§ 7. Информация в неживой природе и кибернетических системах


В нашей философской литературе довольно широко распространена точка зрения, согласно которой информация присуща лишь системам живой природы, общества и кибернетическим устройствам, т. е. так называемым кибернетическим системам. Информацию в этом случае обязательно связывают с управлением, считая, что без последнего она не существует. Подобного рода высказывания мы находим у Н. И. Жукова, Л. Н. Плюща, А. М. Кор - шунова, В. В. Мантатова [‡‡‡‡‡‡‡‡‡‡] и некоторых других философов.
Нам представляется, что эта концепция уязвима в естественно-научном и философском отношении. Прежде всего обратим внимание на весьма плодотворные попытки применения теории информации в науках о неживой природе, в частности в физике и химии. Уместно здесь привести мнение ученых, работающих в области применения теории информации в физике.
Так, Д. С. Лебедев и Л. В. Левитин пишут: «Еще Л. Больцман и позднее Л. Сцилард придавали термодинамическому понятию энтропии информационный смысл. Однако теория информации, начиная с основополагающих работ К. Шеннона, развивалась вначале как чисто математическая дисциплина. Создавалось впечатление, что закономерности передачи и переработки информации не являются физическими и понятия теории информации не могут быть определены на основе физических понятий. Ошибочность таких взглядов была отмечена еще в 1950 г. Д. Габо - ром *, подчеркнувшим, что «теория информации должна рассматриваться как ветвь физики». Но лишь в классической работе Л. Бриллюэна ** был сформулирован в общем виде негэнтропий- ный принцип информации и установлена глубокая связь между физической энтропией и информацией. С точки зрения этого принципа, в его последовательной и положительной форме всякая информация представляется некоторым состоянием физической системы и связана с отклонением ее от термодинамического равновесия. Таким образом, информационные свойства реальных систем могут быть описаны чисто физически и открывается путь для построения последовательной физической теории ин-
-f              ***
формации .
Конечно, вряд ли можно согласиться с Д. Г абором, что теория информации - ветвь физики. Это преувеличение. Теоретикоинформационные методы могут быть применены, во всяком случае везде, где применяются теоретико-вероятностные методы. С развитием невероятностных подходов к определению количества информации перспективы их применения еще более расширяются. Методами теории информации будут изучаться свойства пространства и времени, чем до сих пор занимались в основном физические теории (например, специальная и общая теории относительности А. Эйнштейна). Итак, физика и теория информации взаимно проникают друг в друга, что в общем ведет к созданию двух основных синтетических дисциплин - особой прикладной физической теории информации (а скорее всего, ряда ее ветвей - термодинамической, квантовой) и информационной физики.
Аналогичный вывод справедлив и для ряда других наук о неживой природе, например для химии. В сфере химических реакций также действуют термодинамические законы, а значит, и здесь приложимы теоретико-информационные методы. При этом их применение не ограничивается рамками тепловых эффектов химических реакций, они позволяют более глубоко изучить и другие стороны химического разнообразия (например, явления изомерии, симметрию и асимметрию химических соединений, процессы химической эволюции на земле и т. д.).
Уже исходя из того, что понятие информации и связанные с ним методы исследования применяются в науках о неживой природе, можно сделать вывод, что информация присуща и системам неживой природы *.
Здесь возникает аналогия с понятием энергии, которым пользуются ученые-естественники: она отражает определенное свойство физических, химических, биологических и других систем. Почему же в таком случае нельзя полагать, что понятие информации, которое также применяют физики, химики, не отражает объективных свойств систем неживой природы?
Может быть, потому что неживые тела не используют информацию? Но ведь неживые тела не используют и энергию, в том смысле, в каком ее используют живые существа и человек. Однако мы не станем утверждать, что энергии в неживой природе не существует, а она создается воспринимающей (использующей) энергию системой.
Положение о том, что информация присуща и неживой природе, естественным образом вытекает из концепции разнообразия. Ведь разнообразие свойственно и объектам неорганическим, оно существовало до появления жизни и до человека. Информация как таковая тоже никогда не возникает, она является, по-видимому, таким же неотъемлемым свойством материи, как и пространство, время, движение и т. д. Однако можно говорить о возникновении способности использования информации, т. е. управления. Использование информации (а отсюда и такие ее свойства, как ценность , а затем и смысл) действительно возникает впервые с появлением живых существ как генетически первичных кибернетических систем (хотя элементы, прообразы этого использования можно обнаружить и в неживой природе).
Таким образом, информация в определенном (генетиче- ском) аспекте первична по отношению к управлению.
Исторически сложилось так, что понятие количества информации математически оформилось в связи с понятием энтропии. Энтропия - традиционное понятие наук о неживой природе, и уже это в определенной степени служит аргументом в пользу всеобщности информации. Понятие управления же возникло как результат обобщения некоторых закономерностей живой природы, общества и техники. Специалисты в области кибернетики не раз подчеркивали неприменимость понятия управления к неживой природе (тогда как они же указывают на всеобщность информации).
«Управление не существовало до появлении жизни, - пишет академик В. А. Трапезников, - оно возникло вместе с ее зарождением. Этот отличительный признак можно считать более характерной чертой живых организмов, чем наличие обмена с окружающей средой, который может наблюдаться и в неживой природе, или чем материал, из которого построены живые организмы на земле. Ведь никем не доказано, что в иных мирах невозможны иные физико-химические основы живых организмов. Но никто не может оспорить тот очевидный факт, что без систем управления не мог бы существовать ни один живой организм» .
Из того, что управление впервые возникает на уровне жизни, еще не следует, что неживой природе не присущи элементы управления. Там существуют механизмы, подобные механизму управления по принципу обратной связи [§§§§§§§§§§]. Такие прообразы управления с обратной связью можно найти в физических, химических, геологических и ряде других явлений. Этот прообраз, предпосылку управления предлагается называть квазиуправлением, или авторегуляцией. Авторегуляция - это способность системы возвращаться к прежнему, нарушенному возмущениями состоянию.
Управление есть, конечно, частный случай движения, изменения (а в определенном аспекте и отражения), и понятно, что отдельные признаки, элементы его должны существовать и в неживой природе. С другой стороны, управление есть функциональное свойство определенного уровня организации, структуры материи. В чем же заключается качественное отличие управления от его элементов, признаков, предпосылок (например, таких как авторегуляция и т. п.), которые мы можем обнаружить и в неживой природе?
Известны четыре основных вида движения информации: восприятие, хранение, передача и переработка. Характерным отличием неживой природы от живой является то, что в ней отсутствует весьма важный вид движения информации - ее переработка. Объекты неживой природы могут воспринимать, хранить и передавать информацию в процессе их взаимодействия с другими объектами. Всякое взаимодействие кроме энергетического аспекта имеет и информационный. Любое взаимодействие осуществляется благодаря каким-то материальным носителям - веществу или полю. Движущееся вещество или поле всегда характеризуется каким-либо типом разнообразия, а потому объективно обладает информацией. Информация, которая заключена в структуре, организации объекта, может быть названа структурной, или связанной (этот термин употребляет Л. Бриллюэн). Структурная информация необязательно должна передаваться, основное ее содержание - сохранение качественной определенности, структуры данного объекта. Поэтому этот вид движения информации, а именно ее относительный покой (относительно структуры данного объекта), можно считать ее хранением.
Поскольку любые объекты неживой природы всегда взаимодействуют, то в результате они обмениваются информацией с другими объектами, причем включение информации в структуру можно назвать ее восприятием, а отделение элементов от данной структуры и пересылку другим объектам - передачей. Таким образом, можно четко выделить существование трех видов движения информации в неживой природе. Хранение соответствует связанной информации, восприятие и передача - так называемой свободной информации.
В неживой природе информационные процессы «затемнены» энергетическими, в той или иной степени не выделены из них. Любая система неживой природы участвует в информационном процессе как бы «всем телом», всей структурой. У нее нет специального органа, отдела, который специализировался бы преимущественно на одном свойстве - информации. В отличие от этого, системы живой природы обладают такой структурой, благодаря которой они способны выделять, использовать информационный аспект взаимодействия (например, нервные клетки, тот или иной тип нервной системы и т. д.).
Способность использования, преобразования информации возникает, по-видимому, уже на стадии раздражимости (возбудимости), т. е. уже у простейших живых существ.
Как отмечают М. Ф. Веденов и В. И. Кремянский, развитие раздражимости «в ходе эволюции связано с появлением способов усиления и преобразования сравнительно слабых воздействий извне и воздействий со стороны компонентов на “верхние ярусы” или на весь организм, а также усиления собственных реакций компонентов. Этим обусловлена чрезвычайно повышенная “чувствительность” живой системы как целого к воздействиям “раздражителей”... Конечно, такие явления возможны только при наличии определенной структуры целого и частей, обеспечивающей легкое высвобождение энергии, накопленной за счет среды»[***********].
Возможность преобразования информации возникла в связи с появлением особой структуры живого вещества, причем эта особая структура является синтезом, результатом развития структур неживой природы. Отдельные элементы переработки информации, регулирования есть и в объектах неживой природы (например, различного рода цепные реакции: ливни космических лучей в атмосфере, лавины в горах и т. п.). Но они существуют там раздельно друг от друга, порознь, а в живой природе они встречаются в совокупности, что и придает новое специфическое качество биологическим структурам.
Веденов М. Ф., Кремянский В. И. О специфике биологических структур // Вопросы философии. 1965. № 1. С. 90-91.
Характерно, что кибернетика интересуется преимущественно переработкой информации. B. М. Глушков отмечает, что «кибернетика изучает управляющие системы с точки зрения преобра-
*
зования информации» . А. А. Ляпунов и C. В. Яблонский подчеркивают, что «очень важной областью кибернетики, по сути дела центральным звеном теоретической кибернетики, является теория управляющих систем, т. е. теория устройств, которые осуществляют переработку информации в соответствии с заданным алгоритмом» **.
Таким образом, кибернетика преимущественно занимается специальной частью информационных процессов - переработкой информации, которая тесно связана с управлением. Поэтому, говоря об информации и управлении, следует прежде всего подчеркивать взаимосвязь переработки информации и управления.
Как известно, предмет кибернетики обычно определяется через понятие управления. Но если управление связано с переработкой информации и представляет собой особое свойство информационных процессов, то отсюда следует, что кибернетику можно определить также на основе понятия информации. Такое определение было дано А. Н. Колмогоровым: «Кибернетика изучает машины, живые организмы и их объединения исключительно с точки зрения их способности воспринимать определенную “информацию”, сохранять эту информацию в “памяти”, передавать ее по “каналам связи” и перерабатывать ее в “сигналы”, направляющие их деятельность в соответствующую сторону. Процессы восприятия информации, ее хранения и передачи называются в кибернетике связью, переработка воспринятой информации в сигналы, направляющие деятельность машин и организмов, - управлением. ...Кибернетику определяют также как науку о способах восприятия, хранения, переработки и ис * пользования информации в машинах, живых организмах и их объединениях»[†††††††††††].
Правда, вопрос о том, можно или нельзя давать определение кибернетики через понятие информации, - дискуссионный.
Высказывают мнение, что кибернетика, в частности, включает в себя такие относительно самостоятельные разделы, как теория информации, теория программирования, теория игр и теория автоматов. Теория информации в этом случае предстает как составная часть кибернетики. В то же время еще никем не доказано, что задачи, решаемые теорией программирования, теорией игр и теорией автоматов, в принципе не могут быть решены теоретико-информационными методами. Не исключено, что в каждой из этих областей можно дать свое определение количества и других характеристик информации.
Можно предположить, что все дело еще в недостаточном развитии теории информации. Поэтому исторически сложилось так, что часть задач кибернетики изучается теориями программирования, игр и автоматов. Если бы было показано, что основные методы кибернетики - теоретико-информационные, а другие в принципе не столь существенны, то кибернетика представляла бы собой только часть теории информации.
Но даже если это и не удастся доказать, то и тогда теория информации оказывается в определенном аспекте шире кибернетики, ибо теоретико-информационные методы применимы и к изучению неживой природы, а кибернетика связана с изучением некоторых технических устройств, живых организмов и общества. Современная кибернетика не занимается исследованием процессов, протекающих в неживой природе, так как там нет управления.
Графически современное соотношение между теорией информации и кибернетикой можно представить в виде двух пересекающихся окружностей.

Обе теории имеют некоторую общую часть. Совместятся ли эти окружности в дальнейшем? Включит ли теория информации в себя кибернетику? Ответ на этот вопрос может быть получен в ходе дальнейшего развития науки. А сейчас можно лишь отметить, что обе теории взаимосвязаны, но ни одна из них не является только частью другой. Из сказанного следует, что нельзя информацию считать только кибернетической категорией: она носит более широкий, можно сказать общенаучный, характер.
Остановимся несколько подробнее на характеристике процессов регулирования и управления в кибернетических системах. Кибернетические системы используют для регулирования и управления объективно существующее разнообразие. Поэтому
исходным понятием для анализа процесса управления может служить понятие информации как разнообразия.
Выше уже упоминалось, что на систему могут действовать возмущения. Что же такое возмущение? Эшби определяет его как то, что переводит систему из одного состояния в другое. Поскольку состояние системы характеризуется определенным разнообразием (информационным содержанием), то перевод системы из одного состояния в другое есть изменение ее разнообразия. Однако не всякое изменение состояния системы совместимо с ее существованием. Так, кошка может поймать мышь и съесть ее. Такое возмущение системы мышь ведет к ее уничтожению. Это пример внешнего возмущения, но существуют и внутренние возмущения, например, нарушение функционирования какого- либо органа внутри системы, которые также могут оказаться причиной ее гибели.
Поэтому существование системы возможно лишь в определенном диапазоне изменения ее состояний. Так, из множества возможных состояний системы «мышь» лишь те совместимы с ее
существованием, которые находятся в пределах допустимых. Поэтому для сохранения своего существования мышь должна ограничивать разнообразие своих состояний - убегать от кошки и т. д.
Если состояние системы находится в пределах допустимых состояний, будем говорить, что она устойчива (или замкнута) относительно данных возмущений. Устойчивость системы может быть достигнута, во-первых, если на пути разнообразия возмущений ставится пассивная преграда, во-вторых, если возможна активная защита от него.
Первый способ защиты от возмущений применяется живыми существами: примером может служить панцирь черепахи или раковина рака-отшельника. Однако основным способом сохранения устойчивости кибернетических систем является активная защита, состоящая в том, что между системой и возмущениями ставится регулятор. Основная функция регулятора - ограничение возмущений, действующих на систему. Степень ограничения разнообразия возмущений определяет степень регулирования.
Предположим, что на некоторую систему действует возмущение, разнообразие которого равно четырем, а среди множества состояний системы лишь одно является допустимым. Для обеспечения устойчивости системы, то есть сохранения лишь допустимого состояния, необходим регулятор, ограничивающий разнообразие возмущений и не пропускающий их к системе. Поскольку регулятор - это не пассивная преграда, то он должен изменяться под действием возмущений. Для того чтобы парировать действия возмущений, разнообразие которых равно четырем, сам регулятор тоже должен обладать разнообразием состояний, равным четырем.
Нет надобности в этом случае использовать регулятор с большим разнообразием - это только усложнит его, но не улуч - шит регулирование. Если регулятор будет обладать меньшим разнообразием, то он не сможет справляться с возмущениями. Так, если в приведенном нами примере регулятор будет иметь разнообразие состояний, равное двум, то число состояний системы увеличится и превысит число допустимых состояний.
Управление отличается от регулирования тем, что дает возможность изменять состояния системы, например, по некоторой программе. Если регулирование обеспечивает заданную устойчивость системы, то управление может изменять состояния системы, но обязательно посредством совершенного регулятора. Управление возможно только на базе регулирования - последнее является необходимым элементом управления.
Рассуждая о регулировании, мы исходили из того, что разнообразие возмущений известно. Однако в действительности это разнообразие часто бывает неизвестным. Даже если бы каждая кибернетическая система была бы снабжена устройством типа сверхразума (демона) Лапласа, то и в этом случае она не могла бы «знать» всех возмущений, которые могут на нее подействовать. Причина такой «неосведомленности» заключается в объективном существовании случайных явлений, возмущений. Поэтому в большинстве случаев о возмущениях кибернетическая система узнает лишь после их действия, т. е. тогда, когда система переведена из устойчивого, заданного состояния в другое, отличное от него.
Различие между заданным и действительным разнообразием состояний системы (между целью и результатом) оказывается сигналом для приведения в действие регулятора. Использование этого сигнала возможно лишь при наличии обратной связи между регулятором и системой управления. При этом обратная связь является отрицательной, если различие между заданным и действительным состоянием уменьшается, и положительной, если такое различие увеличивается. Кибернетическая обратная связь всегда неотделима, таким образом, от регулирующего воздействия, которое обусловлено передачей информации (в виде сигнала о различии между заданным и действительным состоянием системы). Суть принципа обратной связи, как отмечает Л. А. Пет-

рушенко[‡‡‡‡‡‡‡‡‡‡‡], заключается в том, что любое отклонение системы управления от заданного состояния служит источником возникновения в системе нового движения, всегда направленного таким образом, чтобы поддерживать систему в заданном состоянии. Управление, основанное на принципе обратной связи, фактически является самым фундаментальным типом управления.
Управление в кибернетических системах можно разделить в определенном отношении на три типа: 1) самосохранение; 2) саморазвитие (самосовершенствование); 3) самовоспроизведение. Все упомянутые типы управления связаны с различными классами разнообразия и с различными видами генетического тождества (имеется в виду тождество сохраняющихся сторон кибернетических систем, между которыми существует генетическая, историческая связь).
Если конечная цель управления заключается только в сохранении целостности, качественной определенности кибернетической системы, то такое управление есть управление самосохранения (или гомеостатическое). Примером этого типа управления может служить самосохранение любого нормального организма в его зрелом возрасте, нормальное функционирование большинства кибернетических устройств, имеющих управление по принципу обратной связи. Характерная черта этого типа управления - сохранение информационного содержания (т. е. ко - личества информации) структуры кибернетической системы и постоянство цели управления. Поскольку при самосохранении кибернетическая система остается тождественной самой себе лишь в структурном аспекте, назовем этот тип тождества генетическим тождеством первого рода.
Саморазвитие - более сложный тип управления. С точки зрения самосохранения, необязательно совершенствование, прогресс кибернетической системы, накопление структурной информации. Для самосохраняющихся систем вполне достаточно, чтобы с течением времени их структура не изменялась. Требование же накопления структурной информации предполагает переход к более высокому типу тождества, включающему в себя больше различий, нежели предыдущий тип генетического тождества. Кибернетическая система, саморазвиваясь, прогрессируя, может уже изменять свой конкретный тип целостности, качественной определенности, в то же время в генетическом аспекте оставаясь самой собой. Этот тип тождества можно назвать генетическим тождеством второго рода. Примером саморазвивающихся кибернетических систем является эмбриогенез (процесс зародышевого развития любого организма), прогрессивная филогенетическая эволюция животных, кибернетические устройства, обладающие способностью к самообучению.
Еще более сложный тип управления - самовоспроизведение. Наиболее полно он изучен в биологии, хотя свойствен и обществу (экономике, науке, культуре и т. д.). Самовоспроизведением не обладают современные кибернетические устройства, так как у них нет такой степени организации, которая присуща биологическим и социальным системам. Хотя процессы самовоспроизведения имеют различные формы, общим для них является то, что при сохранении или даже увеличении структурной информации одной системы ею порождается другая система, причем эта последняя генетически тождественна первой и обладает способностью саморазвития. Упомянутый тип тождества следует назвать генетическим тождеством третьего рода.
Во всех рассмотренных выше процессах управления проявляется диалектическая взаимосвязь тождества и различия. Во- первых, сама классификация тождеств, связанных с различными типами управления, может быть основана на наличии в них тех или иных различий. Во-вторых, поскольку рассматриваются определенные тождества информационных содержаний структур, то это не что иное, как тождество определенных различий. В-третьих, тождество различий (информационных содержаний структур) отнюдь не предполагает статического сохранения элементов, связей, отношений структуры, а, наоборот, их изменение и замену. Здесь сохранение обязательно предполагает изменение, а тождество структуры в одном отношении есть ее изменение в других отношениях.
Общий вывод, который можно сделать, свидетельствует о том, что управление всегда связано или с сохранением, или с увеличением структурной информации системы. Однако этот вывод нельзя абсолютизировать и считать, что если данная кибернетическая система имеет управление по принципу обратной связи, то ее информационное содержание не может уменьшаться. Дело в том, что управление в системе обычно осуществляется лишь в отношении определенных возмущений, а другие возмущения не устраняются. В результате, несмотря на наличие управления, общее информационное содержание системы может снижаться. Так, современные кибернетические устройства, имеющие управление по принципу обратной связи, настроены лишь на определенные возмущения, тогда как многие другие возмущения выводят их из строя, и их ремонтом занимается человек. Аналогичные примеры можно привести из области живой природы - приспособление к паразитическому образу жизни ведет к общему снижению информационного содержания организма, хотя в ряде отношений организм функционирует нормально. Таким образом, управление связано с сохранением или повышением количества информации лишь в определенном отношении.
Для того чтобы система увеличивала или сохраняла свое информационное содержание по отношению ко все большему количеству возмущений, необходимо все большее число управляющих систем. Но возрастание в кибернетической системе числа управляющих систем ведет к увеличению структурной информации, а это требует появления новых управляющих систем и т. д. Именно так происходит эволюция таких кибернетических систем, как живые организмы. 
<< | >>
Источник: Урсул А. Д.. Природа информации: философский очерк. 2010

Еще по теме § 7. Информация в неживой природе и кибернетических системах:

  1. Урсул А. Д.. Природа информации: философский очерк, 2010
  2. Информация в системах банковского менеджмента
  3. Глава 5 Информационное обслуживание – система доступа к информации
  4. ЛЕКЦИЯ 1 ИНФОРМАЦИЯ, ЕЕ РОЛЬ И ФУНКЦИИ В СОЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
  5. ЗАНЯТИЕ 5 ОБОБЩЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ, СФОРМИРОВАННОЙ В СИСТЕМЕ СЧЕТОВ БУХГАЛТЕРСКОГО УЧЕТА
  6. ЕСЛИ НЕ ПОИСКОВАЯ СИСТЕМА — ТО ЧТО ЖЕ. ИЛИ ГДЕ ЕЩЕ МЫ ИЩЕМ ИНФОРМАЦИЮ В ИНТЕРНЕТЕ?
  7. Глава 1. Юридическая природа и виды правовых последствий уголовно наказуемых деяний. Тенденции развития их системы и практики применения (Strafrechtliche Sanktionen)
  8. 3.5. Договоры, учреждающие международные классификационные системы и направленные на облегчение поиска информации об отдельных объектах промышленной собственности
  9. Природа человека
  10. КУЛЬТУРА И ПРИРОДА
  11. Социализация природы
  12. 3.3. Система безналичных платежей (национальная платежная система) Роль и участники платежной системы
  13. НАЗАД К ПРИРОДЕ
  14. Вопрос 4. Природа и культура