Інформація в живій та неживій природі. Інформаційні процеси у живій природі, суспільстві, техніці. Інформаційні процеси у живій природі презентація

Чи є інформація у неживій природі, якщо не брати до уваги різноманітну техніку, створену людиною? Відповідь це питання залежить від визначення самого поняття. Значення терміну "інформація" протягом історії людства неодноразово доповнювалося. На визначення впливало розвиток наукової думки, прогрес технологій і накопичений століттями досвід. Інформація в неживій природі можлива, якщо розглядати це з точки зору загальної термінології.

Один із варіантів визначення поняття

Інформація у вузькому значенні - це повідомлення, передане у вигляді того чи іншого сигналу від людини до людини, від людини до автомата або від автомата до автомата, а також у рослинному та тваринному світі від особи до особи. За такого підходу її існування можливе лише у живої природі чи соціотехнічних системах. До них у тому числі можна віднести такі приклади інформації в неживій природі в археології, як наскельні малюнки, глиняні таблички і таке інше. Носій відомостей у цьому випадку — предмет, який явно не відноситься до живої матерії або техніки, проте без допомоги тієї ж людини дані не були б зафіксовані і збережені.

Суб'єктивний підхід

Існує ще один спосіб суб'єктивна за природою і виникає лише у свідомості людини, коли він наділяє навколишні предмети, події і так далі якимсь змістом. Ця ідея має цікаві логічні наслідки. Виходить, якщо немає людей — немає і відомостей, ніде, зокрема, відсутня й інформація в неживій природі. Інформатика в такому варіанті визначення стає наукою про суб'єктивний, але не реальний світ. Втім, не глибоко зариватимемося в цю тему.

Загальне визначення

У філософії інформація окреслюється нематеріальна форма руху. Вона властива будь-якому об'єкту, оскільки він має певний сенс. Неподалік цього визначення йде і фізичне розуміння терміна.

Одне з основних понять у науковій картині світу – енергія. Нею обмінюються всі матеріальні об'єкти, причому постійно. Зміна початкового стану одного з них викликає зміни в іншому. У фізиці такий процес сприймається як передача сигналу. Сигнал, по суті, теж повідомлення, передане одним предметом та отримане іншим. Це є інформація. Відповідно до такого визначення, відповідь на задане на початку статті питання однозначно позитивне. Інформація в неживій природі - це різноманітні сигнали, що передаються від одних об'єктів до інших.

Другий закон термодинаміки

Коротше і точніше визначення: інформація — це міра упорядкованості системи. Тут варто згадати один із них. Відповідно до другого початку термодинаміки, замкнуті системи (це такі, які не взаємодіють ніяк з навколишнім середовищем) завжди переходять з упорядкованого стану в хаотичний.

Для прикладу проведемо уявний експеримент: помістимо в одній половині замкнутої посудини газ. Через деякий час він заповнить весь наданий обсяг, тобто перестане бути впорядкованим тією мірою, якою був. При цьому інформація у системі зменшиться, оскільки вона є мірою упорядкованості.

Інформація та ентропія

Варто зазначити, що в сучасному розумінні Всесвіт не є замкнутою системою. Для неї характерні процеси ускладнення структури, що супроводжуються підвищенням упорядкованості, а отже, і кількості інформації. Згідно з теорією Великого вибуху, так було з моменту утворення Всесвіту. Першими з'явилися елементарні частинки, потім молекули та більші сполуки. Пізніше почали формуватись зірки. Усі ці процеси характеризуються упорядкуванням структурних елементів.

З цими нюансами тісно пов'язане прогнозування майбутнього Всесвіту. Згідно з другим законом термодинаміки, на неї очікує теплова смерть внаслідок зростання ентропії, величини, протилежної інформації. Її можна визначити як міру невпорядкованості системи. каже, що у замкнутих системах ентропія завжди зростає. Однак сучасні знання не можуть дати точної відповіді на питання, наскільки він застосовний до всього Всесвіту.

Особливості інформаційних процесів у неживій природі у замкнутій системі

Усі приклади інформації у неживій природі поєднані загальними особливостями. Це одноступінчастість процесів, відсутність мети, втрата кількості джерела при зростанні в приймачі. Розглянемо ці властивості докладніше.

Інформація в неживій природі є мірою свободою енергії. Інакше кажучи, вона характеризує здатність системи здійснити роботу. За відсутності зовнішнього впливу щоразу під час здійснення хімічної, електромагнітної, механічної чи іншої роботи відбувається незворотна втрата вільної енергії, а разом із і інформації.

Особливості інформаційних процесів у неживій природі у відкритій системі

При зовнішньому впливу система може отримати інформацію або її частину, втрачену іншою системою. При цьому в першій з'явиться кількість вільної енергії, достатня, щоб зробити роботу. Хороший приклад — намагнічування про феромагнетиків (речовин, здатних за певних умов бути намагніченими за відсутності зовнішнього магнітного поля). Вони набувають подібних властивостей в результаті удару блискавки або в присутності інших магнітів. Намагнічування стає фізичним виразом придбання системою деякої кількості інформації. Роботу в цьому прикладі здійснюватиме магнітне поле. у цьому випадку одноступінчасті та не мають мети. Остання властивість більше за інших відрізняє їх від аналогічних явищ у живій природі. Окремі фрагменти, наприклад, процесу намагнічування не мають жодних глобальних цілей. У разі живої матерії така мета є — синтез біохімічного продукту, передача спадкового матеріалу і так далі.

Закон незростання інформації

Ще одна особливість у неживій природі полягає в тому, що зростання інформації в приймачі завжди пов'язане із втратою її в джерелі. Тобто у системі без зовнішнього впливу кількість інформації ніколи не збільшується. Це становище є наслідком закону невтрати ентропії.

Слід зазначити, деякі учені розглядають інформацію та ентропію як тотожні поняття зі зворотним знаком. Перша є мірою упорядкованості системи, а друга — хаотичності. З такої точки зору інформація стає негативною ентропією. Однак такої думки дотримуються далеко не всі дослідники проблеми. Крім того, слід відрізняти ентропію термодинамічну та інформаційну. Вони є частиною різних наукових знань (фізики та теорії інформації відповідно).

Інформація у мікросвіті

Вивчає тему «Інформація у неживій природі» 8 клас школи. Учні на цей момент ще мало знайомі з квантовою теорією у фізиці. Проте вже знають, що матеріальні об'єкти можна поділити на макро- та мікросвіт. Останній є такий рівень матерії, де існують електрони, протони, нейтрони та інші частинки. Тут закони класичної фізики найчастіше непридатні. Тим часом, інформація існує і в мікросвіті.

Не будемо заглиблюватися в квантову теорію, але відзначити кілька моментів все ж таки варто. У мікросвіті як такої ентропії немає. Однак і на цьому рівні при взаємодії частинок відбуваються втрати вільної енергії, тієї самої, яка необхідна для роботи будь-якою системою і мірою якої є інформація. Якщо зменшується вільна енергія, зменшується інформація. Тобто в мікросвіті закон незростання інформації також дотримується.

Жива та нежива природа

Будь-які приклади інформації з інформатики, що вивчаються у восьмому класі і не мають відношення до техніки, об'єднані відсутністю мети, для досягнення якої інформація зберігається, переробляється і передається. Для живої матерії все інакше. У разі живих організмів існує основна мета та проміжні. У результаті весь процес отримання, обробки, передачі та зберігання інформації необхідний передачі спадкового матеріалу нащадкам. Проміжними цілями є його збереження за допомогою різних біохімічних і поведінкових реакцій, до яких можна віднести, наприклад, підтримання гомеостазу і орієнтаційне поведінка.

Приклади інформації в неживій природі говорять про відсутність таких властивостей. Гомеостаз, до речі, мінімізує наслідки закону незростання інформації, що призводить до руйнування об'єкту. Наявність чи відсутність описаних цілей — одна з головних відмінностей живої та неживої природи.

Отже, можна знайти безліч прикладів на тему «інформація у неживій природі»: картинки на стінах древніх печер, робота комп'ютера, зростання кристалів гірського кришталю тощо. Однак, якщо не брати до уваги відомості, створені людиною (різні зображення тощо) та техніку, об'єкти неживої природи сильно відрізняються за властивостями інформаційних процесів, що протікають у них. Перерахуємо їх ще раз: одноступінчастість, незворотність, відсутність мети, неминуча втрата інформації у джерелі під час передачі її приймачеві. Інформація у неживій природі окреслюється міра упорядкованості системи. У замкнутій системі за відсутності зовнішнього впливу тієї чи іншої дотримується закон незростання інформації.

Інформація у неживій природі У фізиці, яка вивчає неживу природу, інформація є мірою упорядкованості системи за шкалою «хаос порядок». Один із основних законів класичної фізики стверджує, що замкнуті системи, в яких відсутній обмін речовиною та енергією з навколишнім середовищем, прагнуть з часом перейти з менш ймовірного впорядкованого стану до найбільш ймовірного хаотичного стану.

Наприклад, якщо одну половину замкнутого посудини помістити газ, через деякий час у результаті хаотичного руху молекули газу рівномірно заповнять всю посудину. Відбудеться перехід із менш ймовірного впорядкованого стану в більш ймовірний хаотичний стан, і інформація, яка є мірою упорядкованості системи, у цьому випадку зменшиться. Порядок Хаос

Однак сучасна наука встановила, що деякі закони класичної фізики, справедливі для макротіл, не можна застосовувати для мікро- та мегасвіту. Відповідно до сучасних наукових уявлень, наш Всесвіт є динамічно розвивається, в якій постійно відбуваються процеси ускладнення структури.

Таким чином, з одного боку, у неживій природі у замкнутих системах йдуть процеси у напрямку від порядку до хаосу (у них інформація зменшується). З іншого боку, у процесі еволюції Всесвіту в мікро- і мегасвіті виникають об'єкти з дедалі складнішою структурою і, отже, інформація, що є мірою упорядкованості елементів системи, зростає.

Згідно з теорією Великого вибуху, Всесвіт утворився близько 15 мільярдів років тому в результаті вибуху першоматерії. У перші миті матерія існувала фактично у формі енергії, а потім протягом часток секунди почала утворюватися речовина у формі елементарних частинок (електронів, протонів, нейтронів та ін.).

Наступного мільйона років основні події розвивалися в мікросвіті. З елементарних частинок, що розлітаються на всі боки, утворювалися атоми, тобто з хаосу виникали системи з більш складною структурою. Спочатку виникли атоми найлегших хімічних елементів (водню та гелію), а потім і важчих елементів.

У мегасвіті протягом наступних мільярдів років під впливом сил гравітаційного тяжіння з хаосу гігантських хмар пилу й газу формувалися складні структури галактики. Наша Сонячна система, до якої входить планета Земля, утворилася близько 5 мільярдів років тому і разом із сотнями мільйонів інших зірок утворює нашу галактику Чумацький Шлях.

Інформація у фізиці Інформація (антіентропія) є мірою упорядкованості та складності системи. У міру збільшення складності системи величина ентропії зменшується і величина інформації збільшується. Процес збільшення інформації характерний для відкритих, що обмінюються речовиною та енергією з навколишнім середовищем, систем живої природи, що саморозвиваються.

Інформація у живій природі Приблизно 3,5 мільярда років тому на Землі виникло життя. З того часу йде саморозвиток, еволюція живої природи, тобто підвищення складності та різноманітності живих організмів. Живі системи (одноклітинні, рослини і тварини) є відкритими системами, оскільки споживають із довкілля речовину і енергію і викидають у ній продукти життєдіяльності також як речовини й енергії.

Живі системи у процесі розвитку здатні підвищувати складність своєї структури, т. е. збільшувати інформацію, яку розуміють як міру упорядкованості елементів системи. Так, рослини у процесі фотосинтезу споживають енергію сонячного випромінювання та будують складні органічні молекули з «простих» неорганічних молекул.

Тварини підхоплюють естафету збільшення складності живих систем, поїдають рослини та використовують рослинні органічні молекули як будівельний матеріал при створенні ще більш складних молекул. Біологи образно кажуть, що «живе живиться інформацією», створюючи, накопичуючи та активно використовуючи інформацію.

Інформаційні сигнали Нормальне функціонування живих організмів неможливе без отримання та використання інформації про довкілля. Доцільна поведінка живих організмів будується з урахуванням отримання інформаційних сигналів. Інформаційні сигнали можуть мати різну фізичну чи хімічну природу. Це звук, світло, запах та ін.

Виживання популяцій тварин багато в чому ґрунтується на обміні інформаційними сигналами між членами однієї популяції. Інформаційний сигнал може бути виражений у різних формах: позах, звуках, запахах і навіть спалахах світла (ними обмінюються світлячки та деякі глибоководні риби).

генетична інформація. Однією з основних функцій живих систем є розмноження, тобто створення організмів цього виду. Відтворення собі подібних забезпечується наявністю в кожній клітині організму генетичної інформації, що передається у спадок.

Генетична інформація є набір генів, кожен із яких «відповідає» за певні особливості будови та функціонування організму. При цьому «діти» не є точними копіями своїх батьків, тому що кожен організм має унікальний набір генів, які визначає відмінності в будові та функціональних можливостях.

Використані ресурси Угрінович Н.Д. Інформатика та інформаційні технології.

1. Інформаційні процеси. 2. Інформаційні процеси у природі. 3. Людина як інформаційний процесор. Сприйняття, запам'ятовування та обробка інформації людиною, межі чутливості та роздільної здатності органів чуття, логарифмічні шкали сприйняття. 4. Інформаційні процеси у технічних пристроях. Основні питання теми:

Інформаційний процес Інформація не існує сама по собі. Вона проявляється у інформаційних процесах. Інформація не існує сама по собі. Вона проявляється у інформаційних процесах. Процес - послідовна зміна станів об'єкта внаслідок здійснених дій. Процес – послідовна зміна станів об'єкта внаслідок здійснених дій.

Інформаційний процес Процеси, мета яких знайти, передати, зберегти чи змінити інформацію, називають інформаційними процесами Процеси, мета яких знайти, передати, зберегти чи змінити інформацію, називають інформаційними процесами А А носій В

Генетична інформація Багато в чому визначає будову та розвиток живих організмів та передається у спадок. Зберігається генетична інформація у структурі молекул ДНК. Молекули ДНК складаються із чотирьох різних складових (нуклеотидів), які утворюють генетичний алфавіт. Багато в чому визначає будову та розвиток живих організмів і передається у спадок. Зберігається генетична інформація у структурі молекул ДНК. Молекули ДНК складаються із чотирьох різних складових (нуклеотидів), які утворюють генетичний алфавіт.

ПИТАННЯ 3. Людина як інформаційний процесор. Сприйняття, запам'ятовування та обробка інформації людиною, межі чутливості та роздільної здатності органів чуття, логарифмічні шкали сприйняття. Людина як інформаційний процесор. Сприйняття, запам'ятовування та обробка інформації людиною, межі чутливості та роздільної здатності органів чуття, логарифмічні шкали сприйняття.

Людина отримує інформацію про зовнішній світ за допомогою своїх органів чуття. Людина отримує інформацію про зовнішній світ за допомогою своїх органів чуття. близько 90% інформації людина отримує за допомогою органів зору (візуальний), близько 90% інформації людина отримує за допомогою органів зору (візуальний), приблизно 9% - за допомогою органів слуху (аудіальний) приблизно 9% - за допомогою органів слуху (аудіальний) і лише 1% з допомогою інших органів чуття (нюху, смаку, дотику). і лише 1% з допомогою інших органів чуття (нюху, смаку, дотику). Слід зазначити, що органи чуття людини отримали назву аналізаторів, оскільки саме через ці органи інформація потрапляє в головний мозок. А ось, наприклад, для лисиці, собаки та багатьох інших тварин основна інформація та, що надходить через ніс. У них добре розвинений нюх. Для кажанів головна інформація – звукова, вони сприймають її своїми великими, чуйними вухами.

Закон Вебера-Фехнера: відчуття змінюється пропорційно до логарифму подразника. Людські органи почуттів (у всякому разі зір і слух) мають одну логарифмічну шкалу чутливості. Це випливає з того, що органи почуттів сприймають зміну сигналу (світлового або акустичного) пропорційно до поточного рівня сигналу. У спокої, тиші чи темряві ми можемо розрізнити найменший шарудіння або пучок світла в кілька фотонів. Але в той самий час на світлі або в галасливому приміщенні сприйнятливість органів чуття різко падає. Це легко виразити математично: dA = dx/х, де А - наша сприйнятливість сигналу х Звідси A = ln(x) (коефіцієнт пропорційності опущений).

Рівень гучності звуку прийнято вимірювати децибелах (дБ). Чутливість людського вуха відповідає логарифмічній шкалі, тому децибел визначається таким чином, що збільшення звуку на десять децибелів відповідає десятикратному збільшенню енергії звуку, а на слух звук стає вдвічі гучнішим. За інших рівних умов людське вухо по-різному сприймає звуки різної частоти. Один дБ - це найменша зміна гучності звуку, що розрізняється на слух (= 1 фон). Наші органи слуху не сприймають звуки слабші за 0 дБ, а больовий поріг становить близько 120 дБ. Рівень гучності звуку прийнято вимірювати децибелах (дБ). Чутливість людського вуха відповідає логарифмічній шкалі, тому децибел визначається таким чином, що збільшення звуку на десять децибелів відповідає десятикратному збільшенню енергії звуку, а на слух звук стає вдвічі гучнішим. За інших рівних умов людське вухо по-різному сприймає звуки різної частоти. Один дБ - це найменша зміна гучності звуку, що розрізняється на слух (= 1 фон). Наші органи слуху не сприймають звуки слабші за 0 дБ, а больовий поріг становить близько 120 дБ.

ОБМІН ІНФОРМАЦІЇ ЗБЕРІГАННЯ ІНФОРМАЦІЇ ОБРОБКА ІНФОРМАЦІЇ містить два моменти: прийом інформації та передача. Прийом (сприйняття) людиною інформації може відбуватися як у образній, і у знаковій формі. Передача - найчастіше у знаковій формі якоюсь мовою. здійснюється людиною або пам'яті (оперативна інформація), або зовнішніх носіях (зовнішня). Як приклади можна навести збереження інформації на дошці, зошити, на касетах і т.д. У пам'яті людини інформація може зберігатися у будь-якій формі, на зовнішніх носіях – лише у знаковій. виробляється людиною "розуміється", або з використанням різних технічних засобів (вимірювальних приладів, калькуляторів, комп'ютерів і т.п.) Образна форма пов'язана з наявністю у людини п'яти органів почуттів: зір, слух, смак, нюх і дотик. ОБРАЗНА ФОРМА - це ідеальна форма сприйняття людиною предметів та явищ навколишнього матеріального світу. Знакова форма тісно пов'язана з поняттям мови. МОВА – знакова система подання інформації, це засіб обміну інформацією.

Сигнал – спосіб передачі. Сигнал – фізичний процес, має інформаційне значення. Він може бути безперервним чи дискретним. Сигнал – фізичний процес, має інформаційне значення. Він може бути безперервним чи дискретним. Аналоговий сигнал - сигнал, що безперервно змінюється по амплітуді і в часі (напруга, струм, що плавно змінюється, або температура). Аналоговий сигнал - сигнал, що безперервно змінюється по амплітуді і в часі (напруга, струм, що плавно змінюється, або температура). Сигнал називається дискретним, якщо може приймати лише кінцеве число значень у кінцевому числі моментів часу (дискретний – не безперервний). Сигнал називається дискретним, якщо може приймати лише кінцеве число значень у кінцевому числі моментів часу (дискретний – не безперервний).

Сигнали, що несуть текстову, символічну інформацію, дискретні. Аналогові сигнали використовують, наприклад, у телефонному зв'язку, радіомовленні, телебаченні. Дискретні сигнали Сигнали світлофора Сигнали світлофора Сигнали, що несуть текстову інформацію (літери, слова, речення, символи) Сигнали, що несуть текстову інформацію (літери, слова, речення, символи) Телеграфна азбука Морзе Аналогові сигнали Зміна швидкості автомобіля Зміна швидкості автомобіля Вологість повітря Вологість повітря , що розвивається мікрофоном при розмові перед ним, співі або грі на музичних інструментах Напруга, що розвивається мікрофоном при розмові перед ним, співі або грі на музичних інструментах Кардіограма Кардіограма

Аналогові сигнали можуть бути представлені у дискретному (цифровому) вигляді. Пояснимо це з прикладу. На малюнку зображено температурну криву, викреслену термометром – самописцем, 15 липня на березі річки Цни. Розглядаючи графік, можна дійти невтішного висновку у тому, що температура протягом доби змінилася від +1200С до +2400С. Чи можна цю інформацію, отриману в безперервній (аналоговій) формі, подати у вигляді окремих значень, таблицею, тобто у дискретній формі? Занесемо до таблиці значення температури на кінець кожної години. Легко помітити, що таблиця дає неточну картину процесу: наприклад, найвищу температуру досягнуто між 14 і 15 годинами. Зрозуміло, що таблицю можна поліпшити, якщо занести до неї значення температури, що спостерігаються кожні півгодини. Година 1 2 … …24 t C 15 12,3 … 21, …16 t C 15 12,3 … 21, …16 Вибір часового інтервалу називають тимчасовим кроком дискретизації, а сам процес представлення будь-якої величини у вигляді послідовного ряду її окремих (Дискретних) значень називають дискретизацією.

Сигнали, що передаються в електричній формі, мають безліч переваг: не вимагають рухомих механічних пристроїв, повільних і схильних до поломок; не вимагають рухомих механічних пристроїв, повільних і схильних до поломок; швидкість передачі електричних сигналів наближається до максимально можливої ​​швидкості світла; швидкість передачі електричних сигналів наближається до максимально можливої ​​швидкості світла; електричні сигнали легко обробляти, порівнювати та перетворювати за допомогою електронних пристроїв, що відрізняються надзвичайно високою швидкодією. електричні сигнали легко обробляти, порівнювати та перетворювати за допомогою електронних пристроїв, що відрізняються надзвичайно високою швидкодією.

Спостереження Спілкування Читання Перегляд прослуховування робота в бібліотеках, архівах; Запит до інформаційних систем, баз і банків даних; Інші методи. Спостереження Спілкування Читання Перегляд прослуховування робота в бібліотеках, архівах; Запит до інформаційних систем, баз і банків даних; Інші методи. Ручний Автоматизований Ручний Автоматизований Методи пошуку Пошук інформації – це вилучення інформації, що зберігається.

Занесення нових записів до телефонної книжки Збір комах для колекції Щоденне вимірювання температури повітря тощо. Вирішення будь-якого завдання починається зі збору інформації. Занесення нових записів до телефонної книжки Збір комах для колекції Щоденне вимірювання температури повітря тощо. Вирішення будь-якого завдання починається зі збору інформації.

Джерело Приймач Органи почуттів – біологічні канали людини Технічні канали зв'язку: телефон, радіо та ін. Характеристики: швидкість передачі, пропускна здатність, захист від шуму Точне або наближене відтворення отриманої інформації в іншому місці називається передачею інформації. КУ ДКУ Перешкоди, шум Канал зв'язку

Канал зв'язку - сукупність технічних пристроїв, що забезпечують передачу сигналу джерела до одержувача. Кодуючий пристрій (КУ)- пристрій, призначений для перетворення вихідного повідомлення джерела інформації до зручного виду передачі. Декодуючий пристрій (ДКУ) - пристрій для перетворення кодованого повідомлення у вихідне.

Обробка Без застосування технічних засобів («в умі») Без застосування технічних засобів («в умі») Із застосуванням технічних засобів (в т.ч. на ПК) Із застосуванням технічних засобів (в т.ч. на ПК) Види обробки: математичні обчислення; логічні міркування; пошук; структурування; кодування. Правила обробки: алгоритми Види обробки: математичні обчислення; логічні міркування; пошук; структурування; кодування. Правила обробки: алгоритми -перетворення інформації з одного виду в інший, що здійснюється за суворими формальними правилами.

ВХІДНА ТА ВИХІДНА ІНФОРМАЦІЯ Вхідна інформація - інформація про об'єкти, які отримує людина або пристрій. Вихідна інформація - інформація, яка у результаті перетворення людиною чи пристроєм вхідний інформації. Вхідна інформація Вихідна інформація Методи захисту Захистом інформації називається запобігання: доступу до інформації особам, які не мають відповідного дозволу (несанкціонований, нелегальний доступ); ненавмисного чи недозволеного використання, зміни чи руйнування інформації. Захистом інформації називається запобігання: доступу до інформації особам, які не мають відповідного дозволу (несанкціонований, нелегальний доступ); ненавмисного чи недозволеного використання, зміни чи руйнування інформації.