Об одном направлении в развитии фундаментального понятия информации В.М. Глушкова

На современном этапе развития средств вычислительной техники (ВТ), когда для создания элементной базы предполагается воспользоваться нано технологиями, вопрос машинной обработки, ее информационного содержимого в таких средствах не является праздным.  То есть, необходимо определить: какие единицы информации в этом случае следует поместить в операнды вычислительной машины (ВМ) и какие действия над ними должны быть реализованы как команды. Естественно, что для этого требуется четкое понимание: что такое информация, и какие манипуляции следует выполнять с веществом на нано уровне, чтобы хранить ее и обрабатывать. В современной литературе информация трактуется по-разному. Список ее определений уже давно превысил число двадцать. Остановимся лишь на тех, которые нам оставили выдающиеся ученые:

– информация – это обозначение содержания, полученного от внешнего мира (Н. Винер) [1] (стр.14);

– информация – это отрицательная энтропия (негэнтропия) (Л. Бриллюэн) [2] (стр.12);

– информация – вероятность выбора; энтропия опыта равна информации, которую мы получаем, осуществив этот опыт (А,М, Яглом, И.М. Яглом) [3] (стр.105);

– информация – снятая неопределенность [4,5]  (К. Шеннон);

–информация – мера сложности структур, мера упорядоченности материальных систем (А. Моль) [6];

– информация – снятая неразличимость, передача разнообразия, мера изменения во времени и пространстве структурного разнообразия систем (У.Р. Эшби) [7];

– информация – отражение разнообразия (А.Д. Урсул) [8] (стр.58);

– информация – мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени (В.М. Глушков) [9] (стр.53).

Анализируя приведенные определения, можно прийти к выводу, что в современных исследованиях существуют два подхода. В одном случае информацию связывают только с субъектом,  манипулирующим с ней. И тогда складывается впечатление, что «нечто» приобретает смысл информации только во время и после «обозначения содержания, полученного от внешнего мира» (Н. Винер); «выбора» (А,М, Яглом, И.М. Яглом); «снятия неопределенности» (К. Шеннон); «снятия неразличимости, передачи разнообразия» (У.Р. Эшби); «отражения разнообразия» (А.Д. Урсул), а до этого это «нечто» не является информацией. То есть материальная структура в трехмерном пространстве и во времени ими не рассматривается как информация. Другими словами, до взаимодействия субъекта, получающего, обозначающего и передающего «нечто» сообщающее о структуре состояния материи не может быть отнесено к информации.

Если рассматривать информацию как характеристику материи, которая зависит от субъекта, манипулирующего с ней, то отмеченное выше понимание информации отражает позицию субъективного идеализма, т.е. существование информации зависит только от субъекта, кто ее регистрирует, хранит и обрабатывает.

Однако еще раз подчеркнем, что с материалистической точки зрения "материя есть философская категория, для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в его ощущениях, которые копируются, фотографируются, отображаются нашими ощущениями, существуя независимо от них" [10]. Из этого также следует, что и ее характеристика информация должна существовать независимо от наших чувств, т.е. вне нас. Таким образом, понимание информации, которое содержится в определениях Л. Бриллюэна, А. Моля и В.М. Глушкова, с нашей материалистической точки зрения,  адекватно природе. Более просто и доходчивей понятие информации звучит в определении В.М. Глушкова. Если учесть то, что распределение материи всегда имеет место в пространстве и во времени, а энергия и информация являются характеристикой материи, то в определении В.М. Глушкова слова «и энергии в пространстве и во времени» можно опустить. Таким образом, с материалистической точки зрения, перспективным в развитии средств ВТ есть понимание информации, которое оставил В.М. Глушков в сокращенном нами виде, а именно:

Определение 1. Информация есть мера неоднородности распределения материи.

Рассматривая кибернетику как естественную науку [11], было обращено внимание на то, что материальные системы можно разделить на два вида, одним из фундаментальных отличий которых есть «зеркальное» отражение их характеристик. В частности, в системах названных физическими, например,  скалярная характеристика материи энергия имеет в кибернетических системах себе двойника – информацию. Такое «родство» позволяет методы познания характеристики в одних системах применять для познания характеристики-двойника в других. Следуя именно этому принципу, можно предположить, что, если физики различают два вида энергии –  кинетическую и потенциальную, то, по-видимому, изучая кибернетические системы, вполне позволительно, информацию делить тоже на два аналогичных вида. Действительно, информация, как мера неоднородности распределения материи, в момент ее «зарождения», является результатом ее движения с частным его проявлением кинетикой в конкретном месте пространства и времени. То есть в этом случае информация характеризуется кинетикой материи.

Произошедшее нарушение однородности распределения материи (появление информации) воздействует на окружающую материальную среду, в которой оно произошло. Это воздействие проявляется в изменении значений силовых линий полей в окружающей среде (силовых линий Фарадея). Именно посредством этих изменений в структуре окружающей среды происходит, как бы, информирование о происшедшем перераспределении материи в конкретном месте ее пространства и времени. Рассматриваемый процесс информирования имеет свое название – отображение нарушения распределения материи в конкретном месте материальной среды в другое ее место.  Этот процесс информирования может вызвать в окружающей среде необратимые явления, которые, как бы, запомнят произошедшее нарушение распределение материи. Рассматриваемое отображение и запоминание неоднородности распределения материи (информации) в природе используется кибернетическими системами, как некий ресурс (потенциал) для достижения их устойчивого положения по отношению к внешней среде.  Таким образом, вполне правомочны следующие определения.

Определение 2. Характеристику материи, которая проявляется в момент ее  движения и приводит к неоднородности ее распределения в пространстве и во времени, назовем кинетической информацией.

Определение 3. Неоднородность распределения материи, перенесенную (отраженную) из места ее возникновения в окружающую среду, назовем потенциальной информацией.

То есть отраженная неоднородность распределения материи есть потенциальная информация, которая в свою очередь делится на два вида: данные и знания. Потенциальную информацию, следует всегда рассматривать в связи с поведением кибернетической системы в окружающей среде, т.е. в рамках предмета исследований естественной науки кибернетика, а не вообще в отрыве от материи. Тем самым этот раздел кибернетики не следует рассматривать как раздел математики в противовес тому определению теории информации, которое бытует в некоторых изданиях [3]. Просто учитывать, что теория информации, как составная часть естественной науки кибернетики, широко использует аппарат математики. 

Обычно, из внешней среды информация поступает через датчики (в частности, для живой природы такими датчиками являются органы чувств), которые регистрируют изменение распределение материи в природе и затем по так называемым каналам связи передаются в средства запоминания кибернетической системы.  Информация, исходящая  только от самих датчиков полностью не представляет всю информацию, которую в рассматриваемом случае получает наша система. Дело в том, что еще  имеется информация, отражающая взаимосвязь информации между датчиками, а также той, которая уже имеется в кибернетической системе и потенциально может быть получена из внешней среды, включая другую внешнюю систему. Эту информацию можно рассматривать как появившуюся (эмерджентную) информацию при совместном рассмотрении данных от датчиков.

Определение 4. Потенциальная информация, поступающая в кибернетическую систему от датчиков (других кибернетических систем) и не характеризующая эмерджентную связь между ними, называется данными.

Определение 5. Эмерджентная потенциальная информация есть знания.

Приведем пример, характеризуемый информацию как данные и как знания. Наблюдая за планетой Меркурий, мы с помощью приборов (датчиков) можем фиксировать ее координаты в различных точках небосвода в течение определенного времени. Сами по себе значения этих координат составляют данные об интересующей нас планете. В то же время между этими данными имеется эмерджентная связь, несущая в себе информацию о том, что эта планета движется по орбите, т.е. вдоль эллипса, это и есть знания.

Нетрудно заметить, что, если данные фиксированы и конечны, то знания, характеризующие информацию, не могут быть отнесены к таковым. Ведь данные о движении Меркурия могут рассматриваться и по отношению к другим неоднородностям распределения материи в мировом пространстве, а оно бесконечно. Отсюда количество информации, помещенной в знания, есть бесконечным. Это утверждение находится в хорошей корреляции с всеобщим законом, согласно которому материя непознаваема в конкретном участке пространства в фиксированное время, а в пределе последовательности различных моделей ее представления – познаваемая.

Еще раз подчеркнем, что познаваемость материи связывается с бесконечностью информации, которую мы можем получить из рассматриваемого источника неоднородности распределения материи. Поскольку этот источник не один, а их бесконечное количество, то и количество информации, которое приходит в этом случае бесконечно. Вся информация, которая приходит от датчиков, представляет собой сумму

  I = Id+Is ,

где Id – количество информации, содержащейся в данном, а Is – количество информации, которое находится в знании.

Выявление с помощью средств обработки связующей (эмерджентной) информации между данными есть преобразование знания в данные. Из этого следует, что знания, полученные другой системой, переданные нашей системе являются данными, т.е., строго говоря, ученик в школе получает не знания, а данные.

Список источников

  1. Винер Н. Человек управляющий / Н. Винер. –  С.-Петербург.: Питер, 2001.
  2. Бриллюэн Л. Наука и теория информации / Л. Бриллюэн. – М.: Изд. Физ.-мат. Литературы, 1960. – 392с.
  3. Яглом А.М. Вероятность и информация / А.М. Яглом, И.М. Яглом. – М.: Наука, гл. ред. Физ.-мат. литературы,   1973.
  4.  Shannon C.E. A Mathematical theory of Communication / C.E. Shannon // Bell System Technical Journal. – 1948. – T. 27. – P. 379-423.
  5.  Шеннон К.Э. Символический анализ релейных и переключательных схем / К.Э.Шеннон // Работы по теории информации и кибернетике. Перевод с англ. Под редакцией Р.Л. Добрушина и О.Б. Лупанова: предисловие А.И. Колмогорова. – М.: Наука, гл. ред. Физ.-мат. литературы. – 1963. – С. 333-402.
  6.  Моль А. Теория информации и эстетическое воспитание / А. Моль. – М.: Мир. – 1966. –352с.
  7.  У Росс Эшби Введение в кибернетику / У Росс Эшби. – М.: Изд. ин. лит., 1959. – 432с.
  8. Урсул А.Д. Отражение и информация / М.: Мысль, 1973.
  9.  Глушков В.М. О кибернетике как науке / В.М. Глушков // Кибернетика, мышление, жизнь. – 1964.
  10.  Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм / В.И. Ленин. – М.: Изд. полит. лит. – 1965. – 381с.
  11. Вышинский В.А. Новый взгляд на науку «кибернетика» и уточнение предмета ее исследования / В.А. Вышинский // Праці міжнародної конференції 50 років інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України Київ. – 2008. – С. 272-279.
Работает на Drupal, система с открытым исходным кодом.