысле как понимают люди, в узком научном смысле какой ему придал Шеннон и другие подходы.

ГОСТ Р 50922—96 определяет информацию как сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления

Рассмотрим физическую модель информации. Введем понятие информация – физическое поле.

Физическим полем называется область пространства, где проявляют себя физические, достоверно зарегистрированные и точно измеренные силы. В рамках современной физики известны и изучены четыре вида материальных полей: гравитационное, электромагнитное – магнитное и/или электрическое, поля сильных взаимодействий – ядерное, слабых взаимодействий (Рис.1).

Имеются силовые поля в веществе и в средах, которые проявляются только при наличии материальной среды. К таким полям относятся: акустические, вибрационные, гидроакустические поля и др. Эти поля отсутствуют, если будет отсутствовать среда. Они характеризуются давлением, скоростью, ускорением и другими характеристиками.

Рассмотрим ряд элементарных примеров для понятия «информация – это поле».

Человек видит окружающий мир это отражение от объектов в видимом спектре электромагнитного поля. Восприятие или создание звука это акустическое поле. Электрический ток – движение заряженных частиц под действием электрического или электромагнитного поля. Передача и прием сообщений по каналам связи обеспечивается в различных частотных диапазонах электромагнитного поля.

Образец вооружения и военной техники. Пока он закрыт полностью – нет информации. Движение, работа, функционирование узлов, агрегатов все это создает физические поля, значит, есть информация.

Перемещение материальных частиц и тел, их информационное взаимодействие происходит в поле тяготении, в гравитационном поле.

Процессы в микромире происходят в полях сильных и слабых взаимодействий. Ряд примеров легко продолжить, но на каком конкретном случае мы бы ни остановились, принципы и идеи определяющие, раскрывающие физические процессы создания информации и ее отображения, везде оказываются одинаковыми – это физическое поле. Следовательно, физическое поле как и информация, существует независимо от того воспринимается или регистрируется кем то или чем то.

Физическое поле это особый вид материи. Материя – объективная реальность, данная нам в ощущениях. Считается, что материя существует либо в виде вещества, либо в виде поля.

Основное отличие поля от тел или частиц заключается в том, что оно локализовано в пространстве. Для описания состояния частицы требуется задать ограниченное число параметров равное числу степеней свободы. (Для материальной точки это радиус-вектор r, задаваемый тремя проекциями на оси координат).

Чтобы знать параметры поля в любой точке пространства нужно задать закон, по которому меняется поле в пространстве и начальные параметры. Поле проявляется в силовом воздействии на тела или частицы (действует сила F). Одной из важных количественных характеристик поля, является напряженность. Напряженность поля определяется как отношение силы, действующей на тело, к величине той количественной характеристики, которая участвует в создании поля и определяется полем, поэтому напряженность называют силовой характеристикой поля. Существенно, что напряженность поля является векторной величиной, так же как и сила, через которую она определяется. Таким образом, поле задано, если в каждой точке пространства известна его напряженность.

Рис.1 – Структура физических полей, информация, направление защиты.

Создание, формирование поля, его распространение, регистрация, прием, измерение характеристик поля и преобразованного поля в электрический сигнал для отображения информации – этот физическая суть создании и получение информации.

Если использовать конструктивный подход к понятию информации и рассматривать понятие «информация» как объект защиты, то этот объект будет описываться меньшим числом факторов, свойств, признаков.

Поэтому целесообразно информацию представить в виде многообразия физических полей, которые отражают среду переноса проявления источников информации, но не сущность информации.

Физические поля (информация) формируются, создаются природой, техническими системами, средствами (ТС), биологическими объектами.

Технические средства имеют так называемые техногенные физические поля. Эти поля несут данные, сведения, как о самом техническом средстве, так и о содержание сведений, которые циркулирует в техническом средстве (например, речевое сообщение в средствах связи, сведения в видеосистемах, в ЭВМ и др.)

Информация – это не только физическое поле определенного вида, но это и так называемые поля взаимодействия электромагнитных полей, поля взаимодействия электромагнитных и акустических полей. При этом наблюдается два вида взаимодействий суперпозиция полей, волн и нелинейные взаимодействия (Рис.1).

Принцип суперпозиции. В общем случае, принцип суперпозиции – это допущение, согласно которому результирующий эффект сложного процесса воздействия эквивалентен сумме эффектов от каждого воздействия в отдельности. Разумеется, это определение предполагает, что эффекты не влияют друг на друга.

Сформулированный принцип справедлив, если система описывается линейными уравнениями. Слабое гравитационное поле с хорошей точностью подчиняется принципу суперпозиции. Для ряда случая электромагнитных полей принцип суперпозиции применим к системе, описываемой нелинейными уравнениями, т.е. меняющейся под действием внешних эффектов, принцип суперпозиции неприменим. Примером нарушения принципа суперпозиции может служить магнитное поле в ферромагнетике. Другой пример – свет (сильное световое поле) в среде. Такое поле может генерировать в среде за счет нелинейного взаимодействия с ней свет на длине волны в два, три или более раз меньшей.

Сильное гравитационное поле не подчиняется принципу суперпозиции, поскольку оно описывается нелинейными уравнениями Эйнштейна. Разделы физики, которые изучают явления, в которых нарушается принцип суперпозиции, обычно называют нелинейными. Например, нелинейная оптика.

В математической модели будут рассмотрены слабые гравитационные, электромагнитные, акустические поля, к которым принцип суперпозиции применим. В дальнейшем рассмотрим суперпозицию, и взаимодействия таких полей: электромагнитного поля (ЭМП), электрического поля (ЭП), магнитного поля (МП), гидроакустического поля (ГАП), акустического поля (АПВ), вибрационного поля (ВП). Примером такого взаимодействия может являться любое излучение акустическое или электромагнитное, в реальных условиях распространения при отражениях.