生物信息學(xué)第一定律

生物信息學(xué)第一定律信息守恒定律的基本信息方程式01定律簡介黑洞霍金輻射與信息守恒信息定義理論奇點目錄03020405承認錯誤理論普遍計算結(jié)果目錄0706基本信息信息守恒定律的基本信息方程式（BasicEquationoflawofConservationofInformation），公式NQ=ΔNU+NW1或dNU=δNQ-δNW2定律簡介DENG'S信息守恒基本方程信息守恒定律定律簡介信息守恒定律信息守恒定律（LawofConservationofInformation）或總狀態(tài)守恒，公式：N=∑niorΩ=∑ωiI=∑Ii引申出“熵守恒”：S=∑Si廣義信息守恒等。DENG'S信息守恒基本方程NQ=Nu+NwdNu=dNq-dNw信息守恒與轉(zhuǎn)換定律（基本信息方程序）的定義1：總的流進系統(tǒng)的信息必等于總的從系統(tǒng)中流出的信息，加上系統(tǒng)內(nèi)部信息的變化；信息能夠轉(zhuǎn)換，從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)；信息可以創(chuàng)造，可以失存。用公式表示為NQ=NW+ΔNU象鄧宇們新提出的“信息守恒定律基本方程”與“信息守恒“：N=∑ni”這個概念的定義（定律的定義）2：信息守恒定律是指“系統(tǒng)中儲存信息的增加等于進入系統(tǒng)的信息減去離開系統(tǒng)的信息”ΔNU=NQ-NW系統(tǒng)中儲存信息的變化=進入系統(tǒng)的信息-離開系統(tǒng)的信息=新創(chuàng)造的信息-失去(‘消失’離開)的信息由“系統(tǒng)中信息的變化=進入系統(tǒng)的信息-離開系統(tǒng)的信息”而變換為“（信息）可以創(chuàng)造，可以失存”的‘信信息定義逆Shannon信息定義否定式的Shannon信息定義Wiener信息定義”信息”概念定義信息定義逆Shannon信息定義信息是確定性的增加。信息是確認肯定性（確定性）的東西?；蛐畔⑹强隙ㄐ缘拇_認。對應(yīng)公式Ir=-logPi+1或Ir‘=log((N-ni)/N)=log(nq/N)=logPq即仙農(nóng)信息，由形式上的負熵——不確定度，變換成形式上的正熵補——確定度。否定式的Shannon信息定義信息是消除隨機不定性的東西。公式I=-logPi=-log((ni)/N)=-(logni-logN)=logN-logni=-log((N-nq)/N)=1-1-logPi=1-(1+logPi)=(1-logPi)–1Wiener信息定義信息就是信息，信息是物質(zhì)、能量、信息的標示。”信息”概念定義信息是事物及其屬性標識的集合”的信息實質(zhì)定義黑洞霍金輻射與信息守恒黑洞霍金輻射與信息守恒2004年7月21日，在愛爾蘭都柏林舉行的“第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會”上，英國傳奇科學(xué)家斯蒂芬·霍金教授宣布了他對宇宙黑洞的最新研究結(jié)果，霍金的態(tài)度來了個180度轉(zhuǎn)彎，表示自己原來的觀點錯了，信息應(yīng)該守恒：黑洞并非如他和其他大多數(shù)物理學(xué)家以前認為的那樣，對其周遭的一切“完全吞食”，事實上被吸入黑洞深處的物質(zhì)的某些信息實際上可能會在某個時候釋放出來：信息守恒。黑洞不是一顆死亡了的星體,它具有豐富的內(nèi)涵。黑洞的霍金輻射理論表明,黑洞不僅具有一般的力學(xué)性質(zhì),而且具有量子性質(zhì)和熱性質(zhì)。如果黑洞的輻射譜為嚴格的黑體譜,則黑洞輻射過程中信息丟失。Parikh和Wilczek認為,黑洞的霍金輻射的確可以看成是一種量子效應(yīng),但輻射粒子貫穿的勢壘不是預(yù)先存在的,而是由出射粒子自身產(chǎn)生的。他們的研究結(jié)果支持信息守恒。原因是先前把黑洞想得太理想化了，把黑洞熱輻射也想得太理想化了。不過，霍金一直沒有給出嚴格的證明來支持自己的新觀點。索恩表示此事不能由霍金一個人說了算，他仍堅持信息不守恒的看法。普瑞斯基則表示沒有聽懂霍金的演講，不明白自己為什么贏了。目前，這一牽扯到量子論基礎(chǔ)的敏感問題還遠未解決。黑洞理論的研究已經(jīng)超出了黑洞本身，它不僅通過信息疑難觸及了量子論的重要基石——幺正性，而且掀開了探討時間性質(zhì)的新篇章。理論奇點理論奇點黑洞內(nèi)部有一個奇點，那是時間終結(jié)的地方。大爆炸宇宙有一個初始奇點，那是時間開始的地方。彭若斯和霍金曾經(jīng)證明過一個“奇性定理”，該定理表明，任何一個真實的時空都一定存在奇點，即一定存在時間有開始或終結(jié)的過程。時間有沒有開始和結(jié)束，原本是哲學(xué)家和神學(xué)家議論的話題，現(xiàn)在經(jīng)過對黑洞和宇宙的研究，這一話題被納入了物理學(xué)的領(lǐng)域。宇宙學(xué)家相信，太空中有許多類型的黑洞，從質(zhì)量相當于一座山的小黑洞，到位于星系中央的超級黑洞，不一而足。科學(xué)家過去認為，從巨大的星體到星際塵埃等，一旦掉進去，就再不能逃出，就連光也不能“幸免于難”。而霍金教授關(guān)于黑洞的最新研究有可能打破這一結(jié)論。經(jīng)過長時間的研究，他發(fā)現(xiàn)，一些被黑洞吞沒的物質(zhì)隨著時間的推移，慢慢地從黑洞中“流淌”出來?；艚痍P(guān)于黑洞的這一新理論解決了關(guān)于黑洞信息的一個似是而非的觀點，他的劍橋大學(xué)的同行都為此興奮不已。過去，黑洞一直被認為是一種純粹的破壞力量，而現(xiàn)在的最新研究表明，黑洞在星系形成過程中可能扮演了重要角色。承認錯誤承認錯誤1976年，霍金稱自己通過計算得出結(jié)論，他認為黑洞在形成過程中，其質(zhì)量減少的同時還不斷在以能量的形式向外界發(fā)出輻射。這就是著名的“霍金輻射”理論。但是，理論中提到的黑洞輻射中并不包括黑洞內(nèi)部物質(zhì)的任何信息，一旦這個黑洞濃縮并蒸發(fā)消失后，其中的所有信息就都隨之消失了。這便是所謂的“黑洞悖論”。這種說法與量子力學(xué)的相關(guān)理論出現(xiàn)相互矛盾之處。因為現(xiàn)代量子物理學(xué)認定這種物質(zhì)信息是永遠不會完全消失的。近30年來，霍金試圖以各種推測來解釋這一自相矛盾的觀點?；艚鹪硎?，黑洞中量子運動是一種特殊情況，由于黑洞中的引力非常強烈，量子力學(xué)在此時已經(jīng)不再適用了。但是霍金的這種說法并沒有得到科學(xué)界眾多持懷疑態(tài)度學(xué)者的信服。如今，霍金終于給了這個當年自相矛盾觀點一個更具有說服力的答案。霍金稱，黑洞從來都不會完全關(guān)閉自身，他們在一段漫長的時間里逐步向外界輻射出越來越多的熱量，隨后黑洞將最終開放自己并釋放出其中包含的物質(zhì)信息。計算結(jié)果新理論有待證實新成果令人振奮計算結(jié)果新成果令人振奮盡管這一重大研究成果還沒有公開以論文的形式發(fā)表，已經(jīng)在學(xué)術(shù)界引起了軒然大波?；艚鹪趧虼髮W(xué)的同事、著名的物理理論學(xué)家馬爾科姆·佩里博士表示，“霍金在這次研討會上提出的觀點也許是一種可行的解決方案。但是具體是否能得到最終認可，我看還需要由大家說了算?！钡J為，霍金最新的研究成果將可以和30年前發(fā)表的“霍金輻射”相媲美。另一位物理學(xué)家科特·卡特勒在接受《新科學(xué)家》雜志的訪問時說：“霍金發(fā)出了一個信息，他似乎在說‘我已經(jīng)解決了黑洞理論中的矛盾之處，我想就此發(fā)表一些新的看法’。但是我們作為該信息的接受者，預(yù)先卻并沒有看到任何有關(guān)的書面闡述。作為對霍金本人的尊重，根據(jù)他的名譽，我只能暫且先接受這種說法?！笨茖W(xué)家們都期待著明天的學(xué)術(shù)會議上，霍金教授對他全新成果的完整闡釋。新理論有待證實對于霍金教授拋出的黑洞新論，本報**采訪了我國黑洞研究專家，北京師范大學(xué)的趙崢教授。趙教授說，目前霍金關(guān)于黑洞的最新研究成果只有媒體消息，學(xué)術(shù)論文還沒有發(fā)表，所以這一新的理論還有待證實。專家指出，上世紀70年代，霍金提出的“黑洞熱輻射”理論是20世紀最杰出的理論物理成就之一，但當時這一理論的一些觀點受到了量子物理學(xué)者的質(zhì)疑，科學(xué)家們認為被黑洞“吞掉”的物質(zhì)的信息最終將會隨黑洞一起消失，在量子物理的角度上是無法解釋的。為此，30年來學(xué)術(shù)界一直存在著爭論，此次霍金提出的新觀點―――黑洞在某一時間，將會把它吞掉的信息釋放出來，從表面上看彌補了他以前理論的缺陷，但是這也不足以肯定這一理論就是正確的。趙教授解釋，物質(zhì)所包含的信息并不像質(zhì)量或能量一樣具有守恒的性質(zhì)，因此霍金此前的信息消失理論并不是完全無法接受的。從20世紀60年代到80年代，黑洞研究取得了重大進展。最初人們認為黑洞是一顆死亡了的星體，什么東西都可以掉進去，但任何東西都跑不出來。1974年霍金證明黑洞有溫度、有輻射?；艚疠椛涞陌l(fā)現(xiàn)使黑洞和霍金本人都變得家喻戶曉。理論普遍理論普遍20世紀80年代以后，黑洞研究的重點逐漸從溫度轉(zhuǎn)向信息佯謬。人們早已知道，黑洞外部觀測者會失去形成黑洞以及后來落入黑洞的物質(zhì)的幾乎全部信息，這就是“無毛定理”。所謂“毛”是指“信息”。黑洞只剩下總質(zhì)量、總電荷和總角動量3根“毛”可以被外界探知。人們最初認為，雖然外部觀測者不能探知黑洞內(nèi)部物質(zhì)的信息，但這些信息并沒有從宇宙中消失，只不過隱藏在了黑洞的內(nèi)部?；艚疠椛浒l(fā)現(xiàn)之后，人們知道黑洞中的物質(zhì)最后將全部轉(zhuǎn)化為熱輻射，而熱輻射幾乎不帶出任何信息。這樣，形成和落入黑洞的物質(zhì)的信息將從宇宙中消失，信息不再守恒，不僅重子數(shù)守恒、輕子數(shù)守恒等定律不再成立，量子論的幺正性也將受到破壞。面對如此嚴重的理論困難，物理學(xué)家展開了激烈的爭論。理論物理學(xué)家大都相信信息守恒，堅信幺正性這一量子論的基石不會被破壞?？傊畔?yīng)該守恒。以霍金和索恩為代表的相對論專家則認為信息不一定守恒，幺正性完全有可能被破壞。為此，霍金和索恩與堅信信息守恒的普瑞