信息是能量的表征.doc

信息是能量的表征摘要：基于客观性和可操作性的立场，该文以逻辑推理结合现象说明的方法，论证了信息与能量均是物质以外的非物质客观存在，以及作为能量的信息构成了宇宙始基的必然事实，从而确立了信息和能量的同一性基础；又通过对主体性信息的分析和实质的认定，进一步论证了信息与能量的同一性问题。由此，证明了“信息的实质即为能量”、“信息是能量表征”的论断。信息定义的实质性揭示，使我们在认识上完全避免了以前对信息的形而上的、不确切的、非客观性的界定，将信息恢复到了客观的可操作性本真状态。关键词：信息；能量；同一性；主体性信息；非物质存在Information is the characterization of energy Abstract: Based on the objectivity and operability position，the paper with logical reasoning method of combining phenomenon mean, demonstrates the information and energy are outside of the nonphysical substance objective existence, and information constitute the beginning of the universe, which established the information and energy identity foundation; and through the analysis of subjectivity information and the cognizance of the essence, and further demonstrates the identity information and energy. Therefore, prove the the essence of information is the energy, information is energy characterization the judgment. The information of the definition of the substantive reveals, that we avoid the metaphysics, inaccurate, the objectivity, will the information recovery to the objective of the maneuverability of the natural state. Key word：information;energy;identity;subjectivity information; nonphysical existence 学科分类号：120.10；中图分类号：O23 “信息” 的歧义较多，虽然常作“音讯、消息”的理解，但至今也还没有一个公认的定义，诸如：“信息是物质、能量及其属性的标示”；“信息就是信息，既不是物质，也不是能量”；“信息是事物现象及其属性标识的集合；“信息是反应客观世界中各种事物特征和变化的知识，是数据加工的结果，信息是有用的数据”；“信息以物质介质为载体，传递和反映世界各种事物存在的方式和运动状态的表征”；“信息是能够用来消除不确定性的东西”。可以看出，上述定义基本上是围绕信号、消息、通讯、属性等特征，进行形而上的、不确切的、非客观存在的论证，这使信息的概念始终处于一种无厘头的难以操作状态，之所以会造成这样一种状况，一个根本原因在于：人类至今并没有把握住信息的实质性存在，即没有把握住信息的可操作性的本质。本文将致力于彻底解决这个问题，使信息回到一个可操作的客观性层面。不过，由于信息和能量都是没有空间和质量的0维度客观存在，故对其实质和相互的等式关系的论证是无法用三维的实证方式予以论证的，但我们可以通过逻辑推定的方式来论断这个命题，这同样也可以收到客观性论证效果，并由此最终确证：信息实质即为能量，信息是能量表征，是物质最基本的构成始基，是对非物质存在的统称。1、信息与能量均是物质以外的非物质客观存在非物质存在是一个与物质存在相对的概念，它体现为一种没有空间、时间、质量的客观存在，而信息和能量均具备这个特征。站在公理和逻辑的角度上，首先可以肯定的是：信息是没有空间和质量的，具有非物质性，它是0维度的客观存在。逻辑上非物质性将只能体现为两种方式：其一，没有任何内容的空无；其二，物质以外的存在。没有任何内容的空无只存在于观念上的，在宇宙中是不存在的，而信息则显然能够体现为内容性和非物质性，并且是唯一的非物质性表现方式。因此，信息属于非物质性客观存在。作为非物质存在的信息还可以进一步分为单信息和复合信息两种，而复合信息还可进一步分解为单纯复合信息、程序信息、精神等三种。通常认为，能量分为机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等，但这其实是科学分析所导致的一个很笼统的错误理念。根据质能关系式，物质质量通过亏损会转换为能量，而正反物质相碰后也会湮灭为能量，这说明能量应该是以某种方式独立存在的客观存在，否则就难以说明能量究竟如何存在。因此，所谓的机械能、分子内能不过是物体获取动量的外在表现形式而已，而并非是真正的能量。相比而言，电能、化学能、原子能等能够体现为独立客观存在的能量才是实质性的能量。科学通过大量的实验和逻辑推理证明，宇宙内的能量体现为强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和万有引力相互作用，而它们是以胶子、光子、W 及 Z 玻色子、引力子等规范玻色子的方式存在并表现为各种作用的。因此，能量体现为胶子、光子、W 及 Z 玻色子、引力子等规范玻色子。但如果站在统一的信息论角度上分析，科学的这个观点可能是错误的，宇宙本不存在实质性的基本相互作用力，它们只是一种时空现象而已，而所谓的胶子、W 及 Z 玻色子、引力子也不是传播子而属于极限粒子的。因此，只有光子（能量子）才是最基本最普遍的能量存在方式（参阅统一信息论，中国政法大学出版社，p51-59）。光子（能量子）及其复合形式的电磁波是没有质量的且总是以光速运行，而根据相对论，光速运行的电磁波将失去时间、空间。因此，能量及其表现形式的光子（能量子）和电磁波也是一种没有时间、空间、质量的客观存在，它虽然是一种客观存在，但因其不具备时空和质量而不具备物质性特征，是一种非物质客观存在。很显然，能量的这种特征与彰显为光子（能量子）、电磁波、电（流）、辐射特征的信息如出一辙，它们均具有具有光速、无质量、无空间结构、0维度等特征，这使信息和能量具备了同一性基础。2、主体性信息由能量子序列构成信息本来是自在的彰显，但由于生命体的出现，而赋予了生命体以主体性程序性即精神性因素，导致了主体性信息的诞生，而这也正是导致人类将信息做信号、讯息的形而上理解的原因。按照主体性标准，信息还可以分为主体性信息和非主体信息两种。非主体信息就是就是没有被生命主体所认知的自在彰显，是一般性的无序自然信息，该信息量目前占有自然界的绝大部分。主体性信息就是被生命主体所认知并进行序列编码的信息，是一种参与主体性因素的有序信息。主体性信息往往被赋予状态、方位、量性、意义、价值等表征性描述，这就是一般信息论上所理解的信号、讯息等。表面上看，主体性信息与主体无关，但事实上任何被人所识别的信息都已经被赋予了主体性。而生命之所以呈现主体性，主要是由于其能够将其所承载的信息进行有序编码和排序以呈现程序指令性，即主体程序性。由于信息的实质就是能量子，故主体程序的实质就是一种被加工改造的能量子序列，他构成了精神的实质。所有被主体性所认知的信息都是主体性信息，如天空的蓝色对人类来说就蕴含着晴朗天气的信息，花儿的开放蕴含着春天、温暖的信息，癌症的字眼和语音蕴含着重大疾病和死亡的信息。之所以如此，是因人类主体已经对这些信息所蕴含的信息进行了相应编码和排序，并储存到相应的生命载体上，同时与刺激性信息相联系，使生命主体一旦接收到与之相联系的刺激信息，就会触及相应的储存信息而形成相应的信息连锁，并在主体程序的引领下，形成相应的心理反应和相应的生命载体行动。所有的主体性信息都需要通过人类的感官才能被被人类所感知。人类的感官包括视听嗅味触温等感觉器官，其中视觉和温觉都是作为能量子序列的主体直接与外界能量子（表现为各种光线、颜色）等互动的结果。相比而言，听嗅味触等感觉似乎是外界物体的对感觉器官直接相互作用的结果，但事实上任何物体都携带能量，没有能量的绝对零度物体既不存在也不会为人类所感知，原因在于作为能量子序列的主体感官只能感知能量子，故听嗅味触等感觉是首先通过感知到物体所携带能量的后才形成听嗅味触等感觉的。无论怎样，虽然信息（能量）是以物质为载体，质量和能量也可以相互转化，但由于作为三维的物质与作为0维度的信息（能量）的不同质性，它们之间原则上是不可能发生直接的相互作用的，信息（能量）只能与信息（能量）相互识别和互动，而所有的信息现象（包括精神、主体性信息）都是基于能量或能量子的互动而形成的，因此主体性信息的实质仍然是能量。主体性信息还可以进一步分类，根据蕴含信息量大小，主体性信息还可进一步分为简单主体性信息和复杂主体性信息。同样一种信息，如阳光，低级生物接受阳光后所蕴含的信息量是很少的，故为简单主体性信息，而高级生命体接受阳光后所蕴含的信息量是很复杂的，故为复杂主体性信息；再如，同种文字对能够认知该文字的人来说，就是复杂主体性信息，而对不能识别该文字的文盲来说就仅是个符号和或图像而已，此时就仅为简单主体性信息。主体性信息往往需要由非主体信息和主体性信息共同构成，以“今天要下雨”这条信息为例来说明。首先，需要当地的天气呈现出温度、湿度、气压、天空的颜色等信息，而这些信息都是能量的自然彰显而形成的，此时的信息属于非主体信息；然后，信息发布者（作为精神的主体程序）开始识别这些信息，并通过运行相应的主体程序而做出“今天要下雨”的判断，这是一个序列性能量的运作过程，此时运作和彰显的信息属于主体性信息；最后，信息发布者通过各种媒体将该信息发布出来，并被信息接收者所接受，在这个过程中，既有表征为文字、声音等非主体信息的能量自然彰显，也有作为主体性信息的主体序列性能量的互动。可见，“今天要下雨”的信息是非主体信息和主体性信息共同构成的，它们均来源于能量。3、思维活动消耗大量的能量充分证明“信息是能量的表征”我们知道，所有脊椎动物脑力活动需要消耗大量的能量，这些能量主要是通过蛋白质、碳水化合物、维生素、脑磷脂、矿物质等营养物以及对这些营养物质的氧化过程提供，主要表现为这些动物的大脑需要消耗大量的氧气。氧气的作用主要体现在通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程，这个能量提供过程对动物的电脑非常重要，尤其是人类。人类大脑一天内流经大脑的血液为2000升，大脑消耗的能量若用电功率表示大约相当于25瓦，故人类大脑为了生存，每分钟也需要0.1卡路里的热量，而当你集中精力进行思考的时候，你的大脑每分钟消耗的能量则是1.5卡路里。人类电脑虽只占人体体重的2%，但耗氧量达全身耗氧量的25%，血流量占心脏输出血量的15%，缺氧后几分钟内就会昏迷，15分钟左右后大脑死亡。人类大脑何以会需要消耗如此大量的氧气和能量哪？对此，生命科学只是从生物医学的角度上做了个模糊的说明，认为这是出于生物生存的需要，而无法根本性地揭示这个问题，但这个问题用“信息是能量的表征”予以说明则最合理不过。由于信息的实质本身就是能量，而动物的心理思维活动属于一种具有主体程序性的信息序列活动，它们尽管相比简单的信息要复杂得多，但其实质仍然属于信息的运作活动，属于信息的特殊的高级形式，也即是说：动物的心理思维活动的实质就是能量的不断运作过程。在这个过程中，大脑通过不断地进行能量运作，不断地形成各种形式的能量子序列，特别是当大脑进行集中深度思考的时候，更需要信号大量的能量，而这些能量是需要外界随时进行供应的，否则大脑将很快因为能量供应不足，而停止能量的运作过程，则以能量子序列活动为主要方式的心理活动当然也就无法形成，大脑由此而停止心理活动并造成脑死亡。由此可以看出，所谓的脑死亡其实主要不是脑组织的损坏，而根本上是由于大脑缺乏能量而无法有效地组织其能量子序列活动，从而无法形成思维心理活动。至此，我们可以进一步判断：大脑心理活动的实质就是能量的序列活动，信息及作为特殊信息的精神的实质就是能量，信息是能量的表征。4、信息与能量具有同一性对于信息和能量的同一性问题，我们可以通过反方向进一步推证。首先，人类何以能感知能量？答案：能量必须要表现为信息时，才能被识别；其次，人类又何以能感知信息？答案：信息只有作为能量并通过能量的作用时，才能体现为被人类所能感知的信息。也就是说，就基本层面而言，信息只有体现为能量的作用时，才能被识别，而没有能量，信息就无法表征，信息就无法存在。因此，信息和能量具有显然的同一性，信息实质就是能量，而能量的外在彰显为信息。信息和能量的同一性还体现在二者均具有所谓的守恒定律。信息守恒与转换定律：总的流进系统的信息必等于总的从系统中流出的信息，加上系统内部信息的变化；信息能够转换，从一种状态转变成另一种状态；信息可以创造，可以失存。用公式表示为 NQ= NW +NU。信息守恒与转换定律与能量守恒和转化定律同一性如出一辙，这进一步证明了二者的同一性，而这种同一性的最好解释就是：信息就是能量本身，或者说，信息就是能量的标示，它们都是作为非物质的客观存在此为信息的第一特征。信息和能量的同一性在人类的视觉中得到最好的体现。在人类的视觉中，万千事物是呈现各种缤纷色彩的，为何如此哪？根本原因就在于：自然界所体现为的各种色彩的信息其实就是能量的表征。自然界中，作为能量最小单位的单个能量子是以光子的形式存在，并表现为一个单信息（1比特信息或最基本单元信息），这样就会产生如下关系：一个能量子=一个光子=一个单信息。不过，同种频率的能量子往往会复合成电磁波，而电磁波的种类按照波长和频率的不同可做如下分类：无线电波（3000米0.3毫米）、红外线（0.3毫米0.75微米）、可见光 （0.7微米0.4微米）、紫外线 （0.4微米10毫微米）、X射线（10毫微米0.1毫微米 ）、射线 （0.1毫微米0.001毫微米）。根据电磁波的这个分类，依据电磁波的频率大小，我们大体可以将信息按照能量的大小分为：无线信息（或无线能量子、无线光子）、红外信息（或红外能量子、红外光子）、可见信息（可见能量子、可见光子）、紫外信息（或紫外能量子、紫外光子）、X信息（X能量子、X光子）、信息（能量子、光子）。上述电磁波（或光线）种类是通常的分类，理论上还可以进一步划分为更细的电磁波（或光线）种类，如在人类可感知的可见光中，还可以按照波长和频率的不同，进一步划分为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等电磁波（或光线），这些电磁波（或光线）的所表现的信息会被人类感觉器官中所承载的程序性主体精神（即程序性复合信息）所识别，不同频率的和波长的能量呈现不同的色彩信息，故由此而使人类能够感觉自然界的万千色彩。这样，信息和能量在波长和频率上的对应关系以及感觉对色彩等信息的识别机制，进一步说明了信息和能量的同一性，而这个同一性的的最好解释就是：信息即能量。据2010年科技日报的“科学家首次将信息转化为能量 驱动纳米小球自行爬楼梯一文，“日本研究人员在2010年11月1日（北京时间）出版的自然物理学网络版上报告称，他们在实验室中让一个纳米小球沿电场制造的阶梯向上爬动，爬动所需的能量由该粒子在任何给定时间朝哪个方向运动这一信息转化而来，这意味着科学家首次在实验室实现了信息到能量的转化，验证了约150年前英国物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦提出的麦克斯韦妖这一设想。日本中央大学理工学部的鸟谷部祥一和东京大学的佐野雅树领导的团队在实验室让一个直径为287纳米的聚苯乙烯小球沿电场制造的微小旋转阶梯向上爬动，并将小球拍照。小球可以随机朝任何方向运动，由于向上爬会增加势能，因此其往下一层的概率更大，如果不人为干扰，小球最终会掉至最底层。在实验中，当小球沿阶梯向上爬一层后，研究人员就使用电场在小球