Юзвишин И.И. - Основы информациологии - 2000

света, и массы микрочастиц, близкие к нулю, в механике Ньютона не имеют описания. Релятивистская квантовая механика (СТО и ОТО Эйнштейна) и ее основоположники Планк, Бор, Гейзенберг, Шрединберг, Борн и др. частично решили проблему обобщения классической механики на случай скоростей, близких к скорости света, и масс частиц, близких к нулю. Однако это обобщение рассматривает лишь квантовый характер поведения микрочастиц, логически описанный и математически формализованный на случай ограниченной области энергетического (крайнего, граничного) проявления микроявлений. Квантовая механика совершенно не рассматривает детерминированную непрерывность информациогенных процессов микромира, которые являются основой (причиной) квантовых (крайних, граничных) энергетических явлений, как следствий континиумных информациогенных процессов во Вселенной.

На основании изложенного в настоящей главе материала сделаем следующий весьма важный вывод. Доинформациологическая физика рассматривала

159

все процессы и явления на основании природы, т.е. рождения и образования тех или иных элементарных частиц, атомов, молекул и т.д. Информациологической физике предстоит пересмотреть свои принципы природы (земных условий), в основе которых заложены материалистические подходы, сдерживающие рассмотрение физикой не только материального мира (как частного случая), но мира вакуума, информации и таким образом Вселенной в целом.

Если физика станет на позиции генерализационно-единого информацио-логического подхода, оставив материалистический подход, как частный случай, и начнет рассматривать все явления и процессы не с позиций сил, действия, взаимодействия, энергии, противодействия, энергодействия и т.д. и т.п., а с позиции вакуума, его информационно-математических нульматериальных точек, их самоотношений, конформных самоотображений, соотношений, взаимоотношений и т.д., то дальнейший прогресс в познании Вселенной и раскрытии ее тайн физике обеспечен.

160

1 Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М., 1987.

1 Окунь Л.Б. α,γ,β...Z. M., 1985. С. 19.

** Стоцкий Л.Р. Физические величины и их единицы. М., 1984. С. 168. 1 Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитания, т. 1, М., 1977. С. 71.

154 :: 155 :: 156 :: 157 :: 158 :: 159 :: 160 :: Содержание

161 :: 162 :: Содержание

Глава V Информациологическая химия

5.1. Информациологическая сущность химии и химических процессов

В настоящее время однозначного мнения о происхождении слова химия нет. Однако современное значение химии происходит от латинского слова chimia и фактически является общепринятым во всем мире. Химия (область естествознания) - это наука о веществах, их составах, строениях, свойствах и законах превращения одних веществ в другие.

Ввиду того, что в химии определилось много научных направлений, например, физхимия, химфизика и т.д., дадим информациологические определения физических и химических процессов.

Физическим процессом мы будем называть такой процесс, который приводит к механическому взаимодействию тел и к изменению (физических свойств) агрегатного (твердого, жидкого, газообразного) состояния веществ (тела), его цвета, запаха, плотности, температуры кипения или плавления, электропроводимости или теплопроводимости, но не приводит к изменению его химического состава.

Химическим процессом (реакцией) называется такая химическая реакция, при которой происходит изменение состава, структуры и физических или химических свойств вещества (тела), а также превращение одних веществ в другие с изменением структуры молекул, но без изменения атомов, в результате чего образуется одно или несколько новых веществ.

Кроме перечисленных выше физических свойств вещества (тела) отличаются химические свойства, определяемые взаимодействиями или невзаимодействиями веществ. Например, водород обладает следующими химическими свойствами: он вступает в реакцию только при большой энергии; при обычных температурах вступает в реакцию только с очень активными металлами; с другими металлами и неметаллами водород ступает в реакцию при повышенной температуре или освещении. Химические свойства воды, например, заключаются в том, что она реагирует (вступает в реакцию) со многими активными металлами при обычных температурах, а с менее активными металлами вода реагирует (соединяется) при высоких температурах. Химические изменения (процессы) всегда вызывают физические изменения в природе.

161

Изложенный выше краткий анализ химических явлений позволяет сделать следующие информациологические выводы. Все химические процессы (реакции) и свойства веществ - это исключительно относительные (информационные) явления природы и относительные понятия в науке, т.е. не было бы отношения (информации), например, одного вещества с другим веществом, - не было бы образования одного или нескольких новых веществ. Следовательно, химия, как одна из фундаментальных наук, своей практической стороной как нельзя прекрасно подтверждает основные законы информациологии. Действительно, без отношений атомов, молекул и, таким образом, веществ между собой не будет никаких химических процессов, потому что отношения веществ – это информация между ними и информация одному веществу о другом веществе и наоборот. Очевидно, что все химические процессы и свойства веществ (тел), молекул и атомов имеют единую фундаментальную информационную основу: есть информация - есть процесс, есть свойства; нет информации - нет процесса, нет свойств.

162

161 :: 162 :: Содержание

162 :: 163 :: Содержание

5.2. Информациологическая сущность законов химии1

Как было показано в предыдущем параграфе, все химические процессы и свойства веществ имеют исключительно информационное начало. Очевидно, и все законы химии, теоретически и экспериментально доказанные, были открыты их открывателями безусловно только на основе проанализированной и обобщенной информации о тех или иных химических процессах, имеющих место в природе и в практике человеческой деятельности. Так, закон сохранения массы вещества, открытый М.В. Ломоносовым в 1748 г. и А. Лавуазье в 1789 г., говорит о том, что масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся после реакции. На примере этого закона очень хорошо видно, что, только получив неоднократную информацию (знание) в процессе экспериментов и обобщив ее, стало возможным сформулировать закон сохранения массы вещества. Мы знаем, что каждое вещество состоит из информационных структур молекул, а каждая молекула состоит из информационных структур атомов. В результате реакции структуры молекул могут меняться, меняя тем самым физические свойства веществ, вступающих в реакцию, также может меняться количество молекул, но общее количество атомов при химических реакциях всегда остается неизменным, т.е. сколько атомов вступило в реакцию, столько и осталось после реакции. В этом и заключается Информациологическая сущность закона сохранения массы вещества. На

примере этого закона очень хорошо объясняется Всемирный закон сохранения информации. Действительно, каждый атом имеет отношения (информационное поле) с другими атомами. Количество информации между всеми атомами до реакции Iд, естественно, будет равно количеству информации Iп между всеми атомами после реакции (Iд= Iп), так как количество атомов по закону сохранения массы неизменно. Следовательно, неизменно и количество информации. Однако закон сохранения массы не соблюдается в

162

ядерных реакциях, при которых обнаруживается дефект массы ядра, определяемый из следующей формулы:

Δm = [Z∙т(p) + N∙т(n)]-т(ядра), (5.1)

где Z - заряд ядра (число протонов в ядре). Заряд ядра равен порядковому (атомному) номеру химического элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева; т(р) - масса протона ядра; т(п) - масса нейтрона ядра; N - число нейтронов в ядре. Следует отметить, что Всемирный закон сохранения информации соблюдается как в макромире, так и в микромире, т.е. и в ядерных реакциях.

Важным свидетельством функциональной зависимости химических явлений и свойств веществ от информации является периодический закон Д.И. Менделеева, который открыт им в 1869 г. и определяет информациологическую сущность периодической системы химических элементов. В основе периодического закона лежит периодическая (информационно-функциональная) зависимость физических и химических свойств элементов, формул и свойств образуемых ими простых и сложных соединений от величин зарядов атомов элементов. Поскольку величиной заряда атома определяется принадлежность этого атома к тому или иному химическому элементу, то основой периодичности свойств элементов является величина заряда ядра каждого атома. Кроме того, в связи с тем, что с увеличением заряда ядра увеличивается соответственно количество электронов в атоме (на соответствующих энергетических уровнях) и периодически повторяется их строение на внешнем энергетическом уровне, что в свою очередь приводит к проявлению информационно-функциональной (периодической) зависимости свойств химических элементов. Таким образом, свойства элемента и его положение (место) в периодической системе зависят от основной величины, которой является заряд атомного ядра. Изменение свойств химических элементов с увеличением заряда ядра не совершается непрерывно в одном направлении, а носит дискретный (периодический) возвратно-поступательный характер свойств с определенными количественными и качественными различиями.

Если аналогичным образом проанализировать другие основные законы химии такие, как закон постоянства состава вещества, закон кратных отношений, закон Авогадро, закон объемных отношений и т.д., то мы придем к выводу, что в основе всех законов химии лежит информация - фундаментальное явление Вселенной.

Следует отметить, что химия, вероятно, больше чем другие дисциплины,количественнее и качественнее исходит из информационной сущности процессов и явлений природы. Доказательством информациологической сущности ее является, например, определение веществ в смеси такими безразмерными величинами, как массовая доля, мольная доля, объемная доля газов, относительная атомная масса элемента, относительная молекулярная масса соединения, относительная плотность газов и др. Это крупный шаг к дальнейшему применению в химии универсальной Информационной Системы Единиц измерения на основе фундаментальной сущности информации (отношений) и безразмерных величин, определяемых из отношений соответствующих значений свойств, характеристик или величин тех или иных элементов, веществ, тел или процессов природы и общества в целом.

163

1 Параграф написан при участии информациолога Харитона А.Г 162 :: 163 :: Содержание

164 :: 165 :: 166 :: 167 :: 168 :: 169 :: 170 :: 171 :: Содержание

Глава VI Информациологическая математика

6.1. Математические основы информациологии

Развитие математики стало жизненной потребностью общества. И чем более развитым общество становилось, тем более тонкие его и природы информационные закономерности открывала ему математика на протяжении веков. В наше время быстрых реакций на явления окружающего мира, совершенно иных производительных сил и производственных отношений наступил перелом в математике - переход от математики абстрактной к информационной1.

Информация - это неисчерпаемый резерв повышения производительности труда, снижения его себестоимости; это мощный рычаг преобразования самой природы, поднятия на новую ступень развития производительных сил, производственных отношений и таким образом - всего мирового сообщества в целом.

Информационная математика должна стать одним из трех краеугольных камней (помимо трудовых ресурсов и информационно-вычислительных мощностей), которые призваны обеспечить совершенно новый уровень научно-технического прогресса и неуклонный переход к единому мировому информационно-сотовому сообществу.

Многие разделы математики сыграли большую роль в машиностроении, авиации, металлургии, химии, горно-добывающей промышленности, строительстве, других отраслях народного хозяйства и в естественных науках. Информационный анализ развития математики свидетельствует об интенсивном ее применении и появлении новых направлений, имеющих прикладное применение в физике, химии, биологии, астрономии, экономике и в сфере управления. Математика из абстрактной науки превращается в информационно-естественную науку, имеющую широкое прикладное значение.

С целью рационального выбора и правильного применения математического аппарата с учетом его информационно-хронологического анализа, а также для дальнейшего обобщения и прогнозирования основных направлений развития математики во всех областях науки и практики составлена информационно-математическая таблица (ИМТ, табл. 6.1), которая позволяет легко провести анализ и сгруппировать в соответствии с УДК в отдельные группы, имеющие важное значение и приложение формулы, теоремы, структуры, уравнения и другие

164

информационно-физические, математические, механические, логические элементы, методы, формулы и закономерности. Кроме того, применение ИМТ дает наглядное и логическое представление о взаимоувязке отдельных формул и методов, способствующих синтезу различных систем и их структур, позволяет прогнозировать и развивать новые способы, модели и в целом аппарат математики, который, нужно признать, нуждается в капитальном расширении, глубоких научных проработках, в создании многофункциональных алгоритмов и программно-целевых структур, в системном и многоаспектном практическом их приложении.

Систематизация, классификация и информатизация в математике должны сыграть особую роль в дифференцированном и совокупном изучении информационных характеристик и параметров математических элементов, их свойств, признаков, зависимостей и связей с другими элементами, послужат дальнейшему развитию таких новых наук, как информационная физика, информационная биология, информационная химия и других, а также обеспечат интенсификацию научнотехнического прогресса в целом.

Классификация и систематизация математики, создание ее информационной таблицы считается не только нормальным явлением, но и неизбежным. Таким же образом должна быть произведена классификация и систематизация всех наук, открытий и законов природы, общества и Вселенной в целом.

Дальнейшее совершенствование структуры ИМТ на основе генерализационного (всеобщего) информационного подхода, как всеобщей методологии научного познания, будет способствовать прекращению хаоса в ненужной повторной квазиматематизации отдельных вопросов, которая не имеет ни научного предвидения, ни практического приложения. ИМТ должна избавить научных работников и их оценителей от лишнего функционального многообразия, семантико-синтаксической сложности и запутанности аналитических выражений, часто сводящихся скорее всего к "философской" математической эквилибристике, чем к законченным прикладным заключениям и апробированным рекомендациям. Со временем, информационно очистив дальнейшее развитие математики от "философско"-математического хаоса, запутанности и эквилибристики, отбросив аналогичное прошлое, можно создать такую ИМТ, которая будет удобным научным пособием для исследователей и инженеров, являющимся как бы таблицей умножения в информационно-физико- математической теории и практике, аналогичной таблице Менделеева в химии. ИМТ станет мощным эвристическим приемом в теоретических исследованиях и, вместе с тем, будет способствовать интенсивному развитию строгости и дисциплинированности логического мышления и соответственно конкретности приложения определенных разделов математики.

Количество элементов ИМТ, естественно, должно пополняться наподобие пополняющихся современных "красных книг". Если фактическое N и возможное количество К информационноматематических элементов (ИМЭ) ИМТ можно записать в виде отношения N≤K, то второй знак отношения "≤" достоверно поставить справа от К сегодня невозможно, так как верхняя граница К, очевидно, никогда не будет иметь конечного раз и навсегда определенного значения. ИМТ может представлять собой упорядоченное множество ИМЭ, которые

165

166

167

168

169

должны быть в свою очередь сгруппированы по признакам, свойствам, связям и приложениям в L упорядоченных элементарных наборов {l1, l2,..., ln} из п элементов каждый. Предположим, что по одинаковым признакам и свойствам, которыми обладают х элементов, будет составлен x-мерный вектор У=(y1,y2,...yx)а по одинаковым связям - z- мерный вектор Л=(λ1,λ2,...,λ Z;) и по одинаковым приложениям - α-мерный вектор М=(μ1,μ2,...,μ α)- Причем yiλ i,μ i К. Кроме того, учитывая что У, Л, М- конечные непустые собственные подмножества множества К, можно записать:

где L - количество упорядочений (наборов) подмножеств множества К, которое можно считать универсальным множеством, содержащим все подмножества, о которых может идти речь по данной проблеме.

Пусть

Ω=K K, (6.2)

где К = { ki} , ki К. Тогда

К ΩCardK ≤ CardΩ , (6.3)

Следовательно:

CardΩ = CardK + CardK ,

К=Ω/K(6.4)

Над множествами Ω, К, К и их подмножествами У, Л, М ... с учетом предложенного алгоритма выполнены элементарные операции объединения и пересечения, что позволило узнать причины и следствия, а также выявить определенную информационно-математическую закономерность, и, таким образом, информационно-хронологически систематизировать и классифицировать существующий аппарат математики, что, в свою очередь, позволяет рационально выбирать и использовать соответствующие ее разделы в теоретических и практических целях.

Информационный анализ современного теоретического развития и практического приложения математики свидетельствует о появлении новых ее научных и прикладных направлений, которые могут, безусловно, и дальше развить теорию и практику информационной математики, физики, химии, биологии, астрономии и других информационных дисциплин.

Таким образом, можно сделать основательный вывод, что дальнейшее развитие всех сторон прогресса невозможно без информационной математики и ряда других информационных наук. Если раньше говорили, что наука дает себя знать, лишь когда ей удается использовать математику, то в настоящее время правомерно заявить, что общественная и производственная деятельность на разных

170

уровнях всех сфер человеческой деятельности и отраслей народного хозяйства может быть эффективной лишь при условии использования информациологии, без которой эта деятельность мертва, как мертва теория без практики.

Развитие информациологии несомненно повлечет за собой развитие информационной математики, за которым последует ее бурный расцвет. Будут рождаться новые разделы, теоремы, уравнения, формулы, а некоторые из старых в корне преобразуются. И это развитие пойдет по многим направлениям, связанным с физикой, химией, астрономией и другими фундаментальными дисциплинами.

Язык, на котором разговаривают люди, - это дематеризованная форма (приема-передачи) информации, являющаяся эпохальным достижением той же дематериализованной человеческой мысли. Информациология как всеобщая наука наук на базе информационной математики должна стать основным информационным языком для других наук, а сама информационная математика -ее символьным лексиконом. Высшим метаязыком в микро- и макродинамиче-ских процессах пространства и Вселенной в целом является информация, которая посредством своих форм (субъязыков) света, звука, движения, энергии, материи, пространства и времени создала языки речи человеческих цивилизаций, в основе которых лежат субъязыки зрения (визуализации), эмоций, чувств и другие.

С появлением и развитием информациологии в научном мире произойдет нечто весьма важное, ибо новое понятие информации и ее законы позволят создать новую реальность, новую первооснову, которой не было в исследованиях и публикациях прежде. Информациология несомненно даст новую жизнь подавляющему большинству современных отраслей народного хозяйства, науке и технике, радио, телевидению и всем средствам массовой информации.

171

1 Академик Горбатов В.А. первым в научном мире предложил название информационная математика, что послужило развитию научных основ информациологии.

164 :: 165 :: 166 :: 167 :: 168 :: 169 :: 170 :: 171 :: Содержание 171 :: 172 :: 173 :: 174 :: Содержание

6.2. Логико-символьный язык информации

Математической основой информациологии можно считать логико-математический язык отношений в микро- и макромире Вселенной. Отношения - это многосторонняя, универсальная, всеобщая и единая первооснова (информация) всех явлений, процессов и событий в природе и в обществе. Множественные отношения как первооснову информации можно интерпретировать следующим образом: причина - следствие; основание - причинно-следственное явление; путь - время; предмет - часть предмета; движение - путь - скорость -время; индукция - дедукция; форма - антиформа; частица - античастица; синтез анализ; симметрия – асимметрия и др. Логико-математический язык информациологии, описывающий многообразие информационных отношений (от нульсингулярных отношений и полей, элементарных частиц и античастиц абсолютного и физического вакуумов до атомов, молекул, организмов и космических образований Вселенной) в настоящее время не разработан. Но с развитием информациологии ученые физики совместно с математиками, химиками, электриками, биологами и другими учеными в ближайшем будущем разработают его фундаментальные основы. А пока мы дадим концептуальные начала информационной математики - математических основ информациологии.

В качестве информационного субъязыка могут быть использованы круги Эйлера и диаграммы Венна, представляющие собой отношения сингулярных,

171

бинарных, тернарных, тетрадных и т. д. предметов или объектов. Эйлеровы круги можно использовать для описания информационных процессов микро- и макроскопических структур и технологий.

Для описания многообразных эффектов и событий в природе и в обществе можно широко применять функциональную зависимость объектов, событий, величин. Переход от нефункциональных понятий к функциональным отношениям способствовал открытию ряда законов. Например, химические элементы долгое время рассматривались безотносительными и нефункциональными. После открытия Менделеевым периодического закона все химические элементы стали рассматриваться как функциональные, ибо их свойства, как стало известно, зависят от атомных весов элементов.

Функции делятся на унарные или сингулярные (однозначные): α1=F(x), бинарные (от двух переменных): α2=F(x,y), тернарные (от трех переменных): α3=F(x,y,z), тетрадные (от четырех переменных): α4=F(x,y,z,t) и т.д., а также п-арные функции (от n переменных): αn=F(x,y,z,...,n).

Самые элементарные понятия бинарных отношений можно выразить формулой aRb, которая читается так: а имеет отношение R к b. Формула, определяющая отсутствие отношения а к b, записывается как aRb.

Отношения сингулярных элементов (логических переменных) 0 и 1, да и нет, "+" и "-" имеют глубокий логический смысл как в информтехнологиях Вселенной, так и в программно-технических средах связи и вычислительной техники для отличия одних их кодов от других. Отношения элементов, частей, узлов, сторон, явлений и процессов определяют собой структуры всех объектов и сред природы при определенном количественном и качественном их проявлении. Следовательно, отношения отражают кодовую структуру любого предмета, объекта, материи, а также вакуума Вселенной.

Отношения могут быть симметричными и асимметричными. Симметричные отношения предполагают их инвариантность при перестановке объектов местами. Например, а=b и b=а, т.е. оба отношения симметричны: aRb и bRa при любых а и b и записываются так: aRb → bRa. Асимметричное отношение имеет место при перестановке объектов и записывается следующим образом: aRb → bRa

при любых а и b. В приведенной таблице (см. Приложение I) записаны символы (основные обозначения отношений) информационной математики (математических основ информациологии). Отношения могут быть универсальными и нулевыми. Если отношения существуют между любыми двумя объектами выделенной области отношений, то они являются универсальными. Если же не существует отношений ни между одной из пар объектов, то имеет место нулевое отношение, т.е. пустое множество отношений.

При исчислении отношений над ними могут производиться следующие операции:

объединение (логическая сумма) отношений (R1 R2),

пересечение (логическое умножение) отношений (R1 ∩ R2)

операция обратного отношения (aRb → bRa);

172

операция отрицания обратного отношения (aRb → bRa ).

Отношение является рефлексивным, если каждый элемент а множества А находится в отношении к самому себе (отношение свойств элемента), т.е. aRa, и - антирефлексивным, если наоборот (свойства не относятся между собой), т.е. aRa . Отношение будет симметричным, если aRb → bRa, и - асимметричным, если aRb ≡; bRa. Отношения могут быть транзитивными (т.е. транзитными), если из отношений aRb и bRc следует aRc, т.е. (aRb → bRc) → aRc.

На основании приведенных в таблице знаков символов отношений информационной математики можно строить различные системы исчислений отношений, которые будут разработаны современными физиками и математиками и создадут фундамент математических основ информациологии.

Важным методом исследования отношений является анализ максимально возможного количества (внутри объекта) признаков, свойств и их отношений между собой и с другими объектами. Только на основании анализа отношений можно синтезировать ту или иную физическую модель того или иного объекта. Без анализа нет синтеза:

Aз(xnRym)→ Cз[Aз(xnRym)], (6.5)

φ

β

где Аз - символьный знак анализа отношений; φ β- области определения отношений; Сз - символьный знак синтеза отношений.

За элементарные отношения примем нулевые отношения нефизического абсолютного вакуума, т.е. отношения пустых множеств (нулевых полей):

R

φ

В вакууме элементарными отношениями могут быть бинарные и рефлексивные автоотношения собственных свойств полей и их следов:

хR х

β

. В природе область абсолютного (нефизического) и физического вакуумов фактически проявляется по аналогии с двойной точкой замерзания воды при t=0° С, поэтому