ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ФОТОНА ИСХОДЯ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ МАССЫ, ЭНЕРГИИ, ИНФОРМАЦИИ

​DETERMINING THE TEMPERATURE OF A PHOTON BASED ON THE EQUIVALENCE OF MASS, ENERGY, AND INFORMATION

Dmitriev Valery Filippovich

Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher, JSC NPO SPLAV named after Ganichev,

Tula, Russia

АННОТАЦИЯ

Используя математический аппарат квантовой теории информации и положения общей теории относительности, автор статьи рассматривает и обосновывает эквивалентность (триединство) массы, энергии, информации.

В данной работе приводится возможность использования эквивалентности массы, энергии, информации в технических приложениях, рассматривается превращение массы-энергии в информацию и наоборот.  Исходя из эквивалентности массы, энергии, информации определяется температура фотона.

ABSTRACT

Using the mathematical apparatus of quantum information theory and the provisions of general relativity, the equivalence (trinity) of mass, energy, and information is considered and substantiated. The possibility of using the equivalence of mass, energy, and information in technical applications is presented. The transformation of mass-energy into information and vice versa is examined. Based on the equivalence of mass, energy, and information, the temperature of a photon is determined.

Ключевые слова: масса, энергия, информация, рекогеренция, сохранение, элементарные частицы, энтропия, теория относительности, физический вакуум, триединство, фотон, температура.

Keywords: mass, energy, information, coherence, conservation, elementary particles, entropy, relativity theory, physical vacuum, trinity, photon, temperature.

Как показала в своих работах  Э. Нетер, законы сохранения связаны с однородностью пространства времени. Тем не менее, формулировки законов сохранения уточняются в связи с развитием экспериментальных данных.

Закон сохранения массы веществ впервые был сформулирован в 1748 году М.В.Ломоносовым: «Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции» [13] (в письме Эйлеру).

Закон сохранения энергии Ломоносов формулировал с 1748 года: «Тело, которое своим толчком возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения, сколько сообщает другому им двинутому [13] (в письме Эйлеру).

Альберт Эйнштейн  вывел формулу E=mc² в своём исследовании в 1905 году при рассмотрении поведения объекта, движущегося с околосветовой скоростью [18]. Отсюда он сделал вывод о том, что масса тела является мерой его энергии покоя:

Закон сохранения массы и энергии говорит об эквивалентности массы и энергии.

Действительно, при столкновении частицы и античастицы образуется электромагнитный квант (аннигиляция). При торможении электромагнитного кванта в сильном гравитационном поле происходит рождение частицы и античастиц.

При аннигиляции масса  переходит в энергию (дефект масс в ядерных  реакциях), но их сумма остается постоянной.

Указанные законы являются основой современной техники, энергетики, атомной промышленности.

Наряду с массой и энергией в науке широко используется при исследовании природы понятие информации [1; 15–17; 19–21].

Меру информации предложил Шеннон:

,

где:

w_n — вероятность состояния;

N — число состояний.

Введение меры позволяет количественно оценить три стороны существования материи. В общем релятивистском случае вследствие необратимости  по времени уравнений ОТО информация измеряется в битах (в нитах, в натах). В нерелятивистском случае информация измеряется в кубитах (квантовых битах).

Мерой информации является энтропия — Карно, Больцмана, Шеннона, Неймана.

Так как энтропия:

,                                                                                              (1)

где: T — температура по Кельвину, то энтропия равна информации:

.

Количество теплоты U. получаемое телом равное кинетической энергии молекул, эквивалентно массе M по теории относительности ,

где с — скорость света.

В энергетических единицах:

,

где  — постоянная Больцмана.

Подставляя, получаем:

.                                                                                               (2)

Интегрируя, находим:

                                                                                                (3)

Полученная зависимость выражает эквивалентность — (триединство) массы, энергии, информации.

Для одного бита при Т=300⁰К  масса составит  m=3,193*10^-38кг/бит.

Таким образом, для энергии можно дать эквивалентную массу:

,                                                                                                  (4)

 и для информации эквивалентную массу:

.                                                                                   (5)

Наоборот, в массе 1кг при T=300⁰K содержится информации:

J=3,132*10³⁷ бит/кг.                                                                                  (6)

Так как энергия по квантовой теории:

                                              (7)

где h- постоянная Планка,

то  один бит информации эквивалентен каналу связи с частотой

6, 254*10¹² герц.

При массе электрона m_e  количество информации электрона будет:

.                                                                                         (8)

При Т=300⁰К   и массе электрона:

m_e=9,11*10^-31кг,  kB=1,38*10^-23 Дж/кг,

при превращении массы электрона в информацию (рекогеренция [9]) при Т=300⁰К  информация равна:

Триединство (эквивалентность) массы, энергии, информации отражает внутреннюю сущность материи, что и обосновано в работах [1; 3; 4; 5], представлено в виде докладов на научных конференциях [2; 8], изложено в иностранных изданиях [6; 7].

 Исходя из зависимости (3), имеем:

.                                                                                              (9)

В работе [12] установлено, что фотон имеет информоемкость J=3,519 нит.

Так как энергия фотона

то

.                                                                                         (10)

Таким образом, при частоте  имеем  температуру фотона по зависимости (10) :

Т=1.364*10^-6 К.

Выводы

Превращение массы в энергию используется в современных ядерных источниках энергии. Превращение массы в информацию и энергии в информацию открывает новые огромные возможности для исследования Природы и использования природных явлений.

Информационные свойства материи описывают представления [8; 10; 19] и, следовательно, преобразуют информацию в виде букв, слов, предложений из одного вида в другой.

Так как представления описываются логическими функциями и операторами, то функторы осуществляют вывод одних суждений из других [6; 7].

Исходя из информоемкости фотона, определяется его температура.

При частоте   фотон имеет температуру Т=1.364*10^-6 К.

Список литературы:

1. Дмитриев В. Ф. Физические системы. — Тула, ГНПП «Сплав», 2000. — 64 с.
2. Дмитриев В.Ф. Изменение парадигмы физики // Материалы региональной научно-практической конференции. — Тула: ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 2005. — С.25–27.
3. Дмитриев В.Ф. Информационное строение материи. — Тула: ГНПП”СПЛАВ”, 2011. — 66 с.
4. Дмитриев В.Ф. Космические системы. — Тула: ГНПП”СПЛАВ”, 2001. — 66 с.
5. Дмитриев В.Ф. Мировая система. — Тула: ГНПП”СПЛАВ”, 2007. — 66 с. 
6. Дмитриев В.Ф. Развитие математического аппарата физики информации // LXIV Междунар. науч. конф. «Актуальные научные исследования в современном мире» (АНИСМ) 26-27 августа 2020 / Институт социальной трансформации совместно с Переяслав Хмельницким государственным педагогическим университетом в г. Переяслав (Украина). — C. 276.
7. Дмитриев В.Ф. Развитие математического аппарата физики информации. [Development of the mathematical apparatus of physics information] // Deutsche Internationale Zetscrift für zetgenossische Wissenschaft. Satteldorf. German International Journal of Modern Science. — 2020. — No 2. — S.10–14.
8. Дмитриев В.Ф. Развитие физики квантовой информации // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Л. Эйлер и российское образование, наука и культура». — Тула: ТГПУ им. Л.Н. Толстого. — 02–05.05.2007. — С. 114–122.
9. Доронин С.И. Квантовая магия, 2006. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.litmir.me/br/?b=149212&p=1 (дата обращения: 25.11.2025).
10. Котельников В.А. О пропускной способности "эфира" и проволоки в электросвязи // Материалы к Первому Всесоюзному Съезду по вопросам реконструкции связи. — М., 1933. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://techlibrary.ru/b1/2s1p1t1f1m2d1o1j1l1p1c_2j.2h._2z1p1b1r1a1o1j1f_1t1r1u1e1p1c._3a1p1n_1._2y1a1e1j1p1v1j1i1j1l1a,_1j1o1v1p1r1n1a1t1j1l1a,_1t1f1m1f1l1p1n1n1u1o1j1l1a1x1j1j.pdf (дата обращения: 15.11.2025).
11. Котельников В.А. О пропускной способности "эфира" и проволоки в электросвязи // УФН. — Из-во РАН, 2006. — № 1. — С.762–770.
12. Левитин Л.Б. О квантовой мере количества информации // Доклады 1V Всесоюзной конференции по теории передачи информации, секции 2,4. — Ташкент, ИППИ АН СССР, 1962. — С.111–115
13. Ломоносов М.В. Пол. собр. соч. — Т.6. — Труды по русской истории, общественно-экономическим вопросам и географии. 1747 –1765. — М. - Л.: АН СССР, 1952. —  С. 22; 403.
14. Митюгов А.В. Физические основы теории информации. — М.: Советское радио, 1976. — 216 с.
15. Никитин Н.В. Матрица плотности / Курс лекций. — М.: Кафедра физики атомного ядра и квантовой теории столкновений. Физическиq факультет МГУ, 2015. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: htth://matrica-plotn…n(2) (дата обращения: 15.11.2025).
16. Шестаков В.И. Некоторые математические методы конструирования и упрощения двухполюсных электрических схем класса А.: дисс. … канд. физ.–мат. наук. — М.: НИИ физики МГУ, 1938. — Ч.1. — C.1–34; Ч.11. — С.1–79 // Доклад на Ученом совете МГУ.
17. Brillouin L. Scince and information theory. — New York: Academic Press, Publischers, 1956. — 932 p.
18. Einstein A. Die Grundlage der allgemeinen Relativitatstheorie. —Annalen der Physik, 1916. — Bd.49. — № 7.
19. Feynman K. Quantum mechanikal computer // Foundations of Physics. — 1986. — Vol. 16. — Pp.307–531.
20. Gabor D. Communication theory and physic. — The Philosophical Magazine. — 1950. — Vol. 41. — Pp.1161–1187.
21. Newton I. Philosophiae naturalis Principia mathematica. — Londini, 1687.
22. Shor P. Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer // SIAM Journal on Computing. — 1997. — Vol. 10. — № 26 (5). — Pp. 1484–1509. 
23. Vopson, Melvin M. The mass-energy-information equivalence principle // AIP Advances. — 2019. — Vol. 9 (9).