Текст книги "PRO парадоксы науки"

Глава 25. Высокотемпературная сверхпроводимость

Работающему научному сотруднику чрезвычайно сложно, а скорее всего просто не под силу предсказать то, какой будет целая область науки в следующем столетии. Это сподручнее сделать писателям-фантастам, и на замечательных романах Жюля Верна многие из нас выросли. Научный же работник обременен грузом реальных и конкретных знаний, которые не позволяют ему делать очень смелые предсказания. Хотя в свое время Альберт Эйнштейн разъяснил, как делаются крупные открытия. Он сказал, что подавляющее большинство людей знает, что это невозможно. Затем находится один человек, который не знает, вот он и делает открытие.

Ж. И. Алферов

Поиск новых сверхпроводящих материалов является одной из самых многообещающих нерешенных задач физико-химического материаловедения. Суть этого явления, открытого столетие назад, заключается в том, что у ряда веществ при очень низких температурах полностью исчезает электрическое сопротивление и они выталкивают магнитное поле. Новое развитие явление сверхпроводимости получило после открытия ее высокотемпературного аналога двумя швейцарскими исследователями в 1986 году.

Классическое явление сверхпроводимости оказалось связанным с возникновением в металлах своеобразного притяжения между электронами, носящего сугубо квантовый характер. Часть электронов при достаточно низких температурах как бы объединяется в связанные пары, называемые куперовские, по имени их первооткрывателя, которые, пребывая в особом квантовом состоянии, переносят электрический ток абсолютно без потерь энергии. Размеры куперовских пар в атомном масштабе весьма велики – они могут достигать сотен и тысяч межатомных расстояний. Таким образом, сверхпроводимость – не что иное, как макроскопическое квантовое явление. Ее суть заключается в том, что при очень низких температурах тяжелые атомы металлов практически не колеблются в узлах кристаллической решетки и их можно считать фактически стационарными.

Вот между подобными «застывшими» атомами, а вернее ионами, и путешествуют при сверхнизких температурах куперовские пары. Иными словами, электроны в сверхпроводящем металле попарно взаимодействуют между собой, и на это уходит вся их энергия. В результате электроны начинают перемещаться между атомами металла, практически не теряя энергии в результате соударения с атомами, и электрическое сопротивление сверхпроводника падает до нуля. С технической точки зрения наиболее перспективны различные магнитные подвесы над сверхпроводящей поверхностью для движущихся устройств. Это позволит избежать трения и нагревания различных осей и подшипников. Такие составы считаются одним из самых быстрых транспортных средств в мире, и в них используется технология магнитной левитации, запатентованная еще в 1930-х годах. Успешные испытания первого прототипа таких поездов состоялись в 1987 году. Скорость ранних модификаций монорельсового поезда составляла 450 километров в час, а современные модели способны развить скорость до 550 километров в час.

Ученые начали изучать металлокерамики еще в семидесятых годах прошлого столетия, однако ничего необычного не нашли и отложили на полку, даже не подозревая о скрытых возможностях. Хотя температура в 30 K может показаться довольно низкой, она намного выше, чем температура перехода в сверхпроводящее состояние для ниобиевых сплавов (примерно 23 K), которые широко применяются в науке и промышленности.

Долгое время физика не могла объяснить этот странный низкотемпературный эффект, но к середине прошлого века природа сверхпроводимости получила исчерпывающее объяснение. Возникла и определенная промышленная потребность в сверхпроводящих материалах, однако широкое использование сверхпроводников сильно сдерживало дорогостоящее и трудоемкое охлаждение материалов до сверхнизких температур.

Таким образом, необычайно остро встала проблема повышения критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Теоретические оценки предсказывали, что в пределах действия механизма куперовских пар, когда электроны связаны друг с другом, посредством взаимодействия с решеткой, критическая температура не может подняться выше сорока градусов Кельвина (–233 °С). Однако и достижение подобного предела было бы феноменальным открытием, позволившим перейти на сравнительно дешевый и доступный охладитель – жидкий водород с температурой кипения около 20 К (–253 °С). Это ввело бы техническую и инженерную физику в эпоху «среднетемпературной» сверхпроводимости, поэтому долгое время предпринимались активные попытки создать новые сверхпроводящие соединения из уже известных «классических» сверхпроводников. При этом недостижимой целью оставалось создание сверхпроводников с критической температурой в пределах 100 К (–173 °С), для которых в роли хладагента мог бы выступать дешевый и широко используемый в промышленности жидкий азот.

Правда, на этом пути удалось получить «органические» металлы и синтезировать кристаллы «органических» сверхпроводников. Исследовались сотни тысяч иногда довольно необычных веществ. Среди них много внимания уделялось так называемым квазиодномерным соединениям, включающим длинные молекулярные проводящие цепочки с многочисленными боковыми ответвлениями. Однако ситуация изменилась только в последней четверти прошлого века, когда было открыто множество новых, необычных сверхпроводящих соединений, представлявших собой различные модификации минерала перовскита. Так, физики наконец-то вступили в мир высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), возникавшей при довольно высоких температурах, хотя еще намного ниже нуля по Цельсию. И тем не менее высокотемпературные сверхпроводники, или ВТСП-керамики, стали активно использоваться в самых разнообразных инженерно-технических решениях, таких как сверхмощные электромагниты, медицинская диагностика и монорельсовый транспорт на магнитной подушке.

Нерешенная задача комнатной сверхпроводимости кажется выполнимой уже в близком или по крайней мере обозримом будущем. Однако удивительно и то, что феноменальным результатам экспериментаторов до сих пор не найдено общепринятого теоретического объяснения, и природа ВТСП-переходов во многом остается научной загадкой. И хотя в изучении необычной сверхпроводимости уже достигнут существенный прогресс, непонятного и неисследованного в этой области еще очень много.

Теория высокотемпературной проводимости должна объяснить, как объединенные пары электронов проводимости могут без сопротивления преодолевать узлы кристаллической решетки. Невозможное на первый взгляд притяжение двух одинаково заряженных частиц возникает из-за того, что металлокерамики состоят не только из анионов, но и из положительных ионных вакансий. Движущийся электрон оставляет за собой след в виде кратковременных искажений кристаллической решетки, притягивающих другой электрон, образующий вместе с первым куперовскую пару. Здесь можно провести аналогию с детьми, прыгающими на батуте: хотя они напрямую не связаны, деформации батута во время прыжков будут способствовать их сближению. Куперовские электронные пары начинают накладываться друг на друга, при температуре ниже критической образуют электронное состояние, охватывающее весь проводник, и перестают испытывать электрическое сопротивление.

Удивительный феномен высокотемпературной сверхпроводимости тут же породил до сих пор полностью не решенную научную задачу создания исчерпывающей теории этого явления.

В свое время автору пос частливилось, буду чи аспирантом видного физика-материаловеда мирового класса, профессора Льва Самойловича Палатника, заниматься теоретическим изучением высокотемпературных сверхпроводников – металлокерамик.

Вместе с другим замечательным физиком-теоретиком Игорем Ивановичем Фалько мы рассматривали неоднородные системы, состоящие из анизотропных и обычных сверхпроводников, нормальных металлов, диэлектриков и ферромагнетиков. При изучении таких систем нам удалось создать один из вариантов теории высокотемпературной сверхпроводимости, основанный на совершенно необычных представлениях о роли микроскопических пустот (вакансий) в теле проводника.

Профессор Палатник обратил наше внимание на то, что в составе всех сверхпроводящих высокотемпературных металлокерамик обязательно присутствуют вакансии и ионы меди, которые служат как бы микроскопическими магнитиками. Конечно, не следует считать, что все подобные материалы являются сверхпроводниками, например, железо, состоящее из подобных ионов-магнитиков, по своим свойствам – нормальный металл. В ВТСП-металлооксидах подобные ионы-магнитики при взаимодействии друг с другом выстраиваются в собственную упорядоченную структуру, куда и входят вакансионные узлы. В результате в кристалл из атомов оказывается как бы вложенным еще один кристалл из вакансий и связанных с ними атомов.

Если удалить атом из узла кристаллической решетки, образуется полость – вакансия. Подобные вакансии обязательно присутствуют в реальных высокотемпературных сверхпроводниках и в соответствии с теорией Палатника – Фалько – Фейгина играют определяющую роль в образовании сверхпроводящего состояния. Один из вариантов реализации высокотемпературного сверхпроводящего состояния можно представить в виде схемы объединение двух электронов проводимости в «сверхпроводящую» пару вблизи вакансии. Профессор Палатник при объяснении своей теории часто использовал очень наглядный образ двух шариков-электронов, скатывающихся в лунку – вакансию с выпуклым дном.

В магнитных материалах электроны проводимости обладают важным свойством – их эффективная энергия во многом зависит от вида магнитного упорядочения. А поскольку электроны являются не только носителями электрического заряда, но еще и микроскопическими магнитиками, то в кристаллах ферромагнитов они свободно ориентируются относительно направления порядка магнитиков кристалла, так, чтобы иметь минимальное энергетическое состояние. В антиферромагнитиках электроны лишены такой возможности понизить энергию, поскольку в любой ориентации их окружает одинаковое количество параллельных и антипараллельных магнитиков.

Таким образом, магнитное упорядочение в определенной мере определяет энергию электронов проводимости, которые также оказывают влияние на магнитный порядок в кристалле. Разумеется, это касается не всего кристалла в целом, а лишь его выделенных локальных областей.

С понижением температуры и ростом концентрации электронов объем ферромагнитных капель возрастает. При некоторой ее величине капли приходят в контакт друг с другом, и ферромагнитная высокопроводящая часть кристалла начинает доминировать. Именно подобным образом ВТСП-металлокерамики могут переходить в сверхпроводящее состояние. Вот здесь и проявляются преимущества теории вакансионной сверхпроводимости, ведь вблизи вакансий одинаково эффективно концентрируются и электроны, и дырки.

Решение задачи создания полноценной теории ВТСП обещает массу заманчивых перспектив в области фундаментальной науки и инженерно-технических задач. Усилия многих ведущих лабораторий направлены на получение все новых материалов и исследование их структуры. Кажется, что создание комнатных сверхпроводников, как и их исчерпывающей теории, наступит буквально в ближайшие годы. Однако природа неохотно раскрывает свои тайны.

Глава 26. Атомная энергетика

Одним из величайших открытий нашего века стала атомная энергия. К энергии, скрытой в запасах угля, нефти, природного газа, к энергии ветра, водопадов, морских приливов и тепла солнечных лучей, издавна эксплуатируемых человечеством, прибавилась энергия, скрытая в ядрах атомов урана, тория и плутония, этого нового ядерного горючего. Выяснилось, что запасы этой энергии на Земле намного превосходят все прежние энергетические ресурсы, что она легко превращается в тепловую и электрическую и что использование атомной энергии может ликвидировать многие трудности в удовлетворении из года в год увеличивающейся потребности человечества в энергии. Во многих странах возникла и начала быстро развиваться ядерная индустрия.

А. М. Кузин.

Когда миры соприкасаются

Задача создания комнатных «сверхвысокотемпературных» сверхпроводников в материаловедении тесно связана с еще не решенной задачей абсолютно безопасного развития атомной энергетики. Дело в том, что все современные атомные энергетические проекты так или иначе базируются на использовании циклопических сверхпроводящих установок, например электромагнитов, нужных для удержания высокотемпературной плазмы в зоне реакции так, чтобы она совершенно не касалась стенок реакторной камеры. Для поддержания в сверхпроводящем состоянии подобных гигантских конструкций требуются огромные объемы жидких газов, и даже перевод их на сравнительно дешевое азотное охлаждение не решает всех проблем. К тому же в термоядерных системах выработки и передачи электроэнергии будут крайне необходимы гигантские сверхпроводящие катушки, служащие накопителями электроэнергии.

Чудовищные экологические катастрофы с танкерами и нефтяными платформами, ужасный смог от угольных теплогенераторов, неполадки с ядерными реакторами на атомных электростанциях да и вообще катастрофическое истощение углеводородных ресурсов заставляет лихорадочно искать новые источники энергии для мировой экономики. К сожалению, ни солнечная, ни ветряная, ни тем более геотермальная и приливная энергетика не может удовлетворить спрос в энергоресурсах. Именно поэтому уже долгие годы самым перспективным направлением остается ядерный синтез. Но здесь пока еще непреодолимым камнем преткновения служит невозможность нагреть до нужной температуры и удержать в рабочей зоне реактора высокотемпературную плазму.

В свое время академик Б. Б. Кадомцев, крупнейший авторитет в атомной и ядерной физике, писал, что первые промышленные термоядерные электростанции, видимо, будут применять в качестве топлива смесь дейтерия с тритием. Что же касается использования только дейтерия, запасы которого в Мировом океане практически безграничны, то ученым еще предстоит решить проблему практической реализации этой идеи, и поэтому срок появления таких электростанций пока назвать затруднительно.

Современная атомная электростанция

Оценивая перспективы термоядерной энергетики, академик Велихов замечал, что, хотя в процессе работы термоядерного реактора первая стенка активируется нейтронами, выбор подходящих низкоактивируемых конструкционных материалов открывает принципиальную возможность создания термоядерного реактора, в котором наведенная активность первой стенки будет снижаться до полностью безопасного уровня за тридцать лет после остановки реактора. Это означает, что выработавший ресурс реактор нужно будет законсервировать всего на 30 лет, после чего материалы могут быть переработаны и использованы в новом реакторе синтеза. Эта ситуация принципиально отличается от реакторов деления, которые производят радиоактивные расходы, требующие переработки и хранения в течение десятков тысяч лет. Кроме низкой радиоактивности, термоядерная энергетика имеет огромные, практически неисчерпаемые запасы топлива и других необходимых материалов, достаточных для производства энергии в продолжение многих сотен, если не тысяч лет.

Именно поэтому первые сообщения о том, что открыт низкотемпературный аналог ядерного водородного синтеза, вызвали очень большой интерес даже у ученых, весьма далеких от ядерной физики. Увы, открытие уже вскоре получило самый страшный диагноз в науке, поскольку было признано «неповторяемым». Однако, в отличие от многих других сенсаций-пустышек, «холодный термояд» до сих пор продолжает будоражить околонаучные круги журналистов, время от времени выискивающих энтузиастов, разрабатывающих очередной тип «холодного» ядерного реактора. Эти непризнанные гении яростно убеждают репортеров, что в определенных условиях реакция термоядерного синтеза может протекать при комнатной температуре, а устройства, в которых это будет происходить, расположатся на обычном письменном столе! И абсолютно никакой радиации! Естественно, в подобную маниловщину настоящему ученому поверить просто невозможно, однако несколько лет назад некоторым вполне серьезным физикам-ядерщикам казалось, что в направлении поиска холодного термояда сделаны первые решительные шаги. Об этой сенсации писали газеты, взахлеб рассказывали радио– и телекомментаторы. Куда же исчез этот баснословный источник неограниченной и практически даровой энергии и почему мы продолжаем бездумно сжигать ограниченные запасы углеводородов, вместо того чтобы топить дешевой (сравнительно) тяжелой, или даже полутяжелой, водой «холодные» термоядерные печи?

В свое время химики из университета американского штата Юта, Стэнли Понс и Мартин Флейшман, наделали много шума в научной и околонаучной прессе. Они попытались использовать процесс электролиза с заменой подкисленной воды электролита на тяжелую – дейтериевую. Предполагалось, что при этом положительно заряженные ионы дейтерия – дейтроны, – бомбардируя поверхность электрода, будут проникать в его внутренние слои. В качестве электрода использовался палладий, также имплантированный атомами дейтерия.

Дейтроны, проникая в палладий, могли бы сблизиться с плотно заполняющими решетку атомами дейтерия на критическое расстояние для начала термоядерных реакций, сливаясь в тяжелый изотоп водорода – тритий – из протона и двух нейтронов или в ядро атома гелия. При этом, естественно, должна выделяться значительная энергия, которую будут уносить нейтроны и гамма-кванты, разогревая окружающую среду.

На сегодняшний день предложено много гипотетических схем «холодного термояда», но ни одна из них и близко не напоминает классическую схему слияния дейтерия и трития. Так, предполагается наличие в природе неких быстротекущих каталитических процессов, порождаемых некими гипотетическими, отрицательно заряженными частицами, которые фантастическим образом «прилипают» к дейтрону, нейтрализуют его положительный заряд и резко уменьшают силы кулоновского расталкивания. Далее, продолжается научное фантазирование, после слияния ядер мистическая частица «отцепляется», прилипает к следующему дейтрону.

К глубокому сожалению, это эпохальное открытие не состоялось, поскольку многочисленные лабораторные проверки не подтвердили наблюдений Понса и Флейшмана. Судя по всему, их данные были явно ошибочными, причем иногда просматривался и пристрастный отбор авторами «изобретения» своих результатов.

Окончательный итог истории с «холодным термоядом» подвели несколько престижных международных конференций, фактически посвященных полному и окончательному закрытию данного сенсационного вопроса. На них рассказывалось, что «цена вопроса» превысила многие десятки миллионов долларов и наиболее обстоятельные и надежные данные при таких затратах совершенно не вызывают сомнения. В нескольких сериях очень тщательно проведенных экспериментов было наглядно доказано, что выводы Понса и Флейшмана о выделении энергии на их установке «холодного термояда» глубоко ошибочны. Тут надо сказать, что любой более или менее грамотный физик сразу бы заметил: в обычных (по-научному «нормальных») условиях соединить атомные ядра просто невозможно, ведь они имеют одноименный положительный электрический заряд и по школьному закону Кулона отталкиваются друг от друга с чудовищной силой.

Нерешенная задача науки воплощения «холодного термояда» предполагает три подхода: значительная часть ученых убеждена в том, что такого процесса в природе просто нет – мы, мол, неверно интерпретируем наблюдения, только и всего. Однако голословное отрицание – не лучший способ ведения научных дискуссий. Когда речь идет о новом явлении, нужно быть весьма осмотрительным и всецело полагаться на мнение настоящих ученых – специалистов в области атомной и ядерной физики.

Глава 27. Искусственный интеллект

Кибернетика – это наука об управлении сложными динамическими системами. Термин «сложность» здесь применяется как философская категория. Динамические системы на производстве, в природе и в человеческом обществе – это системы, способные к развитию, к изменению своего состояния. Сложные динамические системы образуются множеством более простых или элементарных систем или элементов, взаимосвязанных и взаимодействующих…

Предметом кибернетики являются процессы управления, происходящие в сложных динамических системах. Подобные системы постоянно встречаются в производственной деятельности, в естествознании и обществе.

А. И. Берг.

Философские проблемы кибернетики

Рождение научного направления исследования искусственного интеллекта произошло в конце первой половины прошлого века после создания первых ЭВМ. У его истоков стоял Норберт Винер, замечательный американский математик и философ, которого часто называют отцом кибернетики. В семидесятых годах прошлого столетия произошло разделение искусственного интеллекта как отдельной области кибернетической науки на два основополагающих направления, связанных с моделированием умственной деятельности и разработки соответствующего программного обеспечения: нейрокибернетики и кибернетики черного ящика. Пока еще данные направления развиваются практически независимо, существенно различаясь самой методологией создания искусственного интеллекта. Хотя в последнее время наметились пути к их объединению в нейрокибернетических комплексах и системах.

Основатель отечественной информатики и робототехники академик А. Н. Колмогоров в предисловии к книге известного британского кибернетика У. Р. Эшби «Введение в кибернетику» писал, что кибернетика занимается изучением систем любой природы, способных воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования. При этом кибернетика широко пользуется математическим методом и стремится к получению конкретных специальных результатов, позволяющих как анализировать такого рода системы (восстанавливать их устройство на основании опыта обращения с ними), так и синтезировать их (рассчитывать схемы систем, способных осуществлять заданные действия). Благодаря этому своему конкретному характеру кибернетика ни в коей мере не сводится к философскому обсуждению природы «целесообразности» в машинах и философскому анализу изучаемого ею круга явлений.

Норберт Винер (1894–1964)

Говоря о нерешенных задачах теоретической науки по поиску иных подпространственных, миров-частиц, дополнительных измерений и «магических» точек омега-континуума как-то само собой предполагается, что во всех расчетах и построениях широко используются методы обработки информации с помощью электронно-вычислительной техники. Так мы приходим к актуальнейшей нерешенной задаче науки кибернетики – созданию полноценного «искусственного интеллекта».

Под словосочетанием «искусственный интеллект» обычно понимается особый раздел кибернетики, направленный на разработку аппаратно-программных средств, позволяющих оператору электронно-вычислительной машины ставить и решать интеллектуальные задачи эвристического плана.

Многие современные ученые, особенно те из них, кто далек от кибернетики, придерживаются восторженной точки зрения, будто создание искусственного интеллекта – дело буквально нескольких лет. Однако действительность оказалась намного сложнее.

Не на одном из магистральных направлений, таких как создание сложных кибернетических систем, увеличение памяти и быстродействия, нейрокомпьютеризации и квантового компьютинга не удалось даже близко приблизиться к тому, что мы понимаем под разумом, пусть даже в самом примитивном его значении.

Долгое время считалось, что лишь мозг человека способен к осмысленным передаче, приему и созданию информации. Но вот возникли первые системы искусственного интеллекта, и тут же в сферу влияния этого нового понятия попали компьютерные игры, логистика, интерактивное обучение, понимание письменной и устной информации, формирование стратегии и тактики поведения, поиск и доказательство правдоподобных решений, распознавание образов и т. п.

Сегодня наука об искусственном интеллекте является одной из самых быстроразвивающихся кибернетических дисциплин. Как и у всякой сравнительно молодой отрасли знания здесь существует много сложных проблем, среди которых выделяется «задача программистов»: как представить машине человеческие знания для последующего ввода в память интеллектуальной системы? Причем мы должны так научить кибернетическую систему, чтобы знания из самых различных областей в дальнейшем использовались при решении разнообразных задач. На этом пути очень важно понять, как смоделировать человеческие рассуждения и изучить различные схемы человеческих умозаключений, используемых в процессе решения, а в конечном итоге создать эффективные программы для реализации этих схем в вычислительных машинах.

Первым камнем преткновения здесь является разработка диалоговых процедур общения на общепонятном языке, обеспечивающих интеллектуальный контакт между ЭВМ-системой и оператором при решении самых разноплановых задач. Следующий этап должен содержать планирование целесообразной осознанной деятельности ЭВМ-систем по ранее заложенному программному обеспечению. Кто изучал иностранный язык и решал сложные логические задачи, должен прекрасно понимать сложность решения данных проблем.

Стратегическая цель исследований по искусственному интеллекту состоит в проникновении в тайны мышления человека. Здесь могут быть найдены новые решения многих задач, связанных с высшей нервной деятельностью человека и процессами мышления, которые непрерывно протекают в коре головного мозга на уровне подсознания, бессознательного и интуитивного.

Известный современный кибернетик Л. А. Ашкинази в своей книге «Может ли машина мыслить?» так описывает появление первых «тестов на разумность» для электронно-вычислительных машин:

Жил да был в середине прошлого века в Англии Алан Тьюринг, человек непонятно какой специальности. Математики с присущим им снобизмом не сочли бы его математиком, слова «кибернетик» тогда не было. Человек он был неординарный, увлекался и занимался множеством вещей, в том числе компьютерами. И хоть это была заря компьютерной эпохи, но уже тогда стало ясно, что компьютер – это вам не арифмометр. И для того, чтобы понять, как он работает и может работать, к нему надо относиться как к обычному сложному объекту научного исследования, то есть строить его модели. Одна из таких теоретических моделей «компьютера вообще» была придумана Тьюрингом, ее позже и назвали «машина Тьюринга».

Информационные процессы происходят в любом живом организме, начиная с вирусов: прекратите их обмен информации с окружающей средой – и они неминуемо погибнут или (в лучшем случае) полностью деградируют. В созданных машинах мы опять-таки наталкиваемся на информационные процессы, без которых машины не могут работать. Особенно ярко это проявилось в ЭВМ. Они не только потребляют информацию, но, как это ни казалось удивительно поначалу, могут творить свою, новую!

Ранее существовало два пути увеличения объема передаваемой информации. Первый предполагал увеличение вероятности появления сообщения, а второй – большее количество букв, символов. Получалось, что одинаковые по своему общему объему сообщения могли содержать совершенно разное количество информации. В то же время, чем больше знаков включало данное сообщение, тем выше был его уровень информативности.

На современном этапе развития кибернетики понятие «информация» продолжает исследоваться, углубляться и расширяться, иногда приобретая совершенно необычные формы, например – мироздания – вычислительной системы, оперирующей всей содержащейся во Вселенной информацией.

Между тем при передаче информации выявились и некоторые принципиальные черты, присутствующие практически во всех каналах связи между кибернетическими устройствами. Это наличие несущего колебания, которое модулируется содержимым информационной посылки, распространение в среде проводника или окружающего пространства в виде радиосообщений и последующий процесс детектирования.

Американский ученый Клод Шеннон взглянул на все виды информации с совершенно новой, единой позиции. Ведь информация несет уменьшение неопределенности в наших знаниях. Значит, процесс передачи информации можно рассматривать как процесс уменьшения неопределенности.

Принимая решение «да» или «нет», мы уменьшаем неопределенность ситуации вдвое. Если вероятности «да» и «нет» равны, то наше решение содержит ровно один бит информации. Например, при бросании монеты вероятности выпадения орла и решки равны и составляют пятьдесят процентов при многократном бросании монеты.

Если вероятности появления «да» и «нет» различны, картина меняется. Так, в лотерее вероятность «да» в миллионы раз меньше вероятности «нет»! Поэтому выигрышное число несет огромную информацию. Это даже можно считать своеобразным локальным информационным взрывом.

Именно Шеннон доказал парадоксальную вещь, что количество информации, которую несет один символ, зависит от вероятности его появления. Чем реже появляется символ, тем меньше его вероятность и тем больше он несет информации. Вот почему очень редкие неожиданные события врезаются в память на всю жизнь. Создаваемая ими информация столь велика, что она поражает наше сознание, и мозг надежно фиксирует их.

Подход Клода Шеннона полностью игнорирует содержание информации. Ведь посылки «да» и «нет» могут снять неопределенность в самых разных случаях. Было сделано несколько попыток найти меру содержательности информации для ее получателя, например, оценивать ее по увеличению знаний данного индивида в любой области. Также предлагалось измерять содержательность информации по увеличению вероятности достижения цели после получения информации субъектом или машиной.

Но оба этих остроумных подхода пока не настолько разработаны, чтобы решить сложнейшую задачу количественной оценки смыслового, или, как говорят специалисты, семантического, значения полученной потребителем информации.

Загадка информации не давала покоя не только физикам, математикам, инженерам, но отнимала сон и у философов. Ведь они давно установили, что основа всего сущего есть движущаяся материя и энергия, являющаяся общей мерой различных форм движения материи (механической, тепловой, электромагнитной, ядерной…). Куда же отнести информацию? Она и не материя, и не энергия.

В итоге философские дискуссии привели к новому значению слова «информация», оно заняло место среди фундаментальных понятий – «материя» и «энергия». Это связано с тем, что, кроме обмена информацией отдельными индивидуумами цивилизации, очень важным является обмен информацией, вырабатываемой всей цивилизацией с внешней средой. Он осуществляется трудом, экспериментом, наукой и техникой, т. е. производительной силой цивилизации.