Информация в живой и неживой природе

В физике, которая изучает неживую природу, информа­ция является мерой упорядоченности системы по шкале «хаос — порядок». Один из основных законов классической физики утверждает, что замкнутые системы, в которых от­сутствует обмен веществом и энергией с окружающей сре­дой, стремятся с течением времени перейти из менее вероят­ного упорядоченного состояния в наиболее вероятное хаотическое состояние.

Например, если в одну половину замкнутого сосуда по­местить газ, то через некоторое время в результате хаотиче­ского движения молекулы газа равномерно заполнят весь сосуд. Произойдет переход из менее вероятного упорядочен­ного состояния в более вероятное хаотическое состояние, и информация, которая является мерой упорядоченности сис­темы, в этом случае уменьшится.

В соответствии с такой точкой зрения физики в конце XIX века предсказывали, что нашу Вселенную ждет «тепло­вая смерть», т. е. молекулы и атомы со временем равномер­но распределятся в пространстве и какие-либо изменения и развитие прекратятся.

Однако современная наука установила, что некоторые законы классической физики, справедливые длямакротел, нельзя применять для микро- и мегамира. Согласно совре­менным научным представлениям, наша Вселенная являет­ся динамически развивающейся системой, в которой посто­янно происходят процессы усложнения структуры.

Таким образом, с одной стороны, в неживой природе в замкнутых системах идут процессы в направлении от поряд­ка к хаосу (в них информация уменьшается). С другой сто­роны, в процессе эволюции Вселенной в микро- и мегамире возникают объекты со все более сложной структурой и, сле­довательно, информация, являющаяся мерой упорядочен­ности элементов системы, возрастает.

Согласно теории Большого взрыва, Вселенная образо­валась около 15 миллиардов лет назад в результате взрыва «первоматерии». В первые мгновения материя существовала фактически в форме энергии, а затем на протяжении долей секунды начало образовываться ве­щество в форме элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и др.).

В следующий миллион лет основные события развива­лись в микромире. Из разлетающихся во все стороны элементарных частиц образовывались атомы, т. е. из хаоса возникали системы с более сложной структурой. Сначала возникли атомы самых легких химических элементов (водорода и гелия), а затем — и более тяжелых элементов.

В мегамире в течение последующих миллиардов лет под действием сил гравитационного притяжения из ха­оса гигантских облаков пыли и газа формировались сложные структуры — галактики. Наша Солнечная система, в которую входит планета Земля, образова­лась около 5 миллиардов лет назад и вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный Путь (рис. 1.2).

На поверхности планет стали происходить химические реакции, в результате которых из атомов образовыва­лись более сложные системы — молекулы веществ. В том числе молекула воды, которая состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 1.3).

Примерно 3,5 миллиарда лет назад на Земле возникла жизнь. С тех пор идет саморазвитие, эволюция живой природы, т. е. повышение сложности и разнообразия живых организмов. Живые системы (одноклеточные, расте­ния и животные) являются открытыми системами, так как потребляют из окружающей среды вещество и энергию и выбрасывают в нее продукты жизнедеятельности также в виде вещества и энергии.

Живые системы в процессе развития способны повы­шать сложность своей структуры, т. е. увеличивать инфор­мацию, понимаемую как меру упорядоченности элементов системы. Так, растения в процессе фотосинтеза потребляют энергию солнечного излучения и строят сложные органиче­ские молекулы из «простых» неорганических молекул.

Животные подхватывают эстафету увеличения сложнос­ти живых систем, поедают растения и используют расти­тельные органические молекулы в качестве строительного материала при создании еще более сложных молекул.

Биологи образно говорят, что «живое питается инфор­мацией», создавая, накапливая и активно используя ин­формацию.

Нормальное функциониро­вание живых организмов невозможно без получения и ис­пользования информации об окружающей среде. Целесооб­разное поведение живых организмов строится на основе получения информационных сигналов. Информационные сигналы могут иметь различную физическую или химичес­кую природу. Это звук, свет, запах и др.

Даже простейшие одноклеточные организмы (например, амеба) постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования.

Выживание популяций животных во многом базируется на обмене информационными сигналами между членами одной популяции. Информационный сигнал может быть вы­ражен в различных формах: позах, звуках, запахах и даже вспышках света (ими обмениваются светлячки и некоторые глубоководные рыбы).