Эдуард Казанцев
Что такое информация?
4.3. Вселенная и сознание
Все современные теоретические варианты по устройству нашей Вселенной, неизбежно сталкиваются с большим количеством необычных явлений в космосе (см. предыдущий раздел 4.2) и вынуждены принимать известный антропный принцип: «мы наблюдаем наш мир таким, какой он есть, потому что только в таком мире и может существовать наблюдатель, похожий на нас». Например, А, Линде так перефразирует данный принцип: «нельзя полностью понять, что такое Вселенная, не поняв сначала, что такое жизнь» [5]. Создав математическую модель хаотической инфляции и модель мультивселенной, Линде обратился к философии и выдвинул гипотезу о существовании сознания во Вселенной. Приведем цитату из его книги: «изучение Вселенной и изучение сознания неразрывно связаны друг с другом и окончательный прогресс в одной области невозможен без прогресса в другой» (см. [5], стр. 248). В то же время Линде признает что «проблема сознания, так же как и связанная с ней проблема жизни и смерти, не только не решена, но на фундаментальном уровне почти совсем не изучена». Впервые прочитав это, мы были чрезвычайно обрадованы тем, что Линде имеет в виду космическое сознание (почти, как в Главе 6). Но потом поняли, что у Линде речь идет о человеческом сознании (а это «две большие разницы»).
Линде, как космолог, наиболее близко подошел к главной проблеме космологии [5]: «Представляется очень заманчивым поискать какие-нибудь связи и аналогии, пусть даже на первых порах поверхностные и неглубокие, изучая еще одну проблему – проблему рождения жизни и смерти во Вселенной. Возможно, в будущем выяснится, что эти две проблемы не так далеки друг от друга, как это могло бы показаться».
Глава 5. Информационные системы
В поисках ответа на вопрос «что такое информация» мы старались держаться в рамках традиционной материалистической науки и прошли длинный путь, включая физику, математику, биологию и космологию. Теперь настал момент, когда надо найти что-то общее в этих науках, касательно поставленного выше вопроса. Похоже, что здесь мы пришли к известной в народе проблеме: «как найти топор под лавкой» (оставаясь убежденными материалистами).
Действительно, в космологии нам пришлось обратиться к поиску «информации» в самой большой системе – Вселенной, где неожиданно оказалось, что на материю приходится всего 4 % её общего энергетического баланса. Затем в биологии, поиск завел нас в систему под названием «жизнь», где нас «охладила» теорема Гёделя о неполноте любой системы. В математике мы вообще не обнаружили ничего материального, только виртуальный мир фракталов. В физике оказалось, что вся ее математика «мнимая».
Если внимательно посмотреть, что общего мы увидели во всех этих науках, то обнаружим объект под названием «система» – это и будет наш искомый «топор под лавкой». Более того, надеясь найти название науки об информации, опять нашли «топор под лавкой» – это хорошо известное слово «кибернетика», предшественница синергетики. Во-первых, это слово достаточно «ёмко». Во-вторых, наблюдая бурное развитие, так называемых, «компьютерных технологий», увидели, что это понятие по своему смыслу сливается с понятием «информационные технологии». Слово кибернетика содержит оба эти понятия, включая живой организм. Математический аналог кибернетики – общая теория систем [36].
5.1. Общая теория систем
Говорить о системности стало модным, однако было бы неверным считать, что сознание стало системным только во второй половине ХХ века. Сознание системно всегда и другим быть не может. Однако системность имеет разные уровни организации. Сигналом о недостаточной системности является появление проблемы. Решение возникшей проблемы осуществляется путем перехода на новый, более высокий уровень системности. Иллюстрацией может служить само понятие «система», являющееся предметом изучения системного анализа. Налицо проблема понимания самого этого слова и оно зависит от состояния тех, кто изучает данное понятие. Проблема решается постепенным повышением уровня системных знаний. Для начала достаточно тех ассоциаций, которые возникают, когда мы употребляем в обыденной жизни сочетание слова «система» со словами «солнечная», «нервная», «отопительная», «уравнений» и т. д. О каждой из этих систем мы кое-что знаем, а при углубленном и всестороннем изучении мы можем перейти на более высокий уровень системности.
В понятие «система» входят: элемент – простейшая, неделимая часть системы, предел членения системы; связь – ограничение степени свободы элементов, основа саморегулирования системы; цель – модель желаемого будущего, заранее мыслимый результат. В этой связи может возникнуть вопрос: материальна или нематериальна система? С одной стороны – система состоит из элементов: объектов, предметов (хотя их можно трактовать и как абстрактные объекты). С другой стороны – система есть способ или средство решения проблемы, то есть нечто существующее лишь в нашем сознании. Видимо, правильно рассматривать систему как диалектическое единство объективного и субъективного, не как состояние, а как процесс.
Немного истории: первым в явной форме поставил вопрос об управлении сложными системами известный физик М. Ампер (1834 г.). Он выделил специальную науку об управлении государством и назвал ее кибернетикой (от греч. – «искусство управления кораблем»). Однако эта наука родилась слишком рано, из современников Ампера никто ее не воспринял и на 50 лет она была забыта (примеров забытых научных открытий много).
Следующий шаг сделал в 1891 г. Е. Федоров (известный кристаллограф), открывший, что в природе может существовать только 230 различных типов кристаллической решетки: все необозримое многообразие природных тел реализуется из небольшого числа исходных форм. Оказалось это верно и для языковых устных и письменных построений, архитектурных строений, музыки и т. д. Федоров назвал данную особенность систем их «жизненной подвижностью».
Следующая ступень в изучении системности связана с именем А. Богданова. В 1911 г. он опубликовал книгу «Всеобщая организационная наука (тектология)». Основная идея Богданова состоит в том, что все объекты и процессы имеют определенный уровень организованности. Все явления рассматриваются как непрерывные процессы организации и дезорганизации. Богданов считал, что уровень организации тем выше, чем сильнее свойства целого отличаются от простой суммы свойств его частей.
Наконец, в 1948 г. Н. Винер опубликовал свою знаменитую «Кибернетику» [4]. Как всегда, появились две крайние точки зрения: одна – кибернетика это лженаука, другая – кибернетика это наука, способная объяснить все. Однако, А. Колмогоров определил ее как науку «о системах, воспринимающих, хранящих, перерабатывающих и использующих информацию». Причем речь шла не вообще о системах, а системах типа ЭВМ.
Независимо от кибернетики велась работа по созданию общей теории систем. Здесь основная идея Л. Берталанфи (1950 г.) состояла в отыскании сходства законов из различных научных дисциплин в надежде обобщая их, вывести общие закономерности. К настоящему времени накоплено достаточно данных, благодаря которым может быть сформулирован целый ряд обобщающих системных теорем:
1. Система тем более стабильна, чем больше элементов и связей ее составляют (Берталанфи, Коммонер).
2. В соперничестве с другими системами выживает та из них, которая наилучшим образом способствует поступлению энергии и использует максимальное ее количество наиболее эффективным образом (Лотка, Одум, Моисеев).
3. Система не может быть описана одним параметром, она всегда существенно многомерна (Митчерлих).
4. Выносливость системы определяется самым слабым звеном в цепи ее потребностей (Либих).
5. Система не может спонтанно повысить степень своей симметрии (Кюрье).
6. С наибольшей эффективностью система функционирует в определенных пространственно-временных границах.
7. Система всегда противодействует внешнему воздействию, стремящемуся изменить ее устойчивое состояние (Ле-Шателье, Браун).
8. Система из одного устойчивого состояния может перейти в другое устойчивое состояние только через состояние хаоса (Чернавский).
9. Систему нельзя объяснить (понять), не выходя за рамки самой системы (Гёдель).
Замечательным свойством данных теорем является то, что все они верны как для живых, так и для «неживых» систем.
5.2. Информационные технологии
Совокупность полезных ископаемых, заключенных в недрах страны (руда, уголь, нефть, газ и т. д.), определяется как национальные минеральные ресурсы. Иногда их называют невозобновляемыми ресурсами. К возобновляемым материальным ресурсам относится: энергия ветра, рек, Солнца, лесов, сельскохозяйственных угодий и т. д.
99 % своего исторического пути люди имели дело в основном только с материальными объектами. Задача, решаемая на протяжении тысячелетий, заключалась в том, как умножить при помощи различных инструментов и машин мускульную силу человека.
Между тем в последней четверти XX века одним из наиболее важных национальных ресурсов промышленно развитых стран становится информация. Какой реальный смысл можно вкладывать в понятие информационные ресурсы? Ресурсы, как мы обычно понимаем, – это то, на что можно рассчитывать в материальном отношении (что нас «греет, кормит, одевает»), а не бесплотные информационные образы.
5.2.1. Информационные революции
На самых ранних этапах формирования трудовых коллективов для синхронизации выполняемых действий человеку потребовались координированные сигналы общения, сложность которых быстро возрастала с повышением сложности трудового процесса. Эту задачу человеческий мозг решал эволюционно – без искусственно созданных инструментов: развивалась и постоянно совершенствовалась человеческая речь. Речь была первым носителем человеческих знаний. Природные возможности человека по накоплению и передаче знаний впервые получили «технологическую поддержку» после создания письменности, которая стала первым историческим этапом развития информационной технологии. По археологическим данным, до этого этапа человечество просуществовало один млн. лет. То есть, отрезок времени, в течение которого человек использует информационные образы, не составляет и 1 % от возраста цивилизации. Поэтому исторический опыт, а следовательно, и глубина творческой интуиции человека на несколько порядков слабее в информационной сфере деятельности, чем в сфере традиционного материального производства.
Первая информационная революция – это книгопечатание, которое, резко увеличив тираж пассивных носителей информации – книг, впервые создало информационные предпосылки ускоренного роста производительных сил (первый печатный станок изобрел Гуттенберг в XV веке).
Начало второй информационной революции связано с пуском в эксплуатацию в 1944 г. первой ЭВМ. Впервые в истории человечества основным предметом труда в общественном производстве промышленно развитых стран становится информация. Тенденция неуклонного перекачивания трудовых ресурсов из сферы материального производства в информационную сферу является сейчас наиболее заметным, но далеко не единственным симптомом приближающихся «гигантских потрясений», которые получили название «информационный кризис».
В чем проявляется информационный кризис? Сравним уровень производства энергии с уровнем радиоизлучения (одного из источников информации). Для земной цивилизации уровень производства энергии достигает 1020 эрг/сек., что меньше мощности падающего на нашу планету потока солнечного излучения на 4 порядка (1024 эрг/сек). Таким образом, за последние 300 лет интенсивного роста производства и потребления энергии человечество все еще не вышло на уровень сотых долей процента от солнечного фона на планете Земля.
В то время как радиоизлучение Земли за последние 2–3 десятилетия возросло в миллионы раз и по мощности приблизилось к радиоизлучению Солнца. «Информационный взрыв» для внешнего наблюдателя выглядит вспышкой (в метровом диапазоне) новой «звезды», по яркости равной Солнцу.
Если XVII столетие – век часов, XVIII–XIX столетия – эра паровых машин, то XX–XXI столетия – эра связи и управления. По оценкам специалистов, в течение 80-х годов XX века расходы промышленно развитых стран на «технику слабых токов» – электронику и связь, – превысили расходы на «технику сильных токов» – энергетику.
90-е годы XX столетия – это граница, отделяющая эру энергетики от эры информатики.
Растущая зависимость промышленно развитых стран от источников информации (технической, экономической, политической, военной и т. д.) привела к созданию на рубеже 80-х годов новой экономической категории – национальные информационные ресурсы. Информация становится таким же основным ресурсом, как материалы и энергия, и, следовательно, по отношению к этому ресурсу должны быть сформулированы те же критические вопросы: кто им владеет, кто в нем заинтересован, насколько он доступен, возможно ли его коммерческое использование? Информационные ресурсы, как и сельскохозяйственные, относятся к весьма ограниченному числу экономически значимых воспроизводимых ресурсов.
Таким образом, информационные ресурсы – это непосредственный продукт интеллектуальной деятельности наиболее квалифицированной и творчески активной части трудоспособного населения страны.
Активными информационными ресурсами называется та часть национальных информационных ресурсов, которая доступна для автоматизированного поиска, хранения и обработки на ЭВМ. Конкретные формы использования ЭВМ становятся все более разнообразными: вычислительные центры, глобальные системы ЭВМ, вычислительные комплексы и т. д.
Совершенствование компьютеров – объективно неизбежный процесс, происходящий к тому же в быстром темпе. Изменяются все компоненты: элементная и конструктивная база, архитектура, вычислительные алгоритмы, средства проектирования, программирования, изготовления и т. д. Все это сказывается на улучшении качества и возможностей компьютеров, на расширении области их применения. К сожалению, ни одна страна пока не добилась принципиального успеха. Компьютеры, построенные по принципу машин фон Неймана, подошли вплотную к границе, где иссяк их потенциал. Сейчас требуется привлечение принципиально новых идей, новой математики, новых алгоритмов и т. д.
Принципиальным недостатком современной науки является фрагментарность научного знания, которая не позволяет получить целостную картину мироздания. Фундаментальная наука, возникшая в древности как область цельного знания о Космосе, Природе и Человеке, сегодня чрезмерно дифференцирована с ориентацией на получение материальной выгоды. Это привело человечество к тупиковой ситуации, когда развитие большого количества глобальных проблем угрожает самому его существованию. Поэтому можно считать, что все кризисные явления (политические, экономические, социальные и экологические) являются лишь закономерным следствием существования главной причины – кризиса мировоззрения. Сегодня уже нет сомнения в том, что человечеству необходимо новое миропонимание, новая научная парадигма, то есть новый уровень системного мышления.
Важную роль в формировании такой парадигмы будет иметь развитие информационного подхода, как фундаментального метода научного познания природы, человека и общества – трех основных информационных систем современного мира, единство и взаимодействие которых еще предстоит раскрыть в рамках системного анализа.
Проблемой информации (сознания) занимаются как представители гуманитарных наук (в основном философы), так и представители естественно-научного направления. Начнем с нейрофизиологии.
5.2.2. Нейросеть
Современная наука утверждает, что процесс мышления (сознания) протекает в нервных сетях высших животных и, в первую очередь, человека. Здесь главным вопросом является проблема целеполагания – кто (или что) определяет цель. Этим вопросом в последнее время очень интенсивно занимался Д.С. Чернавский [10]. Как известно, реальная нейросеть состоит из клеток-нейронов, где передача импульсов происходит по реальным каналам связи.
Однако, в нервных сетях возможна передача импульса даже в отсутствии каналов за счет распространения электрических полей и механических деформаций. В практической нейрофизиологии, а также в клинической практике наблюдаются случаи, когда воздействие на какой-либо орган (или нейросеть) вызывает отклик в других органах. За последнее время активное изучение нейросетей у человека привело к появлению, так называемой, альтернативной медицины, которая не соответствует стандартам классической (западной или европейской) медицины. Интерес к альтернативной медицине во многом определяется тем, что, несмотря на возрастающие финансовые и материальные затраты, официальной системе здравоохранения не удается решить многие стоящие перед ней проблемы.
В восточной медицине системный подход использовался с древних времен. По мнению многих исследователей восточной медицины, западная медицина во многом остается под влиянием механистического мировозрения. Одной из основных частей восточной медицины являются иглотерапия и прижигание. Научные исследования в данной области привели к развитию особого раздела медицины – биологически активных точек (БАТ). Исследования Д.С. Чернавского и его группы нейрофизиологов привели к выводу, что китайская иглопунктурная терапия представляет собой образное описание топологических свойств фазового пространства математической модели распознающего нейропроцессора [37].
Попытки построить физическую модель нейрона начинались с реализации идеи нейропроцессора Хопфилда в виде пластины, на которой расположены активные элементы (условно называемые нейронами). Однако, схема обучаемого исполняющего нейропроцессора в настоящее время так и не реализована. Главная причина этого – отсутствие соответствующего заказа со стороны техники.
Невольно, дальнейшее развитие исследований в данном направлении приводит к проблеме, так называемого, искусственного интеллекта. Это новая наука на пересечении биологии, нейрофизиологии и компьютерных технологий. Однако мы решили не затрагивать данную проблему, которая может нас увести в сторону от проблемы «что такое информация».
5.3. Информация, люди, книги
5.3.1. Люди
В этом разделе речь пойдет о личных связях и впечатлениях автора.
П. Г. Лекарь (1924–1998), доктор медицинских наук, профессор, крупный специалист в области неврологии.
Петр Григорьевич не только вылечил меня в раннем возрасте от эпилепсии, но и способствовал моему приобщению к науке. Особенно меня поразило его бескорыстное и доверительное отношение к своим пациентам. Рассказывая мне уникальные случаи из своей медицинской практики, он невольно возбудил во мне интерес к необычным (где-то даже мистическим) явлениям в жизни разных людей (не только своих пациентов, но и своих коллег – психиаторов).
Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900–1981), доктор биологических наук, профессор, Человек с уникальной судьбой и признанный авторитет в области молекулярной генетики.
Николай Владимирович помог мне в преодолении яростного сопротивления кучки биофизиков (при защите кандидатской диссертации), дав на мою работу положительный отзыв. В личных беседах с Николаем Владимировичем, я получил от него мощный заряд оптимизма и полезные советы по моей дальнейшей научной деятельности.
Под геномом Николай Владимирович понимал не только его структурную часть, кодирующую белок, но и все, что определяет будущий организм. Мое глубокое убеждение, что ген это не только фрагмент молекулы ДНК, а что-то более сложное, пока нам не известное, основывается на моих беседах с патриархом молекулярной генетики Н.В. Тимофеевым-Ресовским (1968 г.).
Н.В. Тимофеев-Ресовский в 30-е годы ХХ столетия проводил в Берлине уникальные эксперименты на дрозофиле по определению размера гена. Им была предложена, так называемая, «теория мишени» (1934 г.). Он «обстреливал» мушек дрозофилы рентгеновскими лучами и показал, что «размер» структурного гена равен одной пятимиллионой части кубического сантиметра, ~1000 атомов, то есть структурный ген – это макромолекула.
На основе этих данных, физик Макс Дельбрюк создал энергетическую модель гена и, задолго до расшифровки строения молекулы ДНК, Тимофеевым-Ресовским и Дельбрюком были предсказаны основные свойства гена. Все это более подробно описано в книге Э. Шредингера «Что такое жизнь?» [1].
Как профессиональный генетик, Николай Владимирович понимал, что до ответа на вопрос «что такое жизнь?», или «что такое ген?» еще очень далеко. Особенно мне запомнился такой его пассаж в беседе со мной (1986 г): «молодой человек, перестаньте ДээНКакать; я вижу, как из зиготы образуется морула, затем из морулы – бластула, из бластулы – гаструла и так далее. Но что такое ген я не знаю и ни один генетик не видел гена, хотя и существует такая наука – генетика». Также запомнилось его напутствие на дальнейшую мою работу в науке: «учитесь из моря ложного знания извлекать крупицы истинного незнания».
Д.С. Чернавский (1926–2016)
Доктор физико-математических наук, профессор, ученый широкого кругозора, от теоретической физики и биофизики до экономики и медицины.
Мы с Дмитрием Сергеевичем часто общались, обсуждая общие для нас проблемы биофизики, где он был ведущим теоретиком и непререкаемым авторитетом. Его последняя книга «Синергетика и информация» [10] послужила мне отправной точкой исследований в области теории информации. Также он был главным моим защитником (в роли официального оппонента докторской диссертации) от тех же неугомонных биофизиков, пытавшихся перекрыть мне дорогу в науку.
К сожалению, я слишком поздно оценил его предложение к совместной работе в области синергетики и информации. Сейчас (после его смерти) мне очень не хватает его советов и дружеского участия в обсуждении разных проблем.