Что такое информация

Саночкин В.В.

Аннотация.  ⇓ 

Показано, что предшествующие попытки определения информации неудачны, и актуальность такого определения сохраняется. Проанализированы отношения информации со структурой и движением. Показано, что информация появляется в результате сравнения, которое является элементом любого взаимодействия. На этом основании дано определение информации через соотношения свойств, которые при сравнении определяются. Проанализированы компоненты определения и доказана его универсальность. Далее доказана и продемонстрирована на примерах эквивалентность понятий «информация» и «структура», на этом основании сделан вывод о присутствии информации во всех объектах живой и неживой природы, о фундаментальности понятия «информация». В завершение на примерах подтверждена полезность и конструктивность предложенного определения информации.

Эволюция №3 2006Эволюция №2 2005 

Ниже выложен объединённый и адаптированный для сайта текст статей:

В.В. Саночкин. Что такое информация. Часть 1. // Эволюция №2, 2005, с.110-113,

В.В. Саночкин. Что такое информация. Часть 2. // Эволюция, №3, 2006, с.125-129.

Исходные тексты можно посмотреть в выложенных на этом сайте PDF-копиях бумажных журналов "Эволюция" №2 и №3. Статья была разбита на две части из-за ограничений на объём статьи в номере журнала.

Рекомендуется также посмотреть более позднюю публикацию автора на данную тему:
Согласование различных представлений об информации. 2020 г.  

Содержание.  ⇑ 

Часть 1.

Часть 2.

1. Введение.  ⇑ 

Термин «информация» происходит от латинского «informatio» – ознакомление, разъяснение, представление, понятие [1, 2]. 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 [1,2,3,4]. Некоторые ученые полагают, что дать такое определение вообще нереально. 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 [2].

Развернутый анализ многочисленных попыток дать определение информации сделан в [2,3,4]. Из него следует, что среди рассмотренных определений достаточно общего и строгого нет. Большинство попыток являются, по сути, тавтологией типа «информация – это сведения», где понятие определяется через столь же неопределённый синоним. В [3 с.70] информация определяется, как некоторое специальное преобразование сообщений, что сужает, если не искажает, смысл понятия – обычно информация понимается не как процесс. В ряде случаев продвижение в понимании достигается без общей формулировки, а определением лишь существенных для некоторой сферы знаний свойств информации, в частности, количества [5, 6]. В других случаях, используются интуитивные представления о ней [7], в третьих, информацией называются созданные в рамках частных подходов абстрактные конструкции, непригодные вне этих рамок и несовпадающие между собой [3, 8].

В [4] информация определяется, как результат выбора – «запомненный выбор». Проведённый в [11,12] подробный анализ этого определения показывает, что из представленных – это наиболее глубокое 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 ниже, и этот процесс указывает неточно, что не способствует верному пониманию сути. Кроме того, не существует 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 [5, 6]. Для удобства изложения слово «количество» часто опускается, что искажает смысл и дезориентирует читателя.

Отметим, что немало авторов [7,9,10] относят информацию к фундаментальным понятиям наряду с материей и энергией. Известно выражение Н. Винера: «Информация – это … не материя и не энергия»

Суммируя непротиворечивые части упомянутых работ и собственный опыт, отметим, что информация ассоциируется с сообщением, словом, мыслью, знанием. Её можно хранить, передавать, копировать, размножать, понимать. Наиболее общепринятыми её характеристиками являются количество, содержание и смысл. Прирост количества информации приравнивается к убыли энтропии и выражается через уменьшение неопределённости в системе [6].

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. 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 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. 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 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.  

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 [2] 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. Иначе 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», самим названием указывающей на связь информации и движения, делается даже более радикальный вывод об объективности «измерения» при физических взаимодействиях [10 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 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.

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. Это подтверждается тем, что под термином «состояние» обычно 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 составленной из взаимодействующих объектов системы. В другие места: к приемникам или наблюдателям – её ещё нужно доставить.

Итак, 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.

Проследим, как сделанные выводы проявляются при взаимодействии конкретных 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 – о соотношении плотностей данного куска дерева и воды. Эта информация зафиксирована аналоговым способом, что характерно для неживой природы. Как впервые заметил Архимед, отношение плотностей 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 в результате взаимодействия 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.  

4. Определение информации.  ⇑  

Итак, народная мудрость: "Всё познаётся в сравнении" – подтверждается приведенным выше анализом. Информация возникает в результате сравнения, которое определяет, не что иное, как соотношения свойств объектов сравнения. На этом основании можно дать общее определение информации.

Информация – это существующие на материальном носителе соотношения свойств объектов, определенные в момент сравнения свойств или взаимодействия этих объектов.

Конкретные значения этих соотношений называются содержанием информации.  

5. Анализ определения информации.  ⇑  

Прокомментируем каждый компонент этого определения.

Существование на материальном носителе – это важный признак. Он отражает диалектическую связь информации и материи – их несводимость одного к другому и взаимовлияние, в частности, возможность создавать, сохранять и копировать информацию путём взаимодействия материальных объектов.

Сравнение является непосредственной причиной возникновения информации. Сравнение может быть любым: непосредственным или опосредованным. Непосредственное (объективное) сравнение происходит при взаимодействии самих объектов. Оно объективно определяет соотношения свойств и, таким образом, производит объективную информацию. Первоначальным носителем (источником, оригиналом) этой информации является сама система взаимодействующих объектов.

Субъект может получить информацию об этой системе либо, копируя объективную информацию из системы, либо независимо производя опосредованное (субъективное) сравнение. В обоих случаях он становится носителем субъективной информации. Субъективная информация зависит от свойств и конкретных действий субъекта и, как правило, отличается от объективной информации неполнотой и погрешностями, что обусловлено также закономерностями передачи и преобразования информации.

Объекты сравнения, упомянутые в определении, имеют только одно ограничение – они должны иметь общее свойство. В остальном, каждый из них может быть совершенно произвольным: простым или сложным, материальным или идеальным. В частности, объектом сравнения может быть сообщение, символ или другой информационный объект.

Соотношения свойств – это то, что определяется в результате сравнения или взаимодействия, то, что передаётся, копируется, кодируется в процессе передачи или преобразования информации. Важно, что одни и те же соотношения могут воспроизводиться самыми разными свойствами самых разных объектов. Это позволяет информации существовать на носителях самой разной физической природы и передаваться между ними при их взаимодействиях, образуя в них связанные соотношения свойств – связанные состояния. Если при передаче на другой носитель, соотношения сохраняются и на исходном носителе, происходит размножение или тиражирование информации. Существующие вокруг нас объективные соотношения свойств различных объектов передаются к нам связанными с ними соотношениями свойств элементов передающих систем или сред и существует в нашем мозгу в виде связанных соотношений свойств нейронных систем. Кстати, до появления данного определения наука не могла сказать, каким образом информация об окружающем мире представлена в мозгу.

Привязка к моменту времени важна, чтобы понимать, когда возникло данное содержание информации, что оно отражает. Содержание информации зависит от момента сравнения и копирования. Так, содержание скопированной информации соответствует состоянию оригинала на момент копирования. С изменением оригинала оно перестаёт отражать его текущее состояние, но отражает прошлое. Сравнивая информацию, относящуюся к разным моментам времени, мы можем узнавать об изменениях.

Из определения вытекает, что простейший, элементарный случай получения информации – это сравнение двух объектов по одному свойству – элементарное сравнение. Получаемый при этом 1 бит информации определяет альтернативу типа: равна или нет, больше или меньше интенсивность свойства у одного объекта по сравнению с другим. 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*, можно уточнять соотношения свойств и выражать их в числах.

Чем больше независимых 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 и обрабатывая эту информацию, то есть, находя соотношения между свойствами частей полученной информации, в результате сложной иерархии сравнений мы извлекаем всё более общую информацию и познаём мир  .

 

* Величины представляют отрезками и сравнивают эти отрезки, затем меньший отрезок сравнивают с половиной большего, затем делят пополам ту половину большего отрезка, в которую попадает конец меньшего, и сравнивают меньший отрезок, соответственно, с ¼ или ¾ большего, затем делят пополам ту четверть большего отрезка, в которую попадает конец меньшего и так далее.  

6. Универсальность определения информации.  ⇑  

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

Во-вторых, данное определение не противоречит многократно проверенной теории связи, основанной на работах Шеннона и утверждающей, что количество информации связано с изменением неопределённости. Сравнение уменьшает неопределённость соотношений свойств и, таким образом, увеличивает количество информации.

Наконец, докажем, что информация о существовании и изменении любого объекта может быть получена сравнением и соответствует данному определению.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Об изменении или появлении объекта, узнают путём сравнения текущего состояния с прошлым. Но непосредственно сравнить эти состояния нельзя, так как прошлого состояния уже нет. Можно сравнить либо изменившийся объект с аналогичным неизменным, либо текущее состояние с информацией о прошлом. В обоих случаях, в согласии с определением, будет получено зафиксированное соотношение свойств объектов сравнения. 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 информация о существовании также появляется на материальном носителе в виде соотношения свойств объектов сравнения.

Итак, доказано, что информация о существовании и изменении любого объекта может быть получена сравнением и соответствует данному определению. А поскольку всё в природе, включая жизнь, общество и психику, в конечном счёте, сводится к наличию, отсутствию и изменению некоторых реальных или идеальных объектов, то, в принципе, нет такой информации, которую нельзя было бы получить или создать сравнением, и данное определение, охватывая все возможные разновидности информации, является наиболее общим.

Отметим, что ни одно из предыдущих определений информации не имело доказательств своей универсальности, а сама возможность достаточно строгих логических построений с данным определением говорит о его логической корректности и конструктивности, о новом уровне подхода.  

7. Эквивалентность информации и структуры.  ⇑  

Теперь, имея определение, можно более строго проанализировать отношения между понятиями «информация» и «структура».

Для ясности дальнейших рассуждений напомним, что такое структура, и каковы её свойства. Согласно словарям, структура – это совокупность связей между объектами. Структуры бывают неустойчивыми, и, значит, связи в них тоже не обязательно устойчивы. Это позволяет структурам изменяться.

Структура вместе с объединяемыми объектами составляет систему. Одна и та же структура может быть воспроизведена в разных системах, то есть одна и та же совокупность связей может быть установлена между разными объектами. Так, количественные соотношения могут связывать числа, массы, температуры, длины и так далее.

Общую часть структур некоторого количества систем будем называть общей структурой. Структуры можно различать по уровню общности. Менее общие структуры содержат дополнительные связи, по сравнению с более общими. Соответственно, более общие структуры воспроизводятся в менее общих, как их часть. Например, структура стола в виде горизонтальной поверхности и удерживающей её подставки, воспроизводится в менее общих структурах: стол на ножках, стол с тумбами, в виде доски на пеньке и так далее.

Структура имеет состояние, которое характеризуется конкретным количеством её связей, конкретными значениями, определяющими эти связи, и топологией, то есть взаимным расположением связей. Для примера, представим себе структуру из трёх связей {a;b;c}. Пусть это будут количественные соотношения между некоторым объектом и тремя другими. Такую структуру можно воспроизвести, как отношение трёх чисел к единице, как отношение масс трёх тел к эталонной массе, как координаты точки в трёхмерном пространстве. Перечень можно продолжать сколько угодно. Состояние структуры можно копировать из одной системы в другую, например, изображая температуры или массы тел отрезками соответствующей длины на бумаге. При этом состояние размножается. Как результат копирования или как проявление общих причин, одно и то же состояние структуры может быть воспроизведено во многих системах одновременно. Так, все свободные атомы водорода имеют одинаковую структуру энергетических уровней электрона.

Как видим, свойства структуры совпадают с широко известными свойствами информации – обе могут распространяться, копироваться, размножаться, существовать во многих экземплярах. Оба понятия определяются, как совокупность связей между объектами. Между ними имеется только одно различие – в определении структуры вид связей не ограничен, а в определении информации в качестве связей указаны соотношения свойств объектов.

Докажем, что любые связи, если не являются соотношениями свойств объектов, то сводятся к ним. Используем стандартное доказательство «от противного» и, в соответствии с ним, предположим, что верно обратное утверждение, а именно, что имеются связи, которые принципиально не сводятся к соотношениям свойств. Тогда объекты, объединенные такими связями, не могут ни различаться, ни быть одинаковыми, поскольку и то, и другое выражается соотношением свойств. Это явный абсурд, и, следовательно, наше предположение ложно.

Таким образом, мы доказали, что любые связи сводятся к соотношениям свойств объектов, и, согласно определениям, любая структура сводится к информации, то есть понятия «информация» и «структура» эквивалентны. Содержание информации эквивалентно состоянию соответствующей структуры.

Эта эквивалентность ещё раз подтверждает универсальность определения информации. Ведь, по сути, мы доказали, что информация, определённая через соотношение свойств, может отражать состояние любой структуры, то есть, непознаваемых структур нет.

Почему же эта эквивалентность до сих пор не замечена? Всё дело в том, что понятия «информация» и «структура» обычно используются в разных контекстах. «Структура» чаще понимается как внутреннее устройство системы и, поэтому, иногда даже замещает слово «система». Слово «информация», наоборот, применяется в контексте связи между системами, когда одна система несет информацию о другой. Эквивалентность понятий проявляется только в одинаковых контекстах. Так, в контексте устройства системы, соотношения свойств ее частей, по определению, являются информацией о системе, а как совокупность внутренних связей, и ее структурой. В контексте взаимодействия между системами понятия также совпадают. Когда часть структуры одной системы при взаимодействии копируется в другую, то вторая система становится носителем информации о первой системе, воспроизводя некоторые соотношения ее свойств. Например, по отпечатку камня в глине, можно получить информацию о форме камня, не имея самого камня. То есть, информация – в данном случае, структура поверхности – с камня передалась в глину при их взаимодействии, а с глины – к наблюдателю. Продемонстрированное совпадение смысла понятий в общих контекстах и есть проявление их эквивалентности.

Эта эквивалентность имеет важнейшие следствия. Вот некоторые из них.

  • Становится несомненным, что информация является столь же фундаментальным понятием, как и структура. Она присутствует во всех материальных объектах и преобразуется вместе с ними при любом взаимодействии, в частности, и в неживой природе.
  • Во всех приемниках информации воспроизводится некоторая часть структуры её источника, причём объектами, быть может, иного, по сравнению с источником, вида. Другими словами, в результате передачи информации структура приёмника информации становится частично связанной со структурой её источника.
  • Обмен информацией – это обмен структурами, это обратная связь, которую можно назвать структурной [13,14] – часть структуры одной системы передается в другую, преобразуется там и возвращается обратно в первую, в результате чего структуры обеих систем изменяются и становятся взаимосвязанными.

Подчеркнём, что взаимодействие, передающее информацию, не только воспроизводит уже существующие связи, но устанавливает и новые связи между источником и приёмником информации, то есть, в соответствии с обсуждаемым определением, генерирует информацию.   

8. Иллюстрации применения определения информации.  ⇑  

Проиллюстрируем конструктивность и полезность обсуждаемого определения.

Например, из определения следует, что для существования информации нужны, как минимум, два объекта. Однако, на первый взгляд, информация часто связывается только с одним объектом, в частности, фразой: «Информация об объекте». При более внимательном рассмотрении обнаруживается, что «информация об объекте» – это либо соотношение свойств частей упомянутого объекта, либо результат его неявного сравнения с другими объектами. Эти подразумеваемые 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 предполагает сравнение с общепринятой цветовой шкалой или цветом известного объекта. Например, коричневый цвет предполагает сравнение с цветом корицы. Информация, что предмет является одеждой, мебелью, домом, городом – подразумевает сравнение с общепринятым понятием, определением, образом или образцом. Название обозначает информацию о найденных с помощью сравнений отличиях данного объекта. Именно по этим отличиям путём сравнений названный объект и узнается среди остальных.

Как уже отмечалось, определение помогает понять, почему и как информация может существовать на носителях самой различной природы и передаваться внутри или между ними. Это происходит благодаря способности взаимодействия создавать связанные состояния. Например, при гравитационном взаимодействии двух тел отношение их ускорений a1/a2 согласно законам Ньютона обратно пропорционально отношению их масс m1/m2. То есть указанные соотношения связаны между собой, и каждое из них является информацией о другом. Поэтому, измеряя соотношение ускорений, мы узнаём о соотношении масс, а зная соотношение масс, можем сказать, как соотносятся их ускорения. Как видим, взаимодействие объектов в системе приводит к закономерной передаче соотношений от одних свойств к другим. Это называется причинно-следственной связью. Таким образом, в результате причинно-следственной связи информация может передаваться от причины к следствию или наследоваться.

В более сложных системах происходит уже не просто передача, а закономерное преобразование информации и возникает множество связанных состояний. Например, при гравитационном взаимодействии не двух, а нескольких тел, сила, приложенная к каждому телу, определяется суммарным воздействием всех остальных тел, и, в принципе, такую систему можно использовать, как элемент аналогового компьютера – «векторный сумматор». Ускорения всех тел в такой системе взаимосвязаны, и измеряя ускорение одного тела, можно получить информацию о других телах. Например, ускорение центра масс этих тел направлено противоположно ускорению данного тела.

При взаимодействиях систем, как в естественных, так и в искусственных условиях, может происходить перенос соотношений свойств из одной системы в другую, и в этих системах тоже возникают связанные состояния. При этом одни и те же соотношения могут воспроизводиться в разных системах свойствами самых различных объектов: физических тел, биологических клеток (в частности, нейронов), молекул, элементарных частиц и, вообще, любых фрагментов поля или вещества. Такой перенос информации происходит, например, когда камень оставляет отпечаток в глине или при передаче изображения по телевидению. В последнем случае, 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, затем, излучённым им 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 пространственной или временной структурой каждого из перечисленных носителей соотношения свойств элементов поверхности изображаемого объекта, то есть информация о нём. Состояния всех перечисленных носителей, благодаря взаимодействиям, становятся связанными или информацией друг о друге, и эта информация передаётся по причинно-следствен­ным связям.

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: таблиц или функций соответствия между обозначаемыми объектами и их символами и 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 их свойств – 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 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, на новом носителе соотношения свойств воспроизводятся другими объектами, возможно, с другими свойствами; скопированная информация оказывается в другом окружении, теряется её привязка ко времени. Иначе говоря, скопированная информация становится субъективной, она теряет контекст оригинала и оказывается в отличном от него контексте вторичного носителя или воспринимающего субъекта. Установление исходного смысла информации связано с реконструкцией контекста оригинала, то есть с определением при сравнении каких свойств и каких объектов появилась данная информация. Заметьте, что, когда такой контекст воспроизводится достаточно полно, трудностей с определением смысла не возникает. Например, устройства записи-воспроизведения звука воспроизводят на выходе и материальный носитель – звуковое поле, и содержащуюся в нём информацию, то есть все основные части контекста слуховых ощущений при прослушивании оригинала. Поэтому, слушая старый граммофон, мы легко понимаем, когда говорит человек, а когда играет скрипка. Однако, глядя на граммофонную пластинку, где то же самое записано изгибами канавки, мы не можем понять, где скрипка, а где речь, поскольку воспринимаем информацию в несвойственном оригиналу контексте. Более подробно понимание информации рассмотрено в [12>п.7].

Итак, найденное определение соответствует представлениям об информации в затронутых областях. Оно полезно и конструктивно, ибо, как мы убедились, помогает прояснению связанных с информацией вопросов.   

Литература.  ⇑  

  1. Словарь иностранных слов.  – М.: Русский язык, 1988, – 608 с.  

  2. Философский энциклопедический словарь.– М.: Советская энциклопедия, 1983.– 840 с.  

  3. Мазур М. Качественная теория информации. Пер. с польского Лочмеля О. И. – М.: «Мир», 1974. – 240 с.   

  4. Чернавский Д. С. Синергетика и информация (динамическая теория информации). / Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 288 с.  

  5. Shannon C. E. A Mathematical Theory of Communication. - The Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379-423, 623-656, July, October, 1948.  

  6. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. – М.: Высшая школа, 1998. – 576 с.   

  7. Бодякин В. И. Куда идешь человек? Основы эволюциологии. Информационный подход. – М., "Синтег", 1998 г. – 332 с.    

  8. Чечкин А. В. Математическая информатика. – М.: "Наука". Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. – 416 с.    

  9. Н. Винер. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. – М.: Главная редакция изданий для зарубежных стран издательства "Наука", 1983. – 340 с.  

  10. Кадомцев Б. Б. Динамика и информация. – М.: Ред. журн. «Успехи физических наук», 1999. – 400 с.  

  11. Саночкин В. В. Что такое информация. // Философские исследования, №3, 2001, с. 129-141. / (на этом сайте здесь)  

  12. Саночкин В. В. Природа информации и развития. Сборник статей. – М.: 2004. – 76 с. / (на этом сайте здесь)  

  13. Саночкин В. В. Универсальная причина развития. // Философские исследования, №3, 2001, с.198-203; / (на этом сайте здесь)  

  14. Саночкин В. В. Фундаментальная причина развития. — на сайте «Московского международного синергетического форума». [Электронный ресурс]

 

 _⇑_ 

Для добавления комментариев, пожалуйста, войдите на сайт.