Г. Н. Дульнев,
доктор технических наук,
заслуженный деятель науки и техники РСФСР,
академик РАЕН, профессор СПБГУИТМО

 

Массоэнергоинформационный обмен человека с позиции неравновесной термодинамики

 

Доклад на Международной научной конференции «Живая Этика и Культура.
Идеи наследия семьи Рерихов в нашей жизни»,
Санкт-Петербургский Государственный Университет культуры и искусств, 11-12 февраля 2011г.

 

 

1. Пути исследования материально-духовного мира

Объектом исследования выберем человека, который в своей деятельности проявляет себя как с материальной, так и с духовной стороны. Известно, что организм человека обменивается с окружающей средой массой, энергией и информацией, т.е. происходит массоэнергоинформационный (МЭИ) обмен. Последний состоит из физических (масса и энергия) и информационных взаимодействий. Такой взгляд включает целостное представление о природе. Материальный мир обладает двумя свойствами: материя находится в движении, которое придаёт ей различные структурные разнообразия. В таком представлении масса является мерой количества вещества (кг); энергия - источником и мерой движения (дж); информация является мерой структурно-смыслового разнообразия (бит) [1].

К этой тройке понятий, характеризующих материальный мир (масса - энергия - информация), примыкают два термина - сознание и Дух. Они составляют восходящую по содержанию и значимости триаду: информация - сознание - дух. Иногда последнюю триаду называют тонким миром. Это позволяет утверждать, что основа нашего мира построена не только из материальных, но и из материально-духовных элементов, а информация - соединяющий их мостик. Если материя и энергия всесторонне изучены и составляют основу современной науки, то мостик “информация” чрезвычайно зыбкий и это несмотря на то, что по этой теме опубликовано громадное число работ, несмотря на то, что XXI век и современную цивилизацию иногда называют информационными. В статье делаются несколько робких шагов по этому мостику, а именно: рассматривается возможность измерения предлагаемых массоэнергоинформационных и энергоинформационных параметров.

 

 

2. Энтропия и негэнтропия

Организм человека рассматривается как открытая система, обменивающаяся со внешней средой массой, энергией, информацией. Требуется в общем виде найти связь между параметрами этой системы в процессе обмена. Из всех возможный физических, химических, биологических методов мы остановимся на термодинамическом, так как он в отличие от других не требует знания механизмов преобразования одних процессов в другие и оперирует интегральными параметрами массы, энергии, информации. Кроме того, оказалось возможным использовать математический аппарат термодинамики необратимых процессов (термодинамики открытых систем), предложенный бельгийским учёным, лауреатом Нобелевской премии, академиком И.Р.Пригожиным [2]. Следует отметить, что этот аппарат разработан для случая обмена системы с окружающей средой только массой и энергией. Для наших целей он будет развит для случая обмена системы с окружающей средой массой, энергией и информацией.

Одним из основных параметров в термодинамике является изменение энтропии ΔS, равное отношению тепловой энергии ΔQ (Дж), которая выделяется (поглощается) в системе к абсолютной её температуре Т (К), т.е.

 

                                            (1)

 

Известно, что в изолированных системах энтропия меняется только в одну сторону - она растёт. Каждый процесс в природе приводит в этих системах приводит к увеличению энтропии в той части мира, где это происходит. Энтропию можно рассматривать как меру хаоса в системе. Живой организм также производит энтропию и при её максимальном значении приводит к смерти. Как пишет лауреат Нобелевской премии австрийский физик Э.Шрёдингер, организм может избегнуть этого состояния, т.е. оставаться живым только путём постоянного извлечения из окружающей среды отрицательной энтропии, или негэнтропии. Это означает, что в живом организме, а это открытая система, происходит не только производство энтропии, но и отток её во внешнюю среду [3]. Энтропия и негэнтропия и являются универсальными параметрами в природе. Как пишет проф. М.В.Волькенштейн: «Всё, чем отличается этот мир от серого, однородного хаоса, возникло и существует вследствие оттока энтропии в окружающую среду. Отрицательной энтропией питается всё живое и всё созданное жизнью, а значит, наука и искусство. Человек творит отрицательную энтропию, создавая новую, незаменимую информацию» [4]. Выскажем предположения, что энтропийные процессы связаны в основном с преобразованием в системе массы и энергии, а негэнтропийные - с преобразованием информации.

Напомним, что все системы делятся на изолированные и открытые, причём изолированные системы - это идеализация, не встречающаяся в природе. При термодинамическом описании открытых систем И.Пригожин предложил представить как сумму из производства энтропии в системе  и её обмен  с окружающей средой. Общее изменение энтропии ΔS в системе равно

 

ΔS =+                                              (2)

 

Он также показал, что для открытых систем возможны случаи отрицательных значений ΔS, т.е. не роста, а падения энтропии. Что соответствует уменьшению хаоса в системе, росту упорядоченности системы, её структурированию.

Запишем математически банальное утверждение: увеличение хаоса dx в системе приводит к уменьшению порядка dП, т.е.

 

dx = - dП                                                         (3)

 

Из формулы (3) следует

 

d(x+П) = 0,  (x+П) = const                               (4)

 

т.е. сумма хаоса и порядка в природе есть величина постоянная.

Система может спонтанно в процессе эволюции переходить от менее к более упорядоченным состояниям, т.е. в системе возможна самоорганизация. Как отмечают Г.Николас и И.Пригожин при достижении системой стационарного состояния dS = 0 она может существовать неопределённо долго. Иными словами, «для поддержания стационарного неравновесного состояния необходимо направлять в систему поток отрицательной энтропии, равный по величине внутреннему производству потока энтропии»[2]:

 

                                           (5)

 

Напомним, что энтропия является мерой хаоса того или иного процесса. Академик И.Пригожин предложил использовать более общий параметр, а именно: удельный поток производства энтропии , которую он назвал функцией диссипации [2]. Массоэнергоинформационный обмен организма с окружающей средой происходит через кожу человека, дыхательные пути и другие органы и приводит к сопряж`нным процессам, т.е. обмену потоками энтропии от нескольких явлений. При обмене энтропией для процесса всегда возникает как следствие поток , а причиною этого является сила . В термодинамике необратимых процессов эти величины связаны с функцией диссипации  в форме произведения силы на поток

 

=                        (6)

 

где  – коэффициент пропорциональности, приводящий к единой размерности правую и левую части уравнения (6).

Для сопряжённых процессов при обмене массой (l = m), энергией (l = q) и информацией (l = I) функция диссипации  для линейных процессов имеет вид

 

                               (7)

 

 

2. Двойные электрические слои (ДЭС) и регистрация информационных потоков

Обсудим выбор сенсорного элемента в живых организмах, позволяющий реагировать на массу, энергию, информацию, проходящих через этот элемент. Таким сенсорным элементом может являться мембрана клетки организма, которая содержит двойной электрический слой (ДЭС) между наружной и внутренней поверхностями мембраны [11]. Сигнал воспринимается с помощью ДЭС клетки, который взаимодействует с носителем информации. Каждая клетка ткани представляет сложную коллоидную систему с множеством ДЭС. Они обладают уникальными сенсорными свойствами, играют важную роль в жизнедеятельности биологических систем. В ДЭС возникает изменение электрического потенциала при воздействии электромагнитного, магнитного и других излучений [11, 12]. Изменение потенциалов в мембранном слое клетки способствует переносу массы, энергии, информации [13].

Для технической реализации этого принципа следует подобрать физическое устройство, имитирующее эту часть процесса обмена в клетке. Такую роль могут выполнить различные технические устройства с ДЭС. Например система электродов с разными потенциалами, p-n переход, термостолбик и др.

Если открытая система обменивается с окружающей средой энергией и информацией, то их регистрация может быть осуществлена с помощью преобразователя энергоинформационного потока (ПЭИП). Его устройство, методы измерения отдельного информационного потока и обработка опытных данных рассматривается в [14]. Датчики располагаются в биологически активных точках (БАТ) индуктора (врача) и приёмника (пациента). Процесс опыта условно разбит на три периода: изучение фона, воздействие и последействие, каждый из которых длительностью 10 мин. В процессе опыта производится регистрация плотности энергоинформационного потока q  и температуры T выбранных областей БАТ. Если температура в этой области неизменна, то тепловой режим человека, т.е. его энергетические потоки остаются постоянными в этот промежуток опыта и при соответствующей обработке результатов измерений можно выделить отдельно информационный поток qn  в каналах, связывающих БАТ с тем или иным органом человека [15].

 

 

4.Критерии порядка и хаоса. Гармония в системе.

Одно из эмпирических обобщений синергетики гласит, что все процессы в природе представляют сочетание упорядоченных и хаотичных процессов. Иными словами Вселенную можно рассматривать как океан хаоса с островками порядка или как океан порядка с островками хаоса. По предложению французского физика Бриллюэна изменение хаоса ΔX и порядка ΔП можно следующим образом выразить связь с величиной изменения энтропии ΔS:

 

ΔX = ΔS - ΔSmin          ,         ΔП = ΔSmax – ΔS ,              (8)

 

где ΔS, ΔSmax, ΔSmin - текущее, максимальное и минимальное значение энтропии в изучаемом процессе [5].

Мы предложили для описания хаотических и упорядоченных процессов использовать относительные единицы: критерий хаоса Кх и критерий порядка Кп, которые имеют вид [8,9]:

 

                             (9)

 

Эти коэффициенты меняются от нуля до единицы:

 

0 ≤ Кх ≤ 1   ,    0 ≤ Кп ≤ 1   ,                                                                (10)

 

При Кх = 0 - нет хаоса, Кх = 1 - максимальный хаос. При Кп = 0 - нет порядка, при Кп = 1 - максимальный порядок. Полученные математические соотношения отражают приведённое выше утверждение, что природа состоит из детерминированных и случайных явлений.

Другое эмпирическое обобщение синергетики гласит: процессы в природе происходят гармонично, если соотношение случайных и закономерных их частей соответствует числам Фибоначчи: 0.382 и 0.618. Иными словами гармония того или иного процесса наступает если в последнем примерно 40% случайных и 60% закономерных явлений. Последнее утверждение относится к любым явлениям - художественным, экономическим, медицинским и др. и справедливо на любом этаже Вселенной: в микро, макро, мета мирах [8,9].

 

 

5. Оценка качества информации

Существующая теория информации игнорирует её качество, что вызывает стремление ряда исследователей найти решение этой проблемы. Отмечено, что суждение о ценности информации возникает после её восприятия рецептором (приёмником). Иными словами, уровень подготовки рецептора в значительной степени определяет ценность полученного сообщения. В монографии [4] профессор В.М.Волькенштейн приводит убедительный пример в восприятии некоторой математической информации различными лицами - школьником, студентом математического факультета и профессором математики, обладающими различным уровнем тезауруса в этой области. Если предшествующий запас знаний школьника нулевой, а для профессора он не представляет ничего нового, то для студента ценность полученного сообщения велика (речь идёт например о вузовском учебнике В.И.Смирнова «Высшая математика»). Зависимость ценности информации от тезауруса рассматриваемых лиц изображена на рис 1:

 

 

Рис.1. 1 - Школьник, 2 - Студент, 3 – Профессор.

 

Иными словами, ценность информации связана с её рецепцией. Напомним, что теория информации разрабатывалась К.Шенноном для решения задач связи и рецепция при этом не учитывалась, что и придало работам К.Шеннона характер универсальности. Однако известно, что существуют ситуации, в которых ценность полученной информации играет большую роль, чем её количество.

Рецепция информации связана с появлением упорядоченности в воспринимающей системе, которая становится диссипативной. Для рецепции информации необходим определённый уровень восприятия, должно реализовываться стремление к цели, достижение которой есть переход из менее в более устойчивое состояние. Этот процесс становится возможным только благодаря оттоку энтропии из рецепторной системы. В работах [6, 7] показано, что формула (8) является первым шагом при оценке качества информации, т.к. их величина позволяет судить о тенденции информации к порядку или беспорядку. В 2004 году в работах сотрудников СПбГУ ИТМО предложено оценивать качество информации по критериям хаоса и порядка, выраженным через суммарную величину энергетического и информационного потоков q [10]

 

, Кх+ Кп=1                                (11)

 

где q, q min, q max  - текущее, минимальное и максимальное значения удельной величины энергоинформационного потока [10].

По кривым Кх = Кх(τ), Кп = Кп(τ) можно судить о тенденции качества информации, т.е. делать вывод о стремлении этой величины к порядку или хаосу в каждый момент времени. Для оценки ценности информации свяжем её с достижением цели до и после получения информации, выраженной через критерий хаоса. Целью будем считать достижение системой гармонического соcтояния [8]. Как уже отмечалось, при гармоническом состоянии любой системы критерии хаоса и порядка примерно равны.

 

 

6. Влияние арттерапии на энергоинформационные процессы

Ниже рассматривается влияние танца на энергоинформационные потоки сознания человека (исполнителя и зрителя). Потоки оцениваются по значениям удельных потоков информационной энтропии и влияют на состояние как исполнителя, так и зрителя. Известно, что творческий процесс воздействует на человека, он меняет его настроение (от состояния покоя до возбуждения). Это состояние может вызвать как положительные, так и отрицательные эмоции, побуждает к действию, погружает в размышления, что называется иногда арттерапией. Исполнитель танца в описываемом ниже опыте была профессиональная танцовщица и психолог О.В.Звёздная, зрителем - один из студентов университета Герасимов. Датчики помещались в центре лба (по восточной терминологии аджна) как у исполнителя танца, так и у зрителя. Измерялась плотность энергоинформационного потока q  и температура Т(К), расчёт коэффициента хаоса производится по формуле (4). На рис.2 приведён график изменения коэффициента хаоса Кх = Кх(τ) во времени.

 

 

Рис.2. Воздействие танца Ольги Звёздной

 

О.Звёздная - психотерапевт, она способна улавливать психоэмоциональное состояние зрителя и подстраиваться к нему, посредством танца привести его в гармоничное состояние. Первые 10 минут записано исходное состояние (фон), с 10 по16 минуту исполняется первая композиция танца, с 21 по 26 минуту – вторая композиция (период с 10 по 26 минуту назовём воздействием), с 26 по 35 минуты регистрируется последействие. Во время воздействия О.Звёздная устанавливает психоэмоциональный контакт со зрителем, ведёт его за собой. На графике это хорошо просматривается: процессы идут практически синхронно, а затем тянет зрителя за собой (наблюдается сдвиг по фазе). В периоде послевоздействия оба приходят в состояние, близкое к психофизиологической гармонии. По окончанию эксперимента сознание зрителя приходит в порядок (понижается коэффициент хаоса до Кх = 0.2). Звёздная приходит в ту же точку, в которой была до эксперимента. В период последействия наблюдается стремление выхода кривых Кх = Кх(τ) к значению 0.4, что соответствует гармоническому состоянию. Для получения этого результата следовало бы продлить опыт ещё на 10-15 минут.

 

 

Заключение

Показана исключительная роль информации в природных процессах. С одной стороны информация выступает как составляющая материального мира в триаде материя-энергия-информация; с другой информация является составляющей триады духовного мира: информация-сознание-дух. Из этого следует, что информация является  мостиком между материальным и тонким мирами.

В материальном мире информация проявляет себя как объективный параметр, а в духовном - как субъективный, т.е. информация может рассматриваться как объективно-субъективный параметр. Последнее связано с особенностями рецепции информации воспринимающейся субъектом.

Предложена мера массоэнергоинформационного обмена - функция диссипации и рассмотрена возможность измерения центральной величины этой меры - потока информационной энтропии. В заключении продемонстрировано опытное исследование процесса рецепции на примере исполнения танца и его восприятия зрителем.

 

 

Литература

1. Волченко В.Н. Миропонимание и экоэтика. МГТУ им Н.Э. Баумана, 2001, 431с.

2. Николас Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979, 512с.

3. Шрёдингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика? М.: ИЛ, 1997.

4. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. М.: Наука, 1986, 191с.

5. Дульнев Г.Н. В поисках тонкого мира. С-Петербург: Весь, 2004, 287с.

6. Васильев В.Н., Дульнев Г.Н., Крашенюк А.И. Массоэнергоинформационный обмен человека и медицинская синергетика. Труды семинара время, хаос и математические проблемы, вып. 4. М.: Институт математических исследований сложных систем МГУ, 2009, с. 129-142.

7. Васильев В.Н., Дульнев Г.Н. Приборная регистрация явлений энергоинформационного обмена. Массоэнергоинформационный обмен в природе. // Новые медицинские технологии, новое медицинское оборудование, 8, М.: Медиздат, с 5-8.

8. Дульнев Г.Н. Введение в синергетику. С-Петербург: Проспект, 1998, 253с.

9. Дульнев Г.Н., Крашенюк А.И. От синергетики к информационной медицине. СПб: Институт биосенсорной психологии, 2010, 168с.

10. Патент на изобретение №2290058 «Способ определения локального удельного потока энтропии человека» авторы Васильев В.Н., Дульнев Г.Н., Стражмейстер И.Б., Агеев И.Л., Чащин А.В. Заявка №2004123071 изобретения 27.07.2004 зарегистрировано 27.12.2006.

11. Бобров А.В. Модельное исследование полевой концепции механизма сознания. Орёл, ОГТУ, 260с.

12. Бобров А.В. Торсионные методы в психофизике, ч. II. Возможные структуры механизма сознания. Сознание и физический мир, вып. 2. М.: Фолиум, 1997, с 24-45.

13. Дульнев Г.Н. Энергоинформационный обмен в природе. С-Петербург: ИТМО, 2000, 136с.

14. Дульнев Г.Н., Чащин А.В., Меткин Н.П. Регистрация энергоинформационных потоков. // Новые медицинские технологии, новое медицинское оборудование, 8, М.: Медиздат, 2007, с 54-57.

15. Чащин А.В. Аппаратно-программный комплекс для измерения удельных потоков энтропии. // Новые медицинские технологии, новые медицинские приборы, 8. М.: Медиздат, 2007, с 9-11.

 

 

 

 

Ваши комментарии к этой статье

 

№47 дата публикации: 03.09.2011