Leta i den här bloggen

onsdag 1 februari 2017

Information och teknik

Vi kör väl ett kapitel till:

Information och teknik

I praktiskt taget all tekniska processer sätts atomer eller andra partiklar i rörelse och deras inbördes ordning ändras på något sätt. När t ex järn framställs ur järnmalm, upphettar man först malmen så att den smälter och de ingående atomerna kan börja röra sig förhållandevis fritt i förhållande till varandra. Därefter skiljer man ut järnatomerna från slaggen med tillräckligt många binära val för att placera järnatomerna för sig och slaggprodukterna för sig. Om man sedan vill göra plåt av järnet tvingar man järnatomerna att röra sig i förhållande till varandra med hjälp av valsar och stort tryck. Även i denna process tillför man information till järnatomerna. De kommer därför att inta nya bestämda lägen i förhållande till varandra och därigenom bilda en plåt.
Även om vi människor har lärt oss att någorlunda hjälpligt styra atomernas rörelser vid plåttillverkning, ska vi ha klart för oss att detta är ett förhållandevis enkelt problem. Det är ju bara en sorts atomer, järnatomer, som ska kombineras med varandra. Det spelar ingen roll om dessa järnatomer kommer till höger, vänster, ovanför eller nedanför någon annan likadan järnatom. Det hela är egentligen inte svårare än om vi skulle skriva en hel sida med bara bokstaven a, utan att stava fel.
Betydligt svårare är det att kombinera alla de olika atomerna i en människa och få dem i rätt inbördes ordning. Vi måste lita till naturens egna metoder och den har bevisligen lyckats. Hur den bär sig åt har forskningen i alla tider försökt att komma underfund med. Termodynamikens andra lag säger oss att om det ska vara möjligt att kombinera två partiklar med varandra så måste de sättas i rörelse, och detta kräver en viss minsta mängd energi.
Är detta villkor väl uppfyllt, gäller det att styra partiklarnas rörelser så att de träffas och kan ingå kemisk förening med varandra. Kan vi inte styra em så, missar de varandra och det är bara att börja från början igen. Detta är bakgrunden till en metod att mäta teknisk effektivitet.
Om vi tillför lagom mycket energi till t ex två atomer och styr deras rörelser så att de träffas och ingår kemisk förening med varandra, kommer rörelseenergin hos atomer att omvandlas till kemisk energi. Detta innebär att elektronbanorna inne i atomerna ändras så att en kemisk bindning uppstår mellan atomerna, och energin kommer att ligga lagrad i denna bindning. En molekyl som inte fanns tidigare har då byggts upp av de båda atomerna. Information har också uppstått i likhet med vad som sker om vi kombinerar två bokstäver med varandra. Om vi t ex kombinerar bokstaven A med bokstaven J blir resultatet aj eller möjligen ja.
Försöker vi bygga upp betydligt mera komplicerat byggda molekyler kommer vi att finna att det blir väldigt svårt att få atomerna i den ordning som krävs. Vi kommer att missa ganska ofta. Det medför att vi dels får molekyler av olika sorter, som vi inte vill ha, biprodukter, men också att vi måste tillföra energi till atomerna utan att kemiska bindningar av önskat slag bildas. Energin kommer i stället att omvandlas till huller om buller rörelse bland materians minsta beståndsdelar.
Detta fenomen har många namn. Det kallas vanligen värme, spillvärme, entropiökning eller informationsförlust. Vilket ord man väljer beror på omständigheterna. Det väsentliga är dock att både spillvärmen, den tillförda energin, den kemiskt bundna energin och temperaturen går att mäta mycket enkelt.
Den tekniska effektiviteten hos olika tekniska processer kan sedan enkelt beräknas genom att man dividerar den information som finns lagrad i de bildade produkterna med den information eller informationskapacitet som man var tvungen att tillföra i form av råvaror och drivmedel.
Sådana beräkningar visar hur ineffektiv människans teknik är jämfört med de biologiska processerna i naturen. Den process som består i att ordna bokstäver på ett papper med hjälp av en elektrisk skrivmaskin är t ex cirka 100 miljarder miljarder gånger mindre effektiv än proteinsyntesen i en levande cell, som består i att ordna aminosyramolekyler efter varandra.
Fortsättning i morgon med kapitlet: Termodynamiken - vetenskaplig revolution.

Inga kommentarer: