А.К. Москвитин
Об информации
(Редакция вторая, исправленная и дополненная)
Введение
Рассмотрение вопроса о том, что такое информация, следует начать с привлечения более фундаментальных понятий, обозначающих окружающую нас действительность.
За такие фундаментальные понятия могут быть приняты понятия "материальное тело" и "событие" (см. "Попытка определения понятий 'пространство' и 'время'")
Материальное тело - это есть часть той самой "объективной реальности, данной нам в ощущениях" - выделенная каким-либо образом часть материи, окружающей нас и существующей объективно, независимо от нашего сознания.
Событие - это изменение состояния материального тела
.Несколько расширив понятие материального тела, включив в него кванты всех известных полей, а в понятие события включив изменение состояния систем материальных тел, можно, не слишком погрешив против истины, сказать, что при этих условиях понятия "материальное тело" и "событие" включают в себя весь окружающий нас мир.
Информация в мире, где отсутствует “живое”
Если вернуться к тем временам, когда того, что мы называем "живым", не существовало, придется согласиться с тем, что такая действительность, действительность, в которой как "живое" так и результаты деятельности высшей формы жизни - разумной - отсутствуют, прекрасно может обойтись без понятия "информация". Это обусловлено тем простым фактом, что и возможность существования материального мира и само это существование обусловлены только действием физических законов. (Здесь следует сказать, что понятие “информация” на настоящий момент введено в рассмотрение без его определения, в предположении об интуитивной понятности его сущности. Такой прием, будучи неверным методологически, оправдан необходимостью последовательного рассмотрения вопроса).
Вследствие действия этих законов возникают и гаснут звезды, обращаются вокруг звезд планеты, синтезируются и распадаются атомы. Физические законы определяют формы существования и взаимных воздействий материальных тел друг на друга, так же как и результаты таких воздействий.
Формулы, являющиеся математическим выражением физических законов, оперируют различными характеристиками материальных тел и окружающей их среды, но ни в одну формулу не входит параметр, называемый информацией.
Это обусловлено тем, что, взаимные воздействия не имеют для материальных тел значения, поскольку в ответ на какое бы то ни было воздействие, материальные тела не способны на ответную реакцию, которая не была бы обусловлена действием физических законов.
Камень, лежащий на поверхности Земли, испытывает воздействие солнечных лучей, осадков, суточных и сезонных изменений температуры и других факторов, вызывающих неизбежное его разрушение, но никакое из этих воздействий и никакое из их сочетаний не приведет к тому, что камень "воспримет" воздействие этих факторов как разрушительное и отреагирует таким образом чтобы такого воздействия избежать.
Предположение, что неживые материальные тела могут испытывать на себе информационное воздействие, равносильно утверждению, что каждое из двух материальных тела, притягивающихся друг к другу с силой пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной расстоянию между их центрами масс, "осведомлено" о массе своего визави, о расстоянии между ними, а кроме того и о значении гравитационной постоянной.
Таким образом необходимо признать, что изначально окружающая действительность не нуждается для обеспечения своего существования в наличии такого дополнительного к известным физическим параметрам (масса, электрический заряд, объем, время, скорость движения физического тела и так далее) фактора как "информация", поскольку этот фактор не имеет физической природы, нематериален (в отличие, скажем, от электромагнитного, гравитационного и других взаимодействий) и вследствие этого не обнаружим.
Информация и “живое”
Картина радикально меняется при появлении на сцене того, что мы называем "живым".
Вопрос о возникновения живого, несмотря на тесную его связь с понятием "информация", все-таки выходит за рамки данной работы, так что рассмотрение вопроса о том, что такое информация, начнем при том начальном условии, что так или иначе возникшее "живое" является неотъемлемой составной частью окружающего нас мира.
Любой живой организм (также как и любое искусственно созданное устройство, выполняющее какие-либо действия) представляет из себя систему, состоящую из набора компонентов (среди которых могут быть системы более низкого уровня), обеспечивающих выполнение этим организмом (устройством) определенных функций.
Введение в рассмотрение вопроса о природе информации живых организмов совсем не означает того, что вслед за их появлением на сцене информация возникает в окружающей организм действительности как объективная сущность.
Живой организм в самом общем случае подвержен воздействию тех же внешних факторов что и любое материальное тело. Но в отличие от того же камня живой организм на воздействие этих факторов способен реагировать не только как материальное тело, подчиняясь подобно этому телу действию физических законов, но и предпринимая в ответ определенные действия хотя бы с целью самосохранения. (Расширение камня при нагревании при всем желании к таким действиям отнести нельзя). А это значит, что живой организм воспринимает и каким-то образом интерпретирует воздействие внешних факторов не только по критерию подчинения действию физических законов, но и по критерию значимости такого воздействия для этого живого организма.
Восприятие и реакция на внешние факторы как то: освещение, соленость среды специфические только для живого присутствуют уже у одноклеточных организмов. Но для наглядности дальнейшие рассуждения будем строить на примере многоклеточных, имеющих специализированные клетки (рецепторы), вырабатывающие в ответ на внешние воздействия: свет, тепло, соленость и иные, если таковые имеют место, определенные сигналы.
Способность к реакции не непосредственно на воздействие внешних факторов, а на сигналы, вырабатываемые в самом живом организме (в данном случае с помощью рецепторов) в ответ на воздействие этих факторов, и есть неотъемлемое свойство живого.
Результатом деятельности рецепторов является преобразование внешних воздействий в форму пригодную для ее интерпретации живым организмом, приведение этих воздействий к "общему знаменателю". Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что те же органы передвижения живого организма приводятся в действие сигналами, природа которых не зависит от характера внешнего воздействия, а это значит, что и на "входе" той системы, что вырабатывает сигналы управления органами передвижения, сигнал должны быть также определенной природы, не зависящей от характера внешнего воздействия, или, что то же самое, не зависящей от того получен входной сигнал от термо- или, скажем, от хеморецептора.
Но наличие сигнала от рецептора еще не говорит о том, что живой организм непременно отреагирует на этот сигнал.
Для того, чтобы это случилось, сигнал, выработанный рецептором в ответ на внешнее воздействие, должен иметь значимость, то есть возможность быть адекватно интерпретированным, адекватно отработанным той же самой системой, управляющей органами передвижения. Если этого не происходит, значит либо величина сигнала, полученного от рецептора, ниже необходимого порога срабатывания, либо не укладывается в пределы ширины полосы пропускания обрабатываемых системой сигналов, либо сигнал не может быть интерпретирован той системой, в которую он поступает, в принципе, чаще всего потому, что он имеет характер шума.
Итак, если представить путь прохождения сигнала, принципиально могущего стать значимым для живого организма, от его возникновения до реакции организма на этот сигнал в виде цепочки: внешнее воздействие - рецептор (датчик или кодировщик входного сигнала) - входной сигнал - интерпретатор (или декодировщик сигнала) - выходной сигнал - органы передвижения (или другая исполнительная система), то о появлении информационной или значимой составляющей сигнала можно говорить только после прохождения сигналом стадии декодирования. Причем информация "возникает" как результат выполнения некоего условия о том, что данный сигнал (сигналы) должен быть интерпретирован вполне определенным образом. В рассматриваемом случае это может означать, что живой организм либо приближается к источнику внешнего воздействия, либо удаляется от него. Применительно к живым организмам контроль за выполнением условия интерпретирования производит естественный отбор. В результате действия естественного отбора живой организм, неадекватно реагирующий на внешние воздействия, лишен шансов на выживание.
Таким образом, на данном уровне рассмотрения вопроса понятие информация может быть определено как значение сигнала, выработанного системой в ответ на внешнее воздействие, причем наличие такого значения определяется тем, что система при выполнении ею каких-либо функций интерпретирует (отрабатывает) этот сигнал вполне определенным образом.
Из приведенного определения следует, что исходно понятие "информация" может употребляться только в привязке к функционированию живых и искусственных систем, поскольку оно не подразумевает наличия определяемой физической сущности.
Здесь уместно сказать и о различиях в реакции на внешние воздействия живых организмов и искусственных систем. При условии нахождения в одном и том же исходном состоянии искусственная система отработает один и тот же входной сигнал одним и тем же образом, то есть ее реакция на управляющее воздействие жестко детерминирована. Процессор компьютера отрабатывает программу запуска единственно возможным образом, а, к примеру, шаговый двигатель отрабатывает одну и ту же последовательность управляющих сигналов поворотом на один и тот же угол. Живой же организм отличается от искусственной системы тем, что его принципиально невозможно привести в одно и то же исходное состояние. Вследствие этого его реакция на внешнее воздействие носит некоторый элемент неопределенности (траектория удаления от источника внешнего воздействия, например, каждый раз будет иной), и, можно предположить, тем больший, чем сложнее живой организм. (Этот факт, казалось бы, определяет отличия между живыми и искусственными системами в плане обработки информации. Но вопрос этот имеет и иные стороны, о чем говорится в статье "Информация и всё, всё, всё...".
Из сказанного следует также, что поскольку возникновение информации обусловлено выполнением некоторых условий, само понятие информации является условным. Тот же факт, что разными живыми организмами одно и то же внешнее воздействие будет отработано различным образом, говорит о том, что понятие информации является также субъективным.
Различные системы могут обмениваться сигналами, которые могут быть так или иначе отработаны принимающей стороной. По некоторым данным это возможно уже на уровне одноклеточных организмов. При таком обмене происходит обособление передаваемого сигнала от его источника, что, однако, не может рассматриваться как факт овеществления информации поскольку принимаемый сигнал является для принимающей его системы ничем иным как внешним воздействием и о том, что такой сигнал имеет для принимающей стороны значимость, можно говорить только после того как он будет воспринят и пройдет все по той же цепочке: рецептор (приемник или кодировщик входного сигнала) - входной сигнал - интерпретатор (или декодировщик сигнала) - выходной сигнал - исполнительная система). То есть о значимости переданного сигнала можно судить никак не по его форме или наличию модуляции, а только лишь по тому будет он отработан приемником информации или нет. Аналогично, единственным способом получить какую бы то ни было информацию, используя компьютерную дискету, можно только вставив ее в дисковод, то есть сделав ее компонентом функционирующей системы, способной адекватно интерпретировать содержащуюся на дискете запись. Любое другое исследование дискеты может в лучшем случае привести к выводу о том, что на дискете имеется некоторая запись и не исключено, что эта запись может быть каким-то образом проинтерпретирована, то есть из нее может быть извлечена некая информация.
Таким образом, внешние воздействия на систему, способную к обработке информации (так же как и воспринимаемые ею извне сигналы), существуют объективно, тогда как информация - значение, приданное сигналам, выработанным системой в ответ на внешнее воздействие (сигнал), - существует только внутри этой системы, то есть субъективно.
Информация и разум
Для разумных существ - в первую очередь людей (вопрос наличия разума у животных пока является дискуссионным) - сознательная работа с информацией является едва ли не основным видом деятельности.
На бессознательном уровне - на уровне рефлексов - взаимодействие разумных существ с окружающей средой в информационном плане сводится к уже описанному выше. Отличия начинаются, когда в процесс включается собственно разум, и наиболее наглядны при рассмотрении сохранения информации и обмена ею между разумными существами.
С введением в рассмотрение наличия фактора разума понятие информации приобретает самостоятельное значение. Информация производится, передается и хранится разумными существами путем преобразования ее в записи на различные носители уже как самостоятельная ценность. Мало того, существование человеческой цивилизации основано именно на производстве, хранении и использовании информации.
Здесь необходимо еще раз подчеркнуть, что запись на материальный носитель, равно как и любой другой способ преобразования информации в состояние, пригодное для хранения и передачи, не овеществляет информацию, а служит созданию (на основе ее использования) некоторого объективно существующего искусственного материального объекта, на основе работы с которым информация может быть вновь воссоздана соответствующей системой.
Материальные объекты, создаваемые носителями разума для хранения и передачи информации по определению являются артефактами (чаще всего их уместнее называть текстами), создаваемыми на основе некоторого кода или языка, как правило трехуровневого. Первый уровень кода составляют его элементарные составляющие - буквы (знаки), второй - отдельные совокупности букв - слова, третий уровень - это совокупность слов или текст.
В общем виде назначение текста - дать описание материальных тел и систем материальных тел, состояний и свойств этих тел и систем, а также связанных с этими телами и системами событий.
Термин "описание" подразумевает под собой действие, а значит и того, кто это действие совершает. Кто же совершает описание? Определенно - субъект, способный дистанцировать себя от описываемых тел, систем и событий.
Субъекта, совершающего описание, назовем Кодировщиком.
Элементарной информационной составляющей описания является понятие.
Понятие представляет из себя обозначение либо определенной характеристики материального тела (системы материальных тел), либо определенного состояния или свойства материального тела (системы материальных тел), либо связанного с ним (с ней) события.
В тексте понятию соответствует слово - определенная комбинация букв. Отсюда - не всякая комбинация букв является словом, но лишь та, которой соответствует определенное понятие. Понятие и выражающее его слово обозначают состояние или событие и не более того, и подобно тому, как ярлык на товаре хоть и может содержать сколь угодно подробные сведения о товаре, но самого товара заменить не может, так и слово (понятие) не является эквивалентом обозначенного им состояния или события.
Накопление и определение понятий
Процесс определения понятий может проходить разными путями.
Так понятие может быть определено на основе простой договоренности между людьми, что несомненно происходило на стадии формирования язяка. При этом все что-то значащие для человека свойства, состояния и события относящиеся к миру, в котором жила некоторая человеческая популяция, объединенная необходимостью общения, обозначались определенными сочетаниями звуков, становящихся общепринятыми и образующими слова, совокупность которых впоследствии складывалась в собственно язык. Таким образом понятие передвижения человека с помощью ног стало определяться (в русском языке) словом "ходьба", понятие движения воздуха - словом "ветер" и так далее.
На стадии формирования языка необходимость определения того или иного понятия определялась по критерию непосредственной значимости определенного свойства, состояния или события для жизни человека.
Формирование языка как фактора общения приводит к отделению понятий от предмета их обозначения. Передача понятий от человека к человеку с помощью речи становится способом познания окружающего мира а сопоставление понятий с предметами, состояниями и событиями становится процессом обработки информации.
По мере накопления знаний, то есть по мере накопления и систематизации информации об окружающем мире процесс определения понятий начинает распространятся и на предметы, состояния и события не имеющие непосредственного значения для человека. При этом процесс накопления знаний зачастую сопровождается применением специальных инструментов.
Неизвестные ранее свойства, состояния и события, связанные с объектом описания, определяются обыкновенно в тех понятиях, запасом которых располагает Кодировщик (в данном случае исследователь), а также в понятиях ранее отсутствовавших. Значения вновь введенных понятий определяются либо на основе комбинации понятий ранее принятых, а в том случае, если это невозможно, - путем наглядной демонстрации того свойства или состояния объекта, либо события, для обозначения которого это понятие вводится.
Как не очень серьезный пример рассмотрим такую ситуацию. Микробиолог приступает к изучению доселе неизвестной бактерии. Поскольку свойства и состояния которыми обладают известные на сей момент бактерии уже нашли свое выражение в определенных понятиях, то он и пользуется этими понятиями при описании объекта своего исследования. Но если ранее известные бактерии либо "куздрились" либо "сепулились", то новая бактерия делает и то и другое одновременно. Поэтому микробиолог называет новое действие "сепукуздрением" и объясняет, что этот термин обозначает одновременное "куздрение" и "сепуление". Если же в процессе изучения выясняется, что новая бактерия обладает доселе неизвестным свойством, то микробиолог смело называет его "пременацией" и объясняет, при каких условиях это свойство можно наблюдать. Таким образом в научный обиход вводится новое понятие. В дальнейшем ничто не мешает исследовать саму "пременацию" опять же выражая результаты этого изучения в определенных понятиях, в результате чего становится известной природа вновь открытого свойства и, допустим, возможности его практического применения.
До сих пор процесс определения понятий рассматривался для условий, в которых Кодировщик в той или иной мере находился в контакте с предметом описания и мог влиять на него. Но такая ситуация возможна далеко не всегда. Изучение спектральных характеристик звезд, например, такое влияние исключает.
В подобных случаях свойства предмета описания определяются косвенно, на основе изучения факторов, сопровождающих существование предмета описания, а также связанных с состояниями этого предмета или с событиями с ним происходящими.
Например, характеристики далёкой звезды, испускающей электромагнитное излучение с определённым спектром частот, могут быть определены на основе изучения этого спектра. Анализируя спектр, разумная система (человек) на основе уже имеющихся у него знаний может получить информацию о звезде, такую как, например, её температура, химический состав, скорость движения относительно наблюдателя и так далее. Иными словами, данные, получаемые от той же звезды в виде некоторой совокупности электромагнитных сигналов сами по себе не являются информативными. Информативность они приобретают в результате работы разума.
Точно так же источником информации, скажем, о Луне, как и о любом другом видимом физическом теле, не являющемся самостоятельным источником света, является в первую очередь отраженный этим телом свет. Характеристики падающего и отраженного света суть различны. Но эта разница не является результатом переноса информации об освещаемой поверхности на отражаемый ею свет, поскольку появляется в результате прямого действия физических законов и не сопровождается наложением на отражаемый свет значимой (информационной) составляющей. Характеристики отраженного света преобразуются в информацию только разумом на основе их изучения, а результаты такого преобразования выражаются в понятиях, образующих некоторое описание.
Составление описаний
Описания в виде текстов сотставляются Кодировщиком на базе имеющегося в его распоряжении запаса понятий.
Составляя описание, Кодировщик (субъект) параллельно и одновременно выполняет функцию декодирования составленного текста, оценивая содержашиеся в тексте понятия и текст в целом на предмет соответствия их предмету описания и возможности адекватного восприятия примененых понятий и текста в целом иными субъектами - Приемниками информации.
Учитывая важность этого момента в процессе работы разумного существа с тем, что мы называем информацией, можно сформулировать следующее определение понятия информация:
Информация - смысл описания, составленного в виде текста, причем наличие смысла определяется тем, что содержащиеся в описании понятия могут быть адекватно сопоставлены предмету описания.
Описанный выше процесс накопления понятий и приведенное определение понятия "информация" позволяют сделать следующие замечания.
Существование информации как смысла описания является условным, обусловленным необходимостью учета значимости составляющих информацию понятий и условием наличия разума, пользующегося теми или иными понятиями.
Информация, если ее понимать как смысл описания - не есть свойство внутренне присущее окружающей действительности, а есть внешняя ее характеристика, обязанная своим возникновением работе разума.
Уровень описания и значимость информации
Оформляя результаты процесса обработки информации и ее оформления в виде описания, Кодировщик сталкивается с проблемой уровня составляемого описания. Одно дело сказать про мяч, что он круглый пустотелый и упругий, и совсем другое - дать полную картину его химического состава и описать состояние межмолекулярных связей в теле этого самого мяча в состоянии покоя и при совершении этим мячом прыжков.
При передаче информации от Кодировщика к нескольким Приемникам возникает интересный вопрос об относительной значимости информации. Если Кодировщик отправляет сообщение равноинформированному со ним Приемнику в котором будет значиться, что 2*2=4, то оный Приемник будет иметь все основания сделать сочувственный вывод о психическом состоянии Кодировщика. В то же время если это сообщение попадется на глаза Приемнику, который клавиатуру компьютера изучил раньше таблицы умножения, то он вполне может воспринять его как откровение. Так что можно сказать, что значимость информации для Приемника прямо зависит от того, насколько она закрывает пробелы в его знаниях о предмете описания. Может ли в таком случае значимость информации в принципе быть оцененной объективно? По определению - нет, поскольку такую оценку производит субъект.
Вопрос об адекватном восприятии информации стоит и в случае равной информированности Кодировщика и приемника о сути предмета обсуждения, ибо и здесь возникают некоторые тонкости. К примеру различие культур к которым принадлежат Кодировщик и Приемник, поскольку разные культурные воззрения накладывают свой отпечаток на восприятие информации. По этому поводу стоит подумать, а на каком уровне будет достигнуто взаимопонимание между землянами и инопланентянами, которые имеют намерение высадиться после дождичка в четверг где-то юго-западнее Тьмутаракани? Не исключено, что где-то на уровне "мама мыла раму".
Измерение количества информации
Понятия, составляющие описание, чаще всего являются комплексными, и любое такое понятие может быть расчленено на вложенные понятия. Есть ли предел дробимости понятий? Есть ли понятия первообразные? Теоретически да, но практически выполнить это выделение первообразных понятий достаточно трудно по той простой причине, согласно которой "электрон так же неисчерпаем, как атом".
Имея в виду, что информация возникает как результат интерпретации понятий, составляющих некоторое описание, зададимся вопросами, а можно ли говорить о количестве информации, содержащейся в описании того или иного уровня? Можно ли сравнивать объем информации в разных описаниях одного уровня? Можно ли сравнивать количество информации в описаниях разного уровня? Другими словами, как измерять информацию и возможно ли такое измерение в принципе?
Измерение подразумевает наличие единицы измерения. Логичным представляется использовать в качестве единицы измерения информации то ее количество, которое образуется при интерпретации одного первообразного то есть неделимого понятия.
Но нет понятий универсальных, в одинаковой степени применимых ко всем описываемым материальным телам и системам тел и к связанными с ними событиями. Это значит, что множества первообразных понятий, определенных для различных описаний, могут быть несовпадаюшими, а значит и взаимно несоизмеримыми, как, например, понятия "цвет" и "размер". Каким образом сравнить количество информации, содержащейся в таких текстах: "Вечор, ты помнишь, вьюга злилась…" и "2х2=4"? Какое понятие несет большее количество информации: "мышь" или "гиппопотам" или они равноинформативны? Представляется весьма сомнительным само существование ответов на эти вопросы. Поэтому для решения проблемы хоть какого-то измерения информации приходится перейти к более высокому уровню абстрагирования, на котором такое измерение становится возможным - к фиксации самого факта наличия в описании таких первообразных понятий.
Такой подход в принципе не оригинален, ибо именно на таком подходе основана такая наука как математика, изучающая, грубо говоря, числа и отношения между ними как таковые, вне привязки к тем объектам, которые могут стоять за этими числами. С математической точки зрения вопрос о том, что больше 1 или 100 имеет вполне определенный ответ, но если спросить, что больше - 1 слон или 100 мышей, то каким будет этот ответ?
Точно в таком отношении к информации, как к значимости сигналов или смысла описаний материальных тел и образуемых ими систем, их состояний и связанных с ними событий, как математика в отношении к объектам, к которым прилагается использование математического аппарата, находится и информатика.
Пределом формализации в информатике является фиксация наличия или отсутствия события или состояния, при условии, что и их наличие и их отсутствие равновероятны. Результатом применения такой предельной формализации стало появление двоичного кода, использование которого в большинстве случаев имеет цель обработки и передачи описаний, составленных в иной кодировке.
Из сказанного выше напрямую следует, что объем текста в какой бы то ни было кодировке очень мало говорит о содержащейся в нем информации, если он вообще об этом что-то говорит. Информативность текста обусловлена в первую очередь теми понятиями, которые он содержит и отношениями между этими понятиями. Бессмысленно утверждать, что текст 1111 1111 1111 более информативен, чем 1011 0001 1110, если не условиться заранее, скажем, о том, что 1 - это выпадение орла при бросании монеты, а 0 - соответственно - выпадение решки. Если такое условие существует, то первая последовательность может оказаться более информативной, тем более если ее продолжение будет состоять все из тех же единиц. Но более информативной она окажется не из-за того, что содержит большее число понятий, чем вторая последовательность такой же длины, а потому что она будет свидетельствовать о нарушении равновероятности выпадения орлов и решек, что в свою очередь заставит анализируюшего эту последовательность заподозрить все ли в порядке с монетой или с устройством для ее бросания. Другими словами первая последовательность может оказаться более информативной вследствие того, что она заставляет вводить в круг рассмотрения понятия в ней не содержащиеся.
Здесь мы вновь сталкиваемся с тем фактом, что обработка информации, как и ее производство Кодировщиком связана с наличием субъекта, в данном случае воспринимающего информацию, или с Приемником. Конечно, ничто не мешает объединению функций Кодировщика и Приемника, но самого наличия субъекта в процессе работы с информацией это не отменяет. Это еще раз говорит о том, что наличие информации не безусловно и она не присуща изначально окружающей нас действительности, а вторична по отношению к ней.
Если рассматривать другие варианты кода, в которых выполняются описания помимо двоичного, то мы придем к тем же самым выводам. Последовательность более редких букв в тексте, например щщщ щщщ йэю не ведет к повышению информативности текста, поскольку в том коде, в котором применяются эти буквы - в русском языке - приведенным "словам" не соответствует (пока, по крайней мере) ни одно понятие и само наличие более часто и менее часто встречающихся в тексте букв является особенностью кода (в данном случае - языка), не имея никакого отношения к информативности текста. В противном случае необходимо признать, что слова "der Tisch" и "стол" несут разное количество информации, что абсурдно, поскольку для воспринявшего эти слова Приемника они обозначают одно и то же понятие.
Следствие из сказанного: изменение кодировки в процессе обработки текста не влияет на его информативность, поскольку не изменяет количества содержащихся в нем понятий и связей между ними.
Рассматривая проблему сравнения количества информации в различных текстах, можно сказать, что такое сравнение в какой-то степени возможно для текстов, содержащих описание одного уровня, и невозможно для описаний различного уровня, поскольку в этом случае речь будет идти ни о чем ином, как о выяснении все того же вопроса: что больше - 1 слон или 100 мышей? Равным образом, если сравнивать два описания, одно из которых содержит информацию о частном состоянии тела или систем тел, а другое - информацию о закономерностях, которым подчиняются эти частные состояния, то бессмысленно задаваться вопросом, содержится ли первое описание во втором, поскольку речь идет об описаниях разного уровня.
Кроме того из факта, что множества первообразных понятий, определенных для разных описаний, могут не совпадать, следует, что нет информации вообще, информация всегда связана с определенным кругом понятий и связей между этими понятиями, то есть конкретна. Использование термина "информация" как обобщающего возможно только на определенном уровне формализации, на котором рассматриваются общие свойства понятий и связей между ними, составляющих различные описания.
Возвращаясь к вопросу об измерении информации, содержащейся в том или ином описании (тексте), можно сделать вывод, что такое измерение возможно в принципе при условии, если определено значение каждого составляющего описание понятия. Но даже тогда, когда это условие выполняется, например в случае отлаженной компьютерной программы (элементарными составляющими которой являются нули и единицы), то есть программы безусловно выполнимой и не содержащей "мусора", то является ли объем этой программы, скажем в килобайтах, параметром, определяющим значение этой программы как целого?
Если же в качестве примера взять оформленное в двоичном коде описание, несущее семантическую информацию, то, несмотря на визуальное отсутствие различия между ним и написанной в том же коде компьютерной программой, единицей такого описания является уже не отдельные нули и единица, а их группы - "слова", обозначающие определенные понятия, применение к которым для измерения их информативности количества составляющих их нулей и единиц весьма сомнительно. Возьмем для примера уже упоминавшиеся слова "мышь" и "гиппопотам". Понятия, стоящие за ними имеют примерно одинаковую сложность и значимость. Но можно ли создать такую методику измерения, которая применительно к этим словам показала бы одинаковый уровень их информативности?
Измерение количества информации, как смысла сообщения, в любом случае является условным, что обусловлено условной природой этой информации. Используемые же в информатике величины (бит, байт и производные от них) служат для определения характеристик текстов как таковых, вне связи с информативностью этих текстов.
Обмен информацией между живыми системами
Как уже было сказано, если принять, что элементарной составляющей информации является понятие, то в этом случае об информации есть смысл говорить только применительно к разуму, определяющему данные понятия. Разумные существа способны накапливать информацию (знания) и обмениваться информацией. Каким образом происходит обмен информацией?
Информация не передаётся непосредственно из разума одного существа в разум другого существа. Для хранения и передачи информации разумные существа используют созданные на основе информации материальные объекты (тексты, совокупности сигналов). Для определения таких материальных объектов удобнее использовать обобщающий термин - наборы данных.
Наборы данных - искусственно созданные совокупности кодов (графических, письменных, акустических и т.д.), предназначенные для хранения и передачи использованной при их создании информации.
К наборам данных могут быть отнесены произведения живописи, музыки, танец. В этом плане утверждение о существовании языка живописи или музыки далеко не случайно. В каждом из этих "языков" также могут быть выделены уровни, свойственные тексту в его привычном понимании.
Следует подчеркнуть еще раз, что наборы данных информации в себе не несут. Информация как значение сигнала или группы сигналов, либо как смысл текста возникает внутри системы, оперирующей полученным набором данных, возникает как параметр условный и субъективный, тогда как наборы данных существуют объективно.
Информация воссоздается, когда некоторый набор данных воспринят способной к его обработке системой и когда этой системе удалось адекватно интерпретировать сигналы или понятия, содержащиеся в этом наборе данных.
Для того, чтобы Приемник получил информацию от Кодировщика по возможности без искажений необходимо, чтобы Приемник и Кодировщик обладали совпадающим набором понятий, чтобы примененный Кодировщиком способ кодирования был понятен Приемнику.
Разумеется и в этом случае говорить об абсолютно адекватном восприятии информации можно лишь приблизительно вследствие субъективного подхода источника информации к ее кодированию, а приемника информации к ее раскодированию. В этом плане вспомним, что практически невозможно найти двух читателей, имеющих полностью совпадающее мнение о прочитанной книге и мало того - информация, полученная по прочтении книги читателями, всегда будет отличаться от той, которую имел намерение донести до читателей автор.
Если отправитель и получатель сигнала кодируют одни и те же понятия различными способами (например, говорят на разных языках), то получатель не сможет правильно интерпретировать полученный сигнал. Однако, если провести перекодировку сигнала (перевод с одного языка на другой), то приёмник сигнала получит практически ту же информацию, которую послал отправитель. Скажем, если, например, перевести ”Войну и Мир” на иностранный язык, то иностранный читатель прочитав роман, получит (с учетом замечания, высказанного выше) ту информацию, которую хотел донести до него Лев Толстой.
С помощью передачи наборов данных происходит обмен информацией между любыми живыми существами, каких бы взглядов мы ни придерживались относительно их разумности. Любые биологические сообщества - в первую очередь это относится к популяциям - используют средства коммуникации, обеспечивающие их выживание. К таким средствам коммуникации относится использование феромонов муравьями и бабочками, вспышек генерируемого света светлячками, тревожных сигналов и пения - птицами, "танца" - пчелами. Примеры можно приводить и приводить. Но в каждом таком случае живое существо имеет дело с внешним воздействием, воспринимая которое его органы чувств вырабатывают соответствующие сигналы, после чего происходит интерпретирование данных сигналов.
Информация и неживые системы
Как нетрудно заметить, в основе данной статьи лежит стремление показать и обосновать тот факт, что понятие "информация" не может рассматриваться в отрыве от существования живых и живых разумных систем, что параметр под названием "информация" отсутствует в физическом мире в котором нет таких систем.
В то же время подавляющее большинство окружающих нас вещей изготовлены с использованием явно неживых приспособлений, станков, линий, работа которых невозможна без определенного использования информации. Каким же образом она используется в данном случае?
Для начала разберемся, во всех ли случаях искусственные системы, созданные человеком, опрерируют информацией.
Поскольку искусственные системы следует признать лишенными разума, то для них пригодно то определение информации, которое было сделано для случая простейших живых систем, то есть:
Информация есть значение сигнала, выработанного системой в ответ на внешнее воздействие, причем наличие такого значения определяется тем, что система при выполнении ею каких-либо функций интерпретирует (отрабатывает) этот сигнал вполне определенным образом.
В качестве внешних воздействий для таких действующих автоматически систем как станки с программным управлением и различного рода линии (именно они представляют интерес в рассматриваемом случае) выступают программы, выполненные на различных носителях. Это могут быть различного рода кулачки, выполненные с разного вида профилями, перфоленты, перфокарты, магнитные ленты, компакт-диски и так далее. Все эти носители являются искусственно созданными наборами данных, обрабатываемыми рассматриваемыми автоматическими системами.
Но нетрудно заметить, что обработка наборов данных в различных системах производится по-разному. Основное различие в способах обработки наборов данных автоматическими системами состоит в том, что одни системы не изменяют природы обрабатываемых наборов данных, тогда как работа других без такого изменения невозможна.
Примером использования наборов данных без изменения природы этих наборов могут служить станки, обрабатывающие детали с использованием различных кулачков или копиров. Механически перемещающиеся по профилям этих копиров щупы с помощью систем рычагов определяют перемещение рабочих органов. В каждый момент времени взаимные положения щупов и рабочих органов определяются соотношением длин плеч рычагов на основе чисто геометрических соотношений. Здесь не идет речи о выработке в ответ на внешнее воздействие некотрого сигнала, не идет речь о придании такому сигналу какого-либо значения, следовательно, не может идти речи и об обработке такими станками информации вообще. То есть в рассматриваемом случае станок, использующий при работе наборы данных, созданные на основе определенной информации, обработки информации, как ни странно, не производит.
Таким образом не может рассматриваться вопрос о факте обработки информации в различных приспособлениях типа искусственно созданных ловушек и в природных системах типа гейзеров. Ни в одной такой системе не производится изменения природы внешнего воздействия и не устанавливается соотношения между сигналами различной природы, что является необходимым признаком системы, обрабатывающей информацию.
Из сказанного выше следует, что процессы обработки информации имеют место в случае таких автоматических станков и линий, в которых используются наборы данных, природа которых для обеспечения работы этих станков и линий подвергается изменению.
Наличие отверстия в перфоленте или перфокарте, наличие намагниченного домена на магнитной ленте, наличие следа от лазерного луча на подложке компакт-диска переводится автоматическими устройствами, обрабатывающими информацию, в сигналы уже иной природы. Такое преобразование может происходиить не один раз, прежде чем выработанный конечный сигнал приведет к необходимому перемещению рабочего органа и при каждом преобразовании происходит то самое адекватное интерпретирование сигнала, которое ранее определено как необходимое условие обработки того, что было названо информацией.
Обмен информацией между живыми и неживыми системами
В предыдущей главе фактически был рассмотрен вопрос о возможности передачи информации от разумной системы к неразумной. Но возможен ли процесс предачи информации в обратном направлении - от неразумной системы к разумной? Очевидно - да. С такой передачей информации (а точнее с такой передачей наборов данных) мы имеем дело повседневно - от измерения температуры тела, от изучения графиков, снятых с различного вида самописцев, до приема данных от межпланетных космических станций. Таким образом вопрос мог бы показаться тривиальным, если бы не одно замечание, которое необходимо иметь в виду.
Производство неживыми системами наборов данных, так же как и их передача и возможность обработки информации неживыми системами, обусловлена наличием и деятельностью внешнего по отношению к этим системам разума.
Информация и генетический код
Примером, имеющим самостоятельное значение при рассмотрении понятия информации, является генетическая информация.
Содержит ли информацию генетический код, а правильнее является ли геном набором данных? В нем мы можем усмотреть наличие элементов кода - нуклеотидов, "слов" - отдельных последовательностей нуклеотидов (генов) и "текста" - генома в целом. Так что формальные требования к отнесению генетического кода к коду как таковому соблюдены. Помимо этого в процессе жизнедеятельности организма набор данных в виде генетического кода реализуется в виде синтезируемых белков или ферментов а также в элементах фенотипа. Вывод - генетический код при его интерпретации в результате жизнедеятельности содержащей его клетки информативен, следовательно, можно сделать предположение о применимости к нему всех высказанных ранее соображений.
Живой организм объединяет в себе функции носителя генетической информации, ее Приемника и механизма ее реализации.
Остается вопрос о Кодировщике генетической информации, поскольку как было сказано информация не присуща изначально окружающей действительности.
Может ли возникнуть без внешнего управляющего воздействия объект, содержащий в себе как свое собственное описание так и механизм собственной репликации? Именно ответ на этот вопрос и делит занимающихся проблемой возникновения и эволюции живого на эволюционистов и креационистов.
Каждый свободен в выборе ответа на этот вопрос и в поисках доказательств своей точки зрения.
Живое, разум, искусственные системы и информация. Итоги
Попытаемся кратко изложить выводы, к которым мы пришли в данной статье.
Информация - параметр не присущий изначально окружающей нас среде. На уровне живого и на уровне рефлексов у разумных существ она появляется в результате интерпретирования внешних воздействий по критерию их значимости, а на уровне разума в первую очередь на уровне восприятия смысла описаний.
Обмен информацией происходит путем передачи набора данных, которые принимающая сторона (в том числе искусственные системы) преобразует в информацию, придавая значение отдельным составляющим этого набора данных.
В природе не происходит обмена информацией между природными неживыми системами. Тем не менее обмен информацией между неживыми искусственными системами также как между такими системами и системами разумными возможен вследствие деятельности внешнего по отношению к неживым искусственным системам разума.
Получение информации об окружающем мире в самом общем случае - для живого разумного существа - может происходить следующими путями.
На уровне рефлексов - путем отработки внешних воздействий преобразованием их в сигналы и придания значения этим сигналам.
На уровне описаний, составленных другим разумным существом - путем восприятия содержащихся в описании понятий и приданием описанию смысла посредством сопоставления понятий предмету описания.
На уровне данных, получаемых от предметов наблюдения - путем интерпретирования наблюдений на основе имеющегося запаса знаний, определения результатов наблюдений как понятий и последующего адекватного сопоставления их предмету наблюдения.
Наборы данных (например, описания), созданные разумом, содержат в себе ранее определенные понятия, тогда как воздействия (сигналы), воспринимаемые от предметов наблюдения, таких понятий не содержат.
Граница между "живым" и "неживым" определяется способностью или неспособностью системы строить свое поведение на основании самостоятельно вырабатываемой этой системой в ответ как на внешние воздействия, так и в ответ на изменение своего гомеостаза информации. Причем строить это поведение так, чтобы обеспечить выживние системы в том числе путем воспроизводства в виде потомства. Таким образом, не имеет значения на какой основе построена живая система, то есть она может быть построена и на небелковой основе.
2005 г.