В мае 2005 года мною был прочитан доклад "Информационная природа времени” на Российском междисциплинарном семинаре по темпорологии. В нем я обосновывал тезисы:
· Принцип необратимости времени связан с законом несохранения информации, сформулированным математиком А.А.Ляпуновым и биологом-эволюционистом А.С.Раутианом.
· Человечество измеряет время с помощью регистрации изменений, то есть, возрастания энтропии.
· Представления о сущности времени и характере его движения разные у разных народов.
Это позволило мне говорить о времени как о процессе информационного осуществления Вселенной.[1]
Доклад вызвал оживленную дискуссию, в ходе которой несколько раз всплывал вопрос о природе информации. Действительно, мне можно было предъявить серьезные претензии, что я в своем докладе определил одно неизвестное через другое неизвестное. Можно ли определять время через информационные процессы, в то время как природа самой информации является предметом широкой междисциплинарной дискуссии.
Можно было бы сослаться на принцип Иммануила Канта, утверждающий существование априорных представлений в нашем знании, неразложимых фактов, которые мы обязаны принять в качестве первичных принципов, откровения,[2] и объявить информацию таким первичным принципом. Понятие "информация” интуитивно понятно каждому человеку. Но когда нас просят раскрыть его содержание, мы начинаем путаться. "Иными словами, в основаниях нашей сознательной жизни, нашего философствования и нашей науки лежат какие-то далее неразлагаемые вещи, которые мы должны принять как факт” (М.К.Мамардашвили).[3] Но пространство и время у Канта тоже относятся априорным представлениям, неразлагаемым вещам,[4] тем не менее, на семинаре по темпорологии мы их раскладываем и анализируем. Следовательно, если мы анализируем время с помощью информации, то мы должны изучить сначала природу информации.
Современная философия подошла к пониманию полифундаментальной природы информации. Информация делится на условную и безусловную, внутри нее выделяется сигнал (носитель информации) и смысл (содержание информации). И если изучение информации как сигналов в коммуникационном канале человечество сумело формализовать, и выразить с помощью формул, то содержание (смысл) информационного сигнала плохо поддаются формализации в силу бесконечного разнообразия этого содержания. До сих пор еще не выработано семантико-информационной теории или теорий, достаточно всесторонне раскрывающих содержательные стороны "человеческой” информации. Это очевидно, так как весьма затруднительно анализировать более или менее сложные формы научного познания, несущие для человека смысл, значение (теории, научные понятия, "резюмирующие” целые системы научных взглядов и т. п.). Однако прогресс в данной области налицо. Ныне намечаются новые возможности в измерении образного (в гносеологическом смысле понятия образа) значения информационных образований.
В годы второй мировой войны остро стоял вопрос о надежности собственных шифров и о расшифровывании вражеских криптограмм. В США математик Клод Шелдон подготовил секретный доклад "Математическая теория криптографии”. После войны на основе доклада была написана книга Шелдона "Теория связи в секретных системах”. Перевод этой книги был опубликован и в нашей стране.
Лингвисты определили величину избыточности в самых разных языках мира. И везде она колеблется в пределах 70-80 %. То есть в любом тексте положение ⅔ букв определяется не субъективной волей писца, а жесткими правилами грамматики. Эту информацию вполне можно назвать ожидаемой. Например, получив по телеграфу сообщение из букв -ТЬС-, можно безошибочно угадать, что дальше последует -Я. Почти с полной уверенностью можно утверждать, что вслед за сочетанием -КИ- появится либо -Й, либо -М, либо -Х, либо -Е. Или, если в сообщении было слово ЯЩИК, а потом пришло сочетание ГРОМОЗД-, то вполне очевидно, что следом появится -СКИЙ. Именно принцип избыточности языка, вернее, его конкретное выражение – синтаксические правила позволили ученому Г.Гротефенду, не знавшему персидского языка, расшифровать надписи персидских царей Дария и Ксеркса, содержащие царский титул, а Т.Юнгу – начать дешифровку египетских иероглифов.[5] Целиком на наблюдениях над правилами сочетания буквенных знаков и слов построил свою работу над дешифровкой орхонских надписей датский лингвист В.Томсен.[6]
Избыточность существует и в самом тексте. Она выявляется с помощью коэффициента информативности. Для этого подсчитывается общее число синтаксем в тексте и делится на число синтаксем, выделенных в смысловую цепочку. Чем ближе коэффициент информативности к единице, тем менее текст избыточен. Типичный бытовой пример – телеграмма, из текста которой мы в целях экономии выбрасываем не только предлоги и соединительные союзы, но и неполнозначные слова. Экономно построено также общение человека с компьютерными программами. Компьютер общается с пользователем с помощью набора стандартных клише команд, сообщений, запросов и подсказок. В этих случаях избыточность равняется нулю.
Веками копил язык информацию, создающую в чередовании звуков и букв определенный сложный порядок. Именно избыточная информация, накапливаемая и закрепляемая в совокупности всех фонетических и грамматических правил сделала язык языком. И лишенный избыточной информации, язык деградирует.
 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
 |  |  |  |  |  |  |  |
| Пять букв – |  | - кси, |  | - пси, |  | - ижица, |  | - фита и |  | - ферт |
 | и |  |
 |  |  |  |
 | и |  |
 |  |  |  | а также |  - пси, |  - иже, |  - ижицу, |  - зело, |  - ук и |  - от. |
и | ?) |
Дальнейшие реформы только боролись за утверждение преобразований Петра I: академическая реформа 1758 года упразднила буквы ЗЕЛО, КСИ, ИЖИЦУ, которая в последствии была вновь восстановлена и просуществовала до 1917 года на горе всем гимназистам. Но что при этом произошло с русским языком и русским мышлением? Они изменились: возникла светская русская культура, светская речь, церковные споры заменились научными дискуссиями. Однако полного разрыва со старыми традициями тогда еще не было. В гимназиях старой России был курс церковнославянского языка. Во всех церковноприходских школах церковные книги были основным учебным пособием. В тридцатые и пятидесятые годы XX века в СССР еще можно было встретить пожилых людей, читавших старославянскую кириллицу гораздо свободнее, чем гражданский шрифт.[15] Петр не провоцировал полного разрыва со старыми традициями: культура разделилась на церковную и светскую.
Каждому кодону (триплету) в цепочке ДНК соответствует определенная аминокислота в составе белка. Всего имеется 64 кодона, они кодируют 20 аминокислот. При этом, как буквы в лингвистике, триплеты сочетаются друг с другом по сложным правилам. 61 кодон – это собственно генетические "буквы” кодирующие наследственную информацию, а 3 кодона – своеобразные "знаки препинания”, управляющие стоп-сигналы. Две аминокислоты кодируются 1 кодоном (= 2); девять аминокислот имеют в составе по 2 кодона (= 18); одна аминокислота в 3 кодона (= 3); пять аминокислот по 4 кодона (= 20); три аминокислоты по 6 кодонов (= 18). Бросается в глаза сходство со словами и предложениями в лексике, чья длинна определяется смысловым содержанием.[19] Сами же кодоны по своей структуре избыточны – троичность страхует их от мутации, то есть ошибки.Гены — это участки молекулы ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь или одну из трех молекул РНК (tРНК, rРНК или sРНК). В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA ("Охра”, "Амбер” и "Опал” – как условно назвали их генетики).[20] Они терминируют (останавливают) трансляцию. Условно к знакам препинания относится и кодон AUG - первый после лидерной последовательности. Он выполняет функцию заглавной буквы. Аналогия с литературным языком и литературным текстом полная.[21] К сожалению, никто из генетиков не подсчитал величину избыточности этого "текста”, но стоит предположить, что она составляет не менее 70-80 %, как и в естественных языках.
ДНК "размножается” путем комплиментарного пристраивания друг к другу четырех нуклеотидов (оснований), и при ошибках в этом процессе происходят мутации. Гены управляют синтезом белков, составляющих протоплазму, переключаясь, время от времени, с построения собственных клеток на построение иных молекул. В клетках высших организмов количество ДНК сильно различается, отсюда отличия между организмами и в наборе синтезируемых белков, и в сложности строения организмов.
По разным оценкам у человека от 30 до 50 тысяч генов. У всех людей ~ 30х1013 генов или 30х1016 пар нуклеотидов, которые составляют 1017 кодонов. Средняя книжная страница содержит 25х102 знаков. ДНК 6х109 сперматозоидов содержит информацию, равную по объему примерно 4х1013 книжных страниц. Эти страницы заняли бы объем 6-и зданий МГУ. 6х109 сперматозоидов занимают половину наперстка. Их ДНК занимает менее четверти наперстка. Если к этому прибавить, что в ДНК встречаются участки эу-хроматина, включающего работающие гены, и участки гетеро-хроматина, представляющие архив, аналогия с гипертекстовой конструкцией становится полной. Но человечество пришло к понятию гипертекста только в конце ХХ века.
Путь исследования механизмов передачи наследственной информации прошел несколько этапов. Годом появления генетики считается 1900 год, когда Г. де Фриз, К.Корренс и Э.Черман переоткрыли законы Менделя.[22] На первом этапе (1900-1912 гг.) происходило оформление генетики как самостоятельной науки; на втором этапе (1912-1925 гг.) была создана хромосомная теория наследственности; на третьем этапе (1925-1940 гг.) ученые изучали механизм мутации; на четвертом (1940-1955 гг.) была открыта структура ДНК.[23] На современном этапе развитие этой науки идет от общей генетики к геномике (изучению геномов отдельных организмов, сложность которых была постижима на современном уровне) и затем – геному человека. С 1988 года работает международный проект "Геном человека”, лидером которого стали США, где перед этим была создана своя национальная программа. В 2003 году международный консорциум сделал заявление о завершении секверирования (чтения) человеческого генома. Россия с 1988 года проводит собственную национальную программу,[24] которая уже приносит конкретные результаты в медицинской геномике и этногеномике. В Институте акушерства и гинекологии имени Д.О. Отта РАМН разрабатываются новые подходы к генной терапии таких тяжелых наследственных заболеваний, как мышечная дистрофия Дюшенна и муковисцидоз. Работы по генной терапии также проводятся в научных учреждениях Москвы (Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН, Институт молекулярной генетики РАН, Институт медицинской химии РАМН, Научный центр медицинской генетики РАМН) и Новосибирска.[25]
Но, кроме изучения геномов современная наука проводит опыты по изменению наследственности. Изменяя строение ДНК, мы изменяем, прежде всего, заложенную в ней информацию, и получаем совершенно другой организм. В обиход вошли генетически модифицированные продукты. Ученые проводят опыты "подсадки” животных генов культурным растениям, и наоборот. Современная медицина берется спасти тысячи человеческих жизней с помощью органов-имплантатов, выращенных из специальных стволовых клеток.[26] Но не все так просто. Генетически модифицированные продукты вызывает многочисленные вопросы по поводу своей безопасности. В развитых странах появилось движение за запрещение генетически модифицированных продуктов.
Гораздо сложнее складывается ситуация с кристаллической решеткой углерода (С). Избыточность системы здесь такова, что предполагает существование двух разновидностей (аллотропов) кристаллической решетки. Кристаллическая решетка алмаза, в которой каждый атом углерода ковалентно связан с четырьмя соседними атомами, подобно поваренной соли характеризуется гранецентрированной кубической элементарной ячейкой. Соответственно, алмаз – очень твердое вещество, имеющее высокую температуру плавления.[30] Совсем по-другому расположены атомы углерода в графите. Здесь они образуют слои, не очень прочно связанные друг с другом. Каждый слой "выстлан” шестиугольниками из углеродных атомов, аналогичными бензольному кольцу. Поскольку сцепление между слоями довольно слабое, графит мягкий. Слои легко скользят один относительно другого, благодаря чему графит является хорошим смазочным материалом.[31] Но чемпионом по избыточности своих свойств является обыкновенная вода (Н2О). Природа этого вещества до конца еще не понята. Исследования показали, что за незатейливой химической формулой Н2О скрывается вещество, обладающее уникальной структурой и не менее уникальными свойствами. Исследователи, пытавшиеся на протяжении двух с лишним столетий раскрыть секреты воды, часто заходили в тупик. Практически все свойства воды аномальны, а многие из них не подчиняются логике тех законов физики, которые управляют другими веществами. Кратко упомянем те из них, которые обуславливают существование жизни на Земле. Во-первых: вода - единственное вещество на Земле (кроме ртути), для которого зависимость удельной теплоемкости от температуры имеет минимум - около 35-37° С.[32] Во-вторых: теплоемкость воды аномально высока (по крайней мере вдвое по отношению к простым веществам). Из этого вытекает уникальная способность воды сохранять тепло.[33] В-третьих: вода обладает высокой удельной теплотой плавления, то есть воду очень трудно заморозить, а лед - растопить. Благодаря этому климат на Земле в целом достаточно стабилен и мягок. Все три особенности тепловых свойств воды позволяют земной биосфере существовать оптимальным образом.[34]
Перечислять странные, но жизненно необходимые свойства воды можно и дальше, но лучше перейти к объяснению этих свойств. Прежде всего, следует отметить, что молекула воды самая маленькая среди подобных трехатомных молекул (по отношению к гомологам, то есть водородным соединениям типа Н2S, Н2Se, Н2Те, со свойствами которых традиционно сравнивают свойства воды). Такие молекулы при нормальных условиях образуют газы, а молекулы воды - жидкость.[38] Причина этого состоит в том, что молекулы воды при конденсации создают сложные ассоциации, формируя жидкое вещество с аномальными свойствами.[39] Молекулы воды обладают уникальным свойством объединяться в кластеры[40] (группы) (Н2О)×. При комнатной температуре степень ассоциации для воды составляет, по современным данным, от 3 до 6 молекул. Это означает, что формула воды в жидком состоянии не просто Н2О, а среднее между Н6О3 и Н12О6.[41] Другими словами, вода - сложная жидкость, "составленная” из повторяющихся групп, содержащих от трех до шести одиночных молекул. Это удалось установить лишь в 1990-е гг., когда появились лазеры и лазерная спектроскопия, которые позволяли определять характеристики отдельных полимеров и даже судить об их строении. Группа исследователей из Калифорнийского университета (г. Беркли, США) под руководством доктора Р.Дж.Сайкалли в 1992 г. расшифровала строение тримера, в 1996 г. – тетрамера и пентамера, а затем и гексамера.[42] По сравнению с гомологами эта жидкость имеет избыточное строение. Вследствие этого вода имеет аномальные значения температуры замерзания и кипения по сравнению с гомологами. Если бы вода подчинялась общим правилам, то точка ее замерзания должна была бы находиться между -90º и - 120° С, а точка кипения – между +75° и +100º С.[43]
Итак, приведенные факты наглядно демонстрируют, что избыточность информации играет огромную роль не только в естественных языках, но и различных природных процессах, начиная с наследственной информации и заканчивая свойствами вещества. Избыточность выступает как фундаментальное свойство информации, более того, по мере своего раскрытия ассоциируется с самой информацией. Ведь то, что не имеет избыточности, не является информацией: это "белый шум”, энтропия. Более того, можно предположить, что во всех системах коэффициент избыточности информации составляет 70-80 % то есть ⅔ информации предсказуемы, если не прямо ожидаемы. Из всего вышесказанного можно сделать один фундаментальный вывод: формула Больцмана-Шеннона действует не только в системах коммуникации, но и в области информационных смыслов.
Определение информации через ее избыточность, как жестко структурированной системы, обладающей внутренней логикой, и, в силу этого, детерминированной, позволяет по новому взглянуть на соотношение времени и информации. Следует высказать еще два соображения по поводу связи информации со временем.
Во-первых, информационные процессы определяют собой вектор движения времени из прошлого в будущее. Избыточность информационных процессов выступает здесь в качестве фактора, выравнивающего отклонения вектора, отсекающего боковые альтернативы развития. Во-вторых, в точках бифуркации именно избыточность предопределяет появление нескольких вариантов развития системы.
Можно пояснить это на примере популярного сегодня жанра фантастики – альтернативной истории. Писатели выискивают в истории так называемые "поворотные моменты” и препарируют их, выискивая новые варианты развития общества. Однако "поворотный момент” отмечается задним числом, и бывает, много позже реальных событий. "Поворотный момент” – это не столько факт, сколько наше суждение о нем. Это и есть работа избыточности общественной системы: поворот в развитии – итог длинной череды событий и явлений. Когда наберется необходимое количество мелких изменений, необходимое и достаточное для перехода в новое качество – произойдет поворот, причем в единственно возможном направлении. И никаких альтернатив – совокупность очень велика, и по закону больших чисел "сожрет” и насморк Наполеона, и неудачу генеральского заговора против Гитлера.
С другой стороны, в момент кризиса, ведущего к дестабилизации системы, избыточность включает механизм изменчивости. Разрушаясь, система как бы ищет, за что "зацепиться”, пытается найти устойчивые состояния в поглощающем ее море неустойчивости из под пресса целостности высвобождаются все более глубокие и элементарные структуры, которые складываются в новые варианты комбинаций, порождая набор возможных решений. Если какая-то из этих комбинаций окажется перспективной, стабильной, бурление изменчивости успокоится, и перед нами возникнет новая система. Это рассуждение взято из книги Ю.В.Чайковского "Элементы эволюционной диатропики”.
Свежие комментарии