Неоднозначность определения информации[]
Человечеством накоплен достаточно большой объем знаний об окружающем мире, но, по разным причинам, не все эти знания доступны отдельному человеку или группам людей. В связи с этим, человека, который получил какие-то знания или из книг или другим путем называют информированным о чем-то в противоположность неинформированным людям. Хотя, с другой стороны, на сегодня, кажется, вполне приемлемо и все знания называть информацией о природе. И более того, создается даже впечатление, что вся Вселенная это огромный «сосуд», из которого человечество черпает информацию. Неверное мнение, что подробно и обсудим в этой статье.
Итак, из сказанного следует, что понятие информация так широко используется, что, кажется, оно уже не требует каких-либо специальных разъяснений. А это, к сожалению, не так, поскольку пока не предложено такого универсального определения информации, которое бы устраивало одновременно математиков, биологов, психологов, философов и всех тех, кто изучает те или иные стороны информации. В связи с этим, понятие информации определяется в каждой области и для каждой оригинальной задачи специальным образом. C одной стороны, оно должно быть адекватным поставленной задаче, а с другой, абсолютно понятным и не перегруженным ненужными для выбранной области знаний качествами.
Для того, чтобы это утверждение не выглядело голословным, приведем перечень определений информации, представленный в работе Кузнецова Н. А., Полонникова Р. И. и Юсупова Р. М. (Состояние, перспективы и проблемы развития информатики.-"Проблемы информатизации. Теоретический и научно-практический журнал". РАН, Министерство науки и технологий РФ. Вып. 1, 2000 г. с. 5-12):
· любые сведения о каких-либо ранее неизвестных событиях;
· содержательное описание объекта или явления;
· результат выбора;
· содержание сигнала; сообщения;
· меру разнообразия;
· отраженное разнообразие;
· сущность, сохраняющуюся при вычислимом изоморфизме;
· уменьшаемую неопределенность;
· меру сложности структур, меру организации;
· результат отражения реальности в сознании человека, представленный на его внутреннем языке;
· семантику или прагматику синтаксиса языка представления данных;
· продукт научного познания, средство изучения реальной действительности;
· основное содержание отображения;
· бесконечный законопроцесс триединства энергии, движения и массы с различными плотностями кодовых структур бесконечно-беспредельной Вселенной;
· непременную субстанцию живой материи, психики, сознания;
· вечную категорию, содержащуюся во всех без исключения элементах и системах материального мира, проникающую во все «поры» жизни людей и общества;
· свойства материи, ее атрибут; некую реалию, существующую наряду с материальными вещами или в самих вещах;
· язык мира как живого целого.
Для описания процессов познания, в наилучшей степени подходят выделенные курсивом определения информации, но, к сожалению, не в полной мере. В связи с этим, сформулируем, более подходящее для поставленной задачи, определение информации.
Еще одно определение информации[]
Рассмотрим ситуацию, когда человек изучает, какой-то предмет или явление природы, то есть налицо информационное взаимодействие человека с предметом изучения. В этом случае основными элементами информационного взаимодействия являются субъект (человек), объект (предмет или явление в окружающем человека мире) и среда, в которой расположены субъект и объект (рис.1). От объекта к субъекту в процессе информационного взаимодействия может поступать только энергия или вещество. Сама по себе информация не обладает каким-либо материальным качеством, то есть она не передается от объекта к субъекту как материальная субстанция. Но тогда возникает вопрос, что же собой представляет информация и как осуществляется информационное взаимодействие между субъектом (потребителем информации) и объектом(источником информации)? Поскольку исключается передача информации между объектом и субъектом в качестве субстанции или энергии, тогда следует признать, что субъект и до информационного взаимодействия обладал об объекте информацией. То есть никакой передачи информации не происходит, а она всегда присутствует у потребителя информации (субъекта) и лишь активируется у него в процессе информационного взаимодействия с источником информации (объектом), которое осуществляется путем получения субъектом особым образом! только энергии или вещества. Тогда получается, что названия «источник информации» и «потребитель информации» являются практически неверными, так как, с одной стороны, источник информации никакой информации на самом деле не содержит, а, следовательно, «потребитель информации» никакую информацию не получает от такого источника. И в этом отношении «потребителя информации» более правильно было бы назвать «носителем банка информации» (НБИ), а «источник информации» — внешним «активатором банка информации» (АБИ),
Теперь осталось понять, а что тогда представляет собой информация, которая содержится у субъекта (НБИ) об объекте (АБИ) и которая лишь активируется при их взаимодействии. Для этого рассмотрим интуитивное представление об информации и информационном взаимодействии, которое очевидно любому. И пока не уточнено понятие информации с новой точки зрения, будем периодически пользоваться такими привычными (хотя логически и неверными) речевыми оборотами как «получить информацию» или «передать информацию». Допустим, человек видит падающее на него дерево (рис.2). Падающее дерево это объект, от которого человек, как субъект, воспринимает информацию об опасности. В результате полученной информации, человек отскакивает в сторону и избегает гибели. На основании этого примера естественно утверждать, что полученная субъектом информация изменяет его поведение: пока человек не увидел падающего дерева, он неспешно шел по тротуару, а увидев опасность — тут же изменил направление своего движения. Следовательно, субъект имеет набор моделей своего поведения (в нашем примере, прыжок в сторону от падающего тяжелого предмета, дерева, в частности), которые активируются в зависимости от того, какие входы модели (рецепторы сетчатки, например) и в какой комбинации (в виде образа падающего дерева, например) подвергаются физическому воздействию (лучам света в нашем примере). Таким образом, в первом приближении, информацию можно определить как все имеющиеся у субъекта модели ответных реакций, которые он использует для взаимодействия с объектами. Причем модель ответной реакции следует воспринимать достаточно широко. Это не только способы перемещение тела субъекта в пространстве, но и все его, например, абстрактные образы окружающего мира (формы, цвета, звуки, речь и т. п.), физиологические реакции (учащение числа сердечных сокращений, потливость и др.) и все другие процессы, которые способен производить организм, в ответ на поступающие из окружающей среды стимулы (раздражители).
Приведем наглядный простейший пример информационного взаимодействия источника информации (активатора банка информации) и ее потребителя (носителя банка информации). Пусть какой-то человек обладает фантастическим свойством вырабатывать электроэнергию, причем, в таком количестве, что способен заставить светиться лампочку, приставив к ней палец (рис. 3). В этом случае, никакого информационного взаимодействия не происходит, так как лампочка засветилась от того, что подано к ней, напрямую от пальца, электричество, которое пошло на накаливание лампочки. Процесс накаливания объясняется исключительно физическими свойствами нити накаливания в ответ на поступление к ней электрического тока. Никаких явлений, кроме накаливания, не наблюдается, и потому в этом процессе нет ничего, кроме обмена энергией между пальцем и нитью накаливания.
Заставим теперь лампочку светиться более естественным образом — с помощью выключателя (рис.4). В этом случае между человеком и лампочкой возникнет информационное взаимодействие. Рассмотрим почему. В этом примере человек являемся АБИ, а выключатель с лампочкой — НБИ. При этом НБИ состоит из: (1) лампочки; (2) выключателя; (3) проводов, по которым к лампочке через выключатель поступает электричество и (4) источника питания. Нажатие на выключатель приводит к включению или выключению лампочки. Пусть исходно лампочка выключена и процесс взаимодействия АБИ и НБИ заключается во включении лампочки. Тогда лампочка с выключателем отвечает на взаимодействие с АБИ свечением. Другими словами, через выключатель поступил «приказ» лампочке светиться, без передачи ей энергии свечения от АБИ.
Итак, интуитивно очевидно, что налицо информационное взаимодействие — «приказ» светиться поступает от АБИ к НБИ и этот «приказ» не является, сам по себе, ни энергией, ни веществом, обеспечивающим характерное поведение лампочки, что есть кардинальный признак передачи информации. Перейдем теперь от интуитивного взгляда на передачу информацию к более формализованному, используя вышеприведенное в этом разделе определение информации.
В отличие от первого примера с лампочкой, во втором лампочка включена в некоторую структуру, состоящую из трех элементов, которые связанных между собой проводниками энергии (проводами). Кроме того, источник энергии свечения переместился от человека в новую структуру с лампочкой. У новой структуры есть лишь два типа поведения — (а) свечение (рис.4) и (б) отсутствие свечения (рис. 5). Каждый тип поведения прямо связан с характером связей между элементами структуры — (а) замкнутая электрическая сеть и (а) разомкнутая. Три элемента НБИ с их внутренними связями, представляют, в соответствии с вышеуказанным определением, модель поведения НБИ во внешней среде. Эта модель реализует два типа поведения НБИ во внешней среде — «а» или «б», в зависимости от двух возможных состояний модели — замкнутая или разомкнута электрическая цепь. Взаимодействие НБИ с АБИ осуществляется через специальный элемент — выключатель, который можно рассматривать как вход модели НБИ. Каждое взаимодействие с АБИ (нажатие выключателя) меняет поведение НБИ, которое проявляется состоянием лампочки — светит или нет.
Итак, при нажимании выключателя, то есть, осуществлении исключительно механическое взаимодействие с НБИ, тут же активируется модель поведения НБИ во внешней среде. Активизация модели запускает в НБИ процессы, которые определяются исключительно свойствами модели, а не характером взаимодействия объекта и субъекта в точке взаимодействия (давлением на выключатель). Внешне это сопровождается таким поведением НБИ, которое никак не может быть выведено из физического описания взаимодействия АБИ и НБИ в точке взаимодействия. Итак, все, что не вписывается в физику взаимодействия АБИ и НБИ, относится к информационному их взаимодействию. Отсюда совершенно очевидно, что информация, как таковая, это исключительное свойство НБИ и нигде, кроме НБИ она не находится, несмотря на то, что проявляется только в процессе взаимодействия АБИ с НБИ. А раз так, то информация может быть охарактеризована лишь в терминах свойств НБИ. Можно, например, считать информацией, как уже определялось выше, модель (модели) поведения НБИ во внешней среде и, исходя из этого определения, детализировать ее свойства, например, определяя число входов модели, ее элементы, состояния и т. п. Поскольку в таком подходе информация это присущее НБИ внутреннее свойство, то она и не участвует в обмене энергией или веществом с АБИ, в случае информационного взаимодействия АБИ и НБИ. Фактически, информационное взаимодействие АБИ и НБИ, является односторонним — АБИ вызывает в НБИ информационные процессы (активизацию моделей поведения НБИ), в то время как сам АБИ не является элементом этих внутренних для НБИ информационных процессов, так как не есть материальный элемент модели НБИ. В противном случае, исчезает информационное взаимодействие АБИ и НБИ, как таковое (как в примере на рис. 3) .
Отличие информационного от физического взаимодействия. Критерии важности информации[]
Продолжим рассмотрение примера с падающим деревом, чтобы вывести еще одно свойство информационного взаимодействия. Если бы падающее дерево придавило человека, то произошло бы не информационное взаимодействие человека и дерева, а физическое, даже если при этом человека отбросило бы от дерева в том же направление и на то же расстояние, когда ему удалось бы вовремя отпрыгнуть в сторону.
Итак, из вышеописанных примеров можно вывести признак информационного взаимодействия в противоположность физическому. Физическое взаимодействия между объектами нашего мира происходит по законам физики, в которых выполняется условие сохранения вещества и энергии. В нашем примере перемещение в пространстве тела человека после удара стволом дерева полностью описывается законами физики. Это и есть физическое взаимодействие дерева и человека, а точнее его тела. В случае информационного взаимодействия человека и дерева, когда ему удается отпрыгнуть в сторону, также наблюдаем перемещение в пространстве человека. Но в этом случае, энергия, полученная от дерева человеком (световые волны, воздействовавшие на сетчатку глаза), несравненно меньше той, которую он затратил на свое перемещение в пространстве. Отсюда признаком информационного взаимодействия каких-то объектов является невозможность объяснить их поведение обменом вещества и/или энергии, которое произошло при их контакте. То есть при информационном взаимодействии как бы не соблюдается принцип сохранения энергии и вещества.
Чтобы подсчитать разницу между полученной НБИ от АБИ энергией и энергией, затраченной НБИ на реализацию модели поведения, нужно иметь точное физическое описание активированной модели поведения НБИ. Например, в модели рефлекса отдергивания руки при прикосновении к горячей плите, следует рассчитать, сколько энергии получили от плиты холодовые рецепторы и сколько затрачено организмом энергии на отдергивание руки. Разница между полученной и затраченной человеком энергии и укажет на информационное, а не физическое взаимодействие.
Таким образом, информационное взаимодействие может наблюдаться только в том случае, если, по крайне мере, один из взаимодействующих объектов, содержит модели своего поведения, активирующиеся энергией и/или веществом, которые поступают от объекта на входы модели поведения. Следовательно, предложенная интерпретация информации, исключает какую-либо ее передачу между любыми объектами нашего мира и, более того, любое их информационное взаимодействие реализуется через передачу только энергии и вещества, точно так же как и при взаимодействии так называемых физических тел.
Критерием того, что поступившие к НБИ вещество или энергия оказали информационное воздействие (то есть были восприняты входами модели поведения), является расхождение в уровне поступившей энергии и затраченной НБИ энергии на изменение своего положения, например, в пространстве (быстрое, когда субъект мгновенно реагирует, например, отдергиванием руки, или отсроченное, например, отложив перемещение в пространстве на некоторое время, когда, к примеру, «получает информацию» о расписании движения поездов и отправляется в путь спустя несколько дней). Если происходит не информационное взаимодействие объектов, например, неожиданный удар, то перемещение объекта в пространстве будет точно соответствовать поступившей энергии.
Из вышеизложенного также вытекает, что мерой информации в НБИ может быть число входов моделей его поведения. Если считать, что каждый из входов модели может быть активирован в процессе взаимодействия АБИ и НБИ или оставаться в неактивном состоянии, тогда информация в НБИ может быть измерена, как обычно в информатике, двоичным логарифмом от числа входов моделей. В процессе информационного взаимодействия АБИ и НБИ, между поступившей к НБИ энергии, например, на зрительный анализатор, и затраченной НБИ энергией, например, на перемещение тела в пространстве, чтобы избежать замеченной опасности, имеется различие. Отсюда можно предложить новую информационную величину — меру важности поступившей от АБИ информации, как разницу между энергией, которую НБИ затратил в результате активности модели поведения и энергией полученной от АБИ.
Эту новую величину можно интерпретировать следующим образом: чем больше НБИ потратил энергии связанной с активностью его модели поведения (например, на перемещение в пространстве), тем более важна для него полученная информация. Например, передвижение по квартире к звонящему телефону менее энергетически затратно, чем перемещение в другой конец города, вызванное информацией, «полученной» по телефону. Очевидно, что в последнем случае энергии тратится намного больше, чем в первом. А значит, информация, «полученная» по телефону более важна, чем сам телефонный звонок. В первом случае важность информации вычисляется как разность между энергией, поглощенной барабанной перепонкой, и энергией, затраченной на доставку телефонной трубки к уху, а во втором случае, энергией, затраченной на доставку своего тела в другой конец города. В последнем случае важность информации существенно выше, чем в первом. Также следует заметить, что важность информации может быть и критерием наличия информационного взаимодействия между АБИ и НБИ: если важность информации не равна нулю, то информационное взаимодействие состоялось.
Следует обратить внимание, что если положительная величина важности информации всегда свидетельствует об информационном взаимодействии, то равная нулю или даже меньше нуля его не исключает. Равную нулю важность информации при информационном взаимодействии можно наблюдать тогда, когда поступившая от АБИ к НБИ энергия в ходе такого взаимодействия активирует модель поведения, на которую тратится столько же внутренней энергии НБИ или даже меньше поступившей. То есть при равенстве поступившей и израсходованной энергии в процессе информационного взаимодействия между АБИ и НБИ как бы имитируется физическое взаимодействие субъекта и объекта, следующее закону сохранения. Для того чтобы различить в этом случае физическое взаимодействие от информационного, нужно выяснить, на что ушла поступившая к НБИ энергия, и откуда НБИ почерпнул энергию для реализации модели поведения. Если поведение НБИ реализуется за счет ранее накопленной в НБИ энергии, а не полученной в процессе актуального взаимодействия с АБИ, тогда это тоже информационное взаимодействие, но с равенством энергий поступившей и затраченной в процессе информационного взаимодействия.
Приведем пример. Допустим, мужчина увидел фотографию очень привлекательной женщины и в ответ на этот образ у него стимулировалась секреция половых гормонов. При этом можно представить, что энергия, затраченная в организме на стимуляцию нейронами головного мозга секреции половых гормонов вполне равна энергии, полученной зрительным анализатором при поступлении световых волн от фотографии к сетчатке. А может даже и меньше. Нейроны, которые произвели стимулирующие сигналы, использовали для этого синтезированную ранее энергию из глюкозы, которую доставила к ним кровь. Следовательно, поступившая мужчине (НБИ) энергия в процессе информационного взаимодействия с фотографией (АБИ), хотя и равна той, которую была затрачена организмом на реализацию модели стимуляции гормонов, но это ранее накопленная энергия.
В указанном примере имеется возможность отличить информационное взаимодействие от физического при нулевой важности информации только потому, что есть представление о модели поведения НБИ. В противном случае, отличить физическое взаимодействие от информационного невозможно.
Итак, информацию можно обнаружить лишь тогда, когда у НБИ активизируется модель поведения в ответ на энергию (вещество), поступающую от АБИ. Исходя из этого положения, приведем еще пример информационного взаимодействия между неживыми объектами. Рассмотрим систему из двух компьютеров, первый из которых является АБИ, а второй НБИ, то есть от первого компьютера энергия (например, в виде электрических импульсов) поступает ко второму компьютеру, что запускает (активирует) в нем какую-то компьютерную программу (модель поведения, по нашему определению). Поскольку в НБИ-комьютере имеется программа (матмодель) его поведения в ответ на поступающие электрические импульсы от АБИ-компьютера (например, если НБИ-компьютер это робот на колесиках и, допустим, он двигается по комнате определенным образом в зависимости от последовательности электрических импульсов, поступающих от АБИ-компьютера), тогда между этими компьютерами устанавливается информационное взаимодействие, так как оно отвечает всем вышеупомянутым критериям такого взаимодействия. Во-первых, важность информации здесь больше нуля, так как энергия, полученная НБИ-компьютером от АБИ-компьютера, существенно меньше, чем затраченная на передвижение, активированное этими электрическими сигналами. И это расхождение связано с тем, что НБИ-компьютер (робот) реализует активированное АБИ-компьютером поведение (передвижение в пространстве) за счет собственных энергетических ресурсов (например, автономного источника питания робота), а не поступивших от АБИ-компьютера сигналов для модели поведения. Но если даже АБИ-компьютер и будет снабжать НБИ-компьютер энергией для передвижения вместе с сигналами, причем ровно столько, сколько нужно для осуществления этого передвижения, то несмотря на то, что важность информации в этом случае окажется равной нулю, все равно взаимодействие останется информационным. Информационность взаимодействия сохраняется потому, что характер перемещения НБИ-компьютера по комнате определяется его внутренней моделью управления колесами, а не поступающей энергией сигналов, которые лишь активируют эту внутреннюю модель, как это происходило и в примере с выключателем.
Наблюдатель информационного взаимодействия[]
Без наблюдателя нельзя обнаружить информационное взаимодействие. В отсутствии наблюдателя нет возможности оценить процесс взаимодействия АБИ и НБИ, так как оценка такого взаимодействия предполагает взгляд на них со стороны. При этом наблюдателю недостаточно просто иметь возможность созерцать взаимодействие АБИ и НБИ, а он должен быть осведомлен и о модели поведения НБИ. Иначе его возможности установить наличие информационного взаимодействия будут резко ограничены. При отсутствии представлений о модели поведения НБИ, наблюдатель не сможет определить, например, как связана энергия, поступившая от АБИ к НБИ с энерготратами, обусловленными деятельностью модели. Если о модели информационного поведения НБИ наблюдатель не осведомлен, тогда его компетенция ограничена физикой взаимодействия АБИ и НБИ, то есть физическими законами обмена энергией и веществом между ними.
В случае информационного взаимодействия двух компьютеров, когда наблюдатель является и автором модели поведения НБИ-компьютера, наблюдатель оказывается полностью осведомленным о модели поведения НБИ (робота) (рис.6). В этом случае можно очень точно измерить все характеристики информационного взаимодействия компьютеров.
Человек может одновременно выступать при взаимодействии с АБИ и как НБИ такого взаимодействия, и, в то же время, как наблюдатель. В этом случае он осведомлен, по крайней мере, отчасти, о своей модели, которую вызывает АБИ и потому можно назвать такого наблюдателя как внутренне и частично (или полностью, при определенных обстоятельствах) осведомленным наблюдателем. Следовательно, в зависимости от полноты осведомленности, такой наблюдатель может частично или полностью рассчитать параметры информационного взаимодействия.
Человек может быть и сторонним наблюдателем взаимодействия другого человека (НБИ) с АБИ. В этом случае внешний человек-наблюдатель может, потенциально, получить полную или частичную информацию от НБИ-человека о модели, которую вызвал АБИ. Полнота осведомленности в этом случае зависит от сложности модели и качества информационного взаимодействия НБИ и наблюдателя (например, наблюдатель может обладать менее совершенными информационными моделями, чем НБИ). Примером простых моделей являются математические формулы, с которыми НБИ и наблюдатель оперируют идентичным образом. Следовательно, в описанном случае, когда НБИ является человек, то человек-наблюдатель может рассматриваться как внешне и частично (или полностью, при определенных обстоятельствах) осведомленным наблюдателем, а значит и в этом случае возможна оценка наблюдателем, с той или иной долей точности, параметров информационного взаимодействия или, фактически, информации, содержащейся у НБИ.
Простые механизмы познания и информация[]
Открытие законов природы[]
Покажем, как вышеописанное уточнение определение информации может использоваться для описания механизмов познания человеком окружающего мира. Для наглядности, продемонстрируем это на «законе земного притяжения», который мог бы сформулировать трезво мыслящий человек на любой стадии развития общества. Такой человек постоянно наблюдает, что брошенные им предметы всегда падают обратно на землю. Следовательно «закон земного притяжения» мог выглядеть с его точки зрения так: поднятый с земли и затем подброшенный предмет притягивается землей. Вооруженный этим «законом земного притяжения» человек не опасается, например, что брошенный бумеранг, улетит в заоблачную даль и придется, в связи с этим, изготавливать новый.
Для простоты дальнейшего изложения, будем называть модели, которые находятся у человека как НБИ познавательными или информационными. Рассмотрим, как, согласно новому определению информации, используются познавательные модели банка информации для постижения «закона земного притяжения». Опишем для этого, максимально упрощенно, элементы познавательной модели о поведении камня в окружающей среде, которую использует человек, как НБИ, при изучении свойств камня (АБИ), что приводит, в конечном счете, к формулированию «закона земного притяжения». Итак, для формулирования «закона земного притяжения» достаточно извлечь из банка информации модель, состоящую из следующих элементов (рис.7): трехмерное пространство, а также земля, рука и камень в этом пространстве. При этом камень может находиться в одном из трех конечных положений — на земле, в руке или над землей. Кроме того, в модели предполагается, что камень можно свободно перемещать в трехмерном пространстве. Такая познавательная модель может использоваться для описания, по крайней мере, трех очевидных явлений (рис.7): 1) камень падает на землю; 2) камень устремляется вверх и исчезает; 3) камень остается в руке; 4) камень зависает между землей и рукой. Для того чтобы из возможных явлений выбрать правильное, человек должен провести эксперимент с камнем: выронить камень из руки, например. В результате многократных повторений такого эксперимента с камнем, человек наблюдает только реализацию первого из потенциально возможных явлений — падение камня на землю. В итоге, он формулирует закон земного притяжения — поднятый с земли камень всегда падает обратно на землю.
Познавательная модель с 4 вариантами возможного поведения камня должна присутствовать в мозгу человека (возможно, явно им не осознаваемо, а на уровне подсознания) до начала эксперимента, иначе ему не из чего конструировать «закон земного притяжения». Ведь восприятие движения камня, в том числе и по направлению к земле, осуществляется в рамках большой познавательной модели окружающего мира, которая формируется у человека в процессе взаимодействия (тоже информационного и по нашей схеме) организма и окружающей среды, с момента зарождения. И если не сформировано восприятие (модель) движения камня от руки к земле, то такое движение для человека практически отсутствует. В этом случае человек бы наблюдал, вероятно, исчезновение камня, то есть пятый вариант поведения камня и сделал бы вывод, что брошенный камень исчезает неведомо куда.
Мера важности информации в законах природы[]
Итак, возвратимся к рассмотренной выше оценке важности информации. В примере с земным притяжением, световая энергия, поступающая к зрительному анализатору от камня, запускает познавательные механизмы, которые, в конечном счете, выбирают из банка информации познавательную модель «земного притяжения», отражающую первый из четырех возможных вариантов «закона земного притяжения». Такая модель, по сути, и оказывается носителем информации для человека о земном притяжении. Как подсчитать, сколько информации «получено» в этом эксперименте? Можно, например, допустить, что объем информации в данном случае выражается числом состояний, которые могут быть реализованы в познавательной модели — их, допустим, два (камень упал или не упал на землю), а, следовательно, имеем один бит информации.
А теперь оценим важность «закона земного притяжения», исходя из предложенных выше расчетов для важности информации. Итак, энергия, поступившая в зрительный анализатор от камня ничтожно мала. Более того, поскольку сформулированный закон далее не перепроверяется, то можно считать, что энергия тратится только на хранение закона в мозге (например, в виде выбранной модели 1), что тоже не требует большой траты энергии. А с другой стороны, каждый раз, когда человек пользуется этим законом для достижения какой-то цели, он тратит заметное количество энергии. Например, он разбивает камнем орех, на что тратит большое количество энергии, используя информацию (познавательную модель), что поднятый с земли камень будет падать на орех, а не взлетит вверх. Следовательно, при каждом использовании закона, его важность возрастает, так как увеличивается разница между энергией, которая была затрачена на «получение» информации (активацию познавательной модели) об этом законе и энергией, которая расходуется при применении этого закона. Вероятно, в этом кроется причина того, что мы так почитаем людей, открывших законы природы, то есть извлекших из своего банка информации познавательную модель, пригодную для многоразового использования и легко распространяемую среди людей.
Познавательный потенциал и его пределы[]
Теперь ответим на вопрос, откуда берутся модели, например, у человека, которые он использует для формирования представлений об окружающей его среде?? Исходя из сказанного, нужно сделать допущение, что эти модели заданы от рождения или, по крайней мере, могут генерироваться случайным образом в некотором участке мозга. Правильная модель, то есть отражающая законы природы, отбирается в процессе экспериментального информационного взаимодействия с внешней средой по механизму, описанному в примере с «законом земного притяжения». Следовательно, человек информирован (реально и потенциально) настолько, насколько он обеспечен моделями окружающей его действительности. Или, с другой стороны, познавательные возможности человека ограничены числом моделей окружающего его мира, которые содержатся в его мозге.
Отсюда вытекает любопытное следствие, что все без исключения психически нормальные люди являются потенциальными гениями, поскольку у каждого человека от рождения уже имеется весь набор представлений об окружающей действительности, но он просто не активирован. И отличие гения от обычного человека заключатся лишь в том, что гений в состоянии активировать познавательные модели без посторонней помощи, а все остальные люди — только посредством гения. При этом гений так представляет открытую познавательную модель людям, что она немедленно у них активируется.
С этой точки зрения обучение представляет собой лишь активирование потенциальных познавательных моделей. Можно предвидеть возражение, что не все люди могут сходу осмыслить, например, теорию поля в физике или генетику в биологии. Но это связано лишь с тем, что для понимания сложных познавательных моделей нужно активизировать достаточно много вспомогательных. Такая активизация вспомогательных моделей достигается специальным обучением в качестве профессионала биолога или физика, например.
Исходя из этих представлений, можно ввести понятие познавательного потенциала и степени исчерпания познавательного потенциала. Познавательный потенциал естественно измерять числом моделей, среди которых выбирается правильная. В нашем примере с земным притяжением познавательный потенциал равен 4. Степень исчерпания познавательного потенциала можно определить как число использованных моделей среди мыслимых. В нашем примере с земным притяжением на сегодня использована модель 1 (камень падает на землю) и мы осведомлены о невесомости, то есть использована и модель 3. Следовательно исчерпание познавательного понециала = 2/4*100 = 50 % , а значит мы наполовину исчерпали свой познавательный потенциал, связанный с гравитацией. Понятно, что приведенный пример не отражает действительного положения дел в современной теории гравитации, а лишь иллюстрирует предложенную теорию информации. Но вместе с тем, указанные подходы очевидно применимы и к оценке реальных познавательных процессов.
Неоднозначность представлений о мире[]
Рассмотрим снова пример с выключателем (рис.8), когда в информационном взаимодействии участвуют: некто нажимающий на выключатель (АБИ), электрическое устройство (НБИ) и Наблюдатель. Допустим теперь, что описанная выше точная схема (модель) устройства (лампочка-выключатель-провода-источник питания) неизвестна Наблюдателю, так как она скрыта от него коробкой. Наблюдатель лишь видит положение кнопки выключателя (включено-выключено) и свет лампочки (светит или нет). То есть мы рассматриваем ситуацию, которая в кибернетике известна как взаимодействие с «черным ящиком», устройство которого нужно угадать, действуя на его входы (выключатель) и наблюдая за результатом, то есть состоянием лампочки.
Исходя из результатов взаимодействия АБИ и НБИ, Наблюдатель может предложить, например, следующие варианты внутреннего устройства (информационные модели) «черного ящика»:
1) модель, соответствующая реальной внутренней схеме (лампочка-выключатель-провода-источник питания);
2) модель, состоящая из дублирующих проводов, например, на случай отказа одной из линий;
3) модель, состоящая из двух источников питания, для увеличения длительности энергоснабжения;
4) модель, с двумя меняющимися лампочками, на случай, если какая-то перегорит
и т. п.
Любая из вышеперечисленных моделей будет пригодной для объяснения поведения «черного ящика» в ответ на нажатие на выключатель. Более того, одно и то же поведение «черного ящика» (НБИ) в ответ на нажатие выключателя (АБИ) может быть в равной степени хорошо объяснено практически бесконечным множеством вариантов моделей его строения. Возникает такое ощущение, что неправильных описаний наблюдаемого поведения НБИ бесконечно много, в то время как на самом деле НБИ ведет себя в соответствии с одной, совершенно определенной познавательной моделью, по крайней мере, когда какое-то поведение реализовано.
В связи неоднозначностью представлений о познавательных моделях, возникают, по крайней мере, три вопроса. Во-первых, почему так много моделей годятся для описания поведения НБИ? Во-вторых, как из этого множества мыслимых и правильно описывающих наблюдаемое явление познавательных моделей, выбрать наиболее правдоподобную? В-третьих, что может служить критерием неправильно выбранной для объяснения явления познавательной модели?
Исходя из первого примера с лампочкой, дадим ответ вначале на вопрос — почему так много моделей годятся для описания наблюдателем поведения НБИ? Как мы видим, любой из вышеописанных вариантов строения модели поведения НБИ выглядит разумным, то есть не противоречит наблюдаемому поведению электрического устройства. Что это значит? А то, что предложенные варианты строения модели НБИ могут быть в принципе реализованы в этом мире, если того потребуют обстоятельства. Например, для обеспечения высокой «живучести» НБИ, как в нашем примере с дублированием элементов в электрическом устройстве.
В живой природе, например, как минимум с дублированием встречаемся на каждом шагу: два глаза, два уха, четыре конечности, множество листьев на деревьях и т. п. Отсюда можно сделать вывод, что у человека, как несравненно более сложного создания, чем выключатель с лампочкой, содержится огромный спектр и действующих и неактивных, до поры до времени, познавательных моделей окружающего мира, которые гарантируют ему высокую степень выживания в среде обитания. Причем, когда модель поведения НБИ скрыта от Наблюдателя (как в примере с лампочкой), то Наблюдатель может подобрать, из имеющегося у него в банке моделей, целый спектр подходящих. Это связано с известным в моделировании принципом: чем более сложная по строению модель используется для описания явления, тем легче с ее помощью имитировать явления природы. Так как усложнению представлений о простом процессе (пример с лампочкой) практически нет предела, то и моделированию простых процессов практически нет предела усложнений. Более того, чем проще устроен наблюдаемый процесс, тем большим числом моделей его можно описать.
В случае простых по механизму явлений природы, выбор из мыслимых моделей его описания основывается на принципе минимальной сложности («бритва Оккама»): не следует вводить сущностей сверх необходимых. На эту тему довольно увлекательно рассуждает кандидат физико-математических наук В. Б. Губин в свой статье «Об одном варианте принципа бритвы Оккама», с которой можно ознакомиться в Интернете по адресу http://sky.kuban.ru/Phys-Math/gubin/8.HTM.
Если же Наблюдатель сталкивается с явлением, уровень сложности которого превышает его познавательный потенциал (то есть в его банке информации отсутствует модель процесса, равная или превышающая по сложности наблюдаемое явление), тогда принципы его описания Наблюдателем будут кардинально отличаться от моделирования простых явлений. Для предсказания поведения сложного явления, Наблюдатель будет вынужден строить целый спектр познавательных моделей, каждая из которых будет правильно описывать только одну из сторон сложного явления природы. Но Наблюдатель не будет в состоянии предложить единую познавательную модель такого сложного явления, которая была бы применима для всех случаев. Строение живых организмов и окружающий нас мир как раз и относятся к явлениям, сложность которых, по крайней мере, на сегодня, превышает познавательный потенциал человечества. Критерием непостижимости окружающего нас мира как раз и является прогресс науки и, более того, разнообразие наук — каждая из них объясняет только один из аспектов природы, и нет ни одной из них, которая бы объясняла все и сразу.
Итак, исходя из вышесказанного, можно сформулировать два основных принципа, которыми руководствуется Наблюдатель при выборе познавательной модели среди множества мыслимых? Первый и практически наиболее широко используемый — принцип максимально возможной простоты. Второй, которым на сегодня руководствуются исследовали, предлагающие теории строения нашей Вселенной. Он заключается в максимально возможном охвате одной моделью окружающей действительности, чтобы с ее помощью можно было объяснить все явления нашей Вселенной.
Продемонстрируем использование этих принципов на примере выключателя. Исходя из максимальной простоты, наиболее адекватной нужно считать модель (1), поскольку она состоит из минимального числа элементов, полностью объясняющих свойства выключателя. Если мы теперь постараемся построить модель, которая включала бы все мыслимые модели строения выключателя, тогда она будет выглядеть так: произвольное число (число n, на математическом языке) выключателей, лампочек, источников питания и проводов, но соединенных единообразно, как в модели 1, которая состоит единичных элементов. В случае, когда n = 1 мы получим модель 1 из единичных элеменов; когда n = 2 для проводов, а для остальных элементов n=1, тогда это модель 2; когда n = 2 для источников питания, то это модель 3, а если n = 2 для лампочек, то это модель 3. Таким образом, общая модель, состоящая из n-ного числа элементов, описывает модели с любым числом элементов, даже не указанные в примере.
Приведенный пример «всеобщей» модели хотя и простой, но он дает достаточное представление о возможном способе построения сложных моделей, которые могут отражать практически безграничное число мыслимых в природе процессов. С другой стороны, именно чрезвычайно простая модель строения выключателя позволяет очень легко предложить обобщенную модель такого типа устройств.
Предел познаваемости мира[]
На первый взгляд, кажется совершенно безумной идея поиска такой единой универсальной модели нашей Вселенной, которая бы могла объяснить все многообразие проявлений окружающей нас действительности, в том числе феноменов жизни и разума. Тем не менее, такие амбициозные задачи ставят перед собой некоторые ученые, практически исключительно физики и математики. Теологов не берем в расчет, так как предмет статьи — современная наука, а не религия.
Вероятно, вдохновляет ученых на решение сверхзадачи «Объять необъятное» наглядный пример — существование нашей Вселенной, в которой все сущее подчиняется определенным законам. А это указывает, с точки зрения логики, на вероятность какого-то всеобщего закона, из которого вытекают все остальные частные, по которым живет мир. Но нельзя исключить, что рождение и развитие Вселенной происходило по таким законам, которые не сводимы к методам современной математики или другим, доступным человечеству, как виду, аналитическим методам. Ведь для животных математические методы анализа абсолютно непостижимы. Следовательно, нельзя исключить, что строение Вселенной непостижимо для человечества, если оно в принципе не в состоянии овладеть адекватными для такой задачи методами анализа.
Но даже если допустить, что человеческий интеллект позволяет открыть всеобщий закон, по которому живет и развивается наш мир, то остается неясным можно ли экспериментально доказать верность открытого универсального закона природы, как например, законов Ньютона. Опыт развития физики, космологии и биологии, например, показывает, что расширение знаний в этих областях сопровождается ростом технических требований к исследовательским методам. Сравним, например, техническое обеспечение физических экспериментов для доказательства законов Ньютона и известной формулы Эйнштейна. Или, законов генетики, открытых Менделем на грядке с бобами и современных исследований генетиков, которые технически доступны только высокоразвитым странам. Человечество не в состоянии технически освоить даже свою Галактику, чтобы экспериментально проверить свойства, которые предполагают ученые-теоретики. Дальнейшему погружению в микромир также препятствуют ограниченные технические возможности человечества. Не говоря уже о том, что время научного наблюдения за Вселенной человечеством, по сравнению с ее возрастом, просто ничтожно.
Но, возможно, познавательные перспективы человечества не так мрачны. Во-первых, относительно времени наблюдения. Многое зависит от обычно существенной разницы между скоростями изучения и возникновения объекта. Статья, например, пишется намного дольше, чем читается. Аналогично и во Вселенной. Мы ведь не создаем Вселенную, а всего лишь стараемся понять ее законы. На это вполне может хватить жизни человечества, если не произойдет планетарный катаклизм, который его преждевременно погубит.
Естественный вселенский отбор[]
С точки зрения дарвиновской теории эволюции, успешное познание Вселенной нужно человечеству, как виду, для выживания за пределами Земли. Следовательно, не исключено, что человечество как раз и наделено достаточно высоким для выживания во Вселенной темпом ее познания.
Осознание человечеством этой сверхзадачи — распространение жизни за пределы Земли, может быть тем стимулом, который заставит его выделять на научные исследования существенно больше ресурсов, чем оно это делает сегодня.
Врожденные интеллектуальные ресурсы человека и научный эксперимент[]
Если считать, что времени для познавательной деятельности человечеству отпущено достаточно, то самым важным, в плане познавательного потенциала человечеством законов Вселенной, является врожденный интеллектуальный ресурс человека. Если исходить из предложенной концепции познания, то, по сути, все что мы познаем, это модели окружающей действительности, которыми каждый из нас снабжен от рождения. Следовательно, основа наших знаний, как текущих, так и будущих находится не в бескрайних просторах Вселенной и не глубоко в микромире, а сосредоточена в нас самих. Исчерпав все мыслимые модели окружающей нас действительности, которые находятся в мозге человека, мы, одновременно исчерпаем и познавательный потенциал человечества.
Но если, исходя из вышесказанного, для изучения окружающего мира достаточно исследовать познавательные модели человека, тогда зачем нужны различного рода научные эксперименты, которые считаются фундаментом любой науки? К сожалению, у нас нет пока никаких других критериев оценки правильности модели, кроме сопоставления ее гипотетических (абстрактных) свойств и реально наблюдаемых. С помощью такого сопоставления выясняется, в каком из мыслимых интеллектом миров мы живем на самом деле. Или другими словами, какими реально свойствами обладает наблюдаемый объект, по сравнению со всеми мыслимыми.
Опишем типичный научный эксперимент, воспользовавшись примером с выключателями. Пусть доступна только кнопка выключателя и через микроскопическое отверстие мы можем наблюдать только свет от лампочки, но не саму лампочку (рис.9). Допустим, у есть две гипотезы (модели) электрического устройства: 1) все элементы единичные; 2) в выключателе 2 лампочки, которые автоматически сменяются, если одна из них перегорает. Как можно выяснить, какая из гипотез верна? Все зависит от наших технических возможностей! Если есть возможность вскрыть коробку, в которую заключен выключатель со всем своим содержимым, в том числе и с лампочками, тогда внутреннее его устройство станет очевидным и на этом эксперимент закончится. Но, к сожалению, в научном исследовании таких фантастических технических возможностей не бывает.
Обычно, доступна наблюдению только какая-то часть объекта исследования, по свойствам которой ученый должен угадать строение объекта в целом. Например, возможно лишь сколько угодно раз нажимать кнопку и наблюдать свет лампочки, исходящий из микроскопического отверстия. Может ли экспериментатор в этом случае установить сколько лампочек внутри выключателя? Вряд ли. То есть это познавательная задача, для которой нет решения, ввиду отсутствия технических возможностей. Но можно тогда упростить задачу, чтобы получить хоть какую-то содержательную информацию о лампочке. Допустим, что выключателей с лампочкой очень много. Тогда поставив их все в положение «включено», можно выяснить, хотя бы, сколько времени в состоянии светить лампочка. В результате такого эксперимента можно установили, допустим, что часть устройств горит в два раз дольше других. Отсюда можно сделать вывод, например, что в одной части выключателей в два раза больше лампочек, чем в другой. Но если при этом ихвестен размер лампочек, то, измерив коробку с лампочкой и выключателем, можно обнаружить, что в коробку не помещается более двух лампочек. Теперь возможно сделать обоснованный (но косвенный!) вывод, что часть выключателей содержит одну, а другая часть — две лампочки. Таким образом, ответ на поставленный «научный» вопрос о числе лампочек в устройстве получен не исчерпывающий, но, по крайней мере, показано, что в природе, вероятно, существуют выключатели с одной и с двумя лампочками.
Даже из этого простейшего примера исследовательского эксперимента очевидно, насколько сложен процесс изучения объектов природы, когда доступной изучению является лишь небольшая его часть. И из выше представленного описания исследовательской деятельности, очевидно, почему мыслимые модели поведения окружающей действительности необходимо проверять экспериментально. Только так в этом случае возможно отличить мыслимые модели объектов, от реально отражающих их свойства. Отсюда также следует, что для того, чтобы узнать, как устроен окружающий нас мир на самом деле, современные научные методы требуют реального взаимодействия человечества с физическими макро-, микро-мирами, а также с миром живой природы.
Ссылки[]
- Кузнецова Н. А., Полонникова Р. И. и Юсупова Р. М. Состояние, перспективы и проблемы развития информатики.-"Проблемы информатизации. Теоретический и научно-практический журнал". РАН, Министерство науки и технологий РФ. Вып. 1, 2000 г. с. 5-12
- Страница 0 - краткая статья
- Страница 1 - энциклопедическая статья
- Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
- Прошу вносить вашу информацию в «Информация и механизмы познания мира 1», чтобы сохранить ее