电磁辐射的基本性质范文

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篇1

【关键词】

正电子；狄拉克方程；湮灭；空穴

1.引言

正电子的理论预言和实验发现揭开了反粒子的发现之幕，这也无疑是近代物理界的极为重要的和极其有意义的发现，它的发现标志着我们对物质的内涵有了更进一步的理解，尤其是对基本粒子的认识进一步加深。构成物质的基本粒子是既不能产生，也不会湮灭，如电子，我们通常的电子都是指带负电，而且规定电子所带的电量大小为单位电量，直到正电子的发现，对基本粒子的认识翻开了新的一页。现如今，我们发现在一定条件下，正、负电子可以相互转化，成对的产生或者湮灭。我们在认识世界的过程中，总是从感性上升到理性，通过概括和整理，使之成为概念。本文简单介绍我们该如何去理解正电子的概念，这就是本文探索的目的。

2.正电子的理论来源

1928年，英国物理学家提出了著名的狄拉克方程，该方程式描述自旋为12粒子的波函数方程，是对薛定谔方程进行洛伦兹变换得到的，它同时遵循狭义相对论与量子力学的原理，是相对论量子力学重要基础。狄拉克1928年提出了合理真空理论假说———狄拉克之海，认为这些粒子是电子的反物质，很好的解释了方程中反常的负能量问题，对反粒子的存在做出了合理的预言。此外，根据狄拉克方程求解得到的结果，电子不仅有能量取正值的情况，还有负值的情况，而且正负态关于能量为零的点完全对称。虽然这个结果很有意思，但解释起来遇到了“永动机”的问题，这与物理基本规律是肯定矛盾的。针对这个矛盾，狄拉克于1930年提出了空穴理论。该理论考虑了电子是费米子，那就必须满足泡利不相容原理，负电子填满了所有的真空状态，这样电子就不能找到能量更低的态，而且正能量态中也就没有电子，所以任何一个电子都不能找到能量更低的状态，也就是说整个系统非常稳定，电子不可能跳到能量更低的状态，对外辐射能量。此外，我们至少需要两倍于电子静止质量的能量，才能把某个电子从原来的负能态激发到正能态，可以看作一个正能态对应着一个负能态空穴。正能态电子所带电荷为-e，而且所具有的能量大于或等于一个电子静止能量，因为它们必须满足电荷守恒定律和能量守恒定律，所以负能态的电子的带电量应该就是+e，能量也应该大于或等于一个电子静止能量。这个粒子就是狄拉克所预言的“正电子”。

3.实验发现

狄拉克本人虽然对理论作出了完美的解释，空穴理论给出了反粒子概念，但实验上还并没有观测到正电子，正电子理论并没有得到学术界的承认，包括狄拉克本人，当时也不是完全确认理论自身的正确性。不过，狄拉克的预言因为找到实验上的证据被证实了。1932年，美国物理学家安德森等人在研究宇宙射线是电磁辐射还是单纯的粒子问题，观察到高能光子穿过重原子核附近时在磁场中的偏转情况，这一细节引起了他的注意，虽然当时著名的物理学家康普顿做出了解释，但并没有使安德森及其合作者信服，随着后来的观测，在云室中拍摄了一张照片，发现宇宙射线进入云室穿过铅板后，轨迹确实发生了弯曲，而且，在高能宇宙射线穿过铅板时，有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全一样，但是弯曲的方向却“错”了。第二年，安德森又用γ射线轰击方法产生了正电子，从而从实验上完全证实了正电子的存在，正电子得到学术界的广泛认可。

篇2

中图分类号X5;X506文献标识码：A

纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米技术研究在0.1~100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围，或以其为基本单位所构成的材料[1]。纳米材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性，众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生深远的影响。本文就纳米材料及其在环境保护领域的应用进行了阐述。

1纳米材料的基本性质[2,3]

1.1表面效应

用高倍电子显微镜对金超微颗粒（直径为2.1~3μm）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体等）的晶型，既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10μm后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。

超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。

1.2小尺寸效应

随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。

2纳米材料在大气污染治理方面的应用

2.1空气中硫氧化物的净化

二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，如果在燃料燃烧的同时加入纳米级催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物。如用纳米Fe2O3作为催化剂，经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于0.01%，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。

2.2汽车尾气净化

汽车尾气排放直接污染人们的生活空间及呼吸层，对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料，对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器[4]，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。纳米稀土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的NO、CO等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。

2.3室内空气净化

新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米TiO2的降解效果最佳。纳米TiO2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧膜化能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解，即利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物[5]。在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米TiO2光催化剂可具有杀菌、除臭作用。

3在水污染治理方面的应用

3.1处理无机污染废水

污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力[6]。如纳米TiO2能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。

3.2处理有机污染废水

大量研究表明纳米TiO2等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO2能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。例如Pintar等在间歇式反应器中纳米Ru/TiO2作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳TOC的去除率可达到99.6%，并使废水完全脱色。经光催化湿空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。

3.3自来水的净化处理

新型纳米级净水剂[7]的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂Al2O3的10~20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100%除去水中的细菌、病毒，得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。

4在其它环保领域的应用

4.1噪声控制

飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达上百分贝，容易对环境造成噪声污染。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便可得到有效控制。运用纳米技术开发的剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的作用，大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长设备的使用寿命[8]。

4.2固体废物处理

纳米技术及纳米材料应用于城市固体垃圾处理，主要有两个方面[9]：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米TiO2催化技术可以使城市垃圾快速降解，其速度可达到大颗粒TiO2的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。

4.3防止电磁辐射

近年来电磁场对人体健康的影响问题已经成为一个新的研究热点。在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，通过在墙内加入纳米材料层或涂上纳米涂料，能大大提高遮挡电磁波辐射性能。中科院理化所利用纳米技术研究出了新一代手机电磁屏蔽材料，可以实现手机信号抗干扰能力，同时大大降低电磁波辐射。

4.5在照明工程方面的应用

篇3

中图分类号：B08　文献标识码：A　文章编号：1000－2731(2012)02－0016－07

近年来，在基础科学和复杂性科学研究的领域，信息科学的作用正在大幅度增长。这是因为，现代科学自身发展的逻辑导致的，这一逻辑就是基于信息科学的相关概念和方法的应用形成了新的科学范式和新的科学研究方法。

一、信息现象的现实结构

依据许多研究人员的看法，信息是我们面对世界的最重要的，同时也是最神秘的现象。

在今天的科学文献中，对信息的定义有几十个，然而，其中没有一个能够被普遍的接受。这是因为，科学家们在进行某一科学领域的研究时，都是从他们研究领域的特定角度出发，制定或选择一个最适合其研究领域的特定的具体的信息定义。

此外，有些科学文献甚至宣称，为信息概念下一个一般性的本质定义也许是永远不可能的，至少在今后几年中这种尝试不可能达到。也许，“信息”这一概念从根本上就是无法定义的，也许，它仅只是一个同音异义的术语，在日常使用中，它可能被用来指称完全不同的或根本没有关联的不同的对象。

然而，与此同时，信息已经成为一种普遍性的科学范畴，今天，许多研究人员都已经公认，信息在关于自然现象、技术系统、生物世界、以及人与社会的问题等众多研究领域的价值正在迅速增长。

信息现象是多层面的，因此，它不仅在不同状态的信息过程中，而且也在这些过程现实运行的不同阶段上都以特殊的方式表现出来。

从正统的唯物主义的观点来看，在现实世界中，除了物质和能量之外什么都不存在。并且，物质和能量的各个组成部分之间又是密切相关、连续运动的。

因此，物理世界(物理的现实)乃是一个被运动着的物质和能量充满了的世界，其他的世界(其他的现实)根本就不存在。这就是从笛卡儿和牛顿的时代就开始占据科学的主导地位的关于物质和能量的世界图景。

有没有另外一个现实的世界――一个现实的理想的世界?虽然，整个生活的实践使我们相信这样一个现实的理想的世界也是存在的。但是，是什么构造了这个理想的现实?它是否是独立于人的意识而客观存在的?

众所周知的控制论的创始人诺伯特・维纳曾经针对信息的本质说道：“信息不是物质，也不是能量，而是第三种存在”。换句话说，维纳认为，除了物质和能量之外，世界上还有“第三种”存在，而这个“第三种”存在便是信息。

但是，信息本身是什么，它与物质和能量的关系怎样?关于这些哲学问题的答案我们在维纳的著作中并没有找到。然而，后来的一些更多的科学家都认为，物质、能量和信息是现实世界的三个基本组成部分，是独立于我们的意识之外而存在的客观现实的不同表现形式。

然而，如何揭示这三者的相互关系?如何把它们和理想现实的概念进行比较?

为了找出上述问题的答案，我们将做一个思想实验。假定一个现实的物理系统，其中只包含两个组成部分――A和B。A是一个塑料球，B是一个台球，很难在这两个球之间找到一种一致性的关系。接下来假定，使这两个小球相互接触，然后再分开。其结果是，在A的表面形成了一个凹坑，这就是由于B的作用在A的表面留下的一个痕迹。

难道现在我们还不能从现实世界结构运动的角度来说，这就是两个物体之间相互作用的结果吗?事实证明，这种结构的改变已经是相当明显了!事情还并不仅仅如此，并不仅仅是改变了A的表面形状，使A的表面有了一个凹痕。事情更为重要的方面还在于，这个凹痕乃是A通过与B的接触而对B的某些内容的反映(镜像印迹)。

这样，我们可以说，我们观察到了一个现实的过程，之前只有两个分离的对象，通过它们的相互作用，产生了第三个对象C。这个c是某种痕迹(凹痕)，是在A的表面呈现着的对B的表面的某些内容的反映。这个新的对象不是物质，所以，应当把它看作是一种理想现实的对象。

这个对象确实存在着，它不是我们凭空的想象。它不是一种意识的精神产品，它很真实，它是我们周围现实的物理世界中的物质对象间的客观相互作用的结果。

因此，理想的现实是客观存在的。它与物理现实有着千丝万缕的联系，它由物理世界中的物体间的相互作用产生。这是从上述分析中得出的第一个和非常重要的哲学结论。

现在我们来探讨“理想现实”和“信息”概念间的关系。可以说，这两个概念的含义非常相似。通过上面的例子，我们已经可以确定，两个物体之间相互作用所产生的结果是物理现实世界中的一种现象，其中一方的结构的产生是对另一方的部分内容的反映，这就能够从某一对象的某些表面结构的模式中获得另一个对象的某些特性(信息)。

我们还发现，信息本身不是一个物理对象，属于理想的现实世界。当然，信息自身的显示必须以现实的物理对象(或过程)为其载体。如果没有这些作为载体的对象(或过程)信息的显现在原则上是不可能的。

我们现在来证明，尽管信息具有理想特征的本质，但是，它却能够影响物理现实的对象和过程。正如我们在上面所举的例子那样，在两个对象的相互作用过程中，对象A以其有所改变的凹痕的形式反映了对象B的某些内容，并且可以使我们由此获得关于这些内容的副本，也就是，其物理材料的模式。

因此，我们认为，这一过程正是信息从一个物理现实的对象转移到另一个物理现实的对象的具体机制。

基于上述分析，可以得出一个带有根本性价值的重要的哲学结论，这就是，在我们所面对的世界中，物理的现实和理想的现实是密切相关的，它们之间能够发生非常明显的相互影响。

因此，客观现实的世界具有二重化的特征，因为它同时包含着物理现实和理想现实，并且，在这两种现实之间具有相互反映的性质。我们把这一现象称为信息，令人惊讶的是，关于这一现象的很多方面我们现在还没有搞清楚。要搞清楚这一现象的本质的困难在很大程度上是由于这样一个事实，这就是，在不同的条件下它表现出来的行为是不同的，也就是说，它在无生命的自然的物理系统中、在生物系统中、在人类创造的技术设备中、在社会系统中，以及在人的头脑中它所表现出来的行为都是不同的。

信息具有多方面的表现，这就是为什么经常会出现运用同一术语所描述的具体现象却有不同的表

现形式的原因。

正因为如此，这才导致了目前不仅在一般的科学文献中，而且也在各种版本的百科全书中，对“信息”这一术语有了各种各样的解释。

信息现象并不仅仅表现在物理现实的某些对象的相互作用所产生的结果中。它也可以是现实发生的某些过程相互作用的结果。下面我们将证明，在相互作用的结果中，如何改变了某些过程的性质，我们应当把这样的变化看作是信息活动的一种形式，称之为动态信息。

下面我们将用无线电方面的例子来进行证明。假设有两个动态过程，其中之一是一个随时间参数作周期性振荡的物理现象，如，电流或电磁场。我们假定，在我们观察的整个时间段上，它们的频率、振幅和相位都保持一个恒定值，也就是说，与时间无关。

同时，我们假定第二个过程的一些参数值具有随时间发生变化的性质，但是，它变化的速率大大慢于上一假定过程的振荡周期。

进一步的假定则是，第二个过程可能对第一个过程发生影响，这就是，第一个过程振幅变化的比例将会被第二个过程的相应参数所改变。在电台广播中这种效应被称为调幅。还有其他类型的调制，如频率相、脉冲代码等。

在此很容易看到，我们所研究的两种动态过程的相互作用的结果同样是一个动态的过程，这一过程以其结构的性质反映了两个相互作用过程的源流。

无线电领域的专家都知道，由此过程产生的频谱是复杂的，它包含两个频率，两个频率分别对应的是原来的过程。同时，其中的一个过程具有较高的振荡频率，它扮演着第二个过程的载体的角色。

在无线电领域，甚至还为此采用了一个特殊的术语，称为“载波频率”。事实上，由于作为第二个过程的影响结果的第一个过程的相应参数随着时间的推移发生了变化，所以，在这一过程的结构中就反映了第二个过程的动态参数，也就是说，将其转变成了自己的某些动态性质的“成果”。

这个例子说明，由于上述相互作用的结果，我们观察到了两个物理过程的现实结构发生了变化。这一变化的实质在于，这里呈现的不是两个初始的物理过程，而是另外的两个物理过程。这两个物理过程中的第一个是作为初始来源的物理过程，而另一个过程则是在调解过程的影响下产生的理想的过程。这一过程是通过第一个原始过程的振幅的动态变化对第二个原始过程的相应参数的一种反映。

重要的是，这些变化是很真实的，它们可以通过适当的程序来确定。因此，在相互作用中产生出来的理想过程可以在另一个过程的结构形式中检测出来。

从上面所举的关于物理过程的交互信息现象的动态表现的例子中，可以引申出一个重要的结论，这个结论是关于我们面对世界的现实结构以及其组成部分的构造方式和属性特点的。

这一结论的实质是客观存在的现实结构既是物理的过程，又是理想的过程。这个理想过程产生于物理过程相互作用的结果，并作为物理过程相互作用的结果的一种反映。

反过来说，理想过程也是现实世界的一个部分，因为它们可以通过相应的物理过程的程序来确定谁是他们的物质载体，因此，他们可能会再次被一个现实的物理过程所表征，并且，还可能以另外一个物理过程为基础。

基于上述分析可以得出以下结论。

1.我们面对世界的现实结构具有二重化的性质，因为，这个世界同时包括两个主要的组成部分：物理现实和理想现实。这两个部分都是客观存在的，并且是相互作用的，因而它们具有相互反映的特性。

2.物理现实包括了所有现存的物质世界的对象，无论这些对象是实体性的还是非实体性的(如：电磁场、引力场或其他性质的场)，同时也包括了所有这些对象的运动过程和内部变化的过程

3.理想现实也是独立于意识活动之外的客观存在，它和物理现实一样也是现实世界的重要组成部分。它产生于物理现实的对象(或过程)的相互作用，并以在其他对象(或过程)的结构中反映某些对象(或过程)的性质的方式表现出来。

4.物理现实和理想现实的相互反映能力是它们的基本性质，这就在事实上构成了信息现象的多方面表现的可能性。

5.信息不是物理的对象和过程，它属于理想现实的世界。但是，信息要显示自己，就必须以物理现实的对象(或过程)作为其载体。如果没有这些作为载体的对象(或过程)，信息要显示自己在原则上是不可能的。

6.作为载体物的物理性质是什么，对于信息来说，在原则上是不重要的。重要的是，这些载体有能力通过适当改变其内部结构(物理对象)或它的状态参数(动态过程)来感应信息。

7.尽管信息属于理想现实的世界，并且与一个物理对象(或过程)相关联，但是，它却可以与其他的物理世界的对象(或过程)发生作用，并以与其发生作用的对象(或过程)作为其新的载体。这样的方式，便是信息从一个物理现实的对象(或过程)转移到另一个物理现实的对象(或过程)的传输机制。

8.要确定信息与它的载体(物理现实的对象或过程)的关联关系，需要有一些特殊的程序，其中最重要的程序就是比较。对这些程序的详细研究超出了本书论述的范围，它需要专门的讨论。

9.信息是信息科学的基本概念之一，信息科学是关于在不同性质的系统中进行信息处理的原则和规律的科学。正是由于信息科学的相关思想的发展和传播使信息概念在今天获得了一般科学概念的地位，并且，关于信息原则和规律的统一性观念，又在极大程度上促进了现代科学的世界图景的形成。

10.近年来，俄罗斯的科学家们获得的一系列新成果表明，在形形的系统中，以及在各类系统的信息活动过程中，信息规律占有重要的地位。此外，人们还发现，这些信息规律对物理过程的实际运行可能施加某种限制。

所有这些都表明，需要对信息现象作进一步的哲学认识，其中最主要的是关于信息概念的本质、物理现实和理想现实在系统中的表现方式，以及信息与物质和能量的相互作用的机制。

二、信息的本质

有哲学著作宣称，给“信息”下一个普遍性的定义是不可能的，因为信息概念在原则上是不可能统一的。因此，他们辩称，我们不得不继续接受已经存在于不同科学领域中的那些十分不同的关于信息的定义。

这样的观点是难以接受的。特别是在信息概念已经广泛使用于科学知识和人类实践活动的各个领域的今天，信息概念早已成了一般的科学范畴。

B.M.格鲁斯柯夫院士关于信息的定义是最常见的信息定义之一。在45年前发表的论文中他写道：“信息这个概念，在最一般的意义上，它指的是物质和能量在时间和空间中分布的不均匀性的变化程度，这种变化存在于世界上发生的所有过程之中”。

对这个定义进行分析，我们可以得出这样的结论，它是用属性的方法对信息概念所作的规定，其要点包含两个方面：一个是静态的规定(物质和能量在空间中的分布状态)，另一个是动态的规定(这一状态随着时间的推移的变化)。定义中强调的这两个方面在我们看来是非常重要的，因为，它提供给研

究人员们关注的是自然界中存在的两种类型的信息：静态的和动态的。

在他和ю.и.谢玛根教授的著作中，都曾多次提到过信息的这种双重的性质。他强调指出，静态信息的主要载体就是自然界中的物质(实体)，它承担着存储信息的功能，从而确保了信息在时间中的保存和传输。

至于动态信息，它的主要载体是能量(场)，它承担着信息在空间中的传播。

在今天看来，对于B.M.格鲁斯柯夫的“信息”定义，不仅需要进行非常重大的改进，而且也需要重新予以解释。

我们现在来探讨信息现象的物理本质，这个问题的正确解答有助于我们给出一个关于“信息”概念的一般性定义。在我们看来，有必要合理使用r，B.毕司朵夫斯基在其著作《信息物理的要素》中所指明的“信息”和“不对称”这两个概念之间的关系的观点。

根据г.B.毕司朵夫斯基的看法，不对称性，即对称破缺的结果，就是信息。然而，他并没有据此给出完整和精确的“信息”的定义。

利用B.M.格鲁斯柯夫和г.B.毕司朵夫斯基研究信息概念所用的方法，可以对信息概念下一个新的定义：“在最广泛意义上，信息是现实世界的客观属性，它是物质和能量在空间和时间中分布的差异性(不对称)的表现，这些表现存在于所有自然发生的生命界、无生命界，以及人类社会和意识活动的非平衡过程之中。”

换句话说，差异性――非平衡性的本意指的就是，物质和能量在空间和时间中分布的对称性破缺的结果，这些结果是在我们周围世界的不同对象、过程和现象中呈现出来的，只要这些现象中呈现出了差异性的特征，就应当把它称之为信息。因此需要特别指出的是，如果在均匀介质，以及均衡发生的过程中就不存在信息。

从客观的角度来看，信息，并不是我们凭空的想象，也不是什么意识的产物，而是一个真实的物理现象，是物质或能量的状态和运动的特征。信息和物质与能量密不可分，物质和能量是信息的载体。信息是物质和能量的属性，也就是说，信息是物质和能量的内在性质。

因此，这种类型的信息可以相对于“理想信息”被称为“物理信息”，“理想信息”是意识活动的产物，应该把“理想信息”的实质和“物理信息”的实质分开加以讨论。

在这里，我想强调的是，信息的物理性质是信息的“第一性的”或“依附的”性质，它是从现实世界对象的物质和能量的差异性中产生出来的。

毕竟物理信息相对于“二次派生的”信息是一种具有本源性的信息，这种派生的信息是对本源信息的一种“反映”，它可以脱离本源信息而存在。

物质或能量的空间分布的不均匀性(不对称性)，指的正是静态信息。

如果我们观察到的是一些随时间变化的不均匀过程，这就应当属于动态信息。

我们观察到的不均匀变化过程，几乎在所有的自然、社会和人的意识活动中都会发生。这是现实世界的基本性质表现的结果，我们有理由把它称为信息。

信息最重要的一个特性是它的相对性。事实上，当我们观察到物质和能量在空间和时间上分布的差异性的时候，这就意味着，我们通过了某种关于差异性的参考集(进行对比的基础)，并且运用了比较性程序的检测。

换句话说，为了获得必要的信息，就必须对观察的对象与另一些现象的状态和过程进行比较，并且，观察者以往的经验和知识的积累也可以成为上述的参考集(进行对比的基础)中的内容。

然而，由于不同的观察者拥有的以往的经验和知识不同，所以，他们在对同样的对象、过程和现象进行观测时，便可能获得十分不同的新的信息。这正是人们所感知的信息所具有的相对性的原因。

因此，人的认识能力，人们对技术系统和物理对象的认识，不仅依赖于外部世界的信息的性质，而且还依赖于他所拥有的“内部词典”，这个词典是建立在他以前对外部世界进行观察时所产生的经验积累的基础之上的。

这一结论是信息论的一个极为重要的成果，这一成果不仅符合哲学认识论的基本原则，而且同时也是创建智能系统的一个基本原理。

信息现象极为多样和具体，它不仅表现在我们周围世界的不同环境之中，而且还表现在信息相互作用过程的不同阶段，并且永恒存在于自然和社会中的各种对象之间。

正因为我们面对的信息现象有极为多样化的表现，所以就需要用不同的方法来确定它的性质和属性，这就是为什么现代科学所使用的信息概念拥有大量的不同定义的原因。

在关于信息本质的问题上存在诸多方面的争议，甚至有些混乱的一个原因就来自信息自身的本性，一方面，信息是现实物理世界本身的能动表现，另一方面，它又是一个十分真实的，作为物质世界的反映的理想世界中的现象。

造成这种情况的另一个原因则是，通常在信息相互作用过程的不同阶段上，相应信息现象的表现十分不同，因此，这就要求有必要采用与这些不同表现形式分别对应的不同的信息定义。

三、信息科学的哲学基础

物质概念是最重要的哲学范畴之一。然而，在我们看来，基于目前研究的成果，同样重要的哲学范畴还应当有“能量”和“信息”等概念。事实上，如果说“物质”(物体)这个概念是对现实的自我组织和某种长期存在的能力的属性的描述的话，那么，“能”这个概念描述的则是物质运动的能力，而能量这一概念则描述的是物质运动的强度。

至于谈到运动，它可能是一个在空间中的(机械性)运动，或者是一个在一段时间内与系统的内部结构的进化或退化相关联的发生了变化的演化的过程。因此，演化可以被看作是特殊形式的运动――在时间中的运动。

至于“信息”概念，它所描述的是有组织的物质或能量系统的复杂性程度。据此，可以把信息量看作是对有组织系统的结构的复杂性程度的定量测度。

此外，信息还可能激发物质和能量系统在空间中的运动，并确定其运动的方向。

信息还是物质和能量系统演化发展过程中的决定性因素。在不同性质的自组织系统的演化的分岔点上，系统能够根据外部信息的影响对自身未来发展的可能方向做出选择。

因此，在今天，在一般的科学哲学中，“物质”“能量”和“信息”这三个概念都是重量级的范畴，这三个范畴密切联系、相辅相成，分别描述了我们观察的物理现实中的对象、过程和现象的不同方面的特点。

运动的根本原因是不对称性，是物质或能量的非均匀分布，亦即是信息。正是信息导致了物质和能量的运动，是物质和能量运动的基本的、首要的原因。重要的是，我们还应当注意到，物质和能量运动的趋势是从高浓区向低浓区过渡。因此，信息不仅是物质和能量运动的首要原因，而且也决定着这一运动的方向。

电磁辐射和光辐射的物理过程可以作为太空中能量运动的例子。另一些典型的例子是我们在自然界中到处可以观察到的导致平衡态的动态过程衰减的趋势。从我们的观点来看，它们也都服从信息活动的基本原理。事实上，任何动态过程本身都会随着时间的推移改变它的某些参数，也就是说，都会在

时间中运动。而这些运动的过程都服从自然发展的平衡态趋势，即消除物质和能量在时间中分布的不均匀性。

由此可以得出一个合理的结论，所有的动态过程产生的信息，即物质和能量在时间中的非对称性分布，都会随着这些动态过程的衰减自发地趋向于消解，也就是说，达到平衡态。可以得出的一个类似的结论是，关于物质(质量)在空间中均匀分布的自然趋势。化学元素的原子核衰变，以及分子在气体和液体介质中的扩散的运动可以看成是这一方面的例子。

在此，我们想强调的是，信息不仅是任何物质运动的根源，而且，它还决定着这一运动的方向，它实现着某种有目的性的运动――从物质分布的高浓度区域向物质分布的低浓度区域扩散。

有必要提醒我们注意的是，A.и.捷敏在其出版的《信息经济基础》一书中早已强调指出了，在信息和物质的运动方向之间有一个相互一致的关联性。该书用单独的一章专门对信息现象进行了分析，并且揭示了热力学第二定律的信息本质。

该书作者得出的结论认为，信息代表着物质和能量运动的实际方向。换句话说，信息乃是物质或能量运动的属性之一。然而，在我们看来，这个结论是错误的，因为根本的原因是信息导致了运动，运动只是信息活动的一个后果。

形象地讲，可以说，信息导致了物质和能量在空间和时间中的运动。但是，长期以来，哲学中有一个著名的观点，认为“时间”的概念和“运动”的概念有着不可分割的联系。如果没有运动，时间也就不存在，因为如果没有物质或能量对象的变化要确证时间的存在是不可能的。因此，我们可以说，信息导致了运动，而反过来，运动又产生了时间。

信息产生了运动，而运动又反过来产生了时间。但是，必须强调的是，在这个因果关系链中，首要的因素正是信息。

当然，对于信息科学来说，上述的哲学问题的分析是不完整的。然而，依据这些分析所得出的相关结果和结论，仍然可以形成一些科学的原理。这些原理可以成为进一步研究信息科学的哲学基础，并推动对自然和社会中的信息相互作用过程进行研究的信息基础科学的进一步发展。可以把这些相关的原理简单地概括如下。

1.在最广泛的意义上信息是现实世界的客观属性，它表现为物质和能量在空间和时间中分布的非均匀性(不对称性)，它存在于世界上所有的有生命和无生命的自然界，以及人类社会和意识活动中的非平衡发展的过程之中。

2.物理信息具有客观的现实性，它体现为物质和能量在空间和时间中分布的差异性本身，以及在无生命的自然界系统、技术系统、生物系统中发生着的非平衡动态过程。

3.信息量是任何性质的有组织系统的复杂性的度量，它可以对系统的复杂性程度进行定量评价。

4.信息贯穿于我们周围世界的有组织的物质和能量的各个层次，它是物质和能量运动的首要的原因，并决定着它们在空间和时间中运动的方向。

5.信息是进化的决定性因素，它决定着自然和社会进化过程的发展方向。

6.“物质”“能量”和“信息”这三个概念乃是科学哲学中最为一般性的范畴。它们相互补充，描述了物理现实中的科学对象、过程和现象的不同侧面。

7.信息是现实世界中的多方面的现象，它以某种特定的方式体现于自然的生命界和无生命界的各种信息环境之中，体现于信息活动过程的不同条件之中。其涉及的范围包括：天然的无生命的自然界、人类创造的人工自然的技术对象和系统、生物系统，以及人类社会和意识的领域。然而，我们可以假定，在这些一般的信息流程、现实对象，以及任何形式的过程和现象中，都体现着某些基本的信息规律。对这些特殊规律的研究，应当成为作为基础科学的信息科学中的最重要的任务之一。这同时也体现着信息科学在科学知识体系中发挥着跨学科作用的情景。