Что такое информация

Саночкин В.В.

Аннотация.  ⇓ 

Проанализированы отношения информации с материей, движением и структурой. Показано, что информация возникает при сравнении объектов в ходе их взаимодействия. Дано определение информации и обоснована его универсальность. Обсуждается ряд иллюстраций применения определения, подтверждающие его полезность и конструктивность.

Философские исследования 2001 №3

Это первая публикация автора на тему философии информации:

Саночкин В.В. Что такое информация. // Философские исследования. 2001, №3, с.129-141.

Рекомендуется также посмотреть более поздние публикации автора, развивающие данную тему: 
- Что такое информация. // Эволюция, 2006 г.
- Согласование различных представлений об информации. 2020 г.  

Содержание.  ⇑ 

1. Введение.  ⇑ 

Информация используется во всех сферах жизни: в быту, в технических системах, в искусстве, все отрасли науки заняты добычей информации о природе, обществе, их закономерностях. Тем не менее, достаточно общего и строгого определения информации в известной автору литературе нет [1-11]. В одних случаях описываются лишь некоторые стороны категории информации, существенные для определенной области деятельности или знаний, в других, приводятся интуитивные представления о ней, в третьих, информацией называются созданные в рамках частных подходов абстрактные конструкции, непригодные вне этих рамок и несовпадающие между собой. Суммируя непротиворечивые части этих описаний, отметим, что информация ассоциируется с сообщением, словом, мыслью, знанием. Ее можно хранить, передавать, воспринимать, понимать. Она характеризуется смыслом, содержанием, количеством. Прирост количества информации приравнивается убыли энтропии и выражается через уменьшение неопределенности в системе.

Попробуем дать универсальное определение информации, удовлетворяющее перечисленным свойствам и инвариантное относительно различных областей деятельности и знаний. Для этого рассмотрим информацию с самых общих позиций и проанализируем ее не всегда очевидные отношения с другими фундаментальными понятиями.  

2. Как хранится и передается информация? (Информация и структура).  ⇑  

Способность сохраняться и передаваться является одним из определяющих свойств информации. Рассмотрим, как это свойство реализуется.

Что мы делаем, записывая информацию, например, на бумагу? — Создаем структуру штрихов (букв). На магнитной ленте создаем структуру из магнитных доменов. На старой граммофонной пластинке создана структура изгибов канавки. На лазерном диске — структура лазерных меток.  В микросхеме памяти — структура распределения электрического заряда. Природа записывает генетическую информацию в хромосоме путем создания структуры нуклеотидов.

Как мы передаем информацию? Перемещаем упомянутые носители вместе с зафиксированной в них структурой, например, посылаем по почте. Или создаем переносящие информацию «самодвижущиеся» структуры из волн, модулируя звук, свет, радиоволны. Так же поступает и природа, чтобы доставить нам информацию об окружающих объектах.

Как ученые получают информацию о веществе? Исследуют его структуру и узнают, что оно состоит из кристаллов, молекул, атомов, электронов, нуклонов, кварков и других частиц, которые сами являются структурами и составляют структуры, которые и несут информацию о веществе. Что делают ученые и разведчики для получения информации о различных процессах в природе или обществе? Исследуют структуры, сопровождающие или остающиеся после этих процессов: всякие записи, отпечатки, следы, снимки, излучения и прочее. Ибо в этих структурах содержится искомая информация. Яркие примеры: археология, палеонтология, — исследователи считывают историю по оставленным ею структурам-отложениям.

Чем мы интересуемся, когда хотим что-нибудь знать о таких непостоянных вещах, как  жидкости и газы? На микроуровне — это микроструктуры: молекулы и атомы, которые несут информацию, в частности, о химических свойствах этих сред. На макроуровне — это состав, плотность, давление, температура, скорость течения и другие параметры, пространственное изменение которых также образует структуры. Информация о текущем состоянии среды связана с пространственным распределением упомянутых свойств, то есть с макроструктурой среды.

Итак, информация тесно связана со структурой объектов. Рассмотренные примеры относятся и к живой,  и к неживой природе, к естественным и к искусственным структурам — суть взаимосвязи между информацией и структурой от этих нюансов не зависит. Обобщая, можно сказать, что информация передается и сохраняется структурой материи и без материи существовать не может. А материя всегда имеет структуру и является носителем информации, по крайней мере, о себе: своем состоянии, своей предыстории.

Понятия информация и структура связаны и таким важным свойством, как новизна. Будем называть новой информацией такую, которую нельзя получить копированием, переписыванием уже имеющейся. Одна и та же информация может содержаться во многих однотипных объектах — экземплярах структуры. Появление нового экземпляра существующей структуры не означает появления новой информации. А его уничтожение не означает уничтожение информации, пока остается хотя бы один экземпляр, содержащий эту же информацию. Некоторая информация не принадлежит конкретному экземпляру структуры. Она скорее соответствует абстрактной структуре, виду объектов. А конкретные экземпляры структуры — объекты одного вида — соответствуют конкретным сообщениям, содержащим одинаковую информацию.

Неразрывная взаимосвязь информации и несущей ее структуры позволяет предположить, что любые их изменения взаимно скоррелированы. То есть изменение информации невозможно без изменения несущей структуры, а изменение структуры сопровождается изменением зафиксированной в ней информации. Например, изменение информации на этой странице потребует изменения несущей структуры из букв, и наоборот, любое изменение этой структуры изменит информацию, хотя бы о количестве или расположении букв. Если любая структура несет информацию, то информация должна появляться в процессе создания структур. Причем, воспроизведение структуры, например, этой страницы, сопровождается воспроизведением информации, а новая структура становится носителем созданной вместе с ней новой информации.

Основной вывод.

Информация неразрывно связана со структурой материи, сохраняется и переносится с помощью материальных структур, а материя всегда является носителем информации.

Примем сделанные утверждения, пока, в качестве гипотезы и убедимся в их справедливости, рассматривая информацию с других точек зрения.  

3. Как возникает информация? (Информация и движение).  ⇑  

Понятие информации подразумевает ее доставку от источника к приемнику и, таким образом, связано с движением. Иначе было бы невозможно что-либо узнать. Но откуда информация берется в источнике, как она там возникает? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Общеизвестная поговорка гласит: "Все познается в сравнении". В энциклопедии сравнение также определено, как познавательная операция [2]. Согласимся, что информация возникает в результате сравнения. Любой из нас умеет получать ее, сравнивая различные объекты. Но может ли информация возникать тем же путем в природе без нашего участия?

Попробуйте содержательно ответить на вопрос об объективной причине возникновения некоторого состояния в любом естественном процессе. Такой ответ, так или иначе, содержит упоминание о сравнении, что грамматически часто выражено применением сравнительной степени прилагательного. Например, «Почему дерево плывет? — Потому, что его плотность меньше, чем у воды», «Почему объект разрушился? — Потому, что воздействие превысило предел его прочности», «Почему человек занимает доминирующее положение в природе? — Потому, что он умнее животных». Все эти высказывания в качестве причины указывают на объективное различие свойств взаимодействующих объектов. А процесс выявления различий — это и есть сравнение. Поскольку объективен его результат, можно утверждать, что и оно произошло объективно, а не в чьей-то голове. Тем более что многие состояния и их причины возникли до появления мозгов. Где же может происходить это сравнение? Любое состояние, любая текущая реальность появляется в результате предшествующего взаимодействия некоторых объектов, которое и является единственной причиной этого состояния. Поэтому, все частные причины этого состояния, в том числе и упомянутое сравнение, логически содержатся в этом взаимодействии, являются его логическими составляющими. Другими словами, при каждом взаимодействии объектов происходит сравнение их свойств и таким образом производится информация о их состоянии. 

Теперь заметим, что под термином «состояние» часто понимается набор параметров, описывающих систему, то есть, по сути, информация о системе. Даже если это абстрагирование от какого-то более полного содержания понятия «состояние», то и оно означает, что понятие «информация» в понятии «состояние» присутствует. Это и понятно, поскольку состояние — результат взаимодействия, а последнее, как показано, логически содержит сравнение, дающее в качестве результата информацию. И для существования этой информации первоначально просто нет другого места кроме текущего состояния составленной из взаимодействующих объектов структуры. Из этой структуры информация может быть скопирована, но вначале она существует только здесь.

Завершая эту часть рассуждений, расставим затронутые понятия в соответствии с выявленными отношениями: взаимодействие объектов логически содержит в себе сравнение их свойств и, поэтому, является объективной причиной возникновения в структуре, составленной этими объектами, не только текущего состояния объектов, но и соответствующего ему текущего содержания информации.

Однако существует и другая точка зрения [9,10, 12, 13], впервые выдвинутая в 60-х годах Г. Кастлером, и утверждающая, что информация возникает в результате выбора. В частности, в [13] это утверждение рассматривается на примере путника, стоящего на развилке без указателя и не знающего, по какой из двух дорог можно попасть в пункт «А», притом, что другая дорога ведет в пункт «Б». Утверждается, что информация возникает в момент выбора путником одной из дорог, а в качестве критерия возникновения информации берется то, что путник, побывав в любом из этих пунктов, может на обратном пути установить на развилке указатель.

Соглашаясь с критерием, покажем, что основное утверждение ошибочно. Для этого, во-пер­вых, уточним, что приведенному критерию соответствует информация о том, на какой дороге расположен пункт «А». И, во-вторых, для определенности условимся, что единственная информация, которой путник обладает о пункте назначения, — это его название. Теперь, пусть путник начал движение по выбранному пути, но с полдороги вернулся к развилке. Может он установить указатель? Нет. Значит, в момент выбора указанная информация не появилась! Даже если путник дошел до какого-то пункта, искомая информация еще не возникла, так как пока он не знает, куда попал. Путник должен узнать у местных жителей, как называется этот пункт, и сравнить ответ с известным ему названием пункта назначения. Только после сравнения путник сможет, наконец, сказать, на какой дороге расположен пункт «А», и на обратном пути установить указатель. Таким образом, искомая информация появилась при сравнении, а не при выборе. Этот вывод не зависит от вида имевшейся у путника исходной информации о пункте назначения. Искомая информация появляется при сравнении предварительно имевшихся данных с полученными на месте, и, подчеркнем еще раз, независимо от выбора пути.

Заблуждение Кастлера не случайно и объясняется следующими соображениями. Семантика понятия «выбор» связывает с ним основание выбора, которым обычно и является информация, а так же результат выбора — реализованное состояние некоторой системы. Являясь причиной возникновения состояния, выбор, так же как и сравнение, содержится во взаимодействии. Отсюда, учитывая, что информация для сравнения выступает результатом, а для выбора — основанием, следует заключить, что взаимодействие логически эквивалентно сравнению текущих свойств объектов и выбору их состояния из множества потенциально возможных на основании полученной при сравнении информации. По сути, это представление аналогично вариационным принципам аналитической механики, которые предполагают виртуальный выбор реализованного состояния механической системы среди множества потенциально возможных состояний на основании принципа наименьшего действия, то есть на основании сравнения значений физической величины, называемой действием, для всех потенциально возможных состояний системы. Выше, доказывая включение сравнения во взаимодействие, мы по сути уже констатировали, что логически выбор состояния сделан на основании сравнения. Теперь же, подчеркнем, что даже случайный выбор происходит на основании сравнения, а именно, сравнения конкурирующих воздействий различных флуктуаций. Таким образом, роль выбора состоит в создании не информации, а реального состояния взаимодействующих объектов на основе информации, произведенной сравнением. И хотя при изменении состояния изменяется и заключенная в нем информация, непосредственно содержание информации определяется сравнением, а не выбором. Выбор реализует информацию, а не создает. Речь идет о принципиально важном разделении функций, о структуре взаимодействия. Если не замечать во взаимодействии наличие и роль сравнения, а усматривать в нем только выбор, то, объясняя возникновение информации при взаимодействии, за неимением другого варианта, придется ссылаться на выбор. Это и наблюдается в упомянутых работах Кастлера и его последователей.

В рассмотренном выше примере присутствовал разумный путник. Интересно проследить, как проявляются сделанные выводы, в случае взаимодействия естественных объектов, например, при падении куска дерева в воду. Взаимодействие между ними, а логически — сравнение их свойств и выбор их состояния, происходит объективно. Есть наблюдатель или нет — плотность дерева все равно меньше, чем у воды. Это различие, эта информация, эта причина выявляется каждый раз, когда дерево погружается в воду, то есть при их взаимодействии, и отражается в следствии выбором состояния «тело плывет». Если бы сравнение выявило обратное соотношение плотностей, как, скажем, при падении в воду камня, то реализовалось бы и другое состояние. В данном примере легко показать, что следствием зафиксирована не только качественная, но и количественная (но не в цифрах!) информация, а именно точное отношение плотностей данного куска дерева и воды. Это отношение воспроизведено в результирующем состоянии этих объектов в виде отношения объема погруженной части плывущего тела к его полному объему. Никакой внешний субъект не участвовал в этом. Информация произведена при взаимодействии объектов и зафиксирована в их состоянии, в структуре результата, то есть именно там, где первоначально произведена. Достаточно оснащенный наблюдатель может получить эту информацию и зафиксировать ее у себя в памяти, но это будет лишь копия информации, содержащейся в оригинале — самих взаимодействующих объектах. То, что информация там объективно есть, подтверждается и тем, что любой другой достаточно оснащенный субъект может скопировать ее независимо от первого и иметь собственную копию этой информации. Если в ходе взаимодействия объектов их состояние изменяется, то, в результате сопутствующего сравнения их свойств, одновременно изменяется и содержание зафиксированной информации. То есть какое-то конкретное содержание информации может существовать там и очень недолго, однако это ничему не противоречит. В таком случае извлечь одинаковую информацию разным субъектам можно только одновременно, а извлеченная информация станет устаревать, так как состояние копий не зависит от состояния оригинала. Аналогичные рассуждения справедливы в отношении любых взаимодействий материальных объектов.

Таким образом, и в природе, и в любой голове, которая, кстати, тоже является частью природы, информация появляется и изменяется в результате сравнения свойств объектов в процессе их взаимодействия и фиксируется следствием взаимодействия. Можно сказать, что причина отражается в следствии в виде информации о причине. Разница между природой и «головой» состоит в том, что в природе это, изначально и главным образом, случайные взаимодействия реальных материальных объектов, а в голове главную роль играют целенаправленные и опосредованные взаимодействия их символов, то есть информационных объектов: слов, понятий.

Поскольку материя находится в постоянном движении: столкновении, взаимодействии различных объектов, — можно говорить, что Природа ведет постоянное исследование, беспрерывно и повсеместно ставит эксперименты, в ходе которых происходят сравнения свойств объектов и, как их результат, появляется и изменяется информация.

Основной вывод.

Информация возникает и изменяется вместе с несущей ее материальной структурой в едином движении, как результат сравнения свойств объектов в процессе их взаимодействия. Это происходит везде и постоянно, и в живом, и в неживом.  

4. Информация и материя.  ⇑  

Как уже отмечено, информация ассоциируется с такими понятиями как слово, сообщение, знание, мысль. Все они относятся к области идеального. Вместе с ними резонно отнести к идеальному и информацию. Нематериальность информации, так или иначе, признается многими авторами [6,7,8].

Покажем, что информация не является также и свойством материи. Ведь свойства непосредственно принадлежат объектам и проявляются в их взаимодействиях. Например, от массы зависит траектория движения любого тела и то, как притягивает Вас Земля. Но если масса описана в учебнике по физике, то непосредственно на движение космических тел это совершенно не влияет, и на Ваше притяжение к Земле — тоже. Информация может существовать отдельно от породившего ее источника, быть материально с ним никак не связанной. Именно