Новый подход к определению информации

Саночкин В.В.

Аннотация.  ⇓ 

Отмечается важность осознания информации, как фундаментального феномена. В этом контексте обсуждается гипотеза о появлении информации в результате сравнения и данное на её основании определение информации. Доказывается универсальность определения и комментируется его состав. На основании определений доказывается эквивалентность понятий «информация» и «структура» и приводятся некоторые вытекающие из этого следствия.

Это адаптированная для сайта версия публикации:

Саночкин В.В. — Новый подход к определению информации. // T-COMM: Телекоммуникации и транспорт, 2009, № S2, Спецвыпуск Технологии информационного общества, с.170-171.  

Содержание.  ⇑ 

1. Аналогия между этапами развития понятий «информация» и «энергия».
2. Определение информации и доказательство его универсальности.
3. Обсуждение определения.
4. Эквивалентность понятий «информация» и «структура».
5. Следствия эквивалентности.
6. Заключение.
7. Литература.   

1. Аналогия между этапами развития понятий «информация» и «энергия».  ⇑ 

Историю развития представлений об информации можно представить этапами, которые уже пройдены другим фундаментальным понятием – энергия.

• Этап 1. Сначала, энергия понималась исключительно, как свойство живого.
• Этап 2. По мере развития стало ясно, что она присутствует и в технических системах.
• Этап 3. Наконец, энергия была осознана, как фундаментальное понятие, относящееся к любым взаимодействиям в живой и неживой природе. Именно такое осознание энергии позволило описывать любые материальные системы с единой точки зрения, дало универсальные критерии их оценки, привело к появлению новых отраслей науки и практики, открывших новые направления развития человечества.

По отношению к информации мы уже прошли первые два из упомянутых этапов и находимся в начале третьего, который по аналогии также должен привести к системному прорыву в развитии. Действительно, попыткой именно общего осмысления информации является превалирующая сейчас концепция [1], предполагающая, что информация возникает в результате выбора. Такую гипотезу в 60-х годах прошлого века высказал Г. Кастлер [2], опираясь на факт появления генетической информации в результате естественного отбора. Однако естественный отбор содержит в себе не только выбор. Более глубокий анализ, проделанный автором [3-6], показывает, что информация возникает в результате сравнения, без которого также невозможен процесс естественного отбора. Выбор лишь косвенно причастен к появлению информации, как выбор объектов сравнения. Сравнение же является непосредственной причиной появления информации. На основании этой гипотезы сформулировано определение информации, которое позволяет избежать противоречий и неясностей, связанных с предшествующими определениями. Более того, удаётся доказать универсальность нового определения.  

2. Определение информации и доказательство его универсальности.  ⇑  

Определение [3-5]:

информация — это существующие в материальном носителе соотношения свойств объектов, определенные в момент сравнения или взаимодействия этих объектов.

Конкретные значения упомянутых соотношений являются содержанием информации.

Прежде всего, данное определение не противоречит ни здравому смыслу, ни теории связи, основанной на работах К. Шеннона и утверждающей, что прирост количества информации связан с уменьшением неопределённости. Действительно, нет сомнений, что, узнавая соотношение свойств любых объектов, субъект получает информацию, и, в согласии с теорией связи, сравнение увеличивает количество информации, уменьшая неопределенность соотношений свойств.

Докажем, что данному определению соответствует информация о существовании и изменении любых объектов.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО.

Об изменении или появлении объекта узнают путем сравнения текущего состояния с прошлым. Однако непосредственно сравнить эти состояния нельзя, так как прошлого состояния уже нет. Поэтому сравнивают текущее состояние с информацией о прошлом, то есть текущие соотношения свойств с ранее сохраненными на каком-либо носителе. В результате, в согласии с определением, возникает информация об изменении,  в виде зафиксированного на материальном носителе соотношения свойств двух объектов: текущего состояния и информации о прошлом состоянии.

Существование объекта можно установить, фиксируя его появление и изменение, как только что описано, или путем сравнения двух аналогичных систем, одна из которых содержит интересующий объект, а другая – нет. В результате информация о существовании появляется также в виде зафиксированного соотношения свойств объектов сравнения.

Наши рассуждения никак не ограничивают виды объектов и, следовательно, информация о существовании и изменении любых объектов соответствует данному определению.

Поскольку всё в природе, не исключая жизнь, психику и общество, в конечном счете, сводится к наличию, отсутствию и изменению некоторых реальных или идеальных объектов, то данное определение охватывает все возможные разновидности информации, то есть является наиболее общим. Автор готов на любом конкретном примере продемонстрировать, что информация появилась в результате сравнения и является соотношением свойств.  

3. Обсуждение определения.  ⇑  

Для большей ясности обсудим каждый компонент определения.

Признак существования на материальном носителе отражает диалектическую связь информации и материи: с одной стороны, их несводимость друг к другу, а с другой, их неразрывную связь и взаимовлияние, например, возможность создавать, сохранять и копировать информацию путём взаимодействия материальных объектов.

Сравнение является прямой причиной возникновения информации. Оно может быть непосредственным или опосредованным. Непосредственное (объективное) сравнение происходит при взаимодействии самих объектов. Оно объективно определяет соотношения свойств этих объектов, тем самым производя объективную информацию. Первоначальным носителем этой информации является сама система взаимодействующих объектов.

Субъект может получить информацию о системе либо, копируя из нее объективную информацию, либо независимо производя опосредованное сравнение элементов системы, взаимодействуя отдельно с каждым из них. В обоих случаях полученная информация субъективна, так как зависит от свойств и конкретных действий субъекта и, как правило, отличается от объективной информации неполнотой и погрешностями.

Объекты сравнения, упомянутые в определении, должны иметь общее свойство, и это единственное ограничение. В остальном, каждый из них может быть любым: простым или сложным, материальным или идеальным, в частности, информационным.

Важно отметить, что одни и те же соотношения могут воспроизводиться свойствами самых разных реальных и идеальных объектов. Это позволяет информации существовать на носителях самой различной природы и передаваться между ними по причинно-следственным связям при их взаимодействии. Так, существующие вокруг нас объективные соотношения свойств различных объектов передаются к нам причинно обусловленными ими соотношениями свойств элементов передающих сред или систем, и отражаются в нашем мозге в виде причинно обусловленных оригиналами соотношений свойств нейронных систем. Кстати, до появления данного определения наука не могла сказать, каким образом информация об окружающем мире представлена в нашем мозге.

Упоминание в определении о привязке информации ко времени важно в связи с её передачей и изменением свойств объектов. Так, соотношения свойств, скопированные с одного носителя на другой, со временем могут перестать соответствовать текущему состоянию изменившегося оригинала, но будут отражать его прошлое. Только сравнение информации, относящейся к разным моментам времени, позволяет узнать об изменениях.

Таким образом, все элементы определения необходимы и не противоречат известным проявлениям  информации.  

4. Эквивалентность понятий «информация» и «структура».  ⇑  

Далее покажем, что согласно определениям понятие «информация» синонимично понятию «структура», и отличается от него лишь областью применения.

Для ясности уточним, что такое структура, и перечислим ее свойства. Согласно словарям, структура — это совокупность связей между объектами. Вместе с этими объектами структура составляет систему. Одна и та же структура может существовать в разных системах, так как одна и та же совокупность связей может быть установлена между разными объектами. Например, количественные соотношения могут связывать числа, массы, температуры, длины и так далее. Структуры можно различать по уровню общности. Менее общие структуры содержат дополнительные связи, по сравнению с более общими, и содержат последние в себе. Более общие структуры содержатся в большем количестве систем. Например, общая структура стола в виде горизонтальной поверхности, поддерживаемой подставкой, содержится в менее общих структурах: стол на ножках, стол с тумбами, в виде доски на пеньке и так далее.

Структура имеет состояние, которое характеризуется количеством составляющих ее связей и конкретными значениями, характеризующими их. Например, представим себе структуру из трех связей {a; b; c}. Пусть это будут количественные соотношения между некоторым объектом и тремя другими. Такую структуру можно воспроизвести, как отношение трех чисел к единице, как отношение масс трех тел к эталонной массе, как соотношение координат точки в трехмерном пространстве. Перечень можно продолжать сколько угодно. Состояние структуры можно копировать из одной системы в другую, например, изобразив массы трех тел тремя отрезками соответствующей длины на бумаге. При копировании состояние структуры размножается. Как результат копирования или как независимое проявление общих свойств, состояние некоторой 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 хорошо известными свойствами информации. И та, и другая могут воспроизводиться, копироваться, размножаться и существовать во многих экземплярах. Оба понятия определены, как совокупность связей между объектами. Имеется только одно различие: в определении структуры вид связей не ограничен, а в определении информации вид связей конкретизирован – это соотношения свойств.

Докажем, что любые связи сводятся к соотношениям свойств. Для этого применим стандартное доказательство от противного и предположим, что верно обратное утверждение, а именно, что бывают связи, которые не сводятся к соотношениям свойств. Тогда объекты, объединенные такими связями, не могут ни различаться, ни быть одинаковыми, поскольку и то, и другое можно выразить соотношением свойств. Это явный абсурд, и, значит, наше предположение ложно.

Итак, любые связи сводятся к соотношениям свойств, и, значит, согласно определениям, любая структура сводится к информации. Таким образом, понятия «структура» и «информация» эквивалентны и, в принципе, могут замещать друг друга. Эта эквивалентность ещё раз подтверждает универсальность данного определения информации. Ведь, по сути, мы доказали, что информация, определённая через соотношение свойств, может отражать состояние любой структуры. На практике взаимозамещение этих понятий часто помогает более ясно представить и понять, проще и быстрее решать проблемы, связанные с информацией-структурой,    

Почему же эквивалентность этих понятий до сих пор не была замечена? Дело в том, что понятия «информация» и «структура» обычно используются в разных контекстах и до сих пор не были достаточно чётко определены. «Структура» понимается как внутреннее устройство системы, а слово «информация» применяется в контексте связи между системами.

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 некоторые соотношения свойств копируется из одной системы в другую, то они становятся и частью структуры второй системы и одновременно информацией о первой системе. Так, 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.  

5. Следствия эквивалентности.  ⇑  

Эта эквивалентность имеет важнейшие следствия. Вот некоторые из них.     

• Становится несомненным, что информация является столь же фундаментальным понятием, как и структура, что она неотъемлемо присутствует во всех структурированных материальных системах в виде соотношений свойств составляющих их объектов, что она преобразуется вместе с системами при любом взаимодействии и может передаваться между ними, в частности, и в неживой природе.

• При приеме информации структура всех приёмников изменяется и становится частично обусловленной структурой источника информации.

• При обмене информацией часть структуры одной системы передается в другую, преобразуется там и возвращается обратно в первую, в результате чего структуры обеих систем изменяются и становятся взаимосвязанными, можно говорить об информационной или структурной обратной связи.  

6. Заключение.  ⇑  

В докладе изложены только основы концепции «Информация-структура». Дальнейшие исследования показывают, что эта концепция позволяет ясно и рационально описывать процессы понимания информации [4,7] и процессы развития [4,8,9], найти в них общую основу, раскрыть возможность создания, накопления и проверки информации в процессе естественного или искусственного отбора живых, неживых и идеальных объектов.

Прогресс, который достигается с помощью предложенной концепции в понимании перечисленных и ряда других проблем, является прямым доказательством её конструктивности и косвенно доказывает её верность.   

Литература.  ⇑  

1. Чернавский Д. С. Синергетика и информация (динамическая теория информации). –  М.: Едиториал УРСС, 2004. – 288 с.  

2. Г. Кастлер. Возникновение биологической организации.  – М.: Мир, 1967 г. – 90 с.  

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

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

5. Саночкин В. В. Что такое информация. // Эволюция, №2, 2005, с.110-113; №3, 2006, с.124-129. / (на этом сайте здесь) 

6. Саночкин В. В. Ошибочность гипотезы Г. Кастлера о появлении информации при выборе. // Эволюция, №3, 2006, с.129-131.  

7. Саночкин В. В. Смысл и контекст информации. — Информация и развитие. Материалы международной научной конференции. 13-17 мая 2002 г. Москва.— с.19-23.  

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

9. Саночкин В. В. Почему и как развивается природа. // Эволюция №4, 2008, с.7-12. / (на этом сайте в PDF-копии бумажного журнала)

 _⇑_