Информатика – миф или реальность?

Вместо введения

"Природа рациональна вследствие своей прагматичности!"
Автор.

Красивая фраза, не правда ли? Однако я привожу в эпиграфе один из своих пассажей не вследствие «великой гордыни», а лишь потому, что считаю некорректным критиковать «великих мира сего». Дело в том, что, если вдуматься, то станет очевидным полное отсутствие информационности в этой фразе (с точки зрения понимания устройства природы). Давайте сравним: "Природа прагматична вследствие своей рациональности!", – такой же очевидный (с моей точки зрения) классический пример демагогии.

Современное человечество получило в наследство от предыдущих поколений большую номенклатуру понятий, описывающих те или иные фундаментальные явления (законы) природы на уровне сложных математических понятий. Причем, обычно они столь сложны, что не всегда до конца поняты даже авторами. Поэтому в повседневной жизни большинство людей для себя определяют те или иные понятия, используя приведенный метод построения словесных конструкций, не несущих в себе какого-либо «физического» смысла.

Собственно, о чем идет речь?

·        Во-первых, о таких понятиях, как время, пространство, материя, информация и т.п.

·        Во-вторых, о том, как эти понятия связаны с устройством Природы.

·        В-третьих, о том, как интерпретируются эти понятия в человеческом сознании.

·        В-четвертых, о том, как влияет интерпретация этих понятий на представления отдельной человеческой личности об устройстве Природы (что, в конечном итоге, и определяет индивидуальное мировоззрение конкретного человека или какой-либо группы людей).

Идея написания этого «опуса» появилась у автора впервые в 1987 г., на представлении второго учебника по информатике для средней школы, победившего в конкурсе, организованном Министерством просвещения СССР. Совершенно очевидно, что авторский коллектив, состоящий из специалистов различных областей знаний (довольно высокого класса), попал в конъюнктурно-идеологическую ловушку.

С одной стороны, даже идеологам от ЦК КПСС уже тогда было понятно, что развитие государства в современных условиях напрямую будет зависеть от уровня развития «информационных технологий» (хотя тогда использовались более примитивные термины), с другой стороны, их развитие подрывало саму основу тоталитаризма – монополию на получение достоверной информации. В результате этих противоречий и возник представленный нам учебник-монстр, в котором была попытка объяснить те или иные понятия с точки зрения «марксистско-ленинской» демагогии ЦК КПСС.

Не углубляясь в анализ проблем этого учебника, хочется отметить только (с моей точки зрения) главное: при его составлении были совершенно проигнорированы даже вполне продвинутые к тому времени знания в таких областях, как, например, «теория передачи информации», курс которой читался во всем мире (включая СССР) студентам, обучающимся по радиотехническим специальностям.

И последнее. Недавно (в конце 1999г.) на сайте МГУ прочитал вводную лекцию в курс программирования. К сожалению, предпринятые в этой лекции попытки дать определения базовым понятиям информатики сильно напомнили мне выдержки из указанного учебника. Этот факт окончательно подвигнул меня вернуться к обсуждению данной темы.

 

Далее приводятся выдержки из набросков написанной тогда же (в 1987 г.) статьи, которую так и не удалось опубликовать.

1. Что такое ТОИ?

Неудача с учебником показала, что прежде чем вводить в школе новый предмет, стоит, пожалуй, разобраться в том, что такое информатика как наука. Какие задачи ставит эта наука. Что является объектом исследования. Как развитие информатики должно воздействовать на жизнь человека.

Человечество знало разные эпохи своего развития: каменный век, бронзовый, атомный, космический и т.п. Очевидно, что сегодня пора серьезно поговорить о новой эре – информационной.

С каждым днем информация все больше влияет на жизнь человека. В эпоху НТР[1] знания человечества в разных областях растут с невиданной быстротой. Уже сегодня случается подчас, что рентабельнее что-либо спроектировать (читай: разработать, придумать, изобрести, открыть...) заново, чем получить об этом необходимую информацию. Четкие законы экономики поставили человечество перед необходимостью резкого снижения себестоимости доступа к различным видам информации в любой сфере человеческих знаний.

Появление современных компьютеров создало техническую базу для решения этой проблемы. Однако без твердой научной основы, как показывает практика, зачастую их применение оказывается нецелесообразным. Пришло время серьезно и глубоко разобраться в вопросах взаимосвязи человека, информации, знаний. Такой научной основой должна стать новая наука – ТОИ (теоретические основы информатики).

Любая наука строится на каких-то постулатах. Попробуем сформулировать постулаты информатики. Сначала разберемся с основным понятием информатики – информацией.

ПОСТУЛАТЫ ИНФОРМАТИКИ

ПОСТУЛАТ ПЕРВЫЙ

Любая материя содержит в себе информацию о себе самой. Причем, эта информация является абсолютно достоверной информацией.

Следствие: Материи без абсолютно достоверной информации не существует.

ПОСТУЛАТ ВТОРОЙ

В любой замкнутой материальной системе абсолютно достоверная информация ниоткуда не берется и никуда не исчезает.

Следствие: В замкнутой Вселенной абсолютно достоверная информация есть константа.

ПОСТУЛАТ ТРЕТИЙ

Человек способен, извлекая абсолютно достоверную информацию из материи, приобретать знания о Вселенной.

Примечание: Кроме абсолютно достоверной информации существует абсолютно недостоверная информация, являющаяся продуктом деятельности человеческого сознания (например: научная модель какого-либо физического явления, религия, и т.п.).

Следствие: Человеческие знания есть суперпозиция абсолютно достоверной и абсолютно недостоверной информации.

Итак, согласно предложенной терминологии, информация разделена на абсолютно достоверную (далее Абсолютная) и абсолютно недостоверную (далее Неабсолютная). Абсолютная информация существует в природе независимо от человеческих ощущений. Неабсолютная информация - отражение деятельности человеческого сознания под воздействием субъективных ощущений.

Знания, которыми обладает человечество, есть результат наложения (суперпозиции) абсолютно достоверной и абсолютно недостоверной информации. Они есть, по сути, - относительно достоверная информация (далее Относительная).

Исходя из теории передачи информации [1], можно выделить

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ

СВОЙСТВО ПЕРВОЕ

Любая информация может быть передана от одного объекта (источника) другому (приемнику) в виде, например, сообщения.

Примечание: Согласно теории познания, если "приемником" является человек, способный «познавать и изменять мир», то он называется (является) субъектом [2].

СВОЙСТВО ВТОРОЕ

Любое сообщение может быть измерено в виде объема переданной информации.

Примечание: Единицы измерения могут быть любые: бит, слово, символ, число импульсов и т.п.

Таким образом , основная задача ТОИ – исследовать взаимодействие субъекта (человека) с получаемой им информацией. Выделить законы и понятия, связанные с этим взаимодействием. Выработать оптимальные принципы такого взаимодействия.

Положив результаты таких исследований в основу построения информационных систем, человечество, возможно, сможет, наконец, встать на путь реального снижения себестоимости в сфере информационной деятельности.

Особую актуальность эта задача имеет сегодня, когда во всем мире затраты на используемую в информационной сфере технику растут (несмотря на непрерывное снижение цен на компьютеры), а эффективность использования ее потенциальных возможностей остается на низком уровне.

1987 г.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Голдман С. Теория информации, пер. с англ. М. 1957.

2. МСЭ[2], Советская энциклопедия, 1960.

———————————

2. К чему все это?

«О, сколько нам открытий чудных готовит просвещенья дух…»[3]
А.С.Пушкин

Теперь давайте попробуем по порядку разобраться, что все это значит для практического понимания описываемых понятий. Итак.

ПОСТУЛАТ ПЕРВЫЙ

Любая материя содержит в себе информацию о себе самой. Причем, эта информация является абсолютно достоверной информацией.

Следствие: Материи без абсолютно достоверной информации не существует.

Смысл ПОСТУЛАТА ПЕРВОГО сводится к тому, что каждый «кирпичик» (каждая «элементарная частица», или «кварк», или из чего там состоит на самом деле материя), существует по закону, определенному именно для него Природой. Поэтому ему «совершенно безразлично»^[4], что мы, люди, о нем думаем.

Техническое отступление.

Под понятием «Природа» автор подразумевает (здесь, выше и далее) совокупность физических законов, составляющих основу существования окружающего нас Мира. (Не надо путать, например, с законами науки «Физики», которые являются системой представлений ученых о законах Природы в рамках современного состояния «уровня знаний[5]»).

Смысл термина «Абсолютная информация» в том, что материя как бы «знает» о тех законах, которые «предписаны» ей Природой, и существует в рамках этих законов независимо от того, насколько глубоко мы их (эти законы) понимаем.

Однако из всего этого словоблудия необходимо сделать вывод. Он (вывод) заключается в том, что:

Следствие из первого постулата означает, что Абсолютная информация является таким же неотъемлемым свойством материи, как и энергия (которая, в свою очередь, входит в состав понятия Абсолютная информация по отношению к материи).

3. Что же она такое?

«Если где-то нет кого-то, значит, кто-то где-то есть»
В.Пух

ПОСТУЛАТ ВТОРОЙ

В любой замкнутой материальной системе абсолютно достоверная информация ниоткуда не берется и никуда не исчезает.

Следствие: В замкнутой Вселенной абсолютно достоверная информация есть константа[6].

Смысл ПОСТУЛАТА ВТОРОГО вытекает из определения замкнутой системы. Дело в том, что замкнутой системой принято называть систему, которая не имеет возможности обмениваться информацией с кем/чем-либо, находящимся за ее пределами. Говоря иными словами, для стороннего наблюдателя, т.е. наблюдателя, находящегося за пределами этой системы, она как бы и не существует вовсе! Это значит, что для него (стороннего наблюдателя), строго говоря, и не важно, существует ли эта система на самом деле, или нет, так как это никоим образом не влияет (и не может повлиять) на его существование.

С другой стороны, для наблюдателя, находящегося внутри замкнутой системы, наоборот, не существует ничего, находящегося за ее пределами.

Суть этого парадокса (если для кого-то это парадокс) в том, что любые взаимодействия в Природе возможны только в тех случаях, когда возможен обмен информацией между субъектами[7] взаимодействий.

Смысл следствия из второго постулата отражает невозможность изменения извне объема Абсолютной информации, заключенный в замкнутой системе. Это означает, по-видимому, что законы Природы в такой системе неизменны на протяжении всего времени ее существования.

Хотя не надо путать законы Природы с локальными физическими процессами, протекание которых напрямую зависит от конкретных условий, в которых они происходят. Иначе говоря, в нашей Вселенной, например, время зависит от скорости перемещения в пространстве, а скорость света в вакууме, – есть величина, не зависящая (как мы сегодня это себе представляем) ни от чего (кроме, возможно, гравитации). Однако в сознании большинства людей все наоборот: время представляется нам чем-то статическим и постоянным, а скорость – понятием относительным. Тем не менее, все известные нам процессы, происходящие во времени, более точно описываются в рамках т.н. релятивистских[8] представлений.

Теперь немного о термине «константа[9]». Понятие «постоянная величина» шире, чем «школьное» представление о константе, как о каком-то конечном числе. Строго говоря, в математике понятие «бесконечность», например, тоже может интерпретироваться как константа.

Другой пример, более близкий автору для понимания, – понятие «энергии» в физике. Нам известны очень многие виды энергии и методы ее проявления и преобразования. Более того, берусь утверждать, что их число стремится к бесконечности. Однако если считать, что наша Вселенная – замкнутая система (хотя автор и не настаивает на этом), то, несмотря на все внутреннее многообразие форм проявления, общее количество энергии, заключенной во Вселенной, неизменно, – т.е. является константой.

Полагаю, что этот же подход справедлив и при анализе свойств Абсолютной информации. Дело в том, что процесс передачи энергии, по сути своей, есть процесс передачи информации (правда, обратное справедливо не всегда). Таким образом, если нет передачи информации за пределы системы, то нет и передачи энергии. А это значит, что выполняется известный закон сохранения в своей первородной формулировке «…ниоткуда не берется и никуда не исчезает…».

4. И что с того?

«Это мы не проходили, это нам не задавали»
Антошка

ПОСТУЛАТ ТРЕТИЙ

Человек способен, извлекая абсолютно достоверную информацию из материи, приобретать знания о Вселенной.

Примечание: Кроме абсолютно достоверной информации существует абсолютно недостоверная информация, являющаяся продуктом деятельности человеческого сознания (например: научная модель какого-либо физического явления, та или иная религия, и т.п.).

Следствие: Человеческие знания есть суперпозиция абсолютно достоверной и абсолютно недостоверной информации.

Суть ПОСТУЛАТА ТРЕТЬЕГО – попытка понять, что есть знания, если рассматривать их как продукт интеллектуальной деятельности человека. Под термином «знания» обычно принято считать «совокупность сведений в какой-нибудь области» (С.И. Ожегов). Полагаю, что допустимо говорить вообще обо всей совокупности сведений о Природе, известных человечеству, как об общечеловеческом знании о Природе.

Однако сначала давайте определимся с тем, что есть «сведения», и как они связаны со «знанием». Итак, «сведение – это познание в какой-нибудь области» (С.И. Ожегов). Ничего не напоминает? (подсказка: см. введение). М-м-м-да. Словарь русского языка оказался не на высоте. Можно, конечно, еще посмотреть, что значит термин «познание», но это уже вряд ли поможет…

Давайте разбираться сами.

Процесс познания, как известно, заключается в изучении Природы в рамках, «данных нам в ощущениях». Однако понятие «ощущение» субъективно по природе своей. Т.е. оно означает, что мы «ощущаем» окружающую нас Природу так, как, грубо говоря, дано нам Богом. (Очередной демагогический пассаж).

На самом деле, если говорить о строго научном подходе к процессу познания, то речь идет о системе, включающей в себя методологию и формализацию технологий, связанных с изучением Природы.

Смысл понятия «методологии» сводится к разработке совокупности методов, позволяющих получать повторяющиеся результаты при заданных методах наблюдения при исследовании каких-либо явлений Природы, и методов обобщения получаемых результатов, приводящих к стройным (непротиворечивым) построениям описательных моделей изучаемых явлений, доступных для понимания человеческому интеллекту. (Сложно? Ну, что поделаешь. Будем разбираться дальше).

Теперь о «моделях». Под научной моделью принято понимать описание (схему) какого-либо явления (процесса) в терминах, понятных для восприятия (желательно большинством людей, а не отдельных «яйцеголовых»). Кстати, даже среди большинства ученых обычно высоко ценится умение формулировать (создавать) модели такого качества.

Приведу пример описательной модели «туннельного эффекта». Суть эффекта заключается в том, что при некоторых условиях электрон перескакивает энергетический барьер, и при этом возникает туннельный ток.

Вот как пояснял этот процесс М.Цетлин. «Представьте себе, что вы играете в сквош. В обычных условиях вероятность того, что мячик, посланный вами в стену, пролетит ее насквозь, равна нулю, независимо от силы вашего удара. Однако вероятность того, что электрон пролетит сквозь «стену» энергетического барьера, отлична от нуля. Она определяется квантовыми свойствами электрона, и ее значение определяет величину туннельного тока». (Ну не знаю, по-моему – понятно).

Необходимость использовать методы создания моделей при описании природных явлений заложена в организации устройства восприятия человеческого мозга. Адекватность восприятия тем выше, чем ближе описание к привычным для повседневной жизни понятиям. Ну, в самом деле, как представить себе частицу, проявляющую одновременно свойства мячика и свойства радиоволны? (Впрочем, а как представить себе свойства радиоволны?)

Так о чем это мы? Ах да, человек, оказывается, устроен так, что не способен напрямую (воочию) представить себе то, что выходит за рамки его ощущений, вследствие того, что границы его восприятия (но не познания) заданы Природой (если угодно, - Богом). А границы познания с одной стороны определяются уровнем развития технологий (в первую очередь, видимо, измерительных), а с другой - степенью развития модельного мышления. Таким образом, вопрос о «совокупности познаний» в какой-либо области всегда носит относительный характер.

Это и отражает следствие из третьего постулата.

5. Ближе к делу

Уж полночь близится, а Германа все нет»
А.С. Пушкин (или М.Ю. Лермонтов?)

Конечно же, автор знает, кто написал «Пиковую даму», но для меня значительно важнее не кто, а – что написал. Когда достоверность тех или иных суждений определяется только авторитетом их провозглашающих, возникают разного рода коллизии. Известно, что даже крупнейшие авторитеты в тех или иных областях вводили себя и окружающих в заблуждение из-за недостатка знаний (или неготовности к их восприятию).

Какое же отношение все изложенное выше имеет к нашей повседневной жизни? Оказывается – самое прямое. И чем дальше – тем больше. Развитие информационных технологий в последние годы сильно изменило акценты приоритетов в жизни людей. (Возможно, что многие этого еще не поняли, но это дело времени).

Уже на уровне многих парламентов различных государств всерьез обсуждаются вопросы о концепциях информационного развития в свете «информационной безопасности» государства и/или защиты граждан от «информационного хаоса». (Простите, но это полный бред).

Сначала необходимо хорошо понимать, что информация не зависит от человека (в отличие от СМИ[10]). Что развитие коммуникаций, особенно с появлением Интернета, также движется по своим законам, а не по законам, придуманным «умными депутатами Государственной думы», и не может развиваться иначе.

И все это означает только одно: при разработке этих «концепций» следует исходить не из сиюминутного понимания «политической обстановки», а из понимания законов существования информации и неразрывно с ними связанных законов развития информационных технологий. Т.е. вместо того, чтобы пытаться воздействовать старыми (обычно репрессивными) методами на развитие новых технологий, что совершенно непродуктивно, необходимо развивать концепцию организации общества, развивающегося в новых условиях. Например, (в порядке бреда) – концепцию существования и функционирования «спец-служб» (ну, если мы без них пока не умеем) в условиях отсутствия базовых для них понятий типа «государственная тайна».

Но вернемся к нашим баранам. Итак, о свойствах.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ

СВОЙСТВО ПЕРВОЕ

Любая информация может быть передана от одного объекта (источника) другому (приемнику) в виде, например, сообщения.

Строго говоря, как уже упоминалось выше, любое взаимодействие в Природе так или иначе связано с процессом передачи информации. Возьму на себя смелость утверждать, что, с точки зрения информатики как науки, очевидно, например, что граница между живой и неживой материей проходит на уровне реакции на информационное воздействие. Любой камень всегда будет реагировать на механическое воздействие так, как это описал И.Ньюнон, но даже простейшая амеба будет реагировать на раздражитель непредсказуемым образом. Это значит, что живая материя имеет способность к активной (произвольной) реакции на информационное воздействие, а неживая только к пассивной.

Процесс обмена информацией так же фундаментален в Природе, как и обмен энергией (и что первично, думаю, не вопрос). В природе информация структурируется естественным образом. Многие базовые законы существования информации сходны с законами существования энергии вследствие единства их сущности, однако надо помнить, что информация более фундаментальное свойство, а это значит, что базовые свойства энергии могут не полностью описывать аналогичные свойства информации. Т.е. законы существования информации должны выводиться для энергии как частные случаи.

Так, под понятием «энтропия» принято подразумевать «меру разупорядоченности в системе». Из чего (с ссылкой на второй закон термодинамики) делается вывод о неизбежности «тепловой смерти» нашей Вселенной. Возможно, это и так, однако, если материя во Вселенной стремится к равномерному распределению тепловой энергии по всему доступному пространству, то, возможно, это состояние и является состоянием «упорядоченности» (по крайней мере, с лингвистической точки зрения)? На самом деле, просто под упорядоченностью в данном случае понимается не лингвистическое значение слова, а «договоренность» обозначать этим термином меру соотношения тепловой (кинетической) энергии системы и любых других видов ее энергии.

И, наконец, вопрос о неизбежности «тепловой смерти» сводится к доказательству состояния «замкнутости» материальной системы. А вот это-то состояние для нашей Вселенной мы пока и не можем утверждать однозначно. Более того, невыполнение (или неполное выполнение) закона сохранения энергии в некоторых квантовых эффектах как раз и могут свидетельствовать о совершенно противоположном.

Однозначно пока можно утверждать только одно (то же, что и много столетий назад), что мы пока еще слишком мало знаем об окружающем нас мире.

СВОЙСТВО ВТОРОЕ

Любое сообщение может быть измерено в виде объема переданной информации.

Примечание: Единицы измерения могут быть любые: бит, слово, символ, число импульсов и т.п.

Это свойство, пожалуй, относится сегодня к разряду наиболее изученных. Его исследует ряд таких дисциплин, как «теория передачи информации» в курсе радиотехнических специальностей, или «кибернетика» и т.д. Поэтому здесь стоит отметить только, что безграничны как способы передачи информации, так и способы ее представления на любом этапе, связанном с технологиями информационных манипуляций.

Вот, пожалуй, пока и все. Более глубокое и детальное изучение этих проблем требует времени и привлечения многих специалистов смежных областей знаний. (Ну, и финансирования, конечно). Но для этого должен сформироваться социальный заказ. А пока «есть у нас еще в жизни» другие дела…

2000 г.