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Titolo: Informazione, piccoli quesiti

Ciao a tutti, mi chiedevo :
Ma cosa e' l'informazione ?
Esiste informazione se c'e' qualche *essere cosciente* in grado di
attribuire un certo significato a certi simboli, oppure l'informazione
esiste e basta ?
La trasmissione dell'informazione implica sempre una trasmissione di energia
?
Ciao, Grazie
PS : Lo so voglio sempre introdurre la coscienza nella
fisica/tecnica.....sono un romantico :-) a dispetto di chi dice che la
matematica, fisica, ecc.. sono fredde

 La trasmissione dell'informazione implica sempre una trasmissione di
energia
Diciamo che per trasmettere qualcosa, cosi' si deve pensare alla luce delle
conoscenze di oggi, almeno un "quantum" deve circolare e questo "quantum" ha
un'energia ben definita che viaggia insieme ad esso dal trasmettitore al
generatore. Allo stato attuale della tecnologia, per trasmettere
un'informazione elementare, il bit, occorrono ancora quantita' sterminate di
"quanta". Non so nulla pero' dei computer quantistici che, penso, dovrebbero
ridurre drasticamente la "sterminata quantita'"; essi pero' sono, forse,
l'avvenire non l'oggi.
Saluti
Mino Saccone

 l'avvenire non l'oggi.
A me sembra che del termine "informazione" si faccia non di rado un uso
piuttosto ... mistico. O per lo meno, piu' filosofico che scientifico.
Certamente lontano dalla sola teoria scientifica che conosco, ossia
quella originata da Shannon.
Esempio: il genoma. Supponiamo che il numero totale di basi sia intorno
a un miliardo; dato che le basi usate nel DNA sono soltanto 4, *al
massimo* l'informazione e' di 2 bit per base, per un totale di 2
gigabit, ossia 250 Mbyte. In realta' molto meno, vista la forte
ridondanza: non saranno piu' di 100 Mbyte.
Vi sembra sterminata?
Quanto al requisito energetico, e' stato analizzato da tempo: una
discussione approfondita, anche se certamente non moderna, si trova nel
libro di Brillouin "Science and Information Theory" del 1956.
Brillouin dimostra che un bit d'informazione ha un costo minimo in
*entropia* pari a k ln2 (k costante di Boltzmann) da cui si ricava un
costo in energia kT ln2. A temperatura ambiente si ottiene 3e-21 J/bit,
che appare una quantita' minuscola, ed e' la ragione per cui non sembra
apprezzabile un costo energetico della trasmissione e ricezione
d'informazione.
Pero' se esprimiamo quell'energia in eV, troviamo 0.05 eV/bit, e vediamo
che su scala molecolare non e' affatto un'energia trascurabile, anche se
ancora piccola rispetto a quelle tipiche dei legami molecolari.
In questo senso la conservazione e trasmissione genetica
dell'informazione appare assai piu' efficiente di quella cui arriviamo
per ora con le nostre tecnologie.
Un altro aspetto, che non so se sia piu' stato sviluppato da tempi
lontani, e' quello semantico. La teoria di Shannon e' puramente
statistica, e il _significato_ dell'informazione non ha alcun ruolo.
Tuttavia se io qui avessi scritto una stringa casuale di caratteri, dal
punto di vista stastistico vi avrei trasmesso piu' informazione (in
quanto meno ridondante) ma dal punto di vista semantico molta meno
(almeno spero :-)) ) o niente del tutto.
Notate che pero' i moderni sistemi di compressione non conservativa dei
dati, tipo JPEG e MPEG, anche se non in senso propriamente semantico,
tengono in conto l'interesse o le capacita' del destinatario: fanno
infatti uso delle caratteristiche fisiologiche della vista umana, per
es. dando meno importanza ai dettagli del colore che a quelli della
luminanza.
-------------------
Elio Fabri
Dip. di Fisica "E. Fermi"
Universita' di Pisa
-------------------


A me sembra molto poco sterminata, anche pensando al quantitivo di
informazione potenzialmente contenuto in un essere umano, non parlo
dell'informazione contenuta nel cervello, ma nella "configurazione" di
cellule, tessuti, organi ed elementi subcellulari.
100MB mi sembrano un pò pochi per "contenere" un essere umano eppure esso si
sviluppa a partire dal DNA.
Qual'è la soluzione del paradosso?
Forse gran parte dell'infromazione proviene dall'ambiente esterno durante la
crescità dell'essere umano.
Oppure il DNA usa una efficentissima tecnica di compressione
dell'informazione tale da far vergognare il formato ZIP :-)
Saluti

 
Vorrei fare qualche precisazione su questo punto.
Dal libro di Brillouin sono stati fatti dei passi avanti: negli anni '60
Rolf Landauer dimostrò che la convinzione di Brillouin sull'entropia dei bit
di informazione era falsa e che non tutte le operazioni sui bit sono
termodinamicamente irreversibili.
Landauer infatti mostrò che copiare un bit da un supporto ad un altro non
comporta alcun limite termodinamico fondamentale. Processi in cui viene
prodotta entropia sono quelli in cui bit d'informazione vengono distrutti.
Per darvi un'idea del perché è così (senza pretesa di rigore) si può notare
che azzerare un bit di una cella di memoria fa diminuire l'entropia di
Shannon della cella di kln2. Ma in base al secondo principio questa
diminuzione dell'entropia dell'hardware non può essere ottenuta senza un
ugual aumento di entropia nell'ambiente.
L'idea di irreversibilità computazionale fece sviluppare negli anni '70 il
concetto di computazione reversibile proposto da Fredkin e Toffoli del MIT e
da Bennett dell'IBM. Bennett fa notare come il processo di duplicazione del
DNA sia reversibile e che quindi non ci può essere produzione di entropia.
Il concetto è che io posso partendo da uno stato del computer farlo evolvere
eseguendo il  calcolo e alla fine, dopo aver registrato su altro supporto il
risultato, farlo evolvere all'indietro riottenendo lo stato iniziale e non
avendo speso energia o entropia.
Vorrei far notare che le di Landauer riuscirono ad esorcizzare
definitivamente il diavoletto di Maxwell.
Vi indico infine dei riferimenti:
Charles H. Bennett: Demons, Engines and the Second Law
Scientific American 257, 108-116, 1987
Charles H. Bennett and Rolf Landauer: The Fondamental Physical Limits of
Computation
Scientific American July, 1985

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E' possibile visitare tutto il Louvre in meno di 18 minuti, con una Harley-Davidson.
 

 definitivamente il diavoletto di Maxwell.
Su questo ho scritto una breve sintesi che si puo' trovare
all'url
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia/physics/diavol_2oprinc.html
-- 
Enrico Smargiassi
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia

 Scientific American July, 1985
Ti ringrazio per le precisazioni. Il bello (o meglio il brutto) e' che
gli articoli che segnali li avevo letti a suo tempo, ma li avevo anche
dimenticati...
Aggiungo che su questo NG circa 2 anni e mezzo fa Enrico Smargiassi
aveva gia' ricordato il lavoro di Bennett e Lindauer.
Ho riletto gli articoli che citi; pero' mi hanno lasciato qualche
dubbio. Dipendera' dal carattere di articoli per Sc.Am., ma quelle
macchinette che raccontano le vorrei capire meglio: non sono cosi'
sicuro che funzionino come dicono. Mi riferisco soprattutto alla
possibilita' di decidere in modo reversibile dove si trova la molecola.
D'altra parte la cosa sara' stata ampiamente discussa, immagino...


 loro volta creano le strutture volute.
Questo pero' significa che in effetti la struttura di certe parti di un
organismo richiede pochissima informazione. Sicuramente organi come il
polmone hanno caratteristiche frattali, mentre d'altra parte non e'
rilevante, per la loro funzione, specificare le ramificazioni in ogni
singolo dettaglio.
Altri organi, come muscoli od ossa, sono distruttura assi piu' semplice
e ripetitiva, per cui non richiedono molta informazione.
Tutto sommato ne vedo necessaria molta di piu' a livello della
biochimica cellulare: gli enzimi sono molecole molto critiche anche
nella disposizione spaziale (terziaria), non solo nella successione
degli aminoacidi. E questa non puo' essere "appresa": deve funzionare
bene da subito...
Ma forse in un NG di fisica siamo un po' OT.
Pero' debbo dire che i biologi tendono a trattare questi argomenti in
modo un po' troppo qualitativo e vago, per i miei gusti.


 (Remove the Lock in your replies)
 
Moltospiritosi!Adessorimettetesubitolabarraspaziatriceallamiatastiera!
 

 un batterio che in un anello di accumulazione del CERN... o no?!?
Figurati se non lo so! Pero' resto del parere che potrebbero stare un
po' piu' attaccati a dati concreti e quantitativi; non sempre sono
inaccessibili.
Insomma, ho l'impressione che nell'approccio qualitativo ci sia anche
una scelta filosofica, tipo olismo vs. riduzionismo. Vedi anche il
grande amore per le "qualita' emergenti", la "complessita'" anche quando
non meglio definita, ecc.
