Екологія: біологія взаємодії. V-25. (доповнення) Обмін речовиною, енергією та інформацією

V-25. (доповнення) Обмін речовиною, енергією та інформацією

Сенсами я називаю відповіді на запитання. Те, що на жодне питання не відповідає, не має жодного сенсу.
Михайло Бахтін

Інформація — це інформація, а не матерія і не енергія.
Норберт Вінер

Ми говорили, що кожен організм обмінюється із середовищем речовиною, енергією та інформацією. Чим відрізняються компоненти цієї тріади?

Речовиною називається матерія, що має масу спокою. Енергія (від грец. energeia — дія, діяльність), позбавлена маси спокою, і є загальною мірою кількості руху, причиною змін речовини. Речовина та енергія, як дві основні форми матерії, є основою спостереженого нами світу.

Поняття «інформація» (від лат. informatio — роз'яснення, виклад) спочатку використовувалося для позначення відомостей, що передаються від людини до людини. У XX столітті це поняття стало позначати будь-які відомості та дані, що передаються за допомогою будь-яких речових чи енергетичних носіїв.

Для речовини та енергії діють закони збереження. У силу цих законів і речовина, і енергія не з'являються і не зникають, а лише переходять з однієї форми до іншої. Рівняння Ейнштейна E=mc² відображає фундаментальний зв'язок між речовиною та енергією. Для інформації закони збереження не діють. Інформація може з'являтися та зникати. Як це не дивно, інформацію можна передати іншому, не втрачаючи її (це зовсім нескладно зробити, наприклад, з комп'ютерним файлом і неможливо, наприклад, з їжею чи електроенергією…).

Однак дія законів збереження для речовини та енергії — різна. Речовина може нескінченно переходити з однієї форми в іншу. Ви зробили видих. У повітрі, що видихається, містяться молекули води у вигляді пари. Деякі з цих молекул утворилися в результаті обміну речовин з атомів водню та кисню, що входили до складу органічних речовин, які зруйнували ваш організм. Ці молекули можуть випасти з парою на рослини. Деякі з поглинених рослинами молекул води виявляться розщеплені ними та увійдуть до складу нових органічних речовин. Атоми водню та кисню, як і інших важливих для організмів елементів, можуть мандрувати такими чи іншими подібними маршрутами протягом тисяч (або сотень мільйонів…) років.

Отже, колообіг речовин цілком можливий, на відміну від колообігу енергії. І через кожен організм, і через біосферу в цілому тече потік енергії, а її необмежений колообіг неможливий. Щоб зрозуміти це, необхідно згадати перший і другий закони термодинаміки. Перший закон термодинаміки — закон збереження енергії. Для обговорення цього питання найзручніше висловити його у такій формі: ККД (коефіцієнт корисної дії) будь-якого перетворення енергії не може перевищувати 100 %. Отже, при перетворенні енергії не можна її отримати більше, ніж було витрачено. Стосовно цього енергія поводиться так само як речовина. Другий початок термодинаміки парадоксальніший. Згідно з ним, ККД перетворення енергії не може становити навіть 100 %: частина енергії перейде у форму, в якій її не можна буде використовувати для виконання корисної роботи. В результаті цього при кожному перетворенні енергії в живих системах її частина перетворюється на тепло, витрачається на підвищення невпорядкованості навколишнього середовища. Іншими словами, «граючи» із природою, виграти неможливо. Щобільше, з нею навіть не можна зіграти внічию!

Ще одна істотна відмінність між речовиною, енергією та інформацією пов'язана з можливістю вимірювання їхньої кількості. Кількість речовини можна виміряти абсолютно незалежно від способу вимірювання. Її кількість, оцінена, наприклад, за її масою та за енергією, яка потрібна, щоб привести її в рух, виявиться тим самим. Кількість енергії можна виміряти лише в порівнянні з деяким іншим її рівнем. Лише згадане рівняння Ейнштейна дає повну оцінку енергії, що міститься в тій чи іншій кількості речовини. А для інформації загалом неможлива оцінка її кількості, незалежна від її приймача, адресата цієї інформації.

Скільки інформації міститься на CD-диску? Користувач CD-приводу може завантажити з диска кількість інформації, яка записується на нього відповідно до певного стандарту (наприклад, 700 Mb). Для людини, яка вміє читати, кількість зчитаної інформації визначається малюнком і написами, нанесеними на неробочу сторону. Для продавця дисків основну інформацію нанесено на ціннику. Технолог насамперед зверне увагу на особливості виготовлення цього предмета, реконструювавши деталі технологічного процесу за важливими для нього одного зовнішніми ознаками. Але найголовніше навіть не в цих відмінностях. Ми не знаємо, чим є ця інформація для різних одержувачів і наскільки вона для них важлива. Для того, кому інформація на CD не потрібна чи нудна, записана невідомою мовою або у невідомому форматі, інформації там все одно що немає (або вона полягає в тому, що місце на диску зайняте). Для когось іншого вона життєво важлива і допоможе зробити значні висновки. А поза зв'язком з одержувачем, інформації «самої по собі», не може бути!

Ви визирнули у вікно і побачили там людину. Скільки інформації ви отримали? Можна порахувати кількість фотонів, які потрапили у ваші очі. Можна виміряти кількість нервових імпульсів, вироблених клітинами сітківки. Можна оцінити ймовірність того, що в даний час в даному місці у зоні вашої видимості опиниться ця людина, і вважати кількістю інформації величину, зворотну ймовірності даної події (чим несподіваніша подія, тим більше інформації ви отримали, дізнавшись про неї). Але щоб оцінити інформацію, яку ви отримали насправді, потрібно знати, ким для вас є ця людина (матір'ю; кимось незнайомим; другом, якого вважали зниклим безвісти; листоношею, що може принести телеграму…) і що саме для вас означає той факт, що ви її побачили.