Одна формула и весь мир - Евгений Седов

ЦАРИЦА МИРА И ЕЕ ТЕНЬ (ПРОЛОГ)

Героиня этой книги — энтропия. Кто скрывается под этим именем? Таинственная незнакомка?

Если угодно, то да. Десятки лет с этим именем была связана некая научная тайна Австрийский ученый Людвиг Больцман первым рискнул приподнять над ней завесу. Он предложил вероятностную формулу, раскрывающую физический смысл энтропии.

Почти сто лет понятие энтропии связывалось с представлениями о разрушении, хаосе, тепловой смерти Вселенной. «Царица мира и ее тень» — так назвал свою популярную книгу об энтропии профессор Йенского университета Феликс Ауэрбах. Во всей научно-популярной литературе вряд ли найдется книга, название которой было бы в такой же мере поэтичным и грустным.

Царица мира — это энергия. Тень ее — энтропия. Щедрая, могущественная царица одаряет мир силой и бодростью, а тень ее следует за ней неотступно, предвещая не только царице, но и всему осчастливленному ею миру пусть не очень скорую, но неминуемую смерть.

Образ энтропии как тени энергии вполне соответствовал тем представлениям, которые утвердились в науке и считались общепризнанными вплоть до последних лет. Но вот появились на свет кибернетика и теория информации, и образ тени царицы мира перестал соответствовать духу новых научных идей.

Теперь понятие энтропии связывают не только с хаотичным движением молекул нагретого газа — оно включает в себя еще и мутации генов, рождающие новые биологические виды, и ведущийся методом проб и ошибок творческий поиск, и шумовые сигналы, специально подмешиваемые в эвристические (от известного восклицания «Эврика!») программы электронных машин. Если эти процессы лишить содержащейся в них энтропии, они не породят ничего неожиданного, нового. Этот вывод можно распространить на весь окружающий мир.

Непредсказуемостью, энтропийностью обладает в известной мере любой творческий процесс. Именно поэтому физик Нильс Бор считал оригинальные научные взгляды «сумасшедшими идеями», а поэт Афанасий Фет называл яркие художественные детали и образы «безумной прихотью певца».

Регулярно вспыхивающие в последние десятилетия диспуты о «модерне» и классике в музыке или в живописи, о театре абсурда, о «спонтанности» в архитектуре (например, в «Литературной газете» от 8 января 1975 года) — это тоже споры о том, какой долей энтропии должны обладать произведения разных жанров искусства, чтобы, с одной стороны, не превратиться в хаотическое нагромождение красок, форм или звуков, а с другой — отличаться от всего ранее созданного непредсказуемостью, то есть новизной.

Нет, энтропия — это не тень царицы, энтропия — это прекрасная молодая принцесса. Своей вечной и неизбывной молодостью мир обязан именно ей.

Неужели ученые столько лет заблуждались? Нет. Энтропия и в самом деле выражает хаос, и если бы мир достиг состояния с наибольшим значением энтропии, его действительно постигла бы тепловая смерть.

Но это лишь одна сторона явления. Как смерть является необходимым условием обновления жизни, так и наличие энтропии, с одной стороны, угрожает всеобщей тепловой смертью, а с другой — служит источником зарождения нового, будоражит и стимулирует жизнь.

Если бы силой волшебства удалось избавить царицу от ее тени, мир избежал бы тепловой смерти, но его тут же настигла бы другая беда — он превратился бы в машину, обреченную на вечное повторение одних и тех же движений, и каждый день жизни был бы точным повторением предыдущего дня. Если это еще не смерть, то во всяком случае старость, настолько дряхлая, что жизнь превращается в машинальное повторение одних и тех же движений, и ничего нового уже не может происходить.

От такой незавидной участи спасает нас энтропия, та самая, избыток которой грозит будто бы тепловой смертью. В этом и заключается ее двуединая сущность, столь же диалектически противоречивая, как и весь окружающий мир.

Эволюции взглядов на энтропию и посвящена эта книга с печальным началом, но зато с полным светлого,жизнеутверждающего оптимизма концом. Она поможет понять, чем обусловлены и новый подход к самой энтропии и новые «энтропийные» взгляды на весь окружающий мир.

Энтропия — не единственная героиня книги. Другая героиня ее — беспокойная, ищущая, созидающая и проникающая в тайны природы человеческая мысль.

Со времен древности и до нынешних дней мысль людей неустанно бьется над разгадкой главной тайны природы — над вопросом о том, почему так гармоничен окружающий мир. Откуда взялись крылья у птицы и плавники у рыбы, кто подарил оленю быстрые ноги, а тигру — острые зубы, кто заставил Землю вращаться вокруг себя и одновременно вокруг Солнца, чтобы ночи сменялись днями, а после зимы наступала весна? И наконец, откуда взялось на свете ни с чем не сравнимое по своей сложности и совершенству устройство — мозг человека, породивший вот эту самую не знающую покоя пытливую и созидательную человеческую мысль?

Оказывается, ответы на эти вопросы так или иначе связаны с современной трактовкой понятия энтропии, возникшей благодаря теории информации.

Информация — это третья героиня книги, с которой читателю предстоит часто встречаться на ее страницах.

До создания теории информации в понятие «информация» никто не пытался вкладывать строгий научный смысл. Слово «информация» толковалось как простое осведомление о чем-либо. Факты, новости, сведения, полученные путем общения, чтения или наблюдения и все подобное этому объединялись в одном слове «информация» практически во всех толковых словарях и энциклопедических справочниках. Такое определение информации казалось вполне исчерпывающим как для науки, так и для повседневной практики до тех пор, пока не возникла необходимость в количественном измерении всех этих новостей, сведений, знаний с помощью специально введенных для этой цели единиц (бит).

Измерение количества информации — не прихоть «кабинетных» ученых. Сама жизнь поставила перед наукой эту проблему. Наше время — это время необычайного возрастания скоростей, время стремительного движения. Никто уже не удивляется тому, что весть о каком-либо событии с быстротой молнии облетает весь земной шар А самой информации появляется столько и она так многообразна, что этот процесс невольно стали сравнивать со взрывом. Вошло в обиход понятие информационного взрыва, с которым надо было как-то справиться, как-то его «укротить». Вот так и возникла потребность в машинной переработке огромных массивов информации и хранении ее в памяти электронных систем. В связи с этим задач — и теоретических, и практических — пришлось решить не мало. Но возникают все новые и новые. В частности, информационные потоки продолжают нарастать, поэтому надо все время увеличивать быстродействие электронных машин и объемы их памяти.

Но чтобы решить задачу количественного измерения информации, надо было отойти от традиционного понимания информации и выработать некий универсальный подход. Прикладная поначалу задача явно перерастала в естественнонаучную. И стоило лишь науке отыскать универсальный способ измерения информации, как ему сразу открылась широкая дорога в самые различные отрасли знания — от физики до языкознания... Ныне в научных изданиях можно встретить утверждения, которые в прошлом были просто невозможны. Например, такое: микроскопическая половая клетка содержит в себе такое количество наследственной информации, которое не уместилось бы на страницах тысячи книг.

Позвольте, сказал бы некто в недалеком прошлом, книга содержит мысли и чувства ее автора, какие-то сведения, но причем здесь половая клетка, о какой информации тут можно говорить!? Вы объединяете в одно разные вещи... Конечно, разные. И конечно же, не разные. К такому подходу надо было привыкнуть и уже, кажется, привыкли, как привыкли к тому, что природа света одновременно и корпускулярная и волновая.

Для измерения количества информации американский ученый К. Шеннон предложил использовать заимствованную у термодинамики вероятностную формулу энтропии. Сначала многие ученые, включая и самого Шеннона, склонны были объяснять этот факт ссылками на удобства расчетов. Но постепенно стал проясняться скрытый ссылками на удобства глубокий смысл. Информация содержится не только в книге. Она есть и в живой клетке, и в мертвом кристалле, ее может хранить и наша естественная память и память бездушной машины. Информационное взаимодействие так же присуще материальному миру, как присущи ему и другие формы взаимодействий, объединенные таким понятием, как всеобщая связь явлений. Понимание и признание этого открыли перед естествознанием еще один путь познания мира, причин и механизмов возникновения и развития разнообразных самоорганизующихся систем, противостоящих энтропии.