3. Мертвая информация и как ее оживить

Мы характеризуем приведенную выше ситуацию как запасенную мертвую информацию, не связанную с энергией или негэнтропией. Для того чтобы прочесть информацию, мы должны снова снабдить ее энергией. Дополнительный источник энергии совершенно необходим для чтения, и этот источник доставляет негэнтропию, которая превращается в новую информацию.

Для того чтобы читать книгу, нам нужен источник света. Граммофон не работает без мотора, вращающего пластинку. Слепой, читающий книгу, напечатанную рельефным шрифтом, должен двигать свой палец но бумаге и развивать достаточное давление, чтобы отличить печать от других неровностей страницы; это движение и давление требуют работы. Нам нужен свет и фотоэлемент, чтобы прочесть перфоленту, либо мы применяем батарею и щетки, пропускающие ток через

отверстия перфокарты. Можно показать, что во всех этих примерах количество негэнтропии, взятой от внешнего источника, больше, чем полученная информация. Случай чтения перфоленты является типичным примером, для которого мы можем подсчитать как энтропию, так и информацию и проверить соотношение между ними.

Рис. 18.1. Диаграмма, показывающая ленту с отверстиями, пробитыми на месте нулей в сообщении, закодированном по двоичной системе.

Рис. 18.2. Читающее устройство для ленты рис. 18.1. Фотоэлемент справа получает свет через пробитые отверстия, тогда как фотоэлемент слева получает свет, отраженный от непробитых позиций.

Положим, что информация записана на металлической перфоленте в виде двоичных цифр. Как показано на рис. 18.1, нули представлены отверстиями, а единицы — неперфорированными отрезками ленты. Каждый отрезок ленты содержит одну двоичную единицу информации, или

на отрезок в термодинамических единицах, где k — постоянная Больцмана. Читающее устройство показано на рис. 18.2. Луч света от источника попадает на ленту. Если имеется отверстие, луч падает на фотоэлемент Если отверстия нет, луч отражается в фотоэлемент Мы могли бы устранить второй фотоэлемент и считать, что мы имеем единицу всякий раз, когда бездействует. Нужно, однако, напомнить, что мы всегда требовали, чтобы отрицательному отсчету не придавалось значения. И так, каждый отрезок ленты потребует по меньшей мере одного кванта и эта энергия будет поглощена либо в либо в . Для того чтобы быть различимым на фоне теплового излучения, квант должен быть

достаточно большим, так что

как было показано в разделе 3 главы 14 (см. (14.17)). При поглощении кванта происходит потеря негэнтропии (увеличение энтропии)

и мы имеем соотношение

показывающее, что обобщенный принцип Карно (глава 12) удовлетворяется. В этом простом случае мы показали, что информация получается за счет негэнтропии светового луча, и мы можем теоретически достичь предела, соответствующего эффективности, равной единице. Вопрос ускользал от внимания вследствие очень малой величины требуемой негэнтропии

Вышеописанный способ пробивки не очень надежен, так как единицы фактически не записываются. Гладкий кусок ленты без отверстий будет прочитан как последовательность единиц, что не верно.

Рис. 18.3. Более совершенный метод пробивки ленты с применением отверстий на двух уровнях, один из которых предназначен для нулей, а другой — для единиц.

Более надежен метод, применяющий два разных уровня для отверстий, как показано на рис. 18.3, и два фотоэлемента, принимающих свет, который может пройти через то или другое отверстие. Такое устройство по-прежнему требует поглощения одного кванта на двоичную единицу, так что соотношения сохраняют силу.

Вместо света мы могли бы воспользоваться системой щеток и батареей для пропускания тока через отверстия. Ток отсчитывается при помощи амперметра или регистрируется

посредством реле. Согласно рассуждению раздела 2 главы 14 предел составляет и в этом случае на один отсчет. В механическом устройстве типа граммофонной пластинки небольшие положительные или отрицательные импульсы могут быть обнаружены лишь при условии, что механическая система дает энергию больше, чем на импульс, что соответствует увеличению энтропии на . Аналогичные соображения относятся к импульсам, записанным на магнитной ленте. Во всяком случае негэнтропия, потерянная в процессе чтения, больше, или в крайнем случае равна получаемой информации, и обобщенный принцип Карно (см. (18.4)) всегда соблюдается.

Сходные соображения относятся к вопросу об информации, записанной в чертежах. Каждый раз, когда нам нужна информация, мы должны читать чертеж. Процесс чтения поглощает негэнтропию от источника света, и часть этой негэнтропии преобразуется в требуемую информацию, скажем, для построения изделия по чертежу. Мы еще вернемся к этим вопросам.