Системний аналіз процесу виробництва інформаційної та матеріальної продукції

Размещено на http://allbest.ru

Київський національний університет будівництва і архітектури

Системний аналіз процесу виробництва інформаційної та матеріальної продукції

Анотація

У статті на основі логічної моделі інформаційної системи проаналізовано процеси виробництва інформаційної та матеріальної продукції і визначено місце технологічної інформації. Побудовано концептуальну модель цього виробництва. Доведено неможливість виробництва матеріального з інформації, а також інформації з матерії чи енергії. Розглянуто можливість виробництва без участі технологічної інформації. Доведено, що у Всесвіту за умов відсутності живої клітини не може випадково утворитись життя з неживих елементів і не тільки матеріальне існує вічно, а також вічною є технологічна інформація, яка закладена у кожну живу істоту, що може розмножуватись.

Ключові слова: інформаційна система, технологічна інформація, жива клітина, життя у Всесвіті, вічність технологічної інформації.

Мета статті полягає у визначенні фундаментальності значення інформації у будові Всесвіту та доведенні неможливості вироблення матерії чи енергії з інформації, а також вироблення інформації з матерії чи енергії.

Основи теорії виробництва інформаційної та матеріальної продукції. Майже до останнього сторіччя не було визначено роль інформації у процесі виробництва через відсутність поняття інформаційної системи. Таке поняття з'явилось лише у середині ХХ століття у зв'язку з впровадженням лічильної та комп'ютерної техніки і не мало жодного відношення до структури живих організмів. Але з розвитком генної інженерії, репродуктивної медицини та клонування вдалось виявити повну аналогію щодо принципів побудови живих організмів з комп'ютерними системами. Це докладно описано у роботі [1], де розглянуто три наступні складові будь-якого виробництва: матеріал (сировина або деталі); технологічна інформація у вигляді послідовності інструкцій або команд, які у сукупності є знаннями про те, як створити виріб з матеріалу; виконавці, які забезпечені потрібними інструментами та обладнанням для реалізації вказаних інструкцій чи команд. Інформаційні системи (ІС) були створені для математичних розрахунків, але надалі їх було доповнено обробкою текстів та зображень. Тоді ж з'явилось поняття комп'ютерної системи, що означає сукупність програмно-апаратних засобів для обробки інформації. Але воно не розповсюджується на людей, які є головними виробниками та споживачами інформації. Поняття ІС, яке надано у роботі [2], має такий вигляд: "Під інформаційною системою будемо вважати матеріальну структуру, що здатна зберігати інформацію та використовувати її для вибору тих чи інших реакцій на характеристики зовнішнього середовища." Таке визначення охоплює системи будь-якої складності, як штучні, так і живі. їх мінімально необхідні властивості надано у табл. 1.

Таблиця 1

Мінімально необхідні властивості ІС

взято з [2]

Виходячи з цих властивостей, матеріальну структуру можна вважати ІС тоді і лише тоді, якщо значення M л S л C л E є істиною.

Модель системи виробництва інформаційної та матеріальної продукції представлена на рис. 1.

Рис. 1. Концептуальна модель системи виробництва інформаційної та матеріальної продукції

На рисунку прийнято такі позначення:

I_m - інформаційний матеріал для виробництва інформаційної продукції;

I_q - запити матеріалу для виробництва інформаційної продукції;

Ip - інформаційна продукція;

Mm - матеріал для виробництва матеріальної продукції;

Mp - матеріальна продукція;

Mw - відходи виробництва матеріальної продукції;

It - технологічна інформація у вигляді програм;

Iti - технологічна інформація для управління процесом виробництва інформаційної продукції;

Itm - технологічна інформація для управління процесом виробництва матеріальної продукції.

Процеси виробництва інформаційної та матеріальної продукції суттєво відрізняються один від одного. Уся інформаційна продукція виробляється лише у оперативній пам'яті, куди нічого, крім інформації, потрапити не може. Через те, що матерію чи енергію неможливо занести в оперативну пам'ять, витікає неможливість перетворення матеріальної сировини у інформацію. Дії, над даними, які виконуються у оперативній пам'яті для отримання I_p з I_m, являють собою арифметичні та логічні операції або переміщення даних у пам'яті з місця на місце. Не існує такої операції, яка б будь що матеріальне перетворювала в інформацію. Слід зауважити, що у живих клітинах спостерігаються такі ж принципи роботи з інформацією, як і у комп'ютерних системах. У виробництві матеріальної продукції діє закон збереження матерії, а саме кількість матерії у Mm буде дорівнювати сумі кількості матерії у Mp та у Mw. З цього витікає неможливість перетворення технологічної інформації Itm у який-небудь матеріальний ресурс. Ця інформація потрібна лише для керування діями пристроїв, що перетворюють Mm у Mp. До цих дій відносяться: переміщення матеріалу, з'єднання та відокремлення його частин або елементів, фізичні та хімічні перетворення, що відбуваються згідно програмі дій I_tm. Ця програма являє собою технологічну інформацію і ніщо із неї ні у який формі не може потрапити у продукцію або у відходи. На це слід звернути увагу з метою розкриття помилкового твердження про можливість перетворення інформації у енергію за схемою, яку описано у роботах [3] та [4]. Ця схема носить назву "демона Максвелла". Вона являє собою сосуд з газом, який розподілено на дві рівні частини перегородкою з отвором. Біля отвору знаходиться уявна істота (демон), яка пропускає швидкі молекули газу в один бік, а повільні - у протилежний. Через деякий час у одній половині сосуду буде накопичено тепло і таким чином нібито буде відбуватись перетворення інформації у енергію. Але цей гіпотетичний експеримент відповідає системі виробництва матеріальної продукції шляхом сортування молекул.

Сортування є однією з можливих дій у виробництві продукції. Засобами перетворення матеріалів у продукцію можуть бути чутливі елементи для визначення характеристик матеріалу. Через значення цих характеристик може відбуватись переміщення елементів матеріалу з місця на місце. Наприклад, з суміші золотих та мідних частинок шляхом сортування можна відокремити золото від міді, але це не означає, що ми перетворюємо у золото інформацію. Так само і схему демона Максвелла не можна вважати за перетворювача інформації у енергію, бо там відбувається також сортування на рівні молекул. Таким чином, аналіз схем виробництва інформаційної та матеріальної продукції доводить принципову неможливість перетворення матеріального у інформаційне, а інформаційного у матеріальне.

Можливість виробництва без технологічної інформації. Постійний рух фізичних тіл, починаючи від елементарних часток, і до зіткнення галактик з появою нових зірок, свідчить про постійне утворення у Всесвіті чогось нового. При цьому не спостерігається участь технологічної інформації під час такого утворення. Наприклад, Сонце само по собі виробляє енергію, через що на Землі відбувається циркуляція води і її очищення шляхом фільтрації крізь певні шари ґрунтів. Все подібне можна вважати виробництвом, яке відбувається само по собі без будь-якої потреби у технологічній інформації. Якщо б вчені не розкривали структуру живих клітин, то можна було б вважати, що завдяки сонячному світлу і дощам самі по собі виростають дерева і трави, а також з'являються тварини і люди без участі технологічної інформації. Але з кожним відкриттям біологів та генетиків стає зрозумілішим, що рукотворні інформаційні системи являють собою лише копію того, що здавна існує у живій природі. До появи живих клітин нічого схожого на інформаційні системи на Землі не було виявлено. Все, що відбувається у Всесвіті через постійний рух за фізичними та хімічними законами не потребує технологічної інформації. Але те, що виробляється без участі технологічної інформації, не має ознак інформаційних систем, які були б здатні до самостійного розмноження, без чого їх існування приречене на загибель. Як підтверджено чисельними фактами біологічних досліджень, жодна жива істота не утворюється без використання технологічної інформації.

Місце інформації у Всесвіті та умови її існування. Фахівцям з генної інженерії вдалося експериментально визначити обсяг технологічної інформації, яка необхідна для існування живої клітини здатної розмножуватись. Про це у роботі [5] сказано таке: "Craig Venter створив синтетичну клітину, яка містить найменший геном з усіх відомих незалежних організмів. Функціонуючи з 473 генами, клітина є важливою віхою в 20-річних пошуках його команди, щоб звести життя до найнеобхіднішого і, як наслідок, створити життя з нуля". Кінець цитування. Те, що дійсно було зроблено цими фахівцями, то це синтез молекули ДНК та її введення у клітину бактерії. Хоч молекула ДНК є одним із найважливіших елементів будь-якої живої клітини (носієм генетичної інформації), але вона не має органів для виконання дій. Носії лише зберігають технологічну інформацію, а перетворюють її у дії інші механізми.

Про синтез таких механізмів у даній роботі не йдеться. Задача цих механізмів полягає у виконанні інструкцій з молекули ДНК, та розмноження. Як визнає Craig Venter, результат пошуку мінімальної ДНК відбувався методом спроб та помилок. У мінімізованій молекулі ДНК залишилось 531 000 нуклеотидів із 473 генами, з яких 149 невідомої функціональності. Серед цих 149 генів було багато таких, які зустрічались у інших істотах, а також у людей. Синтез молекул ДНК здійснюється на твердому носії, оскільки ці молекули швидко розпадаються у воді. Зовнішній вигляд апаратури для такого синтезу представлено на рис. 2.

Рис. 2. Синтезатор олігонуклеотидів MerMade 12 призначений для синтезу олігонуклеотидів ДНК, РНК і LNA

Згідно з концептуальною моделлю (див. рис. 1) синтез молекул ДНК у цьому експерименті являє собою виробництво інформаційної продукції. При цьому джерелами для отримання і_т були бази даних з результатами секвенування генів, а технологічна інформація iti забезпечувала потрібну послідовність генів у молекулі ДНК. Відповідно до інформації iti формувались запити i_q щодо того чи іншого гену. Інформаційну продукцію і_р за допомогою синтезатора заносили на носій у вигляді молекули ДНК, яку далі переносили у живу клітину бактерії. Усі спроби скоротити молекулу ДНК не дозволяли отримати бактерію здатну до розмноження. Таким чином, остаточно отриманий результат у 531 000 нуклеотидів, що відповідає 1 062 000 бітів, є найменшим з усіх відомих, бо в інших живих істотах довжина молекули ДНК є більшою. Дослідження функціональності ряду генів виявили, що вони є носіями технологічної інформації для синтезу елементів побудови живих клітин. У цих генах послідовності з трьох нуклеотидів, що називають триплетами, є командами на приєднання чергової з 20 амінокислот до синтезованого елементу. Це точно відповідає моделі виробництва матеріальної продукції (див. рис. 1), де матеріалом Mm є амінокислоти, продукцією Мр - синтезований елемент, а відповідний ген - технологічною інформацією im. Це свідчить про те, що принципи виробництва у живих клітинах і у промисловості одні й ті ж самі з точки зору використання технологічної інформації. Іншими словами, для підтримки існування життя є необхідність у технологічній інформації. З цього витікає, що існування життя є неможливим без технологічної інформації, яка є необхідною для побудови клітин, що здатні до розмноження. Без них не було б життя у тому вигляді, у якому воно існує. Факт існування життя не підлягає сумніву і також не підлягає сумніву, що воно базується на молекулах ДНК, що є носіями технологічної інформації для побудови усіх живих організмів.

Гіпотезу появи життя на Землі з астероїдів чи комет у найближчі часи буде досить легко перевірити експериментально завдяки розвитку космічної техніки. Для цього достатньо виявити бактерії на астероїдах чи кометах або у місцях їх падіння на Місяці чи на Марсі. Але при цьому виникне більш глибоке питання щодо можливості появи життя у Всесвіті. Хоч інформація і матерія - абсолютно різні субстанції, але через те, що інформація завжди перебуває на матеріальному носії може виникнути питання щодо можливості утворення інформації під час виробництва носія. Оскільки цікавою для нас є лише та інформація, яка здатна самостійно розмножуватись і лише та, що є основою саме нашого життя на основі ДНК, то діапазон для пошуку відповіді на це питання є достатньо вузьким. Уявимо, що згідно теорії "Великого вибуху" температура і щільність матерії були на стільки високими, що ніякі бактерії з молекулами ДНК не мали шансів для існування. При цьому "вибух" розпочався не в одній точці, а у всіх точках Всесвіту одночасно. Життя при цьому не могло зберегтись ні в якому законсервованому вигляді. З часом утворились потрібні хімічні елементи та з'явились умови для можливого формування елементів життя. З історії розвитку Землі відомо, що життя з'явилось у вигляді бактерій. Відомо, що необхідним елементом бактерії є молекула ДНК. Побудову молекули ДНК для бактерії описано у роботі [5]. Під час цієї побудови у вчених були варіанти фрагментів ДНК у вигляді генів і вони використовували їх для перебору за методом спроб і помилок. Оскільки у нашому випадку молекул ДНК ще не було, то залишається єдина можливість випадкового перебору. Хоч для такого перебору вже було підраховано майже нульову ймовірність, але все це не переконливо, бо випадки можуть бути будь-які і у разі наявності навіть дуже маленької ймовірності, подія може відбутись. Можемо уявити, що у Всесвіті у якійсь момент з'явились у великій кількості сприятливі умови для синтезу молекул ДНК. Для цього достатньо мати матеріал у вигляді нуклеотидів чотирьох типів і синтезатори. Уявимо, що все це було і випадково утворилась потрібна молекула ДНК така, яку можна було б закласти у бактерію. Але навіть абсолютно вірно сформована молекула ДНК з технологічною інформацією сама по собі не є дієздатною. Для того, щоб ця інформація перетворилась у дії потрібен виконавець. А ним може бути лише жива бактерія. матеріальний інформаційний генний олігонуклеотид

Якщо живої бактерії у момент завершення синтезу молекули ДНК немає, то не буде кому виконувати необхідні дії. Оскільки у цей момент живій бактерії не було де взятися, то ніякого життя не з'явиться. Таким чином, можна вважати доведеним, що у разі відсутності живої клітини не може випадково утворитись життя з неживих елементів. Той факт, що наше життя існує, свідчить про те, що ніколи не було у Всесвіті такого моменту коли були лише матерія та енергія і не було життя з усією необхідною для його існування технологічною інформацією. Це означає, що не тільки матеріальне існує вічно, а також вічною є технологічна інформація, яка закладена у кожну живу істоту, що може розмножуватись.

Висновки

На основі логічної моделі інформаційних систем та поняття технологічної інформації, доведена неможливість виробництва матеріального з інформації, а також інформації з матеріального.

Показана можливість виробництва деякої матеріальної продукції без використання технологічної інформації за рахунок природного фізичного руху, який постійно відбувається у Всесвіті.

Доведено, що у Всесвіту за умов відсутності живої клітини не може випадково утворитись життя з неживих елементів. Це означає, що не тільки матеріальне існує вічно, а також і технологічна інформація, яка закладена у кожну живу істоту здатну до розмноження.

Список використаних джерел

[1] Вишняков, В. (2023). Моделювання інформаційних систем прояснює питання появи життя на землі. Grail of Science, (29), 212-218. https://doi.org/10.36074/grail-of- science.07.07.2023.033.

[2] Вишняков, В. (2023). Принципи розвитку інформаційних систем. Grail of Science, (27), 347-353. https://doi.org/10.36074/grail-of-science.12.05.2023.054.

[3] Cargill Gilston Knott (1911). "Quote from undated letter from Maxwell to Tait". Life and Scientific Work of Peter Guthrie Tait. Cambridge University Press. p. 213-215. http://www.nature.com/news/2010/101114/full/news.2010.606.html.

[4] Toyabe, S., Sagawa, T., Ueda, M., Muneyuki, E. & Sano, M. (2010). "Experimental demonstration of information-to-energy conversion and validation of the generalized Jarzynski equality"// Nature physics - Vol. 6 - December 2010. - 988 -992. http://www.nature.com/articles/nphys1821.epdf?referrer_access_token=dhgz8cDA4RL ppsY8juRTVtRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0Orf93EpZHYsrWOSn- T4fjsBB5isGTn6Zo7ABTNvby36dT3UYwsZDH36Oi_A2Td8gRAhn7onD5S50jDJ1SIbhXv- SE_rtF6X4vjWQRJoBoYj7PvgZIzSbnUHSsvH3D-pgzCYxkJ6tfGD- d3VAUmbG0mWJ8LklGdVqmRdRH1 Gmp3TyAXqBzXGip- YKNHHaDzZcs%3D&tracking_referrer=www.nature.com.

[5] Ewen Gallaway and Nature magazine (2016). Scientists Synthesize Bacteria with Smallest Genome Yet, Scientific American, March 25, 2016. https://www.scientificamerican.com/article/scientists-synthesize-bacteria-with-smallest- genome-yet.

Размещено на Allbest.ru