В случае обмена системы энергией с внешней средой будет применимо уравнение Пригожина:
где индексы i и e - соответственные обозначения изменения внутренней энтропии и поступления энтропии извне. Это означает, что любое энергетическое воздействие на систему с постоянным количеством частиц и их степеней свободы, не являющееся по нашим критериям информационным, приводит к увеличению энтропии и соответственно – к потере информации.
То есть для получения системой информации нужно увеличить свободную и только свободную энергию системы, а сопряженное с получением энергии увеличение энтропии компенсировать ее отводом вовне системы – например, чаще всего – отводом тепла. Если такие условия соблюдаются, система приобретает стационарное неравновесное состояние, которое устойчиво до тех пор, пока в ней обеспечивается отвод энтропии, количественно равный ее приращению:
В этом случае потери информации системой компенсируются поступлением ее извне:
Разумеется, как и в случае других термодинамических идеализаций, «чистое» информационное воздействие невозможно. В случае получения системой извне свободной энергии происходит и получение энтропии – хотя бы в смысле теплопередачи. Приближение к идеальному информационному воздействию возможно, например, когда система обладает функцией терморегуляции – тепло, пришедшее в результате воздействия, отводится, а изменение свободной энергии частиц остается. Как пример можно привести работу компьютерного процессора с одновременным отводом тепла или запись информации на жесткий диск. Эти чисто практические примеры показывают, что не только математическое выражение, но и физическая сущность информационной энтропии и термодинамической энтропии одинакова – термодинамические процессы напрямую влияют на процессы передачи и хранения информации, и наоборот – из закономерностей необходимости потери информации в системе выводится второй закон термодинамики, что и соответствует упоминавшимся мною тезисам Колмогорова.
Однако вследствие того, что масштаб информационных и энтропийных единиц различается на порядок в 10^23, термодинамические эффекты при обработке информации непосредственно наблюдаемы и имеют практическое значение только в случае больших объемов информации (приблизительно того же порядка), и/или в случае элементов системы настолько малых, что на их состояние могут повлиять отдельные кванты энергии. В этом случае можно называть данную информационную систему термодинамической. В случае же, когда небольшие объемы информации хранятся и обрабатываются устройствами, использующими для хранения-преобразования одного бита элементы, состоящие из неизмеримо большого для данного объема информации числа частиц, термодинамические эффекты в информационных процессах в таких устройствах будет пренебрежимо малы. Такую систему хранения и обработки информации мы будем называть механической. Примеры – механический арифмометр, электромагнитные реле и даже самая обычная бумажная книга и тетрадь с ручкой. Никаких наблюдаемых термодинамических эффектов при их работе, делающих неравенство обработки информации достаточно большим для наблюдения, мы не увидим, пока не приложим достаточно мощное в термодинамическом смысле воздействие – например, удар кувалдой по арифмометру или бросание книги в костер.