Вглядываясь
в ночное небо, полное звезд, мы видим, кажется, вечность. Эта вечность, эти
бесконечное пространство и бесконечное время манят и завораживают. И мы
надеемся, что в этом бесконечном времени кроется некая тайна, способная
оправдать неизбежность нашего старения и смерти.
О
пространстве и времени люди задумались, по-видимому, сразу, как только начали
думать. Однако эти размышления были подняты на должный научный уровень только с
появлением двух теорий — квантовой механики и эйнштейновской теории
относительности, которые обе претендуют на теоретическое описание явлений,
происходящих во Вселенной. Квантовая механика описывает явления на микроуровне,
а теория относительности — на макроуровне. Однако главное различие этих теорий
обусловлено не разными пространственно-временными масштабами рассматриваемых
явлений, а возможностью материи находиться в принципиально разных состояниях: в
суперпозиции своих возможных состояний (иногда говорят о нелокальном
состоянии), что является предметом рассмотрения квантовой механики, и в
обычном, локальном состоянии, что изучает классическая механика, в частности,
теория относительности.
Теория
относительности состоит из двух частей. Первая часть — специальная теория
относительности (СТО) — явилась завершающей фазой развития теории
электромагнетизма. Она согласовала электромагнитные и механические явления,
обнаружив при этом специфические свойства пространства и времени, и фактически
представляет собой теорию пространства и времени. Вторая часть — общая теория
относительности (ОТО) — изучает свойства пространства и времени, связанные с
наличием материи (звезды, планеты, электромагнитные поля и пр.), являясь по
существу теорией гравитации.
Свойства
пространства и времени, обнаруженные теорией относительности, весьма необычны.
Пусть,
например, мы решили посетить туманность Андромеды, до которой свет, испущенный
с Земли, движется два миллиона лет. Получается, что нам, перемещающимся в
пространстве медленнее света, никакой жизни на такое путешествие не хватит.
И вот тут на
помощь приходит теория относительности. Она говорит нам, что если мы не будем
сидеть на месте, а начнем двигаться в сторону Андромеды, то для нас (движущихся,
а не сидящих на месте) расстояние до Андромеды уменьшится настолько, что
человеческой жизни вполне хватит на такое путешествие. Не зря говорится: дорогу
осилит идущий![1]
Многие,
ознакомившись с этим следствием и глубоко не вникая в теорию, полагают, что
такого быть не может. Но, тем не менее, это так. И сколь бы далеко не были
удалены от нас космические объекты, при соответствующей скорости космонавт за
время своей жизни смог бы их достичь. Путь к звездам открыт! — следует из СТО.
Правда, этот оптимистический вывод вряд ли разделяет человек, остающийся на
Земле. Дело в том, что пока космонавт путешествует, на Земле проходят миллионы
лет (в примере с Андромедой). Поэтому возвращение космонавта на Землю безрадостно: уже никого
из знакомых и родных на Земле нет в живых. Если же космическое путешествие не
было столь длительным, то, вернувшись из космического полета, космонавт
застанет всех живыми, но окажется моложе, например, своего брата-близнеца,
который никуда не летал. Это следствие теории относительности известно под
названием "парадокса близнецов" (см. запись29).
Не только время, но и информация вызывает огромный интерес
практически у всех людей, как близких к науке, так и далеких от нее. Не зря же
вслед за Натаном Ротшильдом повторяют: "кто владеет информацией, тот
владеет миром!" (авторство цитаты вероятно, но, к сожалению, не
достоверно).
Слово
"информация" употребляется столь часто и в таких далеких друг от
друга областях знаний, что полный анализ этого понятия кажется практически
невозможным. Действительно, кроме бытового употребления этого термина, понятие
информации используется в гуманитарных, естественных и технических науках
(философия, кибернетика, физика, биология и т.п.). И в каждой научной
дисциплине это понятие обладает своими специфическими особенностями.
Так существует ли единое понятие информации, общее для всех областей знаний,
или в каждой области за этим словом кроется сугубо свое? Десятилетия
люди бились над ответом на этот
вопрос, и усилиями ученых многое было достигнуто.
Первая плодотворная мысль по поводу
того, что есть информация, была высказана Хартли в 1927 году [1]. Он заметил,
что количества информации, заключенной в любом сообщении, тем больше, чем больше
возможностей принятое сообщение исключает. То есть, если мы можем от некоторого
источника получить очень много различного рода сообщений, то в конкретно полученном сообщении содержится много
информации. Если же от источника сообщений может быть получено мало разных
сообщений, то и информации в конкретном сообщении от этого источника тоже мало.
Например, если источник может передать нам всего два разных сообщения, то в одном из них содержится количество информации, которое впоследствии и было
принято за единицу измерения информации (1 бит). Если же источник может
передать нам только одно сообщение, то в нем
информации вообще не содержится, поскольку такой источник сообщений
попросту не нужен, ибо и так ясно, что он передаст. (Заметим по этому поводу, что передача одного
и того же сообщения в заранее оговоренное время, например, весточки матери от сына о том, что он жив, на самом деле
информацией является, поскольку это есть не одно сообщение, а два: весточка
есть или ее нет).
Далее
Шеннон в 1949 году в работе
«Математическая теория связи» [2] оформил идеи Хартли в математической
форме для произвольного вида сообщений с произвольной вероятностью
осуществления каждого из них. Формула Шеннона для количества информации
удивительным образом похожа на формулу для количества энтропии (беспорядка)
некоторой системы. Такая связь информации с энтропией вызвала большой интерес
ученых. Л. Бриллюэн, например, полагал, что оба эти понятия «должны
рассматриваться совместно и не могут трактоваться
порознь» ([3], с. 17).
Подробно физический смысл этой связи рассмотрен в статье «О хаосе и
порядке».
Следующие идеи ученых касались той стороны информации, которая связана
с ее содержанием и полезностью для практики. А именно, они указывали на то
обстоятельство, что в одном и том же сообщении может быть
больше информации для одного наблюдателя, и меньше для другого, в
зависимости от знаний этих наблюдателей. Эти идеи в конечном итоге оформились в
виде отдельной дисциплины — информатики, которая занимается вопросами обработки
информации на компьютерах, разрабатывая методы и средства преобразования
информации и затрагивая при этом такие ее стороны, как качество,
целесообразность, полезность, истинность и пр.
Перечень идей
по поводу того, что есть информация, можно было бы продолжить (см., например, [4]). Это
подтверждает сказанное в
предыдущей записи:
понятие информации до сих пор является
одним из самых дискуссионных. Дискутируются также и вопросы, связанные с возможной
областью использования этого понятия. Например, в работе [5] речь идет о том,
что понятие информации применимо лишь к живой природе и кибернетическим устройствам, а "в мире физических тел"
информационный подход бесперспективен. А в работе [6] утверждается, что информация является
свойством всей материи, от простейших неорганических форм до человека.
Так что ответить на заданный выше вопрос — существует ли
единое понятие информации для всех областей знаний — удастся, по-видимому, лишь
тогда, когда это понятие будет четко обрисовано в каждой из областей в
отдельности, как это сделано, например, в теории связи. Решение этой задачи
требует времени и обширных знаний в разных областях. Не имея ни того, ни
другого, мы сразу исключим из рассмотрения те области, в которых наши
рассуждения были бы или ложными, или потребовали бы дополнительных
исследований. Это касается, прежде всего, микромира. И не только потому, что
вначале следует разобраться с понятием информации в макромире, но и потому, что
понятие информации мы намерены обсуждать в связи с осуществлением случайных
событий, «рождающих» информацию. А в микромире нет событий, которые мы наблюдаем
в макромире. Там есть некий аналог классических событий, так называемых
интерфеноменов [7]. Они имеют место быть между любыми фиксируемыми фактами,
например, между моментом рождения частицы в
некоторой пространственной точке и ее обнаружением в другой точке, и
описываются квантово-механическими законами, характеризующими материю,
находящуюся в суперпозиции своих возможных состояний. С позиций классической
физики такие интерфеномены вообще не могут быть описаны. Поэтому характеристики
квантовой информации не полностью совпадают с характеристиками обычной
информации макромира. Например, можно создать много копий обычной «информации»
в виде книг, лазерных дисков и пр. в то время, как квантовая информация
(состояние квантового объекта) не может быть продублирована (ее можно лишь
телепортировать — разрушить в одном месте и создать в другом).
Литература
1.
Hartley R. V. L. Transmissions of Information.
The Bell System Technical Journal. 1928. № 2. P. 535-563.
2.
Shannon C., A mathematical theory of communication, The Bell System Technical
Journal, 27 (1948), № 3, 379-423, № 4, 623-656 //Шеннон К. Математическая теория связи. В кн.: Работы по теории информации и кибернетике. – М.:
Изд. иностр. лит., 1963. – с. 243-332.
3. Бриллюэн Л. Наука и теория
информации. — М., 1960.
4. Колмогоров А. Н. Три подхода к
определению понятия "количество информации". – Вестник АН СССР,
Проблемы передачи информации, 1965, № 1.
5. Марков Ю.Г. Функциональный подход в современном
научном познании. — Новосибирск: "Наука", 1982
6. Урсул А.Д. О природе информации. —
Вопросы философии. 1965. № 3. с. 134.
7. Хюбнер К. Критика научного разума.
— Пер. с нем. - М., ИФРАН, 1994.
[1]
Для особенно любознательных можно привести следующие
цифры. Если ускоряться в сторону Андромеды с вполне комфортным
"земным" ускорением 9,8 м/сек2 в течение 12 лет (по
собственным часам путешественника), затем выключить двигатели и лететь по
инерции (без ускорений) в течение 17 лет, а потом в течение еще 12 лет
тормозиться с тем же ускорением 9,8 м/сек2, то путешественник,
затратив всего на путешествие сорок один год, окажется как раз вблизи
туманности Андромеды, пролетев по своим меркам примерно 19 световых лет, а по
земным меркам — два миллиона световых лет (световой год — это расстояние, на
которое перемещается свет за год, преодолевая в секунду примерно 300000
километров).
Комментариев нет:
Отправить комментарий