Physik – Information – Informationssysteme

Beitrag zum Symposium 2002
„Physik, Information, Informationssysteme“
Carl Friedrich von Weizsäcker zum 90. Geburtstag

G. Vojta, W. Eisenberg, U. Renner

Auszug, Original erschienen in [1], S. 50–55 (PDF-Kopie)

Inhaltsverzeichnis

1. Entropie und Information

2. Informationstheorie, Thermodynamik und Statistische Physik

3. Quanteninformatik

1. Entropie und Information

Die erste Frage einer Informationswissenschaft ist die nach dem Informationsbegriff. Der akzeptierte Grundbegriff der Informationstheorie wurde von Shannon 1948 formuliert und multidisziplinär angewendet: in der Informationstheorie, der Physik, der Biologie, der Stochastik, der Linguistik, der Musik, der technischen Wissenschaften usw.

Mit dem Informationsproblem ist die Physik z. B. im Zusammenhang mit dem Maxwellschen Dämon (1871) konfrontiert worden. Dieser Dämon wirkt entgegengesetzt zum natürlichen Prozessablauf (2. Hauptsatz der Thermodynamik): er sortiert die schnellen und langsamen Moleküle in die Räume der Doppelkammer (verbunden mit einem Moleküldurchgang – siehe Abbildung 1). Er schafft eine Differenzierung im Ortsraum hinsichtlich der Geschwindigkeiten, nachdem er sich über die Geschwindigkeiten der Moleküle virtuell informiert und die Unkenntnis hinsichtlich der Geschwindigkeiten jener Moleküle beseitigt hat. Der Dämon erzeugt dabei einen Nichtgleichgewichtszustand, entgegengesetzt zur prozessualen Tendenz zum Gleichgewicht (2. Hauptsatz), die mit einem Teilchenensemble mit einer mittleren Geschwindigkeit im thermodynamischen Gleichgewicht (oder dem Schwankungsgleichgewicht) verknüpf ist.

Abb. 1: Maxwellscher Dämon

Vertieft wurde diese Dämonologie von Szilard (1929). Einen formalen Zusammenhang zwischen dem Informationsmaß „Unkenntnis“ und der Entropie stellte R. Becker her:

Entropie = k ln „Unkenntnis“.

Damit waren die Fragen verknüpft:

1. Ist die Information identisch mit der physikalischen Entropie?

2. Oder ist sie identisch mit der Neg-Entropie?

Literatur