Философия информации и сложных систем
Количественные теории информации Мера Шеннона. Качественный аспект информации. Определение понятия системы. Законы диалектики и информации, законы природы и причинность. Особенности социальной информации. Научно-техническая информация и познание.
| Рубрика | Философия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.02.2009 |
| Размер файла | 131,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Высший код может быть разложен на знаки низшего кода, так как каждый знак высшего кода является результатом соединения определенным образом в пространстве или во времени некоторого числа низших знаков. Но заменить высший код низшим нельзя, так как переход от низшего кода к высшему есть качественный скачок.
Остановимся на характеристике процессов регулирования и управления в кибернетических системах (как живых, так и технических). Общей чертой всех кибернетических систем является то, что на протяжении всего периода существования они защищают сами себя от внешних возмущений ([А10], [А11], [Б19]). К этой защитной функции может быть так или иначе сведен обширный спектр более частных функций. Покажем, что основу и сущность данной функции составляют информационно-отражательные процессы.
Под возмущением понимают воздействие на систему, стремящееся перевести ее из одного состояния в другое. Возмущения могут быть как внешними, так и внутренними, связанными с нарушением функционирования какого-либо органа внутри системы. Поскольку состояние системы характеризуется информационным содержанием (= разнообразием), то действие возмущения есть изменение разнообразия системы. Очевидно, не всякое изменение состояния системы совместимо с ее существованием. Так, при воздействии системы «кошка» на систему «мышь» последняя уничтожается (теряет свое прежнее качество). Таким образом, существование системы возможно лишь в определенном диапазоне изменения ее состояний.
Если под воздействием определенных возмущений система остается в пределах допустимых состояний (сохраняет свою качественную определенность), говорят, что она устойчива по отношению к данному типу возмущений. Устойчивость системы может быть достигнута двумя путями: во-первых, если на пути разнообразия возмущений ставится пассивная преграда, во-вторых, если возможна активная защита от него.
Первый способ защиты применяется, в основном, сравнительно примитивными животными. Примерами могут служить всевозможные раковины и панцири. Однако основным способом сохранения устойчивости кибернетических систем является активная защита, состоящая в том, что между источником возмущений и системой ставится регулятор. Основная функция регулятора -- в ответ на разнообразие возмущений вырабатывать контрразнообразие компенсирующих действий.
Процессы, происходящие во всех типах регуляторов, подчиняются фундаментальному закону, называемому законом необходимого разнообразия (У. Росс Эшби). Суть его состоит в следующем. Для того чтобы ответная реакция регулятора была адекватна возмущению, необходимо, чтобы регулятор сначала воспринял, отразил возмущение, вычленил существенную информацию о нем. А это означает, что информационная емкость (= разнообразие состояний) регулятора должно быть не меньше, чем разнообразие возмущений.
В процессе эволюции живых существ преимущество получили не «панцири», а «мозги». Совершенствование технических устройств также шло по линии от пассивной к активной защите. Наиболее общим механизмом активной защиты является управление по принципу обратной связи. Возмущения -- это, по большей части, непредсказуемые, случайные процессы. Система, как правило, «узнает» о возмущении лишь после того, как подвергнется его действию и окажется переведенной в другое состояние, отличное от запланированного. Различие между заданным и действительным состоянием (между целью и результатом) оказывается сигналом для приведения в действие регулятора. Цель регулирования заключается в том, чтобы уменьшать данное различие (отрицательная обратная связь).
Рассмотрим обобщенную схему системы с обратной связью (см. рис.) [Б14]. Стрелками показаны направления передачи информации. Система
получает информацию о внешнем мире (M) и обрабатывает ее, после чего воздействует на внешний мир, передает ему часть информации (N). Известно, что только такая структура позволяет хранить и накапливать информацию. В ряде случаев количество информации, заключенной в системе, будет увеличиваться не непосредственно в результате внешнего воздействия на систему, а в результате взаимодействия потоков информации внутри самой системы. А именно, проходящий сквозь систему поток M-A-B-N взаимодействует с внутренним потоком B-C-D-A таким образом, что общее количество информации увеличивается.
Информация, циркулирющая по замкнутому контуру A-B-C-D-A, называется к связанной информацией, и может считаться частью структуры системы. Это устойчивые знания системы о внешнем мире, те знания, которые постоянно нужны для поддержания функционирования системы. Именно накопление связанной информации противостоит естественному процессу возрастания энтропии и обусловливает прогрессивное развитие системы, т.е. закономерное усложнение ее структуры, повышение уровня организации. Как видно из схемы, связанная информация может накапливаться в результате переработки свободной информации, т.е. той информации, которой система обменивается с внешним миром (M-A-B-N).
Системы, способные обмениваться информацией с внешним миром, подобно показанной на рис., называются открытыми. Системы можно классифицировать по их способности к взаимодействию и способности использовать информацию. (см. табл.)
|
Открытые системы |
Системы, способные воспринимать, хранить, терять, накапливать и использовать свободную и связанную информацию |
Информационные системы |
|
|
Системы, способные передавать свободную информацию и терять связанную информацию |
Неинформационные системы |
||
|
Закрытые системы |
Системы, способные лишь терять связанную информацию |
Управление в ибернетических системах можно разделить на три типа: самосохранение, саморазвитие и самовоспроизведение [А11]. Эти типы управления связаны с различными классами разнообразия и с различными видами генетического тождества.
В случае самосохранения конечная цель управления заключается в сохранении целостности, качественной определенности системы. Примером может служить относительная неизменность любого организма в его зрелом возрасте, нормальное функционирование кибернетических устройств, работающих по принципу обратной связи. Характерная черта этого типа управления -- сохранение информационного содрежания структуры кибернетической системы и постоянство цели управления. При самосохранении кибернетическая система остается тождественной самой себе в структурном отношении. Назовем этот тип тождества генетическим тождеством первого рода.
Саморазвитие -- более сложный тип управления. С точки зрения самосохранения необязательно совершенствование, прогресс системы. Саморазвитие же предполагает накопление структурной информации, а значит и изменение структуры. Система, саморазвиваясь, уже может изменять свой тип целостности, качественной определенности, оставаясь в то же время сама собой. Этот, более высокий тип тождества можно назвать генетическим тождеством второго рода. Примером саморазвивающихся систем могут быть эмбрионы, молодые, не достигшие зрелости организмы, а также самообучающиеся кибернетические устройства.
Еще более сложный тип управления -- самовоспроизведение. Он свойствен живым организмам и обществу (экономике, науке, культуре и т. д.). Имеются и первые искусственные самовоспроизводящиеся системы -- компьютерные вирусы, относящиеся не к классу устройств, а к чисто информационным образованиям. Общим для всех процессов самовоспроизводства является то, что при сохранении или даже увеличении информационного содержания одной системы ею прождается другая система, как правило, способная к саморазвитию. Иными словами, информация от первой системы не отбирается, а дублируется, причем частично. Потомок создается не как законченная и точная копия предка, а как «заготовка», наследующая лишь главные особенности структуры и способная самостоятельно накапливать информацию. Предок и потомок -- это две различные системы, занимающие различные области в пространстве и существующие в различные промежутки времени. Поэтому то тождество, которое существует между ними (генетическое тождество третьего рода), имеет еще более высокий тип.
Общий вывод из приведенного рассмотрения состоит в том, что управление всегда связано или с сохранением, или с увеличением структурной информации системы. Впрочем, этот вывод нельзя абсолютизировать и считать, что если система имеет управление по принципу обратной связи, то ее информационное содержание не может уменьшаться. Дело в том, что управление в системе осуществляется лишь в отношении определенных возмущений, а другие возмущения не устраняются. В случае действия непредусмотренного возмущения, от которого система не может защититься, ее информационное содержание может снижаться. Таким образом, управление связано с сохранением или повышением количества информации лишь в определенном отношении и в определенных пределах.
Отражение и информация в кибернетических устройствах имеют ряд черт, присущих отражению и информации в неживой природе [А6]. Это связано с тем, что субстратом отражательных процессов, элементами кибернетических устройств являются неживые объекты, функционирующие по закоам физики. Однако организация этих устройств принципиально отличается от организации систем неживой природы, ибо они воплощают замысел человека.
В неживой природе информационные процессы не выделены из энергетических. Любая неживая система участвует в информационном процессе «целиком», всей своей структурой. У нее нет специального органа, отдела, который бы отвечал за информацию. В отличие от этого, кибернетические системы обладают такой структурой, благодаря которой они способны выделить информационое содержание из несущего его потока вещества или энергии.
Специфической чертой отражения в кибернетических устройствах является то, что при помощи свойства отражения, присущего неживым объектам моделируются информационно-отражательные процессы, присущие живой природе и даже обществу. Процессы отражения в неживой материи при создании кибернетических устройств организуются и упорядочиваются таким образом, чтобы сопутствующие им информационные процессы были изоморфны (в общем случае гомоморфны) информационным процессам, протекающим в биологических и социальных системах. Материальные носители низших форм отражения несут информационную нагрузку, свойственную высшим формам отражения. Эта особенность отличает отражение в кибернетических устройствах от прочих форм отражения и позволяет говорить об особой кибернетической форме отражения [А10].
Информация в теоретико-игровых моделях
К новому пониманию информационных процессов можно прийти, если в качестве источника возмущений, действующих на кибернетическую систему, рассмотреть другую кибернетическую систему [А10]. Иными словами, рассматриваются две системы, находящиеся в состоянии конфликта. В цели каждой из двух систем входит помешать другой системе в достижении ее целей и оградить себя от помех со стороны соперника. Математическая теория, изучающая подобные процессы, называется теорией игр. Многие ситуации, возникающие в жизни общества и в технике, допускают теоретико-игровую формализацию.
Примем частное определение информации как снятой неопределенности. Большая часть игр так или иначе связана с неопределенностью. Рассмотрим различные виды игровой неопределенности и соответствующие им виды информации.
В играх, известных под общим названием азартных, основной вид неопределенности -- это статистическая неопределенность. Игрок не знает заранее, как ляжет карта, или какая цифра выпадет при бросании кости. Однако важной чертой статистической неопределенности является то, что априори известны вероятности всех возможных исходов. Чисто азартные игры (кости, орлянка, рулетка) -- это игры исключительно статистические, других типов неопределенности они не содержат. Вся статистическая неопределенность полностью устраняется при очередном ходе. Итак, статистическая неопределенность связана с объективно случайным характером процессов, используемых в игре.
Другой тип неопределенности характерен для так называемых игр с полной информацией (шашки, шахматы, рэндзю, решение головоломок типа кубика Рубика). В любой момент игрок обладает полной информацией о текущем положении дел. С формально-математической точки зрения, принципиально возможно перебором всех возможных вариантов и прослеживанием всех возможных последствий выбрать оптимальный ход. Однако число возможных ходов и их последствий настолько огромно, что на практике этого невозможно сделать. Неопределенность этого типа называется комбинаторной.
Статистическую, комбинаторную и некоторые другие типы неопределенности объединяет то, что неопределенность связана исключительно с самой по себе игровой ситуацией (раскладом карт, расположением цветов на гранях куба), то есть с синтаксическим аспектом информации о состоянии игры. Синтаксическая неопределенность может быть связана как с ходом противника (я не знаю, что выпадет на рулетке), так и с собственным ходом (я не знаю, на какое число поставить).
Неопределенность более высокого типа связана с тем, что игрок, пусть даже обладая полной информацией на синтаксическом уровне, не может до конца выяснить ее смысл. Неопределенность этого типа называется семантической. Неопытный шахматист, играя с гроссмейстером, не сразу поймет, что последовательность ходов противника вместе составляет единый маневр. Возможна также семантическая неопределенность своего хода (я не знаю, какой маневр предпринять) и семантическая неопределенность в отношении действий противника.
Семантическая неопределенность всегда существует в такой игровой ситуации, как научное познание (игра с природой). Такие постоянно развивающиеся формы, как понятия, категории, теории включают на семантическом уровне наряду с определенностью также некоторую неопределенность. Семантической неопределенностью обладают совокупности экспериментальных данных (неизвестно, какой закон за ними кроется).
Если синтаксическая неопределенность связана только со структурой множества возможных ходов (своих или противника), то семантическая неопределенность связана еще и с особенностями отражения этого множества в системе (сознании игрока). В случае статистической неопределенности при незнании конкретного исхода следующего хода все же известно распределение вероятностей, а в случае семантической неопределенности неизвестны даже вероятности.
Наиболее сложный вид неопределенности в игре -- это стратегическая неопределенность. Игрок не знает, какого образа действий придерживается противник, какие цели перед собой ставит. Неопределенность этого типа обычно несвойственна играм (в обычном смысле этого слова): цель игры четко определена правилами, но присуща различным сферам человеческой деятельности (бизнес, политика и т. д.). Информация, снимающая стратегическую неопределенность -- это стратегическая информация.
Частным случаем стратегической неопределенности является неопределенность прагматическая, состоящая в незнании (вернее, в неполном знании) игроком собственных целей. Прагматическая неопределенность связана с неадекватностью и неполнотой самоотражения субъекта, с неполной информацией о себе и о своем месте в игровой ситуации.
Между видами неопределенности и соответствующими видами информации обнаруживаются отношения взаимной подчиненности. Пока я не знаю, чего хочу сам, для меня бесполезна информация о стратегии других людей. Только когда мои цели определены, эта информация становится мне нужна -- для выработки собственной стратегии. Лишь после того как продумана стратегия, можно планировать тактику -- определять смысл (семантику) более мелких этапов. И лишь после этого можно переходить к уровню синтаксиса -- планировать и совершать отдельные поступки.
При сборе сведений о противнике информация проходит лестницу уровней в обратном направлении. Естественно, что противник никогда сам не раскроет свою тактику (семантику) и тем более стратегию (прагматику). В лучшем случае я могу надеяться получить синтаксическую информацию -- какие конкретные действия предпринимает противник, какими сообщениями обменивается по каналам связи (хотя и синтаксическая информация обычно засекречивается). Информацию высших уровней можно получить лишь путем анализа, переработки и обобщения непосредственно получаемой информации о действиях противника.
Связь информации с законами и категориями диалектики
Законы диалектики и информация
Диалектика, как известно, представляет собой всеобщую теорию развития. Поэтому действие основных законов диалектики проявляется, главным образом, при анализе информационных процессов (а не информации в одномоментном срезе). Рассмотрим по очереди три основных закона диалектики в приложении к движению информации ([А6], [А11], [Б1], [Б3]).
Закон единства и борьбы противоположностей. Причину всякого информационного процесса, как и всякого вообще процесса, составляет взаимодействие двух противоположных начал. Так управление по принципу обратной связи основано на различии, несовпадении «желаемого» и «действительного» состояний системы и направлено на устранение разрыва между ними. В процессе обмена информацией между системой и внешней средой, как правило, имеет место противодействие системы негативным влияниям среды. Внутренняя противоречивость процессов управления заключается еще и в том, что самовоспроизводящиеся и самосовершенствующиеся системы в процессе функционирования, оставаясь в одном отношении тождественными самим себе (хотя бы генетическое тождество сохраняется всегда), в другом отношении могут претерпевать существенные изменения, вплоть до изменения своей качественной определенности.
Противоречивую роль информационных процессов раскрывает закон необходимого разнообразия Эшби. Хотя информация сама по себе связана с разнообразием, различием, ее использование в сложных самоуправляемых системах направлено на сохранения тождества. Только постоянно изменяясь под воздействием окружающей среды, только отражая ее изменения, система может остаться собой, сохранить свое качество.
Рассмотрим следующую ситуацию. Пусть мы пытаемся узнать что-либо об определенном объекте. Наши начальные представления о нем характеризуются полной неопределенностью. Это означает, что разнообразие возможных (с нашей точки зрения) предположений относительно данного объекта максимально. Всякий раз, когда мы узнаем об объекте что-то новое, круг допустимых предположений сужается, то есть, уменьшается разнообразие гипотез. В этом отношении получение информации есть ограниячение разнообразия (что равносильно рассматриваемому в статистической теории устранению неопределенности). В другом отношении получение информации сопряжено с нарастанием разнообразия. А именно, возрастает разнообразие тех достоверных фактов, которые нам известны и тех следствий, которые могут быть нами из них получены, иными словами, возрастает сложность имеющейся у нас картины мира.
Прогрессивное развитие всегда связано с ограничением разнообразия. Из множества возможных сценариев эволюции на практике реализуется только один. Из сотен тысяч органических молекул в живые организмы входят лишь сотни, из сотен аминокислот -- лишь 20 и т. д. Но этот процесс сопровождается увеличением сложности, внутреннего разнообразия прогрессирующих систем, в частности, усложнением поведения (= увеличение разнообразия реакций) живых существ. Итак, любой процесс движения информации связан с уничтожением, ограничением одного вида разнообразия и одновременным увеличением другого его вида.
Закон перехода количественных изменений в качественные. В процессе эволюции любой системы происходит накопление заключенной в ней информации. На первых этапах приспособления к новым условиям внешней среды информация о среде накапливается в виде свободной информации. Это чисто количественный рост «знаний» системы о внешнем мире, не приводящий к изменению ее качественной определенности. При достижении определенного порога (при превышении меры) свободная информация переходит в связанную, то есть происходит закрепление полученных знаний в структуре системы. Отныне те или иные особенности среды отражены в системе «жестко» и являются неотъемлемой частью ее самой. Любая перестройка структуры есть, очевидно, качественное изменение.
Количественным накоплением информации сопровождался естественный процесс эволюции материи. Например, можно утверждать, что если информационное содержание объекта составляет несколько десятков бит относительно молекулярного уровня, то это наверняка объект неживой природы. Если же в объекте содержится порядка бит на том же уровне, то это, скорее всего, живой объект.
Закон отрицания отрицания. Этот закон действует в сфере восходящего развития, то есть той линии развития, на которой происходит увеличение информационного содержания систем. В общем случае закон утверждает, что на более высокой ступени развития повторяются некоторые черты, свойственные исходной ступени, причем имеет место не полное копирование, а лишь частичное воспроизведение. В применении к информационным процессам это означает, что информационное содержание, достигаемое системой на последовательных ступенях развития, изменяется за счет поочередных отрицаний отдельных его частей. Второе отрицание, снимающее первое, ведет к частичному воспроизведению на качественно новом уровне информации, обогащенной опытом двух ступеней развития.
Всякий раз, когда развивающаяся система повторяет одну из предшествующих своих черт, это означает воспроизведение прошлой структурной информации. Наилучшим примером может быть то, что высокоорганизованные системы способны привлекать собственный прошлый опыт для решения текущих задач. Допустим, система некогда попадала в определенные условия и выработала оптимальную программу поведения в этих условиях. После этого условия изменились, система вынуждена была отвергнуть прежнюю программу и выработать множество новых. Пусть теперь система попадает снова в условия, подобные первоначальным. Теперь она сможет воспроизвести выработанную ранее соответствующую программу, причем значительно быстрее, чем в первый раз, и значительно качественнее, так как теперь знание системы о внешнем мире обогащено памятью о многих различных ситуациях.
Информация и развитие
Понимание информации как разнообразия тесно связано с наиболее общими представлениями о движении как изменении. Результатом движения системы становится различие (разнообразие) во временном отношении. Движение является атрибутом материи, неотъемлемо присуще материи и такое ее свойство, как различие. Поскольку понятие информации трактуется на основе категории различия, можно предположить, что информация также имеет атрибутивный характер. Связь понятий движения и информации, в частности, такова, что позволяет результат движения отображать методами теории информации. Это имеет большое значение для изучения процессов развития, дает возможность выработать информационный критерий, позволяющий устанавливать степень развития той или иной системы.
Поскольку далее рассматривается лишь развитие каких-либо конкретных систем, то под развитием данной системы понимаются ее внутренние изменения, или изменения ее внутреннего разнообразия. Если внутреннее разнообразие системы не изменяется, то в этом случае движение системы относительно других систем будет «чистым» движением.
Разнообразие, как отмечалось выше, имеет различные уровни, классы и т. д. Внутренне оно может изменяться на уровне: элементов, отношений порядка, прочих отношений и связей, целостности и т. д. Кроме того, возможны различные направления самого изменения разнообразия, например, прогресс и регресс.
Под восходящим развитием, или прогрессом, понимается увеличение внутреннего разнообразия систем. На языке теории информации это означает накопление информации. Нисходящая ветвь развития, или регресс, означает уменьшение внутреннего разнообразия систем или уменьшение количества информации. Таким образом, изменение информационного содержания систем -- это количественный критерий развития.
Информационный критерий развития находит свое применение в теории эволюционного ряда, или ряда развития. Под ступенями развития материи имеются в виду наиболее общие материальные системы, которые последовательно появлялись друг за другом в процессе прогрессивного развития материи. Ступеней развития материи в принципе бесконечно много, но нам известны всего пять: дозвездная, звездная, планетарная, биологическая и социальная (этот ряд, хотя и связан с классификацией форм движения материи, далеко не изоморфен ей).
Каждая ступень характеризуетсяструктурой (организацией), элементами которой являются определенные дискретные единицы. Так, для дозвездной ступени за структурную единицу можно принять элементарные частицы, для звездной -- атомы, для планетной -- молекулы, для жизни -- организм, для социальной -- человека. Структурная единица -- это появляющийся именно на данной ступени развития основной ее элемент. Ступени развития сами по себе являются системами, поскольку удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к системам. Характерно, что количество информации в ступенях развития и во всех структурных единицах увеличивается.
Прогрессивное развитие систем сопровождается качественными скачками. Поэтому прогресс системы сопровождается не только количественным ростом структурной информации, но и изменением ее качества. Это позволяет вводить в рассмотрение качественные информационные критерии развития.
Например, степень развития некоторых технических систем характеризуется ценностью этих систем (= ценностью заключенной в них структурной информации). Ценность, как отмечалось выше, всегда связана с определенной целью. Приведем пример. На смену очень сложным по конструкции поршневым авиационным двигателям пришли более простые -- реактивные. Упрощение конструкции последних есть уменьшение количества структурной информации. Поэтому, если пользоваться только количественным критерием развития, то изобретение реактивных двигателей следовало бы расценить как шаг к регрессу. Но ведь цель человека состоит не в усложнении конструкции двигателя, а в достижении более высокой скорости полета. Реактивные двигатели более полезны для достижения данной цели, чем поршневые. Так включение прагматического аспекта информации в критерий развития приводит нас к выводу том, что изобретение реактивного двигателя было прогрессивным явлением.
Информация, законы природы и причинность
Закон отражает общие устойчивые связи и отношения между явлениями (или частями одного явления). Таким образом, закон есть структура явления, если последнее рассматривается как система. Как и всякая структура (инвариант), закон ограничивает разнообразие, так как из всех мыслимо возможных сценариев протекания процесса реализуются лишь те, которые подчиняются закону. Например, из всего мыслимого разнообразия процессов, происходящих с макроскопическими телами, возможными оказываются только те, которые удовлетворяют законам ньютоновской механики.
Любое явление подчиняется не одному какому-либо закону, а совокупности законов, причем, вседствие неисчерпаемости материи, бесконечной. Каждый закон природы фиксирует лишь одну из бесконечного множества сторон явления и потому является абстракцией, упрощением по сравнению с действительностью. Следовательно, внутреннее разнообразие и информационное содержание закона меньше, чем у исследуемого явления.
В то же время известно, что в абстрактном законе природа отражена глубже, вернее, точнее, чем в наших ощущениях, восприятиях и представлениях. В процессе отражения природы органами чувств последние огрубляют, ограничивают разнообразие объективно существующих систем. Бесконечное разнообразие реальных явлений нашими органами чувств отражается в виде конечного разнообразия. Часть информации при чувственном восприятии теряется. Однако благодаря абстрактному мышлению и знанию законов природы мы можем оперировать и той информацией, которая непосредственно не заключена в чувственном образе. Поэтому абстракция закона -- это не простое ограничение эмпирического разнообразия, а лишь ограничение несущественных сторон чувственного образа явлений с целью расширить существенное разнообразие, непосредственно не доступное чувственному восприятию.
Количество информации, содержащейся в научном законе, может быть измерено методами статистической теории информации [А2]. Пусть, например, исследуется зависимость между двумя физическими феличинами: и , причем обе величины могут изменяться в заранее установленных пределах: , (границы применимости теории). Квадратная область есть область всех мыслимых комбинаций значений исследуемых величин, когда зависимость между ними неизвестна. Площадь этой области есть ни что иное, как априорное разнообразие. В результате серии экспериментов был установлен эмпирический закон, связывающий величины и (жирная линия на рис.) с определенной погрешностью (затемненная область).
Теперь можно с уверенностью утверждать, что в природе реализуется лишь то разноообразие состояний, которое попадает в затемненную область, имеющую площадь . Таким образом, количество информации в эмпирическом законе может быть выражено через ограничение разнообразия:
.
Возможен и другой подход к определению информационного содержания заакона или теории, прагматический, оценивающий ценность данного закона для достижения определенной цели, например, создания какого-либо прибора.
Обширный класс законов природы -- это законы, устанавливающие связь между состояниями системы в два различных момента времени, т.е. причинную связь. Поэтому обнаруживается связь информации с категорией причинности.
Согласно А. А. Маркову, событие A содержит информацию о событии B в силу совокупности законов M, если наличие B может быть логически выведено из наличия A с помощью B. При этом A рассматривается как причина, B -- как следствие. Вывод А. А. Маркова состоит в том, что причина содержит информацию о следствии.
При однозначной причинной связи речь может идти о полной передаче информации от причины к следствию. При этом структура причины полностью передается следствию, воспроизводится в нем. Этот важный, но все же частный случай имеет место в механических цепях причинности.
В классической механике при переходе от явления A к его следствию B не происходит ни потеря, ни накопление информации: события A и B эквивалентны в информационном отношении. Подобный информационный смысл в механическую причинность вкладывал еще Лаплас, когда предложил идею «демона», который, зная все причины, мог бы предстказать все следствия. По одному звену однозначной причинной связи можно определить все остальные звенья, так как в них содержится одинаковое количество информации.
Дальнейшее развитие науки выявило недостаточностьпредставлений о причинной связи как взаимно одноначном соответствии причины и следствия. Оказалось, что недетерминированное, а точнее -- не полностью детерминированное поведение свойственно материи на уровне квантов. В этом случае имеет место многозначная причинность, когда одна причина (строго определенная) порождает не одно, а область возможных следствий.
В случаях многозначной причинной связи невозможно точное воспроизведение структуры причины в структуре следствия. Их информационное содержание неэквивалентно. Во-первых, поскольку следствие определяется не только своей причиной, в нем содержится некоторая новая информация, которой в причине не было. С другой стороны, часть информации при переходе от причины к следствию безвозвратно теряется, вседствие чего точное знание следствия не позволяет однозначно восстановить причину. Прогрессивное развитие системы, как такое развитие, в ходе которого идет накопление структурной информации, возможно лишь в случае неоднозначной причинности.
Отсюда следует, что лапласовский демон невозможен не только по техническим, но и по принципиальным причинам.
В этой связи уместно сделать одно важное замечание. Расцвет механистических философских концепций совпал с эпохой линейных физических теорий, и не только по времени. Точнее, механицизм был естественным и необходимым философским обобщением линейной физики Ньютона. Согласно Ньютону, знание всех сил, действующих на тело, приводит к абсолютно точному знанию его поведения в будущем. Если весь мир подчиняется законам Ньютона, то он однозначно детерминирован. При этом в классической линейной физике источник движения, сила рассматривается как нечто внешнее по отношению к телу. Поэтому Ньютону необходимо было постулировать божественный первотолчок.
Напротив, уравнения квантовой механики существенно нелинейны (формальная сторона), с содержательной стороны она рассматривает материю как нечто активное, заключающее в себе и неопределенность (недетерминированность), и потенции своего дальнейшего развития. То же самое, но только в отношении макроскопических свойств материи, можно сказать и об общей теории относительности. Таким образом, именно в признании фундаментальной роли нелинейности в картине мира есть ключ к 1) пониманию движения материи как самодвижения и 2) к переходу от однозначной к многозначной модели причинности. Нелинейной физике соответствует диалектическая философия. [Б11]
Л.Бриллюэн в своей книге [А2] подробно проанализировал связь научных законов и теорий с понятием информации, опираясь на негэнтропийное определение информации. Один из наиболее важных выводов Л.Бриллюэна состоит в следующем.
На протяжении веков ученые рассматривали погрешности экспериментов лишь как досадную помеху. Эта помеха могла быть большей или меньшей, но она всегда рассматривалась как нечто второстепенное, непринципиальное. Само собой разумеющимся считалось то, что ошибка измерений может быть сделана скль угодно малой. Наконец, содержащему погрешности эксперименту противопоставлялась строгая и точная теория, по мнению ученых свободная от всяческих ошибок и потому не считающаяся с погрешностями измерений.
Бриллюэном, напротив, была показана та фундасментальная роль, которую играет ошибка, незнание, неопределенность в современной науке. Из помехи теории погрешность становится ее неотъемлемой частью. Исследователь более не является пассивным зрителем, наблюдающим явления и никак не влияющим на них. Всякий эксперимент -- это взаимодействие исследователя и явления. Наблюдение само по себе возмущает и искажает наблюдаемое явление. Поэтому традиционная постановка вопроса «как ведут себя явления природы, когда на них никто не смотрит» теряет всякий смысл. Всякая современная теория описывает не само по себе явление, а взаимодействие явления с наблюдателем.
Бриллюэн отмечает еще одну причину, по которой однозначная детерминация не может быть принята в качестве всеобщей. В рассуждениях об однозначной причинности причина считается заданной абсолютно точно. Но не может быть экспериментального способа точного определения причины. Даже если бы демон Лапласа был сконструирован, его невозможно было бы снабдить всей необходимой исходной информацией. По замечанию Бриллюэна, абсолютно точные исходные данные встречаются только в экзаменационных задачах по физике.
Более того, было доказано, что именно благодаря наличию тех или иных ошибок и благодаря их принципиальной неустранимости становится возможным научное познание (еще одно проявление единства и борьбы противоположностей в информационных процессах). Так, в приведенном выше примере открытый эмпирический закон все еще обладает неопределенностью . Только потому, что эта неопределенность не равна нулю, количество информации, заключенное в законе, будет конечной величиной. Если бы закон был установлен с абсолютной точностью (), то он должен был бы содержать бесконечно много информации, что означало бы снятие бесконечно большой энтропии. Последнее, в свою очередь требует затраты бесконечно большой энергии и сопровождается бесконечным возрастанием энтропии окружающнго мира. Поэтому исследователь, стремящийся к открытию абсолютно точного закона, был бы обречен на бесконечное ожидание. Намного больших успехов добьется тот исследователь, который согласится принять неизбежные неточности как эксперимента, так и теории, и удовлетворится заведомо приблизительной моделью мира.
Пространство-время и информация
Хорошо известно, что сущность пространства и времени неразрывно связана с движением материи. Но движение есть изменение, то есть различие. Когда мы говорим о различных объектах и явлениях, то имеем в виду, прежде всего, пространственные различия, а когда говорим о различных состояниях одного объекта (процесса), имеем в виду различия временные. Согласно принятой концепции любые классы различий могут послужить основой для применения теоретико-информационных методов.
Свойства пространства и времени принято делить на две большие группы: метрические и топологические. Первые выражают количественный аспект. Метрические характеристики объектов и процессов носят ситуативный, преходящий, относительный характер: расстояние между двумя объектами, промежуток времени между двумя событиями. Помимо этого само по себе пространство-время (как реальное физическое, так и всевозможные абстрактные пространства, используемые во многих теоретических построениях) обладает определеными метрическими свойствами, главное из которых носит название метрики, или метрического интервала, и представляет собой, по существу, формулу для определения расстояния (в обобщенном смысле) между двумя точками пространства.
К топологическим относятся наиболее общие и фундаментальные свойства. Реальное физическое пространство обладает такими топологическими свойствами, как трехмерность, непрерывность, симметричность, однородность. При наличии тяготеющей массы появляется топологическое свойство неэвклидовости и в связи с этим изменяются метрические свойства. Среди топологических свойств реального времени отметим одномерность, однородность, однонаправленность (необратимость).
Рассмотрим, в какой связи находится информация и свойства пространства-времени. Возьмем для начала одномерное дискретное пространство, то есть прямую линию с выделенными на ней точками, перенумерованными целыми числами. Дискретность и одномерность относятся к топологическим свойствам. Метрическое свойство определим обычным образом: 1) расстояние между соседними точками примем равным 1; 2) расстояние аддитивно: для любых точек , и , где лежит между и , . Теперь возьмем отрезок этой линии, содержащий точек. Очевидно, количество информации, необходимое для однозначного задания определенной точки в этом отрезке, равно .
Теперь перейдем к двумерному дискретному пространству и рассмотрим в нем квадрат точек. В этом случае каждая точка будет характеризоваться единицами информации. Вообще, для -мерного пространства эта величина составит .
Аналогичное рассуждение можно провести и для непрерывных пространств. Как известно, для этого необходимо задаться величиной погрешности измерений , той точности, с которой могут быть определены координаты точки (о роли погрешности в исследовании законов природы см. предыдущий подраздел). Указание одной точки -мерного единичного гиперкуба потребует (относительно заданной погрешности) единиц информации. На основании этого можно заключить, что само по себе пространство (абсолютное пространство, рассматриваемое отдельно от каких бы то ни было объектов) обладает некоторой информационной емкостью.
Рассмотрим теперь информационную емкость объектов, существующих в трехмерном пространстве. Поместим в сначала в пространство одну материальную точку. Для однозначного задания ее положения потребуется указать 3 координаты. Если точек две, то конфигурация описывается шестью координатами и т. д. Таким образом, чем сложнее (в смысле чисто количественного состава) пространственная конфигурация, тем большего количества информации требует ее описание.
Это относится не только к реальному физическому пространству, но и к так называемым фазовым пространствам, к которым прибегают для описания состояния технических устройств. Суть метода состоит в том, что физические величины, характеризующие состояние системы, такие, как напряжения и токи, чисто формальным образом представляются как координаты фазового пространства. Таким образом, каждое состояние системы изображается одной точкой фазового пространства, а процесс ее функционирования (как последовательность сменяющих друг друга состояний) -- фазовой траекторией. Кибернетическая система, по определению, -- это система, перерабатывающая информацию. Связь фазовых пространств с информацией состоит в том что чем сложнее система, чем более сложные задачи она способна решать, тем более сложную топологию имеет область фазовых траекторий.
Отдельный предмет рассмотрения составляют личное и социальное пространство и время, которые, как известно, вовсе не тождественны физическому пространству-времени. Постараемся показать, что их особые свойства связаны с особенностями информационных процессов в индивидуальном и общественном сознании.
Человек, обладая памятью (явно информационная способность), может многократно переживать прошлые события, поэтому в топологии личного времени имеются возвратные петли. Другая способность, прогнозирование будущих событий, дополняет топологию времени опережающими петлями. Хорошо известно также, что течение личного времени неравномерно: в кульминационные моменты судьбы мы чувствуем, что время течет со стремительной быстротой, а в периоды успокоения и расслабления время словно останавливается. С точки зрения теории информации это можно объяснить количественной и качественной неравномерностью, неравноценностью воспринимаемого нами потока информации.
Отчетливо проявляется также неравномерность хода социального времени. Поскольку количественной мерой прогресса человечества вполне можно считать количество накопленной социальной информации, поскольку наука стала непосредственной производительной силой, а информация -- важнейшим производственным ресурсом, ускорение социального времени напрямую связано с информационными процессами, протекающими в обществе.
Особенность личного пространства-времени состоит в том, что оно имеет вполне определенные границы. Мы помним только сравнительно недавнее прошлое, более давних событий для нас как бы не существует. Наша способность предсказывать будущее еще более ограничена, отдаленные будущие события для нас ненаблюдаемы. Личное пространство всегда имеет своим центром самого человека: я вижу только то, что вокруг меня; об остальном пространстве я могу только помнить или догадываться. Все эти особенности связаны, безусловно, со способностью индивида принимать и обрабатывать информацию о мире.
Многие «неклассические» свойства человеческого времени, как личного, так и социального, описаны в художественных произведениях. Так, в антиутопии Дж. Оруэлла «1984» работа информационной спецслужбы («Министерство правды») приводит, по существу, к изменяемости исторического прошлого. Предельный случай неравномерности личного времени описан Х. Л. Борхесом в новелле «Тайное чудо». В сознании расстреливаемого поэта за время полета пули проходит год, за который поэт успевает закончить главное произведение своей жизни.
Гипотеза об удивительном топологическом свойстве физического времени содержится в рассказе «Сад расходящихся тропок» того же автора. Согласно этой гипотезе, в каждый момент времени, когда в нашем мире осуществляется какой бы то ни было выбор между равновероятными возможностями, мир разветвляется на несколько параллельных миров, в каждом из которых реализована та или иная возможность. Таким образом, параллельно существует бесконечное множество миров, в совокупности исчерпывающих все в принципе возможные сценарии развития. Данная топология времени имеет место лишь в сознании автора гипотезы, гипотеза обязана своим существованиям развитой способности к обработке и выработке информации у человека.
Информация и общество
Особенности социальной информации
Социальные системы -- это особый, высший из известных нам типов материальных систем. И одна из особенностей общества, тесно связанная со всеми другими его характерными чертами и отличающая его от других типов систем -- это способность к информационно-отражательным процессам особого рода ([А6], [А10], [А11], [Б6], [Б10], [Б13]).
Биологическое и социальное отличаются в информационном плане «прежде всего тем, что последний тип организации характеризуется наличием особой надындивидуальной и внеорганической системы средств накопления, хранения и передачи от поколения к поколению существенно важной для коллективного объединения информации, программирующей действия входящих в него индивидов» (Маркарян, 71). Наличие специфически социальной формы передачи информации приводит к тому, что наряду с генетическими и условнорефлекторными программами поведения как чисто биологическими появляются новые формы детерминации поведения при помощи социальной информации и социальной памяти. Ю. Лотман дает информационное определение понятия «культура» как совокупности всей ненаследственной информации, способов ее организации и хранения.
Человечество как особый тип организации материальных систем может существовать именно потому, что надындивидуальное накопление, хранение, передача и переработка информации оказались тесно связанными с развитием у человека преобразовательной функции. Биологические системы, в основном, приспосабливаются к окружающей среде, они с кибернетической точки зрения относятся к классу (преимущественно) адаптивных систем. В каждой отдельной человеческой личности сохраняется адаптивное свойство биологических систем. Общество же в целом выступает как адаптирующая система, приспосабливающая среду обитания к своим потребностям.
Связь между адаптирующим характером человеческой деятельности и внеличностным накоплением информации проявляется в следующем. С одной стороны, неограниченные возможности преобразования природы открывают все новые возможности для создания носителей информации, для перемещения информации из индивидуального сознания во внешние хранилища. С другой стороны, преобразующая деятельность невозможна без отделения личного опыта членов общества от них самих, обмена информацией. А это легче и надежнее всего делать при помощи долговечных и общедоступных носителей.
При взаимодействии общества с природой потоки информациии идут в двух противоположных направлениях. Во-первых, информация извлекается обществом из природы в процессе материальной практики и научного познания. Во-вторых, информация, переработанная обществом, переносится обратно в природу в процессе преобразующей деятельности, создания вещей, «второй природы». Каждая вещь несет в себе информацию о своих создателях: вложенную в них научную информацию и сведения об их культуре, обычаях, укладе жизни. Так, археолог далекого будущего, найдя лазер 20-го века, сделает вывод, что людям этой эпохи была известна квантовая механика. А обнаружив тактическую ракету, он сделает вывод о количестве и интенсивности конфликтов в нашем мире.
Предметы материальной культуры имеют двоякую роль: с одной стооны, они служат практическим целям, а с другой, -- концентрируя в себе опыт предшествующей трудовой деятельности, выступают как средство хранения и передачи информации. Для современника, имеющего возможность получать эту информацию по многочисленным более прямым каналам, основной является первая функция. Но для потомка, археолога она полностью вытесняется второй.
Характерной особенностью социальной информации является то, что высшие ее виды все более отдаляются от чувственно воспринимаемых вещей. Человек способен образовывать абстракции сколь угодно высокого уровня: абстракции от абстракций, абстракции от абстракций абстракций и т. д. Это невозможно было на биологической ступени развития, где информационно-отражательные процессы не были столь самостоятельными и были связаны непосредственно с потребностями организма.
Выше уже омечалось, что биологическая эволюция связана с диалектическим отрицанием сигналов-кодов сигналами-образами. Возникновение человеческого общества характеризуется переходом от сигналов-образов снова к сигналам-кодам (коды 2-го порядка). Это знаковые формы сигналов в человеческом обществе. Особенность кодов 2-го порядка состоит в том, что они представляют собой знаки, обретающие внеличностную форму. К ним относятся книги, магнитофонные записи, фотоизображения и вообще любые объекты человеческой материальной и духовной культуры.
Знаки отличаются от образов тем, что сами по себе не имеют никакого (по крайней мере, заметного) сходства с теми объектами реального мира, которые с их помощью отображаются. Написанное на бумаге слово как графический объект не похоже на звучание того же слова, а обе эти формы не похожи на обозначаемый ими объект. Использование знаков возможно только при достаточно развитой способности к абстракциям.
Эта особенность культуры была замечена еще ранее представителями субъективного идеализма, например, неокантианцем Э. Кассирером, прагматистом Ч. Моррисом и др. (излагается по [А10]). Согласно их концепции (называемой «знаковой концепцией человека»), человек является не социальным, а символическим существом. Человеческая культура, по Кассиреру, представляет собой акты «объективизации» автономных творений духа в памятниках, документах, которые имеют лишь символическое бытие. Человек, таким образом, выступает как животное, создающее «символический мир».
Знаковая концепция абсолютизирует одну из реально существующих черт человеческой культуры и игнорирует другие существенные черты. Автору настоящего реферата более оправданной представляется, все же, материалистическая точка зрения, согласно которой первична общественная природа человека, а производство и использование знаков подчинено общественно-производственной деятельности.
Различным формам общественного сознания соответствуют различные виды информации. Это различие относительно, так как между этими формами постоянно происходит обмен, в результате которого уровни социальной информации взаимно обогащаются. Так, информация, непосредственно получаемая древними в процессе материальной практики, находила свое причудливое отражение в мифах и легендах и наоборот, мифологическое мировоззрение оказывало влияние на практическую деятельность людей. В современном обществе происходит интенсивный обмен информацией между науками о природе, философией, моралью, обыденным сознанием. Так, в предисловии к одной из научно-популярных книг по физике сказано, что «ни один из разделов физики не способствовал в такой мере возвышению человеческого духа, как термодинамика, особенно ее второе начало». Известно также то огромное влияние, которое оказали на философию теория относительности, квантовая механика и кибернетика. Проникновение философской информации в конкретно-научные исследования связано, в основном, с ее методологической функцией. Яркие примеры влияния науки и техники на обыденное сознание -- космонавтика, и информатика (в особенности Интернет).
Подобные документы
Фундаментальность понятия информации и роль информационных процессов в развитии живой и неживой природы. Трактовка понятия "информация" с философской точки зрения. Атрибутивная и функциональная информация в ХХ веке. Сущность концепции А.Я. Фридланда.
статья [21,0 K], добавлен 25.06.2013Информация как природное явление, понимание явления природной информации, взаимодействие материальных объектов друг с другом. Распространение информации в пространстве и времени, свойства носителя информации. Информация в органическом мире и кибернетике.
реферат [24,7 K], добавлен 27.07.2010Законы диалектики и их место в методологии познания. Исследование законов диалектики, изучение исторических форм диалектики и альтернатив. Законы диалектики и их характеристика. Закон единства и борьбы противоположностей. Диалектическое отрицание.
контрольная работа [22,5 K], добавлен 20.12.2009Анализ роли эпистемологического учения в современной философии человечества, обработка информации как ее основная функция. Структурная роль процесса познания. Основное поле деятельности эпистемологии - определение значения полученной информации.
реферат [14,8 K], добавлен 23.08.2013Сущность информации, направления ее распространения на современном этапе. Оценка роли и значения данного явления в человеческом обществе. Исследование позитивных и негативных черт информации, ее деструктивные черты и влияние на различные процессы.
реферат [22,8 K], добавлен 24.06.2014Понятие мировоззрения и основных его составляющих. Что такое миф, мифология, религия. Научно-рационалистическая парадигма и "война всех против всех" (философия Нового времени). Суть эмпирического и рационалистического метода познания. Законы диалектики.
методичка [78,3 K], добавлен 07.04.2012Изучение различных классификаций, функции и содержание понятия "информация". Анализ исторического становления в философии данного термина и сопоставление его с научным пониманием. Роль, значение и философские проблемы информации в современном обществе.
реферат [22,0 K], добавлен 22.12.2013Философия, ее предмет, функции и место в современной культуре. Познание как предмет философского анализа. Соотношение знания и информации. Методы и формы научного познания. Философия науки в XX в. Генезис, этапы развития и основные проблемы науки.
курс лекций [106,9 K], добавлен 28.04.2011Мировоззрение как категория философского учения. Сущность понятия "философия". Философия как система научных знаний, направленных на объективное постижение реального мира. Метод научного познания Н.Н. Страхова. Нравственный аспект философии Н.Н. Страхова.
реферат [20,5 K], добавлен 05.01.2010Категория бытия. Иерархия и формы бытия. Проблема атрибутов бытия (движение, пространство, время, отражение, системность, развитие). Законы и категории бытия (законы и категории диалектики). Любое философское рассуждение начинается с понятия о бытии.
реферат [33,5 K], добавлен 13.12.2004
