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论信息的自然基础原理

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摘要:本文以人们日常称呼的信息和科学与技术上使用的信息概念所指的对象,包括人类思维与意识现象、人与动物的心理现象等生物现象以及人工智能现象在内的各类信息现象为线索。以这类生物信息现象和人工智能现象的自然物质基础的信息现象为研究对象。试图寻求与探索信息的自然物质根源及其属性,通过寻求自然信息的种种表现,探索信息过程的机制原理,以达到揭示信息本质的目的。并从自然的微观过程角度提出信息概念的基本定义,以及自然信息与生物信息的关系。
关键词:信息 自然基础 原理
一、引言
我们首先引用《信息系统分析与设计》一书的开头:“信息是现代社会中为人们所广泛使用的概念。然而,什么是信息,信息的准确含义是什么?目前为止尚没有一个公认的定义。一般认为,信息是人们所关心的事物的消息,是关于现实世界的事实或知识,如商品的价格,工厂产品的库存量、产品、利润,火车开车时刻,学生考试成绩,喜马拉雅山的高度都是信息。信息是存在于人类社会和自然世界各个角落,它无时不在,无所不在。”什么是信息?就是要用信息概念的外延来回答的,就是上述信息概念所指出的对象。信息是什么?这涉及到信息概念的内涵问题,即信息如何定义与确切的涵义是什么?还有信息的属性问题。对这方面的认识,存在两个核心问题,一是对人有用的信息被确认是信息,那么被人们所称谓的信息是主观的,还是客观对象的,即信息的从属问题和信息与信息的对象性区分问题。二是除了人之外是否存在自然信息现象或自然信息过程及自然信息?客观事物是否存在属于自身的信息问题,本体论信息能否成为统一信息的基础信息问题。
二、信息的自然基础
在数学课本中最初引入函数的概念时,引用了一个天气预报过程的事例:“在每天的天气预报中,都要提到一天的最高气温和最低气温。我们知道,一天的气温是随着时间在变化的,从科研和生产需要出发,气象工作者的一项日常工作就是随时测量气温,测量的结果一般都绘制成气温图。这个图就反映了一天中气温随时间变化的情形。观察这个气温图,我们能看到什么时间对应的温度是多少,还能看到这一天的最高和最低气温是多少。于是我们就得到了这天的气温情况。”
首先,我们把观察到的这个事例中的有关气温观测过程的所有对象和环节来整理一下。我们从作用链的一个方向来描述如下过程。
1大气——2温度计——3可见光——4气象工作者——5气温图(获得与时间对应的气温度数)。
在这一过程中的第一个对象就是大气,大气就是一个系统,也是被观测对象。大气有许多状态参数,如温度、湿度、压强、风速等。温度计要测量的温度就是大气在这一局部的内能状态。大气将温度计包容着,主要发生的是热交换作用。
第二个对象就是温度计,它也是一个系统,不过这个温度计是一个人造系统。它是根据水银随着温度变化而体积发生热胀冷缩变化的原理制成的。首先要经过制造者把它制造出来之后,试验对比标准温度计,再刻上准确的刻度和读数,然后才能被用来测量温度。这实际上是人事先给它设置的一种状态。
当这两个系统之间构成一个相互作用环节,也就是大气和温度计发生热量交换时,我们从一个作用方向来看,温度计玻璃管与周围的空气接触传导热量至玻璃管内的水银,水银的体积状态发生变化,水银柱的液面高度对应着温度计外表面的刻度与读数,既显示了温度计的状态变化,也显示了水银柱高度与玻璃管上刻度相互关系的对应程度。温度计只是发生了本身的状态变化,而气温的度数,温度计是一无所知的。我们知道大气系统的温度是大气系统的一个状态表现,而大气的压力状态,温度计是不能测出来的,这就是相互作用方式的不同和系统结构状态的不同的原因所造成的。
第三个对象就是太阳光中的可见光,它是太阳光电磁波场系统的一部分,这也是一个系统。光受到温度计的作用发生状态变化,即一部分被吸收,一部分被反射,然后与气象工作者发生相互作用。


1楼2013-02-24 13:40回复
    第四个对象是气象工作者,当气象工作者按时去观测气温时,光作用到人的眼睛,会引起人的视觉反应。人的眼睛就是视觉感受器,再通过神经传导作用到人的大脑中的视觉分析器,人便看到了温度计的读数。进而在人的大脑中的知识和经验背景状态的参与下,大脑将温度计的读数反映为温度的度数,大脑的状态也就随之发生了变化,并且在人的头脑中形成记忆。此时气象工作者也就获得了关于大气温度的信息。人看到读数的符号并不难,无论知与不知符号的意思,谁看了未经过大脑之前,它都与别的事物的形态没什么两样,包括动物看了也是如此。只有人的大脑中存在有关这方面相关知识的人,才能读出温度计上的准确的温度的度数来。
    第五个对象是气温图,气象工作者用笔在纸上绘图包含一系列过程环节,人通过笔对纸发生作用,纸上出现了图形和符号。笔和纸都发生了形态和状态变化,以及笔和纸之间发生了物质转移,纸由没有图形和符号到有图形和符号。
    那些动物、植物、微生物和物体也都从大气中得到与温度变化相对应的各自状态变化。以上所有对象唯一的共性就是物体或系统受到作用而自身的状态发生变化,是普遍存在的,也只有物体或系统自身的状态发生变化这一过程才能与信息相对应。
    变化会产生作用,作用会引起变化,这种作用与变化的关系会使有直接相互作用的物质之间,无论是静态还是动态都会产生一种振荡,形成固有频率。机械作用产生热,电磁作用产生电磁波,热运动也会通过电磁作用产生热辐射等等。作用与变化就这样在宇宙间无限地循环发生着,并且是相互的双向的传递着。也使得世界上的所有物质之间相互作用与相互联系同时发生着。
    化学过程和测量大气温度的物理过程与机械过程基本相似,只是在化学过程中伴随着化合与分解的物质转移和能量转换过程,属于系统的合并与分化的质变过程。同样承载着生物遗传信息的基因物质DNA,决定生物遗传性状的DNA分子的组成与自然物质的组成元素是毫无差别的。生物和人不过是一种特殊的物质体系, 生物的一切属性都应有其自然物质属性的根源,差别只能是构成态的结构层次不同而不同。特别是人的心理层次以下方面的性状,包括心理、生理、化学、物理、机械的等等,都是人体所正在利用的,都非常明显地反映了自然物质属性的根源。上述所举的信息现象基本都是客观事物范畴的信息,是自然存在的客观现象,这应该就是自然信息。因此也有理由相信,意识现象也应属于信息的范畴,是应该有其自然基础的。
    三、信息过程的基本原理
    (一)、 牛顿力学原理
    物体之间的相互作用,满足牛顿第三定律:作用力与反作用力,大小相等、方向相反、作用在同一条直线上、分别作用在不同的物体上、作用力与反作用力性质相同。这实际上是作用的对称性原理。
    在实践当中,还会发现作用链中每一对相互作用的物体之间,作用力与反作用力组成一个关系环节,同一环节的作用力与反作用力满足牛顿第三定律。而作用到物体上的作用力转换到下一环节的作用力时,必须通过物体自身才能转换,或转换成同一性质的作用力,或转换成该物体的另一性质的作用力。物体自身的平衡力可以是不同性质的力。下一环节的相互作用力,仍然满足牛顿第三定律。这也是能量转换的本源。
    正是这种形式的作用链表现为作用力的传递,并且通过物体自身的转换,可以使不同性质的作用力,发生在一条作用链上,使得作用链上的所有物体也都建立了联系。物体自身可以使一种作用力转换成另一种作用力,后一种作用力是前一种作用力通过物质本身引起的,而后一种作用力也是由它的同一环节中的对立面,即第三个物体引起的,或终止于自身的惯性。总之,通过物体自身的前后两个非平衡力,既然可以是性质相同也可以不同,那么它们引起的变化就可以相同也可以不相同。
    若是条件完全相同的各环节构成的作用链,是会产生沿作用力方向发生相同的变化的,但这是有条件的,这样的过程还是和上述的机理是一致的。只有象空间传播的光波(即电磁波),大气中传播的声波和直接接触作用等,才接近这些条件。人和动物也正是利用了这些特殊条件,才得以实现所谓“信息传递”的。除此之外,恰恰是人要通过这些特殊的条件来事先学习不可能通过这些特殊条件直接产生的知识,而事先准备或约定之后,才可以顺利地实现信息过程的。这就是信息联系的实质,也是信息过程的本源。


    2楼2013-02-24 13:40
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      (一)、各层面的信息定义
      1、哲学层面的信息定义:信息的本质是存在的关系发生变化的过程,是事物存在表现与表现存在的对立统一体,是存在的表现过程。信息是物质的关系属性,是物质之间普遍存在的相互作用与相互联系过程的因果对应关系的表征。信息的存在方式就是事物的态,信息的活动方式就是事物正在变化。态是事物运动、变化和发展的过程关系总和的集中表现,是与时间进程同步的现在进行时。时间是事物运动、变化、发展过程序列状态的信息。是过程顺序状态的序参量,是过程的参照系。
      2、科学与技术层面的信息定义:信息就是物质体系之间相互作用引起交互反应的关系、过程和结果。
      3、一般层面的定义:信息就是“随机应变”,引申为“随机作用引起的应对性的变化过程”。
      (二)、信息的层次分类
      1、自然信息:是物质体系受到作用所引起的本体状态反应的关系、过程和结果。自然信息是物质的普遍属性,是基础信息。
      2、生物信息:是生物活体通过自身与外界所发生的活动作用,所引起的一切直接或间接反应的关系、过程和结果。生物信息是以自然信息为基础,以生物状态模拟来反映生物与外界的关系、过程和结果。生物信息的层次还可以分为:生理信息,心理信息,意识信息,思维信息。
      (1)、生理信息:是建立在生物活体的内部关系和外部关系基础上,所发生的生理活动引起的反应关系、过程和结果。
      (2)、心理信息:是建立在动物活体的生理和心理作用,以及动物与外界环境的关系基础上,所发生的心理活动引起的反应关系、过程和结果。活体脑神经系统具有状态保持、记忆、存留功能,表现为感觉、知觉和表象。
      (3)、意识信息:是建立在高等动物活体生理和心理活动的基础上,以语言(包括动物语言和人类语言)方式所进行的言语活动产生的反映(间接的反应)关系、过程和结果。
      (4)、思维信息:是人脑神经系统内部的相互作用,在大脑言语功能的基础上产生的抽象信息。是以概念、判断和推理的语言形式表达的信息。


      5楼2013-02-24 13:45
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