Одна формула и весь мир - Евгений Седов

Таков один из главных методологических принципов науки: чтобы выявить какие-то общие закономерности, надо абстрагироваться от некоторых конкретных свойств реальных объектов. Именно так и поступил с содержащимся в сообщениях смыслом основоположник теории информации Клод Шеннон. Предложенные им для измерения количества информации единицы (биты) пригодны для оценки любых сообщений, будь то известие о рождении сына, звуки симфонии или телевизионный спектакль.

Точно так же с помощью одних и тех же чисел можно определять количество овец, деревьев, шагов, дней, вес, скорость, плотность, вязкость, прочность, освещенность, напряжение, притяжение, силу тока и все прочее, о чем написано великое множество всевозможных справочников и книг.

А ведь на земле и по сей день есть племена, у которых число «пять» звучит по-разному в выражениях «пять быков» и «пять пальцев». Не сумев абстрагировать понятие «число» от конкретных объектов счета, эти племена ни на один шаг не продвинулись в области создания и освоения точных наук.

Галилей абстрагировался от неотделимого от движения трения, чтобы сформулировать законы механики. Клод Шеннон абстрагировался от смысла передаваемой информации, чтобы научиться ее (информацию) измерять.

Опираясь на созданную Шенноном теорию, многие ученые пытались найти такие меры количества информации, которые учитывали бы ее ценность и смысл. Для многих конкретных исследований такие оценки безусловно нужны и полезны. Просто необходимы. Однако ни одна из вновь предложенных мер информации не смогла стать такой же универсальной, как мера Шеннона. И это естественно: для разных процессов различными будут критерии ценности или смысла, не говоря уже о том, что эти критерии зависят и от того, кто ими желает воспользоваться. Короче: измерения смысла и ценности информации всегда субъективны, в то время как мера, предложенная Шенноном, позволяет исследовать информационные процессы, исключив из них всякий субъективизм.

Оценка информации по смыслу — это один из способов ее сортировки (селекции), в принципе не отличающейся от сортировки сигналов по их физическому носителю, диапазону частот и т. п. Запах, несущий огромное количество информации тигру или собаке, неуловим для человека. Ухо человека не воспринимает ультразвуковые сигналы, которыми обмениваются дельфины, а то, что слышит человек, безразлично дельфину.

Все эти частные различия игнорируются мерой, предложенной Шенноном, и потому она в равной мере пригодна для исследования всех видов информационных процессов независимо от «вкусов» потребителей информации, а ими могут быть и человек, и живая клетка, и тигр, и дельфин, и ЭВМ, и еще множество других систем.

Отказавшись (абстрагировавшись) от смысла и ценности сообщений, Шеннон исключил тем самым и навязчивые мнения всевозможных субъектов и сосредоточил внимание на объективных свойствах информации, описываемых математическим (вероятностным) языком. На первый план выступили некие общие свойства информации, не зависящие от субъективных оценок. Благодаря этому и случилось неожиданное даже для самого Клода Шеннона великое чудо: наука приобрела инструмент для исследований информационно-энтропийных соотношений, справедливых для всех форм информации, существующих в мире, будь то информация книг, радио, телевидения, газет и журналов или информация, циркулирующая по нервным тканям и по цепям электронных машин.

«Джинн информации» день ото дня продолжает увеличиваться в размерах и теперь стал уже огромным, как целый мир. К счастью, джинн этот в отличие от многих своих прототипов из «Тысячи и одной ночи» по натуре очень миролюбив. Его могущество может приносить людям только добро. И все-таки Шеннон рекомендует не слишком уж уповать на его всемогущество, поскольку «здание нашего несколько искусственно созданного благополучия слишком легко может рухнуть, как только окажется, что при помощи нескольких магических слов, таких, как информация, энтропия, избыточность, нельзя решать всех нерешенных проблем».

По поводу всех «нерешенных проблем» спорить, конечно, бесмысленно: было бы странно и удивительно, если бы все проблемы вдруг разрешились с помощью трех магических слов. Но среди наболевших проблем науки есть немало таких, к которым теория информации открывает новый подход. И дело тут не в магической силе слов «информация», «энтропия», «избыточность», а в глубине и емкости тех понятий, которые выражают эти слова.

Свое скептическое отношение к применению идей теории информации и связанных с ней новых взглядов на энтропию в различных областях современной науки, Шеннон выразил следующими словами: «Очень редко удается открыть сразу несколько тайн природы одним и тем же ключом». При всем нашем глубоком уважении к Клоду Шеннону и восхищении глубиной созданной им теории придется взять на себя смелость еще раз ему возразить. Разве такой «ключ», как закон сохранения энергии, не помог открыть множество тайн природы, начиная от непосредственно наблюдаемых физических и химических процессов и вплоть до самых интимных подробностей незримой жизни микрочастиц? Разве законы механики не помогали одновременно и конструировать тончайшие механизмы, и предсказывать движение планет и небесных светил?

Теория информации — это не менее значительный шаг в развитии научной мысли. Происходившая около 100 лет назад первая техническая революция побудила науку установить единую сущность различных видов энергии. Вторая техническая революция поставила на повестку дня вопрос об углублении представлений о сущности, единстве и противоположности понятий информации и энтропии.

Нельзя утверждать, что в этих вопросах уже установлена полная ясность. К общим взглядам и единому мнению ученые пока не пришли. По-разному толкуются и сущность понятия «информация», и его субъективный и объективный аспекты, и связь информации с энтропией.

В книге «Самодвижение материи в свете кибернетики» советский исследователь Л. А. Петрушенко высказался по этому поводу так: «Информация — это известное явление, которое стало совершенно непонятным после возникновения кибернетики».

Это не лишенное определенной доли иронии замечание подтверждается сложившимся положением дел.

По словам Петрушенко, «теория информации в кибернетике напоминает болото, поверх которого заботливыми руками математиков И техников настланы достаточно твердые доски. Ниже, Шенноном и Винером насыпан плотный слой теорий и постулатов. Еще ниже находится мох догадок. И, наконец, там, совсем глубоко,— трясина гипотез, где все абсолютно шатко и сверкает ледяная вода таких широких обобщений и глубоких абстракций, которые еще не известны современной науке».

В представленной Петрушенко образной картине современного состояния теории информации ничего противоестественного, в общем-то, нет. Еще Маркс говорил о том, что наука в отличие от обычного архитектора может сначала создать крышу (или «положить твердые доски» на поверхность «зыбкого болота») и лишь потом подвести под нее стены и фундамент.

В таком парадоксальном положении находится, по мнению Петрушенко, и современная теория информации: «Крыша, висящая в воздухе, без фундамента и без стен». «В настоящее время,— говорит он,— сконструированы и успешно работают многочисленные технические устройства, основанные на передаче и преобразовании информации и потому называющиеся информационными. Имеется прекрасно разработанный математический аппарат для нужд теории информации. Самой теории информации, по выражению одного из ведущих специалистов в этой области, очень повезло: редко случается, чтобы какая-нибудь теория уже в начальный период своего развития имела столь полный и законченный вид, как теория информации! А между тем, если вы заинтересуетесь вопросом, что такое информация, и найдете соответствующее определение информации в какой-либо из книг (что, вообще говоря, трудно сделать, так как авторы их избегают давать такое определение), то можно с большей уверенностью утверждать, что другие авторы будут с ним не согласны».

Так как же быть? Ждать пока наука выработает общепризнанный взгляд на информацию или использовать уже сложившийся аппарат новой теории для решения научных проблем? Такого вопроса, в сущности, не возникало. Теория информации сразу стала внедряться, по мере возникновения и решения все новых и новых информационных проблем становиться все шире и глубже. «Может показаться даже,— замечает Петрушенко,— что чем более развитыми и сложными становятся информационные устройства, чем глубже они вторгаются в различные области человеческой деятельности, тем более трудно становится ответить на вопрос, что же такое информация...»

К этому надо добавить, что трудности нового осознания информации заключаются не столько в создании новых информационных устройств, сколько в обнаружении все новых информационных процессов, протекающих без вмешательства человека.