Природа информации и развития

Саночкин В.В.

Аннотация.  ⇓ 

Сборник составлен на основе статей и докладов автора, опубликованных до 2004 г. и раскрывающих сущность понятий «информация» и «развитие», а также их взаимосвязь. Анализируются отношения информации со структурой, материей и другими фундаментальными понятиями. Дается определение информации и доказывается его универсальность. Вводится понятие структурной обратной связи, как универсальной причины развития. На этом основании анализируется роль информации и интеллекта в развитии, предлагается количественный критерий развития, излагаются концепции моделей развития структур и понимания информации. Обсуждаются сущность и общие свойства процесса развития.

С момента издания данного сборника изложенные в нём основные научные положения концепции «Информация-структура» не изменились. В более поздних публикациях их аргументация усилена и проверена на более широком спектре информационных объектов и процессов. В частности, дополнительно показано, что положения концепции «Информация-структура» выполняются в знаковых сообщениях.

 

Это адаптированная для сайта версия сборника статей:

Саночкин В. В. Природа информации и развития. Сборник статей.— М.: 2004, 76 c. ISBN  5-94688-002-0
Научное издание.
Рецензенты:  д.т.н. Малков С. Ю.,  д.т.н. Соколов А. А.

Можно посмотреть также PDF-копию бумажного издания.  

Оглавление.  ⇑ 

1. Предисловие
2. Что такое информация
3. Эквивалентность понятий «информация» и «структура»
4. Фундаментальная причина развития – структурная обратная связь
5. Структурная обратная связь и интеллект
6. Структурная обратная связь в иерархии систем
7. Основы понимания информации
8. Структурная неустойчивость природы
9. Свойства и основания развития
10. Литература.   

1. Предисловие.  ⇑ 

 

В последние десятилетия в научной среде происходит глубокое переосмысление отношения к природе. Она всё более понимается не как нечто статичное, мертвое, противоположное жизни, а как развивающаяся система [1, 2, 3]. Вместе с этим, всё необходимее становится знание общих законов развития [4], ибо только на этой основе можно строить успешную стратегию во всё быстрее развивающемся мире. В это же время, в науке, технике и вообще в миропонимании всё большее значение приобретает феномен информации. Развитие науки и практики всё более связано с информационными технологиями, с углублением наших знаний о природе информации. Область, обозначаемая ключевыми словами «информация» и «развитие», является одной из активных точек роста современной науки и поэтому привлекает внимание различных специалистов. Косвенным признанием её важности является результат проведённого в 2003 году среди российских ученых телевизионного конкурса на лучшее объяснение устройства мира. Путём голосования участников конкурса приз – миллион евро – был присужден Д. С. Чернавскому, развивающему именно эту область знаний.

Исследования в обозначенной области находятся ещё только в стадии становления. В широкой научной общественности ещё не сложилась общепризнанная система взглядов ни на сущность информации, ни на сущность развития.

По традиции, многие продолжают считать, что информация является принадлежностью только развитых биологических и социальных систем. В то же время в литературе всерьёз обсуждаются квантовые компьютеры, которые не были бы возможны, если бы квантовые объекты не могли быть носителями информации. Споры о том, где информация имеется, а где – нет, будут продолжаться до тех пор, пока не появится чёткий и общепринятый критерий – определение информации.

Общий критерий и механизм развития до сих пор также не ясен. В одних работах обсуждается универсальность открытого Дарвином принципа естественного отбора. В других, наоборот, доказывается, что естественный отбор не мог обеспечить наблюдаемое разнообразие, обсуждаются альтернативные, по мнению авторов, механизмы. Одни связывают развитие с научно-техническим прогрессом, другие наоборот, сосредотачиваясь на его издержках, утверждают, что дальнейшее развитие человечества связано с ограничением этого процесса, пытаются найти другие пути.

Во многих публикациях последних десятилетий ощущается внутренняя потребность науки и практики в интеграции и унификации знания. Это выражается в попытках создания всеобъемлющих теорий «всего», универсальных картин мира и баз знаний [5, 6]. Это действительно насущная проблема. Можно пытаться решать её на уровне отдельных наук или сфер деятельности, но так получаются лишь частные решения. Общей основой для интеграции, скорее всего, может стать единый и чётко обоснованный взгляд на природу информации и развития. В свое время, такую же интегрирующую роль сыграли определение понятия «энергия» и осознание его универсальности. В результате были найдены общие подходы и закономерности в различных областях науки и практики. Именно такое междисциплинарное понимание значимости теории развития высказывается в [4].

Сама жизнь, само развитие, в конце концов, даёт ответы на все возникающие вопросы. Как следует из эпиграфа, ещё Декарт заметил, что свет, сам по себе, независимо от наших желаний, наших научных и религиозных предубеждений, доставляет нам информацию о реальности и помогает составить о ней верное представление. Точно так же, независимо от наших предпочтений, жизнь разрешит упомянутые противоречия в понимании сущностей информации и развития.

Вкладом в разрешение указанных противоречий являются и работы автора, опубликованные в последние годы и ставшие основой для данного сборника. Как представляется, эти работы помогают понять природу информации и развития, помогают продвинуться в смежных областях. В них рассмотрены отношения информации с такими фундаментальными категориями, как структура, движение и материя. Проведён тщательный анализ концепции информации, предложенной в 60-х годах XX века Г. Кастлером [7] и в настоящее время развиваемой, в частности, работами упомянутого Д. С. Чернавского [8, 9]. Показано, что в концепции Кастлера и основанных на ней работах имеются существенные неточности. Предложено определение информации, устраняющее эти неточности, доказана универсальность этого определения. Рассмотрены основы понимания информации. Предлагаемая концепция ясно показывает, что информация теснейшим образом связана со структурой материи и принадлежит не только её высокоразвитым формам, что информация – это такая же фундаментальная категория, как вещество или энергия. Более того, оказывается, что с информацией тесно связаны механизм и критерий развития.

Поскольку материал носит, скорее, постановочный характер, а также потому, что проблематика, связанная с понятиями «информация» и «развитие», может интересовать специалистов самого разного, в том числе, и гуманитарного профиля, изложение ведётся с минимальным использованием математики, но с упором на чёткое выявление смысловых и логических связей между различными понятиями и явлениями. Главное место отводится обоснованию предлагаемой концепции и выявлению её общих логических следствий. Если в качестве таких следствий оказываются явления или закономерности уже известные в какой-то области знаний, то это только укрепляет излагаемую концепцию, подтверждая её общий характер и достоверность. Полезность концепции состоит в том, что наблюдаемое в самых разных областях, можно представить, как проявление одних и тех же общих причин, рассматривать на общей основе и более компактно. Появляются новые основания применять наработанное в одной области, для решения проблем в других областях. В частности, на этой основе удалось показать универсальность принципа естественного отбора и представить его в виде положительной обратной связи. Дальнейшее развитие предлагаемой концепции и ее внедрение в практику будет способствовать появлению самообучающихся машин и искусственных саморазвивающихся систем, а также более глубокому пониманию развития, а значит, и более удачному его прогнозированию.

Необходимо иметь в виду, что описания материальной и информационной сторон реальности не сводятся одно к другому, а дополняют друг друга, требуя, каждое своего языка или своей системы терминов, примерно так же, как  корпускулярное и волновое описания в физике. Поэтому, многие формулировки в тексте дублируются в терминах обоих языков. Пренебрежение одним из них, как и их некорректное смешение, не раз заводило автора в тупик. Второй из языков по причине новизны подхода нарабатывается вместе с ним, что создаёт некоторые трудности в изложении и понимании. Тем не менее, использование этого языка помогает находить или упрощать ответы на некоторые стоящие перед наукой вопросы, что и является главным стимулом для его дальнейшего освоения и развития.

Статьи, послужившие основой для сборника, частично переработаны: из них исключены дублирующие части, некоторые фрагменты изложены более ясно, дополнены примерами и появившимися со времени первой публикации новыми соображениями. Используемая литература сведена в общий список. Ссылки на материалы внутри сборника даются в виде номера статьи, дополненного, если нужно, номером параграфа и выделяются курсивом. Внешние ссылки даются, как обычно, номером в списке литературы, дополненным, если нужно, следующим через пробел номером страницы, и отделяются от внутренних ссылок точкой с запятой. Например, в ссылке [п.7.2; 4, 5 с.344]  «п.7.2» – это ссылка на параграф 2 статьи 7 данного сборника, а «4, 5 с.344» – ссылки на внешние публикации с номерами 4 и 5 в списке литературы. Нумерация рисунков в каждой статье независимая.

В заключение автор выражает самую искреннюю признательность всем, кто в той или иной мере участвовал в обсуждении приведённой концепции, и, особо, В. И. Бодякину и А. П. Руденкову за плодотворное обсуждение и критику, А. Г. Ганже за интерес, моральную поддержку и помощь в издании сборника.  

2. Что такое информация.  ⇑  

Проанализированы отношения информации с материей, движением и структурой. Показано, что информация возникает при сравнении свойств объектов в ходе их взаимодействия. Дано определение информации и доказана его универсальность. Приводится анализ и ряд иллюстраций применения определения. Статья является исправленным и дополненным вариантом работы [10]. 

Содержание статьи.

2.1. Введение.  ⇑ 

Термин «информация» происходит от латинского «informatio» – ознакомление, разъяснение, представление, понятие [2, 3].  Первоначальное понимание информации, как сведений передаваемых между людьми, сохранялось до середины XX века. К этому времени появились и широко распространились технические средства передачи и обработки информации: арифмометр, телеграф, телефон, радио; появились системы радиолокационного обнаружения и наведения, электронные вычислительные и управляющие устройства; начала оформляться кибернетика – наука о связях и управлении в живых и неживых системах. Всё это заставило по-новому посмотреть на феномен информации и породило неутихающие до сих пор дискуссии об её природе и принадлежности. В наше время понятно, что информация используется во всех сферах жизни: в быту, в технических системах, в искусстве. Все отрасли науки заняты добычей информации о закономерностях в природе и обществе. Значение информации для общества и его развития со временем возрастает, появляются всё новые информационные технологии, информационная индустрия.

Несмотря на столь широкое использование информации, осознание смысла понятия «информация» ещё далеко не завершилось. До сих пор предпринимаются многочисленные, но не достаточно успешные попытки дать определение информации [8, 9, 12, 13]. Некоторые ученые полагают, что дать такое определение вообще нереально [3]. Однако, пока этот феномен не определен, невозможно делать точные и однозначные заключения по многочисленным связанным с ним вопросам, в том числе и о том, где информация присутствует, а где – нет. Это касается многих областей, использующих или изучающих информацию, и приводит в них к появлению всяких парадоксов и других трудностей в понимании, к субъективности выводов, связанных с понятием «информация». Для естественных наук, строго отно­ся­щих­ся к определенности используемых понятий, необходимость оперировать неопределенной категорией – это достаточно парадок­саль­ная ситуация. В частности, информатика вообще не может претен­довать на звание точной науки, пока не определён объект её исследований. Решая проблемы, так или иначе связанные с информацией, наука вынуждена довольствоваться паллиативами или топтаться на месте, пока сущность этой важной категории не опре­делена. Поэтому, ак­ту­альность определения информации несомненна, что отмечается и в [12]. 

Кратко обсуждая известные попытки дать определение информации, многие из которых проанализированы в [8, 9, 12, 13], приходится заключить, что достаточно общего и строгого определения нет. Большинство попыток являются, по сути, тавтологией типа «информация – это сведения», где понятие определяется через столь же неопределённый синоним. В ряде случаев продвижение в понимании достигается без общей формулировки, а определением лишь существенных для некоторой сферы знаний специальных свойств информации [14], в частности, количества [15, 16]. В других случаях, используются интуитивные представления о ней [17, 18], в третьих, информацией называются созданные в рамках частных подходов абстрактные конструкции, непригодные вне этих рамок и несовпадающие между собой [13, 19].

Суммируя непротиворечивые части упомянутых источников и собственный опыт, отметим, что информация ассоциируется с сообщением, словом, мыслью, знанием. Её можно хранить, передавать, принимать, копировать, понимать. Наиболее общепринятыми её характеристиками являются количество, содержание и смысл. Прирост количества информации приравнивается к убыли энтропии и выражается через уменьшение неопределённости в системе [16].

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 её не всегда очевидные отношения с другими фундаментальными понятиями. 

2.2. Как хранится и передаётся информация? Информация и структура.  ⇑ 

Способность сохраняться и передаваться является одним из определяющих свойств информации. Выясним, как она реализуется.

Что мы делаем, записывая информацию, например, на бумагу? Создаем структуру штрихов (букв). На магнитной ленте создаём 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 путём создания структуры нуклеотидов.

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

Что делают учёные и разведчики для получения информации о различных процессах в природе или обществе? Исследуют структуры, остающиеся после этих процессов или сопровождающие их: всякие записи, отпечатки, следы, снимки, излучения и прочее, – ибо эти структуры содержат искомую информацию. Яркие примеры: археология, палеонтология – исследователи считывают историю по оставленным ею структурам-отложениям.

Чем мы интересуемся, когда хотим что-нибудь знать о любом предмете или веществе? На микроуровне – это микроструктуры, например: атомы и молекулы, несущие информацию, в частности, о химических свойствах. На макроуровне – это состав, плотность, температура, скорость и другие параметры, пространственное и временное изменение которых также образует структуры. Информация о текущем макросостоянии вещества или предмета связана с пространственным распределением упомянутых свойств, то есть с его макроструктурой.

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 передаётся и сохраняется структурой материи и без материи существовать не может. А материя всегда имеет структуру и является носителем информации, по крайней мере, о себе, о своем состоянии.

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. Значит, информация принадлежит не конкретному экземпляру структуры, а соответствует абстрактной структуре, виду объектов, а конкретные объекты – экземпляры вида – соответствуют конкретным сообщениям, содержащим одинаковую информацию.

Взаимосвязь информации и несущей её 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 несёт информацию, то информация должна появляться при создании структур. Причём при воспроизведении структуры, например, этой страницы, информация воспроизводится, а при создании новой структуры вместе с ней появляется новая информация.

Основной вывод. Информация неразрывно связана со структурой материи, сохраняется и переносится материальными структурами. Материя всегда является носителем информации.

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

2.3. Как возникает информация? Информация и движение.  ⇑ 

Понятие информации подразумевает её 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.

Общеизвестная поговорка гласит: "Всё познается в сравнении". В энциклопедии [12] сравнение также определено, как познавательная операция. Согласимся, что информация возникает в результате сравнения. Любой из нас умеет получать её, сравнивая различные объекты. Но может ли информация возникать тем же путём в природе? Может ли сравнение происходить вне живого?  

Для ответа на этот вопрос рассмотрим результаты ряда естественных процессов и найдем общую объективную причину, определившую эти результаты, например: «дерево плывёт, потому что его плотность меньше, чем плотность воды»; «объект разрушился, потому что воздействие превысило предел его прочности»; «человек занимает доминирующее положение в природе, потому что он умнее животных». Общей причиной достигнутого состояния в каждом из приведённых примеров является объективное различие свойств взаимодействующих объектов. Эта же причина, в конечном счёте,  прослеживается и для результата любого взаимодействия. То есть, каждое следствие взаимодействия – текущее состояние – возникает по универсальной причине – из-за различий в свойствах взаимодействующих объектов, и это различие в ходе взаимодействия становится определённым. В противном случае разрывается причинно-следственная связь – определённый результат не может быть следствием неопределённого различия. А процесс выявления различий – это и есть сравнение. В приведённых примерах на него указывают подчёркнутые слова, в частности, сравнительная степень прилагательных. И происходит это сравнение объективно, а не в чьей-то голове, поскольку упомянутые различия свойств выявляются при взаимодействии самих объектов, они объективно определяют результат взаимодействия. К тому же, многие состояния и их причины возникли до появления мозгов, которым, в таком случае, остается воспринять лишь объективный результат сравнения – информацию.

К сходным выводам приходят и другие исследователи. В книге «Динамика и информация» [20], самим названием указывающей на связь информации и движения, делается даже более радикальный вывод об объективности «измерения» при физических взаимодействиях [20 с.137]. Значительная часть этой книги посвящена уже поиску подходов к теоретическому описанию этого измерения. Сравнение – это всего лишь элементарная составляющая измерения.

Таким образом, мы пришли к выводу, что сравнение объективно происходит при любом взаимодействии. Вообще, с точки зрения причинности, любое состояние, любая текущая реальность появляется в результате предшествующего взаимодействия некоторых объектов, которое и является единственной причиной этого состояния. Поэтому, все частные процессы, влияющие на это состояние, в том числе и упомянутое сравнение, логически содержатся во взаимодействии, являются его составляющими. Этот вывод нам ещё пригодится.

Чтобы окончательно убедиться в реальности объективного сравнения, выясним, где же размещается информация, возникающая при естественных взаимодействиях. Объективность сравнения означает, что его результат – произведённая информация – появляется независимо от наличия каких-либо сторонних приемников или наблюдателей. Значит, эта информация должна быть связана с самим результатом взаимодействия – с текущим состоянием взаимодействующих объектов. Этот вывод подтверждается тем, что часто под термином «состояние» понимается набор параметров, описывающих систему, то есть именно информация о системе. Это же следует и из только что выявленной логики отношений между взаимодействием и сравнением. Взаимодействие имеет своим результатом состояние взаимо­действующих объектов и содержит в себе сравнение, дающее в том же результате информацию. Первоначально, для существования этой информации просто нет другого места, кроме текущего состояния составленной из взаимодействующих объектов системы. В другие места: к приемникам или наблюдателям – её ещё нужно доставить.

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

Однако существует довольно распространенное мнение, что информация возникает в результате выбора [7, 8, 9, 14, 21]. Впервые эту гипотезу выдвинул Г. Кастлер [7] в 60-х годах XX века на основании факта появления генетической информации в процессе естественного отбора. В [21] эта гипотеза 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 ведёт 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 приведённому критерию соответствует информация о том, на какой дороге расположен пункт «А». И, во-вторых, для определённости условимся, что единственная информация, которой путник обладает о пункте назначения – это его название. 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! Искомая информация не возникла, даже тогда, когда путник уже дошел до какого-то пункта, но ещё не знает до какого из них. Путник должен узнать у местных жителей или по входной вывеске, 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, подчеркнём ещё раз, не является непосредственным результатом какого-либо выбора.

Заблуждение Г. 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, можно заключить, что смысл взаимодействия состоит в сравнении текущих свойств объектов, и выборе их нового состояния из множества потенциально возможных на основании полученной при сравнении информации. То есть, в соответствии со смыслом понятий функции разделены: сравнение создаёт информацию, а выбор реализует её. Раньше, выясняя общую причину возникновения определённого состояния, мы нашли, что состояние определяется предшествующим сравнением. Теперь, анализируя гипотезу Кастлера, мы можем уточнить, что это происходит посредством выбора. В силу функциональной замкнутости причинно-следствен­ных связей, выбор косвенно, через сравнение, имеет отношение к появлению информации. Поэтому, если не замечать во взаимодействии наличие и роль сравнения, а видеть в нем только выбор, то, объясняя возникновение информации при взаимодействии (пусть даже только биологических объектов, как это делал Кастлер), за неимением другого варианта, придётся ссылаться именно на выбор. Так и появилась гипотеза Кастлера. Верно указывая косвенную причину появления информации, она не лишена конструктивности. Но использование заблуждения приводит к новым заблуждениям [п.7.5], поэтому определение информации, данное на основании этой гипотезы в [8, 9], имеет существенные недостатки и приводит к ряду неверных выводов, что обсудим в следующих разделах.

В рассмотренном ранее примере с путником на развилке, сравнение выполнял разумный субъект, и это не вызывает удивления. Интересно проследить, как проявляются сделанные выводы, при взаимодействии 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 всё 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 плывёт». 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 информация о причине реализованного состояния, то есть о соотношении плотностей данного куска дерева и воды. Эта информация зафиксирована аналоговым способом, что характерно для неживой природы. Как впервые заметил Архимед, это соотношение воспроизведено в результирующем состоянии в виде отношения объёма вытесненной воды к объёму плывущего тела. Никакой внешний субъект не участвовал в этом. Эта информация появилась в результате взаимодействия объектов и зафиксирована в их состоянии, в структуре системы, в которой произведена. Достаточно оснащенный наблюдатель (тот же Архимед) может извлечь эту информацию и зафиксировать её у себя в памяти, но это будет лишь копия информации, содержащейся в оригинале – самих взаимодействующих объектах. То, что информация там объективно есть, подтверждается тем, что любой другой достаточно оснащенный субъект может скопировать её независимо от первого и иметь собственную копию этой информации. Если в ходе взаимодействия объектов их состояние изменяется, то соответственно изменяется и содержание зафиксированной в них информации. То есть какое-то конкретное содержание информации может существовать там сколь угодно малое время, и это ничему не противоречит. В таком случае извлечь одинаковую информацию разным субъектам можно только одновременно, а извлечённая информация станет устаревать, так как после завершения копирования состояние копии уже 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: слов, понятий – информационных объектов.

Поскольку материя находится в постоянном движении: столкновении, взаимодействии различных объектов – можно говорить, что Природа ведёт 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 её 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. 

2.4. 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 [17, 18, 22].

Покажем, что информация не является даже свойством материи. Ведь свойства непосредственно принадлежат объектам и проявляются в их взаимодействиях. Например, от массы зависит траектория движения любого тела и его вес – сила притяжения к Земле. Но если масса описана в учебнике по физике, то непосредственно на движение космических тел это совершенно не влияет, и на притяжение к Земле тоже. Информация может существовать отдельно от породившего её источника, не имея с ним непосредственных отношений. Именно это её свойство и даёт нам возможность абстрактно мыслить, мечтать, отдаваться свободному полёту нашей фантазии. Как показано в этой работе, информация связана с материей лишь опосредовано, через её свойства и, следовательно, сама не является свойством материи, которое должно быть связано со своим объектом непосредственно.

Таким образом, информация – не материя и даже не её свойство, однако, не может существовать без материи, и неразрывно связана с её структурой и движением. В соответствии с законом единства и борьбы противоположностей, у материи тоже должна быть неразрывно с ней связанная диалектическая противоположность – нечто нематериальное, что традиционно обозначают словом «идея». Более на эту роль подходит термин «информация», так как идея – это тоже информация.

В некотором смысле, материя и информация дополнительны друг другу, что выражается известным парадоксом: «Узнать об объекте всё, можно только полностью его разрушив». Действительно, для этого придётся вместе с разнообразными измерительными инструментами добраться в нем до каждого атома, до каждого кварка и определить все свойства каждой его структуры. Что при этом останется от объекта легко представить – одна информация. Значит, ни об одном существующем материальном объекте нельзя узнать всё. 

2.5. Определение информации.  ⇑ 

Как уже отмечено во введении, большинство из многочисленных попыток определения информации, в частности, разобранных в [8, 9, 12, 13], выражают её через столь же неопределённый синоним, часто сужая смысл понятия. В [13 с.70] информация определяется, как некоторое специальное преобразование сообщений, что также сужает, если не искажает, смысл понятия – обычно информация понимается не как процесс. Наиболее близкое к излагаемой концепции интуитивное понимание информации обнаруживается в [17], но и здесь нет её чёткого и обоснованного определения.

В работах [8, 9] на основании проанализированной выше гипотезы Г. Кастлера информация определяется, как результат выбора – «запомненный выбор». Проведённый анализ показывает, что из представленных – это наиболее содержательное определение. Но, во-первых, оно носит косвенный характер и вместо раскрытия сути определяемого объекта лишь указывает на порождающий его процесс – выбор, а, во-вторых, как показано выше, и этот процесс указывает неточно, что не способствует верному пониманию сути. Кроме того, нет объективного критерия для срока, после которого выбор надо считать запомненным, и неясно, почему тот же выбор до истечения этого времени, а также неверный или промежуточный и, поэтому, забытый выбор, – информацией не являются. То есть обсуждаемое определение информации неточно, не раскрывает сути понятия и сужает его смысл.

Что касается классической теории информации, а точнее, теории связи, основанной на работах К. Э. Шеннона, то в ней через изменение неопределённости определяется не сама информация, а её мера или количество [15, 16]. Для удобства изложения слово «количество» часто опускается, что искажает смысл и дезориентирует читателя.

Чтобы дать определение информации, вспомним, что согласно народной мудрости, подкреплённой результатами сделанного выше анализа, информация – это то, что появляется в результате сравнения. А что же, собственно, появляется? При сравнении определяется имеющееся на момент сравнения соотношение свойств участвующих в нем объектов. Отсюда следует определение [10]: 

ИНФОРМАЦИЯ – это существующие на материальном носителе соотношения свойств объектов, определённые в момент сравнения свойств (взаимодействия) этих объектов.

Совокупность конкретных значений, принимаемых упомянутыми соотношениями, называется содержанием информации. 

2.6. Анализ определения информации.  ⇑ 

Проанализируем, насколько данное определение соответствует известным свойствам и выявленным связям понятия «информация».

Фиксация на материальном носителе – это существенный признак. Он отражает диалектическую связь информации и материи, их влияние друг на друга, возможность создавать, сохранять и копировать информацию путём взаимодействия материальных объектов. Взаимодействие или сравнение может быть любым, как непосредственным, так и опосредованным. Объекты сравнения также могут быть любые: простые и сложные, материальные и абстрактные. В частности, это могут быть информационные объекты – сообщения, символы и так далее. Упоминание момента времени подчёркивает то, что объекты могут изменяться и информация о них, скопированная на другой носитель, со временем перестает соответствовать текущему их состоянию, но отражает прошлое. Именно это позволяет получать информацию об изменениях, сравнивая текущее состояние с информацией о прошлом. Чтобы информация постоянно отражала текущее состояние объектов, сравнение и фиксация должны производиться непрерывно. Это, естественным образом, происходит в системе самих взаимодействующих объектов. Согласно определению, информация о такой системе возникает и изменяется вместе с ней в виде соотношений свойств составляющих её объектов. Когда возникают новые соотношения свойств, когда взаимодействие объектов происходит впервые, тогда создаётся новая информация. Путём копирования или независимого воспроизведения указанных в определении соотношений в структурах различных носителей, информация воспроизводится или тиражируется. В результате этого, одна и та же информация может существовать во многих экземплярах на многих носителях. В частности, в мозге полученная и созданная информация представлена в виде соотношений свойств нейронных систем.

Простейший, элементарный случай получения информации – это сравнение двух объектов по одному свойству – элементарное сравнение. Получаемый при этом 1 бит информации определяет альтернативу: больше или нет интенсивность свойства у одного объекта по сравнению с другим объектом. Каждое новое элементарное сравнение добавляет 1 бит информации. Минимальное число элементарных сравнений, необходимых для получения некоторой информации, определяет количество этой информации в битах. Сочетая элементарные сравнения и, например, метод дихотомии* Сначала сравнивают сами величины, затем меньшую с половиной большей, затем делят пополам ту половину большей величины, в которую попадает конец меньшей, и сравнивают меньшую величину, соответственно, с ¼ или ¾ большей и так далее., можно уточнять соотношения свойств и выражать их в числах. Чем больше разных сравнений, тем больше информации, тем точнее известно соотношение. К этому сводится любое измерение. Более наглядно измерение представляется, как сравнение свойства объекта с некой естественной или искусственной шкалой этого свойства. Путём последовательных сравнений свойств объекта со свойствами ряда пробных объектов производят классификацию, то есть получают информацию о принадлежности этого объекта к некоторому классу объектов.

Фиксируя в своем мозгу соотношения различных свойств самых разнообразных объектов, обрабатывая эту информацию, то есть, находя и фиксируя соотношения между свойствами разных частей полученной информации и извлекая с помощью сложной иерархии сравнений всё более обобщенную информацию, мы узнаем окружающий мир. Иерархическая организация информации заложена в самой её природе, ибо для появления одного соотношения нужно не менее двух объектов.

Таким образом, предложенное определение вписывается в традиционный контекст понятия «информация» и соответствует выявленным выше связям, оно раскрывает суть отмеченной взаимосвязи между информацией и структурой, а также, известного в философии свойства материи, называемого отражением [12]. Согласно определению, информация действительно нематериальна и является не свойством материи, а соотношением свойств, причём не только материальных объектов, как, например, информация о том, что одна мысль точнее или интереснее, чем другая. Информация, возникающая при естественных взаимодействиях, объективна, ибо, по крайней мере, в источнике является реальным соотношением свойств его объектов. Это составляет необходимую основу возможности познания реальности. Классическая теория информации описывает накопление в ней ошибок в процессе копирования и распространения. Субъективность проявляется при установлении смысла информации [п.2.8, п.7; 23]. 

2.7. Доказательство универсальности определения информации.  ⇑ 

Во-первых, данное определение не противоречит здравому смыслу. Действительно, если субъект узнаёт соотношение свойств некоторых объектов, то, несомненно, он получает информацию.

Во-вторых, данное определение не противоречит известной теории, утверждающей, что количество информации связано с изме­нением неопределённости. Сравнение уменьшает неопределённость соотношений свойств объектов и, таким образом, увеличивает количество информации.

Наконец, докажем, что под данное определение подпадает информация о существовании и изменении любого объекта. Об изменении, в частности появлении, объекта, узнают путём сравнения текущего состояния с прошлым. Но непосредственно сравнить эти состояния нельзя, так как прошлого состояния уже нет. Можно либо сравнить изменившийся объект с аналогичным неизменным, либо сравнить текущее состояние с информацией о прошлом. В обоих случаях, в согласии с определением, будет получено зафиксированное соотношение свойств объектов сравнения, среди которых могут быть и сообщения. Существование объекта можно установить, фиксируя его появление и изменение, как только что описано, или путём сравнения аналогичных объектов, один из которых содержит это нечто, а другой нет. В результате этого сравнения информация также появляется в виде существующего на материальном носителе соотношения свойств объектов сравнения.

Итак, информация о существовании и изменении любого объекта соответствует данному определению. А поскольку всё в природе, не исключая жизнь, общество и психику, в конечном счёте, сводится к наличию, отсутствию и изменению некоторых объектов, то данное определение охватывает все возможные разновидности информации. Из доказательства также следует, что сравнение – это достаточный способ для получения любой информации. 

2.8. Иллюстрации применения определения информации.  ⇑ 

Кратко проиллюстрируем, как полученное определение согласуется с представлениями об информации в различных областях деятельности и помогает прояснять некоторые вопросы.

Из определения следует, что для существования информации нужны, как минимум, два объекта. Однако, на первый взгляд, информацию часто связывают только с одним объектом, например, употребляя выражение: «Информация об объекте». При более внимательном рассмотрении в таких случаях обнаруживается, что под «информацией об объекте» подразумевается либо соотношение свойств частей упомянутого объекта, либо результат неявного сравнения упоминаемого объекта с другими. Эти неупоминаемые объекты обычно бывают общепринятыми определениями, образцами или символами, широко известны и, как правило, входят в контекст общения. Например, информация о том, что объект горячий, подразумевает неявное сравнение с температурой человека. Информация о цвете объекта предполагает сравнение с общепринятой цветовой шкалой или цветом известного объекта. Так, коричневый цвет предполагает сравнение с цветом корицы. Информация, что предмет является одеждой, мебелью, домом, городом и так далее – подразумевает сравнение с общепринятым понятием, определением или образом. Название объекта обозначает информацию о найденных с помощью сравнений отличиях данного объекта. Именно по этим отличиям путём сравнений названный объект и узнается среди остальных.

Полученное определение проливает ясность на представления об информации в естественных науках и технике. В частности, оно даёт рациональный ответ, каким образом одна и та же информация может существовать на носителях самой различной природы и передаваться между ними. Дело в том, что на разных носителях одни и те же соотношения могут воспроизводиться с помощью свойств различных объектов: зарядов, молекул, нейронов, фрагментов поля или вещества. При многих взаимодействиях носителей, как в естественных, так и в искусственных условиях, происходит перенос этих соотношений с одного носителя на другой. Именно это происходит, например, когда камень оставляет отпечаток в глине или при передаче изображения по телевидению. В последнем процессе информация об объекте сначала переносится отраженным от него светом, затем отображается распределением заряда в иконоскопе, далее токами в элементах электронной аппаратуры, затем с помощью антенны переносится на электромагнитные волны, а на приемном конце снова на токи. Потом в электронно-лучевой трубке та же информация отображается электронным пучком, люминофором и излученным светом, который, наконец, попадает на сетчатку глаза. Там информация воспроизводится распределением светочувствительного вещества, и, в конце концов, преобразуется в структуру возбуждения нейронов в нашем мозге. Что, собственно, передаётся по этой длинной цепочке столь разнообразных носителей? Ни что иное, как воспроизведённые в пространственной или временной структуре каждого из перечисленных носителей соотношения свойств некоторых элементов поверхности изображаемого объекта, то есть информация об изображаемом объекте.

В принципе, оригинальные соотношения могут либо прямо воспроизводиться на вторичном носителе в виде аналогичных соотношений в его структуре, либо обозначаться некими символами – другими соотношениями или их комбинациями. В первом случае мы имеем дело с аналоговым представлением информации, с аналоговым сигналом, а во втором – с символьным представлением, с кодовым сигналом. Символьное представление сложнее аналогового, поскольку требует создания и использования дополнительной информации: во-первых, таблиц или функций соответствия между символами и тем, что они обозначают, и, во-вторых, правил операций над символами. Поэтому символьное представление стало использоваться природой не сразу и не так широко, как аналоговое.

Примером символьного представления информации является человеческая речь. В ней информация об оригиналах – соотношения свойств их частей – передаётся словами и их отношениями, обозначающими или имитирующими оригинальные соотношения. Речь является примером воспроизведения информации о материальных объектах с помощью информационных, нематериальных объектов, каковыми являются слова и другие объекты языка. Обратными примерами, когда информация о нематериальных объектах: размышлениях, чувствах, переживаниях, состояниях души – воспроизводится в виде соотношений свойств материальных объектов, являются мимика, жестикуляция и многие предметы искусства.

Данное определение показывает, что пространственные и временные ограничения, установленные для информации в концепции [8, 9], искусственны. Соотношения свойств существуют не только на макроуровне, а и на субатомном, и на субъядерном уровнях. Поэтому возможны квантовые компьютеры и получение информации о строении атомного ядра. Конкретное содержание информации может существовать как угодно малое время. Промежуточные результаты вычислений в современных компьютерах могут присутствовать всего лишь 10^-10с, а в квантовых – на порядки меньше, и они не запоминаются в результате, но это не мешает им быть информацией.

Определение информации помогает понять, почему, несмотря на исходную объективность информации, необходима её дополнительная характеристика – смысл. Всё дело в том, что при копировании переносится не вся информация об оригинале, соотношения свойств объектов оригинала воспроизводятся на другом носителе другими объектами, часто, с другими свойствами, скопированная информация оказывается в другом окружении, теряется её привязка ко времени. Иначе говоря, скопированная информация теряет контекст оригинала и оказывается в отличном от него контексте вторичного носителя или воспринимающего субъекта. Установление исходного смысла информации связано с реконстр�