Information ist Energie: Definition eines physikalisch begründete Informationsbegriffs
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Springer
2013
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
1 DER INFORMATIONSBEGRIFF - EINE EINFUEHRUNG 1
1.1 MOTIVATION UND ZIELE 1
1.2 INFORMATIK UND INFORMATION 2
1.3 INFORMATIONSTECHNIK UND INFORMATION 3
1.4 PHYSIK UND INFORMATION 7
1.5 PHILOSOPHIE UND INFORMATION 10
1.5.1 STRUKTUR DER INFORMATION 10
1.5.2 INFORMATION UEBER INFORMATION 13
1.5.3 EINORDNUNG DER INFORMATION 14
2 INFORMATION - PHYSIKALISCH UND DYNAMISCH BEGRUENDET 17
2.1 OBJEKTIVITAET DER INFORMATION 17
2.2 SUBJEKT UND INFORMATION 18
2.3 INFORMATIONSUEBERTRAGUNG 19
2.3.1 DYNAMIK DER INFORMATION 19
2.3.2 QUASISTATISCHE INFORMATION IN DER COMPUTERTECHNIK 20 2.3.3 ZEIT
UND RAUM 21
2.3.4 ENERGIETRANSFER 22
2.4 DEFINITION DER DYNAMISCHEN INFORMATION 22
2.4.1 QUANTENMECHANISCHE GRENZEN DER INFORMATIONSUEBERTRAGUNG 22 2.4.2
DIE UNBESTIMMTHEITSRELATION 25
2.4.3 PHAENOMENOLOGISCHE BEGRUENDUNG DER DYNAMISCHEN INFORMATION 26
2.5 DARSTELLUNG VON QUANTENBITS 29
2.5.1 QUBITS - BESCHREIBUNG MIT DEM FORMALISMUS DER QUANTENMECHANIK 29
2.5.2 MESSUNG 31
2.5.3 H ADAM ARD-TRANSFORMATION 34
2.5.4 POLARISATION VON PHOTONEN 36
2.5.5 SYSTEME AUS ZWEI QUANTENBITS 37
LINEARITAET 38
IX
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IMAGE 2
X INHALTSVERZEICHNIS
UNABHAENGIGKEIT 38
2.5.6 QBITS - BESCHREIBUNG MIT DEM FORMALISMUS DER AUTOMATENTHEORIE 39
2.5.7 NO-CLONING-THEOREM 42
2.5.8 QUANTENCOMPUTING 43
2.5.9 PHYSIKALISCHE REALISIERUNGEN VON QUANTENBITS 45
POLARISATION EINES PHOTONS 45
ANWESENHEIT EINES PHOTONS 45
ZUSTAND EINES ELEKTRONS IN EINEM ATOM ODER ION . . 46 SPIN EINES
ELEKTRONS 47
2.6 EIGENSCHAFTEN DER DYNAMISCHEN INFORMATION 47
2.6.1 DYNAMISCHE INFORMATION UND QUANTENBITS 47
2.6.2 UEBERTRAGUNG 1 AUS N 49
2.6.3 SIGNAL UND INFORMATION 51
2.6.4 BEWERTUNG DER ENTROPIE DURCH DIE TRANSAKTIONSZEIT 52 2.6.5
BEWERTUNG DER ENTROPIE DURCH DIE ENERGIE 52
2.6.6 OBJEKTIVITAET VON ENERGIE UND INFORMATION 54
BEISPIEL: INNERER PHOTOEFFEKT 54
BEISPIEL: GASBLASE IM GROENLAENDISCHEN EIS 55
INFORMATION EINES SYSTEMS 55
2.6.7 INFORMATIONSERHALTUNG 56
ENERGIEERHALTUNGSSATZ UND INFORMATIONSERHALTUNG 56
WAHRSCHEINLICHKEITSFLUSSDICHTE IN DER QUANTENMECHANIK. 57
INFORMATIONSERHALTUNG ALS PHYSIKALISCHER ERHALTUNGSSATZ . . . 59 2.6.8
VERNICHTUNG UND ERZEUGUNG VON ZUSTAENDEN UND TEILCHEN . . . 60
VARIABLE VERHAELTNISSE ZWISCHEN INFORMATION ZU ENERGIE? 60 2.6.9
REDUNDANZ 62
BEISPIEL: DAS PENDEL 63
BEISPIEL: SPEICHERN EINES QUANTENBITS 64
3 VERGLEICHENDE BETRACHTUNG ZUM INFORMATIONSBEGRIFF 67
3.1 SHANNONSCHE INFORMATION 6 7
3 . 2 DEFINITION VON JAGLOM 6 8
3.3 ALGORITHMISCHE INFORMATIONSTHEORIE 68
3.4 INFORMATION UND WISSEN 70
3.5 POTENZIELLE UND AKTUELLE INFORMATION 71
3.6 SYNTAKTISCHE UND SEMANTISCHE INFORMATION 72
3 . 7 INTERPRETATIONEN DURCH C A R L F R I E D R I C H VON W E I Z S AE C
K E R 7 2 3.8 DIE THEORIE DER URALTERNATIVEN 74
3.9 PRAGMATISCHE INFORMATION 75
3.10 TRANSINFORMATION 75
3.11 INFORMATION IN DEN WIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN 76
3.12 RELATIONALE INFORMATIONSTHEORIE 77
3.13 WEITERE DEFINITIONEN 78
3.14 WAS IST INFORMATION? 78
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS XI
4 ENTROPIE UND INFORMATION 83
4.1 ENTROPIE IN DER INFORMATIONSTECHNIK - GRUNDLAGEN 83
4.1.1 ZUM BEGRIFF DER ENTROPIE 83
4.1.2 RENYI-INFORMATION 84
HARTLEY-ENTROPIE 8 4
SHANNON-ENTROPIE 8 4
KORRELATIONSENTROPIE 84
MIN-ENTROPIE 85
4.1.3 ENTROPIE EINES WAHRSCHEINLICHKEITSFELDES 85
4.1.4 ENTROPIE EINES WAHRSCHEINLICHKEITSFELDES VON WORTEN 88 4.1.5
ERWEITERUNGEN DES ENTROPIEBEGRIFFES 88
DIFFERENZIELLE ENTROPIE 88
KUELLBACK-LEIBLER-ENTROPIE 8 8
BONGARD-WEISS-ENTROPIE 8 9
KOLMOGORV-SLNAI-ENTROPIE 8 9
4.1.6 ANWENDBARKEIT DER ENTROPIE 90
4.1.7 NEGENTROPIE 91
4.2 ENTROPIE IN DER THERMODYNAMIK 92
4.2.1 GRUNDLAGEN DER THERMODYNAMIK 92
4.2.2 ENTROPIE, ENERGIE UND TEMPERATUR 93
4.2.3 KOMPONENTEN DER ENTROPIE: ENERGIE UND VOLUMEN 96 4.3 ENTROPIE IN
DER QUANTENMECHANIK 98
4.3.1 ENTROPIE DER WELLENFUNKTION 98
EINTEILCHENSYSTEM 98
ABSCHAETZUNG 98
4.3.2 DICHTEMATRIX UND ENTROPIE 100
WELLENFUNKTION 100
DICHTEMATRIX 100
4.3.3 BRUKNER-ZEILINGER-INFORMATION 101
4.3.4 INFORMATION UEBER EINEN ZUSTAND 101
4.4 COMPUTER UND THERMODYNAMIK 102
4.4.1 UEBERTRAGUNG BEI VORHANDENSEIN VON THERMISCHEM RAUSCHEN 102 4.4.2
DAS LANDAUER -PRINZIP 103
4.4.3 REVERSIBLES COMPUTING 104
4.4.4 ENERGIEUMSATZ IN COMPUTERN 105
4.5 ENTROPIE-FLOW IN DER INFORMATIONSTECHNIK 108
4.5.1 STATIONAERE INFORMATION IN DER KLASSISCHEN MECHANIK 108 4.5.2 BITS
UND QUANTENBITS 109
DATENEINHEIT 109
JA/NEIN-ENTSCHEIDUNG 109
MASSEINHEIT DER THERMODYNAMISCHEN ENTROPIE 109 SPEZIALFALL EINES
QUANTENBITS 109
4.5.3 ENTROPIE-FLOW 110
IMAGE 4
XII
INHALTSVERZEICHNIS
5 VERTRAEGLICHKEIT DES DYNAMISCHEN INFORMATIONSBEGRIFFES MIT DER
THERMODYNAMIK 113
5.1 KLASSISCHE MECHANIK 113
5.2 ELEMENTARE INFORMATIONSUEBERTRAGUNG IN THERMODYNAMISCHEN SYSTEMEN 113
5.3 ASYNCHRONER ENERGIE-UND ENTROPIE-TRANSFER 114
5.4 ADIABATISCHE PROZESSE - SKALIERUNG 114
5.4.1 KLASSISCHES IDEALES GAS 114
5.4.2 QUANTENSYSTEME 116
5.4.3 DER FLUSS VON DYNAMISCHER INFORMATION BEI ADIABATISCHEN PROZESSEN
118
5.4.4 PARALLELISIERUNG VON DATENSTROEMEN 120
PHOTONEN 121
ELEKTRONEN 124
5.4.5 SERIALISIERUNG VON DATENSTROEMEN 125
5.5 ISOTHERME PROZESSE - PHASENUMWANDLUNG IN FESTKOERPERN 126 5.6
TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER ENTROPIE 128
5.6.1 ENTROPIE-ERHOEHUNG IN EINEM BOLTZMANN-GAS 128
5.6.2 ENTROPIE-FLOW IN ABHAENGIGKEIT VON DER TEMPERATUR 131 5.7 RAUSCHEN
133
5.7.1 RAUSCHEN ALS STOERGROESSE 133
5.7.2 RAUSCHEN UND INFORMATION 133
5.7.3 RAUSCHQUELLEN 134
5.7.4 QUANTENMECHANISCHES RAUSCHEN 135
6 IRREVERSIBLE PROZESSE UND STRUKTURBILDUNG 137
6.1 IRREVERSIBLE PROZESSE 137
6.1.1 IRREVERSIBILITAET 137
6.1.2 IRREVERSIBILITAET UND OBJEKTIVITAET 138
RELATIVITAET VON ORDNUNG 138
DER LAUF DER ZEIT 140
DER MAXWELLSCHE DAEMON 141
6.1.3 DISSIPATION . . 1 4 2
ABGESCHLOSSENE SYSTEME 142
MISCHUNGSENTROPIE 145
OFFENE SYSTEME 147
6.1.4 INFORMATIONSERHALTUNG UND IRREVERSIBILITAET 149
6.2 STRUKTURBILDUNG 150
6.2.1 CHAOS-THEORIE - INTERPRETATION VON INFORMATION 150 ABGESCHLOSSENE
SYSTEME 151
OFFENE SYSTEME 151
6.2.2 STRUKTURBILDUNG UND ENTROPIE 152
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XIII
7 ASTRONOMIE UND KOSMOLOGIE 155
7.1 RELATIVISTISCHE EFFEKTE 155
7.2 LICHTKEGEL 157
7.3 EREIGNISHORIZONT 158
7.4 ENTROPIE SCHWARZER LOECHER 158
DAS INFORMATIONSPARADOXON 159
DAS HOLOGRAPHISCHE UNIVERSUM 162
7.5 DAS WELTALL UND SEINE ENTWICKLUNG 163
EXPANSION DES WELTALLS 164
STRUKTURBILDUNG IM WELTALL 164
KOSMOLOGISCHE INFLATION 165
8 RESUEMEE 167
LITERATUR 169
SACH WORTVERZEICHNIS 173 |
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