Текст книги "Православное мировоззрение и современное естествознание"

Информация и законы ее передачи

В школьном курсе информатики серьезного разговора о том, что же такое информация, просто не поднимается. Между тем информация, говоря языком науки, – особое неопределяемое понятие, наряду с материей и энергией. У материи, также как и у энергии нет строгого определения. Материя – это объективная реальность, данная нам в ощущениях, – это верно, но такая фраза не есть определение, а лишь пояснение, поскольку надо определять понятие реальности. Аналогично и под энергией понимают некую меру движения, которая сохраняется количественно. Это также не определение энергии, но лишь пояснение, подобное пояснению к неопределяемому понятию «точки» в геометрии – то, что не имеет размеров.

Подобно сему и информация есть понятие неопределяемое. Для пояснения можно сказать, что информация есть субъективная реальность, которую может создать или воспринять только чей-то разум (сознание), притом реальность, передаваемая при помощи материальных носителей, способная на них подвергаться перестройке или переработке (для чего и служат компьютеры).

Передача информации (информодинамика) во всех случаях, где приходится иметь дело с информацией, подчиняется определенным законам. Но прежде чем говорить об этих законах, мы должны кратко рассмотреть понятие об уровнях информации.

Уровни информации

Чтобы передать информацию, источнику и приемнику нужно предварительно договориться о языке, или системе кода. Мама обучает ребенка правильно произносить звуки и слова. Учитель обучает ученика азбуке, то есть показывает, какими символами он будет обозначать буквы на бумаге, чтобы передавать информацию. Радисту следует предварительно выучить, положим, азбуку Морзе, а шоферу – дорожные знаки, и т.д.

Это низший уровень информации – статистический. На этом уровне источник только передает, а приемник воспринимает кодированный сигнал, то есть сигнал, несущий символы, известные источнику и приемнику.

Чтобы быть правильно понятой, информация требует особых правил группировки кодовых обозначений, то есть требует понятного источнику и приемнику языка. Язык включает словарный запас и грамматику, то есть правила передачи мыслей словами, чтобы группа слов была законченной фразой, а не бессмысленным набором. Два человека могут общаться, если они понимают какой-то один язык. Человек может «общаться» и с машиной, если вложит в нее систему правил алгоритмического языка. Если этой обученной машине программист подает программу с незнакомой или неправильно использованной командой, редактор компьютера выдает сообщение об ошибке.

Язык – уже более высший, так называемый синтаксический уровень информации. Хаотический набор разрешенных букв не передает значащего слова. Хаотический набор слов не позволяет постигнуть связи между ними. Итак, чтобы передать информацию, код известной азбуки должен быть не просто набором известных сигналов, а синтаксически организованной системой, включающей известные слова, соединенные в предложения по заранее принятым грамматическим правилам.

Однако и синтаксически правильно организованное сообщение может не нести никакой полезной информации и быть просто бессмыслицей, хотя все слова в нем будут значащими и грамматически построены безупречно. Пример такого сообщения – компьютерные стихи. В память машины закладывается определенный набор слов, причем они распределяются по частям речи: существительные, прилагательные, глаголы и т.д. со всеми числами, падежами и спряжениями. Задаются и грамматические правила соединения слов, чтобы в предложении было подлежащее, сказуемое в соответствующих формах. Задается и ритм (размер) стиха, то есть определенная последовательность ударных и безударных слогов. Все эти требования вполне возможно завести в программу, особенно если использовать синтаксически простой язык – например, английский. Результат получается примерно следующим – вот две строки, сочиненные компьютером:

 
Пока слепо плыл сон по разбитым надеждам,
Космос с болью сочился над разбитой любовью.
 

Единственное достоинство электронного поэта состоит в том, что на сочинение подобной чепухи он тратит сравнительно мало времени.

Мы подходим к еще более высокому уровню информации – ее значению. Это так называемый семантический уровень. Приемнику информации нужен смысл, а не набор слов и символов, хотя бы и синтаксически правильно организованный.

Наконец, высший уровень информации после смыслового – волевой. Источник имел свою цель, передавая осмысленное сообщение. Приемник по идее должен давать свою реакцию на сообщение, обратную связь, по которой и сам источник может оценить, насколько цель сообщения достигнута.

Все сказанное об уровнях информации мы можем вкратце выразить схемой на рис. 2.

Для иллюстрации действия этой схемы рассмотрим примеры.

Пример 1. Композитор желает создать пьесу или симфонию. Каким-то трудно постижимым образом он слышит основную мелодию внутри себя. Это семантический уровень. Затем наигрывает услышанное на инструменте, разрабатывает иные темы и партитуру. Занятие уже более техническое – синтаксический уровень. Наконец, записывает ноты – уровень статистический.

Музыкант берет его ноты и читает их (статистический уровень). Наигрывает на инструменте музыку– синтаксический уровень. Понимает настроение композитора и то, что тот хотел выразить – семантический уровень. Шлет восторженный отзыв автору и собирает друзей на музыкальный вечер – уровень обратной связи.

Пример 2. Программист получает задачу: вычислить на ЭВМ какую-то функцию, положим, синус какого-то угла. Он решает ее математически, разрабатывая или применяя для данного случая численный метод решения. В итоге получается алгоритм – это семантический уровень. Найденный алгоритм он излагает на алгоритмическом языке – составляет программу. Это синтаксический уровень.

Редактор компьютера автоматически проверяет правильность записи программы на алгоритмическом языке. Затем после исправления синтаксических ошибок программа попадает в транслятор, где переводится на язык машинных кодов – в строго двоичные обозначения – чисто кодовый уровень. На этом уровне происходит переработка заложенных чисел по заложенным правилам и алгоритму. Затем транслятор вновь переводит обработанную информацию на алгоритмический язык и выдает необходимую часть этой информации в заданном формате выходных данных на дисплей или на печать. Это снова синтаксический уровень. Работа машины на этом кончается, а программисту еще предстоит обдумать смысл полученного результата и по этому смыслу судить о правильности своего алгоритма.

Если, положим, тот же синус получился больше единицы, очевидно в алгоритме имеется ошибка. Это уже семантический уровень восприятия информации, который завершается волевым решением человека: переделывать программу или удовлетвориться результатом и считать по данной программе для других численных данных.

На приведенной схеме и примерах видна роль технических приспособлений и инструментов в передаче (переработке) информации. Уровень статистический и синтаксический дают некий простор для деятельности технических средств. Машина может подправить в программе только синтаксическую ошибку. Но она ни в коем случае не может найти ошибку в самом алгоритме. Хорошо подобранный или изготовленный инструмент может оформить музыку более красочно, но безвкусную мелодию он исправить неспособен. Для исправления подобных недочетов необходим человеческий разум.

Отметим также, что ни инструмент сам не дает музыки, ни ЭВМ сама не вырабатывает информации. Компьютер выдает ту же самую информацию, которая была в него заложена, просто в другом виде. Он многократно умножает любую ошибку алгоритма и доводит ее до абсурда. Неслучайно у пользователей вычислительных машин распространена грубоватая, но точная поговорка: машина – дура, каким бы быстродействием и памятью она ни обладала.

Информация и вероятность

Может ли набор кодовых знаков случайно стать воспринимаемой информацией, имеющей правильный синтаксис и какую-либо семантику – смысловое значение?

Рассмотрим простейший пример. Запишем возможно более простое и краткое сообщение:

ВАНЯ + ТАНЯ = ЛЮБОВЬ

Сообщение содержит 16 символов из расширенного русского алфавита, включающего арифметические знаки. Для простоты условимся считать такой алфавит не превышающим 32-х знаков. Вероятность того, что первая буква сообщения будет отгадана правильно, составляет 1/32. Такова же вероятность угадывания второй и третьей и любой прочей буквы (знака). Общая вероятность будет равна произведению 16 таких вероятностей, то есть (1/32)^16 = (1/2)^8 ≈ 10^–24. По порядку величины эта вероятность равна тому, что у молекул целого моля газа под поршнем вдруг появится скорость, направленная в одну сторону и второе начало термодинамики будет нарушено: внутренняя энергия газа перейдет в кинетическую энергию поршня почти целиком!

Вероятность такого события чрезвычайно мала. А ведь информационное сообщение нарочно выбрано самое простейшее. Отсюда следует вывод: случайным образом информация появиться не может. Ее может создать и закодировать только разум. Разум же рождающий информацию всегда идет от цели и семантики к синтаксису и коду, но не наоборот. Сначала нужно понять, что хочешь напечатать, а уже потом перебирать пальцами по клавиатуре.

Даже если бы удалось какое-то значащее сообщение получить случайно, то его смысл и цель сами собою, от правильного синтаксиса «снизу вверх» появиться не могут. Информация созидается только от цели к смыслу и ниже, но никак не наоборот.

В итоге «первый закон» информатики можно выразить так: информация порождается (создается) только разумом, но не случаем. Информация не возникает из ничего. Очень похоже на первое начало термодинамики: энергия не возникает из ничего.

Передача информации

Есть и другой важнейший закон информатики, о котором также молчит школьный учебник, но который используется во всех информационных системах.

Информация, выраженная в кодах (на статистическом уровне), может храниться и передаваться на самых различных материальных носителях, только бы они были способны не терять и не искажать сам код. Значение информации совершенно не зависит от способа ее хранения и передачи: на бумаге, на дискете, в электронной памяти, в звукозаписи голоса. Можно роман «Евгений Онегин» написать гусиным пером, а можно компьютерные «стихи» хранить в самой совершенной электронной памяти – семантика информации не будет зависеть от материального носителя.

Относительно любой информации, записанной любым способом на любых носителях, замечено никогда не нарушаемое общее правило: при механическом копировании и хранении информация не улучшается, то есть в лучшем случае сохраняется, а в реальном она частично может утратиться, частично же – засориться случайным попаданием посторонних шумовых сигналов. Всякий, кто имел дело с кассетами и дискетами, переписанными по нескольку раз, прекрасно это знает. Однако этот закон информатики часто не учитывают учащиеся и студенты, переписывая бездумно у соседа задачи или лекции. Преподаватели же опытом прекрасно знают этот закон и легко видят, кто у кого списал, а кто решал задачу самостоятельно. При переписывании у соседа легко скопировать его собственную ошибку или внести нечаянно свою, то есть информация при передаче имеет способность портиться.

Древние рукописи переписывались всегда грамотными переписчиками и проверялись. Особую осторожность при этом нужно было соблюдать при переводах с одного языка на другой. До этой работы допускались люди не только в совершенстве знающие языки, но и сведущие в самих писаниях, правильно понимающие их содержание. До сих пор для перевода научных или каких-то иных специальных текстов требуются переводчики грамотные, понимающие смысл переводимого.

Нигде и никогда не наблюдалось случая, чтобы новая идея на семантическом уровне, то есть новое информационное сообщение, возникло бы в результате случайной ошибки при копировании или хранении иной информации. Исключение может составлять только случай сознательной дезинформации или информационная диверсия, когда производится не опечатка, а сознательная подделка. Но опять же для этого требуется вмешательство разума.

«Второе начало информодинамики», гласящее, что информация при хранении и копировании не созидается и не улучшается, к тому же стремится самопроизвольно утратиться с превращением значащего сигнала в информационный шум, – вполне сходно со вторым началом термодинамики. Оба закона, таким образом, на разных уровнях бытия материи выражают некую еще более общую закономерность, иллюстрируемую с помощью теории вероятностей. Эта же закономерность может быть продемонстрирована просто на рабочем столе или в доме, она же видится и в развитии общественных процессов. Любого рода беспорядок, хаос, разрушение, отсутствие структуры и организации более вероятны и самопроизвольно самые разные процессы – не только термодинамические – идут по линии нарастания хаоса. Пресекается же хаос только разумным приложением направленной энергии.

Информация и созидательная деятельность

Для того, чтобы построить дом, машину или что-то иное, для того, то есть, чтобы перевести материю в более структурно организованное состояние, необходима прежде всего сама материя (материалы), затем направленная (нетепловая) энергия – механическая, электрическая, и, наконец, – информация. Нужен план здания, составленный целиком заранее. Нужны технические знания: как класть кирпичи или готовить раствор. Без этого дома не построишь. Случайная деятельность с предметами, когда направленная энергия прилагается к материи нецеленаправленно, способна только усилить беспорядок.

Конструктор создает изделие в виде идей на семантическом уровне. Мысль свою он выражает общими расчетами, словами, эскизами. Детали этих идей могут дорабатывать его помощники – сотрудники КБ. Технолог переводит эту семантику на синтаксический уровень, разрабатывая последовательность операций при изготовлении деталей и узлов. Рабочий переводит синтаксис технологии непосредственно в «код» изделия. Изделие, таким образом, несет на себе идеи конструктора, записанные по правилам информатики на особом сложном языке технологии. После изготовления изделие проверяется. Сначала контролируется изготовление частей и правильность их сборки (синтаксический уровень). Затем проверяется работоспособность каких-то подсистем (например, двигатель в самолете). Затем идет опробование всего изделия – испытательный полет самолета, к примеру. Идея возвращается к своему автору уже в воплощенном виде.

Не существует ни одного изделия, которой не несло бы в себе информацию, вложенную создателем этого изделия.

Информация и живые организмы

Несет ли бесформенный камень в себе какую-то информацию? Оставим этот вопрос пока без ответа, потому что если мы не можем воспринять информацию, то это не значит, что ее вовсе нет. Но, взглянув на табличку с китайскими иероглифами, мы, даже не зная китайского языка, легко сообразим, что здесь что-то написано, здесь заключена какая-то информация.

Подобным образом, взглянув на живую клетку в электронный микроскоп, мы увидим потрясающее количество совершенно явно записанной информации. Школьные знания по цитологии и органической химии позволяют нам кое-что в ней понять.

Хромосома (а точнее, молекула ДНК) представляет собой целую книгу, написанную словами (генами), состоящими из четырех букв – нуклеотидов, повторяющихся в разных комбинациях. Налицо уже два низших уровня информации: код и его синтаксис. Эта книга (более похожая на перфоленту) частично переписывается на другую подобную же ленту – информационную РНК, а та в свою очередь на белок, задавая его структуру. Алфавит языка белков содержит уже не 4 буквы, а 20, и каждое «слово» из трех «букв ДНК» означает одну «букву» белка – аминокислоту. Клетка обладает особым механизмом контроля за правильностью переписывания и «перевода» информации с языка ДНК на язык белка. Белок, будучи «списан» и составлен правильно, должен выполнить свою задачу в клетке: послужить катализатором какой-то другой реакции, к примеру. Смысл существования данного белка и состоит в том, чтобы он выполнил свою роль. В этом состоит семантический уровень переписанной из ДНК информации, то есть ее значение. Совокупность значений всей информации клетки в том, что она растет, воспроизводит себя и выполняет какие-то функции в организме. Это целевой уровень информации.

В XX веке человек оказался способен прочитать буквы в книге ДНК и частично понять записанную там информацию. Это он посчитал достижением своего разума и технических возможностей. Если способность кое-что прочесть и понять предполагает разум, то как можно не видеть бесконечно превосходящий Разум Того, Кто написал все прочитанное и неизмеримо больше прочитанного, Кто составил и всю информацию, и всю систему ее кодировки?!

Если мы имеем дело с информацией, то она должна подчиняться своим законам, которым подчиняется во всех человеческих – гораздо более примитивных и грубых – информационных системах. На всех уровнях мы ясно видим передаваемую информацию жизни: код, синтаксис, значение. Приемником информации может послужить человеческий разум, если он наблюдает всю картину. Если же наблюдатель – человек – отсутствует, то приемником информации служит Сам ее Источник. Подобным образом и конструктор самолета, наблюдающий за испытательным полетом, сам является и источником и приемником информации.

Следует отметить и колоссальную плотность информации в молекуле ДНК. Каждый из четырех нуклеотидов можно выразить двумя двоичными числами – битами: например, 00 – первый нуклеотид, 10 – второй, 01 – третий, 11 – четвертый. Число нуклеотидов в ДНК известно, известен и объем ее спирали. Мы можем рассчитать сколько бит информации содержится в единице объема «информохранилища». Для обычной молекулы ДНК эта плотность информации составляет порядка 10^21 бит/см3, а для самых современных электронных микросхем 4·10^7 бит/см3. Разница в 13 порядков! Общая сумма информации, собранной во всех библиотеках мира, оценивается в 10^18 бит. Если бы эта информация была записана в молекулах ДНК, для нее хватило бы места в 1% объема булавочной головки. Если же вся эта информация была бы записана на микросхемах, то высота их, сложенных в стопку, достигла бы от Земли до Луны.

Не является ли такая плотность такой сложной информации еще одним ярким свидетельством премудрости Творца, не только создавшего саму информацию, но и нашедшего превосходный способ компактно ее записать?

Информация вне материальных носителей

Возникает вопрос: вся ли информация, необходимая для жизни организма, может быть передана последовательностью нуклеотидов? Притом, что все белки и все вообще вещества клетки, бесспорно ею передаются. Этот вопрос будет также рассмотрен ниже, на особом уроке. Перефразируем его в более простой форме. Любая ли вообще информация может быть выражена алфавитными кодами, то есть по сути дела – в битах и байтах?

Два человека слушают одну и ту же музыку или стихи, слышат каждый звук, понимают каждое слово или мелодию. Одинаковую ли они вынесут информацию на семантическом уровне?

Два школьника изучают один и тот же курс биологии в школе, рассказывают на одну и ту же «пятерку» процесс синтеза белка. Одинаковую ли информацию вынесли они из прочитанного и понятого, если один из них верующий, а другой – материалист?

Итак, значение информации не определяется только синтаксисом и кодом переданного сообщения. Есть соприсутствующая кодируемой и невыражаемая в кодах дополнительная информация, определяемая свойствами как источника, так и приемника. Но поскольку источник и приемник есть разум, а разум присущ личности и для каждой личности он совершенно особый, то здесь кончается область науки.

Информатика является наукой лишь до тех пор, пока мы имеем дело с материальными носителями информации. Кодируемая и переданная материальными носителями информация объективна. Будучи записана, она уже не находится в разуме источника или приемника. Ее может воспринять любой третий наблюдатель, он может понять ее код, синтаксис, семантику (хотя бы до какой-то степени), он может сосчитать количество информации, перевести ее на другой язык или на другой носитель, и т.п. Все эти действия вполне относятся к области науки, требующей, чтобы в предметах изучения были какие-то объективные закономерности и воспроизводимость наблюдений и опытов.

Как только мы заговорим о некодируемой информации – область науки здесь сразу кончается. Но нельзя сказать, что все человеческое знание ограничивается только наукой или кодируемой (выразимой словами) информацией. Религиозная жизнь и сама вера человека – в значительной степени есть информация некодируемая, невыразимая словом. Признавая, что такая информация существует, мы не будем продолжать о ней разговор, который ведем лишь в рамках науки.

Точно так же мы не будем рассматривать передачу информации вне материальных носителей. Способна ли информация быть передана именно так: вообще вне синтаксиса и кода, без всякого слова, без всякого звука или чтения, чтобы семантика Источника передалась непосредственно приемнику? В обыденной жизни такого, конечно, не бывает. Но это не значит, что такой передачи мысли не бывает вообще. В конце концов, всякие откровения из мира нематериального, несмотря на их содержание, истинность или ложность, передаются именно таким образом. Иногда для обозначения такого способа информационного обмена употребляют слово «телепатия».

Поскольку единственным основателем откровения, как способа передачи мыслей, является только Бог, то только Ему судить, когда здесь передается истина, а когда ложь. Слово Божие учит нас, что в своем нынешнем состоянии человек практически неспособен к истинно Божественным откровениям, а чаще всего общается такими путями с миром демоническим, что, естественно, не принесет человеку ничего доброго ни в этой жизни, ни в будущей. Высказав такое краткое, но грозное предостережение читателю против всяких занятий телепатией, оставим этот предмет, как тоже не относящийся к области науки.