Сущностные основы информатики (стр. 1 )

1 СУЩНОСТНЫЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

1.1 ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ

1.1.1 Вводные замечания

Изучение любой дисциплины немыслимо без использования новых слов или словосочетаний, точно, по возможности взаимно однозначно обозначающих определяемые ими понятия.

Поскольку в данной дисциплине мы вынуждены будем оперировать большим многообразием не всегда четко трактуемых терминов*, рассмотрим вначале, что же собой представляют термины, почему они не всегда однозначно определяются и интерпретируются, что полезного и малоэффективного в отсутствии четкости, однозначности между термином и определяемым им объектом (понятием), когда эта взаимная однозначность принципиально необходима, а неоднозначность недопустима, “живут” ли термины, имеют ли они свой «жизненный цикл», эволюционируют или революционируют с течением времени и т. д.

На все эти вопросы можно легко ответить после уяснения, что любой термин – это единственная или одна из возможных моделей определяемого им объекта (предмета, понятия) как средства существования и использования знаний о нем.

Термины “модель” и “моделирование” как центральные в информатике будут детально рассмотрены во второй части пособия. Здесь лишь отметим их аспекты, необходимые для понимания материала, изложенного в данной его части.

Весьма важно выяснить, имеет ли объект-оригинал, который отображается термином, объективный характер, т. е. существует ли он реально во Вселенной или является виртуальным – несуществующим, но могущим существовать при определенных условиях, или он абстрактный – истинно мысленный. Абстракция (от лат. abstraction – отвлечение) – это:

1) мысленное отвлечение от ряда свойств предметов и отношений между ними;

2) отвлеченное понятие, образуемое в результате отбрасывания, неуче-
та в процессе познания несущественных сторон рассматриваемого объек-
та (предмета, явления) с целью выделения свойств, раскрывающих его сущность;

3) синоним мысленного, понятийного.

Основные типы абстракции: изолирующая – вычленяющая исследуемый объект (предмет, явление, процесс и пр.) из некоторой целостности; обобщающая – дающая обобщенную картину объекта; идеализирующая – замещающая реальный объект идеализированным в каком-то смысле объектом; мысленная – придуманная человеком без обязательной привязки к реальности (например, математические понятия, конструкции, аксиомы).

Выяснение реальности, виртуальности, абстрактности основы, существа термина необходимо для точного определения его роли и места в дисциплине при описании, исследовании и проектировании, реализации и применении информационных систем и технологий. Наличие совокупности определений какого-то термина означает, что они характеризуют разные стороны многогранной сути, а не саму суть определяемого понятия. Именно поэтому в данном пособии мы особое внимание уделяем терминологическим аспектам дисциплины.

Под моделью некоторого объекта (предмета – его сущности, свойств; явления, процесса) будем понимать (что? кого?) вспомогательный искусственный или естественный, мысленный (абстрактный или виртуальный) или материальный (вещественный или энергетический) объект, призванный (зачем? почему? для чего?) отображать (что? кого?) наиболее важные (кому? для кого?) для субъекта (создателя, исследователя, пользователя) (в каком смысле?) с точки зрения поставленной им цели (задачи) исследования (чего? кого?) закономерностей, свойств, особенностей строения и функционирования объекта-оригинала. Под моделированием будем понимать метод исследования, основанный на замене этого объекта-оригинала его моделью и работе с ней вместо объекта (как, где, в какой среде, какими средствами, с каким качеством? и т. д.) (рис. 1.1.1, 1.1.2).

В связи с изложенным уместно привести пример метаморфозы понимания физического закона как модели реальности. В 1687 году И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения именно как модель: “Между двумя телами в пространстве наблюдается явление, к о т о р о е м о ж н о о п и с а т ь, предполагая, что два тела притягивают друг друга с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними”. А вот формулировка из современных учебников физики: “Два тела п р и т я г и в а ю т друг друга с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними”! Модель заменена реальностью!

1.1.2 Термины как модели определяемых ими понятий

Прокомментируем понимание термина как модели, рассмотрев особенности (свойства) модели, ее статус и назначение.

Свойство целевости (место и роль модели в деятельности человека (субъекта)).

Модель есть неотъемлемый элемент любой ц е л е н а п р а в л е н н о й, в частности познавательной, деятельности человека в силу следующих обстоятельств. Во-первых, любая деятельность человека направлена на достижение определенной цели. Во-вторых, цель есть организующий элемент деятельности, поскольку она является моделью (образом) желаемого будущего, т. е. того состояния, на достижение (реализацию) которого направлена деятельность. В-третьих, как правило, человек, делая что-то, имеет явно или неявно ось знаний, образ (модель, алгоритм, правила) деятельности. В-четвертых, в познавательных задачах модель как образ исследуемого объекта есть продукт и/или инструмент целенаправленной деятельности субъекта-исследователя. Наконец, в-пятых, важно иметь в виду, что человек (субъект) не может мыслить иначе, как категориями моделей, и поэтому любые утверждения могут быть сделаны им лишь только относительно модели.

Модель есть неотъемлемый элемент (цель, образ, инструмент, продукт) человеческой деятельности. Цель – это модель желаемого будущего, а модель – целевое отображение объекта-оригинала.

Свойство встроенности (отношение объект – модель – субъект – среда). Очевидно, что модель (в частности, термин) не может существовать без субъекта (ее создателя, исследователя или пользователя) и без ингерентной
(согласованной с моделью) среды (целей и задач, показателей качества, условий применения, лиц, средств и технологий, с помощью которых создается, функционирует и применяется модель), обеспечивающей ее функционирование (микросреды, «культурной» среды) и порождающей интерес к ее использованию (макросреды) (рис. 1.1.1, 1.1.2). Приведите примеры, поясняющие это.

Модель не является изолированной, а должна рассматриваться только во взаимосвязанном многоместном отношении объект – модель – субъект – среда.

Свойство дуальности (предназначение моделей). Все многообразие моделей (в том числе терминов) условно (!) можно разделить на два класса: познавательные и прагматические. Целевая ориентация первых такая же, как в познавательной деятельности, – как можно лучше представить реальность (объект-оригинал). При обнаружении расхождений между познавательной моделью и реальностью усилия субъекта должны быть направлены на изменение модели (в широком смысле – самой модели, микросреды, цели построения и условий ее применения), повышение степени приближения ее к реальности, в то время как направленность прагматической модели – приблизить реальность к модели. Познавательные модели – физические законы, теории, математические модели. Познавательные термины – “жизнь”, “земля”, “фотокопия”. Практические модели – юридические законы, стандарты, технические задания на изделия, цели, планы, уставы, алгоритмы. Практические термины – “коммунизм”, “проект”.

В зависимости от цели, назначения одна и та же модель может выступать и как познавательная, и как прагматическая. С другой стороны, модель может являться одновременно “истинным”, “верным” и “неверным” отражением оригинала. “Истинным”, “верным” – значит отражающим объект таким, какой он есть, существует вне и независимо от субъекта всегда, т. е. безусловно или условно (при определенных условиях), а “неверным” – значит не имеющим отношения к оригиналу, не отражающим оригинал таким, какой он есть на самом деле.

Примером проявления дуальности модели является корпускулярно-волновой дуализизм, согласно которому любые микрообъекты (фотоны, электроны, протоны, атомы и т. д.) обладают свойствами частиц (корпускул) и волн. Волновая модель света в одних условиях является “истинной”, “верной” и в то же время “неверной”, не относящейся к объекту-оригиналу, или “условно верной”, если свет рассматривается как корпускула с точки зрения иного подхода.

Другой пример – характеристики случайных сигналов как модели некоторого физического объекта и/или экспериментальных данных о нем. Они могут быть истинными моделями, если данные соответствуют свойствам объекта и/или модели, и неверными в противоположном случае. Так, математическое ожидание или среднее арифметическое могут быть истинными моделями характеристики положения, центра рассеяния данных, если они имеют распределение Гаусса, и “неверными” для данных, имеющих распределение Коши.

Познавательные модели (термины) отражают реально существующее, а прагматические – виртуальное, не существующее, придуманное, в том числе желаемое, но возможно осуществимое. Модель объекта может быть познавательной или прагматической, “истинной”, “верной” или “ложной”, “неверной” в зависимости от условий, свойств объекта и целей моделирования.

Свойство неоднозначности (отсутствие взаимной однозначности между моделями и объектами). Может ли между объектом-оригиналом и его моделью существовать взаимно однозначное соответствие и надо ли к этому стремиться? Для ответа на этот вопрос отметим следующие особенности отношений модель – объект:

– модель есть не сам объект-оригинал (хотя в физических исследованиях объект-оригинал и может выступать как модель!), а лишь его объект-образ, приближенно (насколько?) отражающий объект-оригинал;

– сам объект-оригинал не всегда может иметь четко очерченные границы, отделяющие его от других “родственных” ему объектов и среды. Например, что представляют собой объекты, моделями которых являются термины “жизнь”, “алгоритм”, “лес”, “энтропия”, “земля”, “семья”, “красивая девушка” и т. п.?

– модель есть целевой ингерентный среде объект-образ объекта-оригинала, т. е. образ, адекватный назначению, цели, задачам, согласованный с требованиями к качеству, средствам, условиям и правилам моделирования. Следовательно, объект-оригинал может иметь множество моделей, отвечающих разным назначениям, целям, задачам, условиям;

– одна и та же модель (особенно термин) может соответствовать мно-
гим объектам (например, математическая модель каких-либо объектов или слова “коса”, “энтропия”).

Сказанное означает, что, во-первых, между объектом и его моделью не может существовать строгого взаимно однозначного соответствия, во-вторых, создатели модели должны стремиться к таким ее построению и применению, которые отвечали бы требованию однозначной (лучше взаимно однозначной) интерпретируемости получаемых при моделировании результатов (адекватности цели, задачам, средствам, условиям), в-третьих, становится понятной сложность задачи построения таких моделей, особенно относительно универсальных по целям, задачам, объектам.

Взаимно однозначное соответствие между моделью и объектом само есть прагматическая модель как одно из требований к моделированию, желаемое, но не всегда достижимое.

Свойство финитности (ограниченность моделей). Из свойства неоднозначности следует, что существует определенная ограниченность в применении моделей для познания и описания реального мира и синтеза новых объектов, которая, однако, не тождественна отрицанию возможности познания Вселенной или синтеза ранее несуществующего “бесконечного” конечными средствами. Эта ограниченность является следствием финитности (конечности) модели, проявляющейся в том, что модель отображает оригинал лишь в конечном числе главных (наиболее существенных) отношений (структуры, свойств, правил функционирования), реализуется при конечных ресурсах (построении и оперировании моделью, условиях ее применения), в частности, за счет наличия помех, сбоев, ограниченной области применимости модели, ее упрощенности и т. д.

Область применения моделей всегда ограничена (финитна) из-за особенностей самой модели, ее ингерентности (согласованности со средой), условий оперирования с ней и ее использования.

Свойство динамичности (“жизнь” моделей). Как уже указывалось, модель может быть полезной, лишь если она ингерентна, согласована со средой. Но среда не является стационарной, она эволюционно или революционно изменяется во времени. В связи с этим и модели проходят свой “жизненный” цикл: рождаются, развиваясь, сотрудничают и соперничают с другими, “умирают”, уступая место более качественным, совершенным. Причем жизненный цикл моделей может сопровождаться их естественными и/или искусственными эволюционными и революционными изменениями. Сказанное полностью относится к терминам.

Модели (термины) динамичны и имеют свой жизненный цикл.

Кроме того, многие термины обладают еще одним важным свойством – “расплывчатости” при интерпретации.

Итак, термины как модели описываемых ими понятий обладают, по крайней мере, следующими свойствами: целевости, встроенности, дуальности, неоднозначности, финитности и динамичности (рис. 1.1.3). Поэтому как при рождении (создании, введении) термина, так и при его использовании необходимо быть очень аккуратными, тщательными, точно определять фактический смысл данного термина, отвечать на все вопросы и выбирать соответствующий путь по каждому элементу схемы, представленной на рис. 1.1.2. Важно также выяснить, какой смысл вложил в термин его создатель, т. е. каковы его ответы на вопросы, приведенные на рис. 1.1.2, как интерпретируется сейчас этот термин «культурной средой» и как пытаетесь его интерпретировать Вы.

Рис. 1.1.3. Условное изображение отношений «объект-модель»

с учётом свойств модели (термина)

ЦЕЛЕВОСТЬ	= =	модель – это целевое отображение объекта-оригинала; цель – модель желаемого будущего
ВСТРОЕННОСТЬ	= =	модель не существует без объекта, без субъекта и без ингерентной (согласованной с ней) среды
ДУАЛЬНОСТЬ	= =	модель может быть познавательной и (или) прагматической; истинной и ложной одновременно
НЕОДНОЗНАЧНОСТЬ	= =	соответствие между моделью и объектом не является взаимно однозначным; взаимно-однозначное соответствие само есть прагматическая модель
ФИНИТНОСТЬ	= =	ограниченность области применения модели
ДИНАМИЧНОСТЬ	= =	модель динамична и имеет свой жизненный цикл

1.1.3 Семиотика

Семиотика (семиология) – это наука о свойствах знаков, знаковых систем и языков. Она состоит из трех частей: синтактики, семантики и прагматики. Синтактика изучает отношения между правильными выражениями, которые в принципе могут быть интерпретируемыми; семантика – интерпретации этих выражений, т. е. установление таких соответствий с содержательными областями объектов, при которых правильным выражениям приписывается смысл; прагматика изучает восприятие осмысленных выражений знаковой системы в соответствии с разрешающими способностями субъекта, ее воспринимающего.

Семиотика изучает структуру сочетаний знаков, физических и химических символов, естественных и формализованных языков, логического и математического исчислений, правила их образования (синтактика), отношение знака к выражаемому им смыслу (семантика) и воспринимающему этот знак субъекту (прагматика).

В свете сказанного слово “синтактический” в приложении к какому-либо термину означает отображающий формально-структурные характеристики определяемого предмета без затрагивания смыслового содержания. Рассмотрим в качестве примера термин “адекватность информации объекту”. Он характеризует соответствие образа, создаваемого этой информацией (с помощью этой информации), реальному объекту (предмету, явлению, процессу, цели, задаче). Иными словами, он означает соответствие формы, структуры, объема, содержания, которые есть в информации и могут быть использованы или уже использованы для создания образа реального объекта этому объекту (рис. 1.1.4).

Здесь термин “синтактическая (синтаксическая) адекватность информации” означает, что адекватность рассматривается лишь с точки зрения формально-структурных характеристик информации, когда не затрагивается ее смысловое содержание. С точки зрения синтактики рассматриваются, например, тип носителя, способ представления, скорость передачи и обработки, вид и размеры кодов представления информации (точнее, данных), надежность, точность, помехозащищенность этих кодов (именно кодовых представлений, а не представимой ими информации) и другие аспекты, способствующие сбору (переносу, хранению, восприятию и т. п.) семантики информации.

Термин “семантическая (смысловая) адекватность информации” означает степень содержательного соответствия создаваемого информацией образа объекту, когда учитывается смысловое содержание информации, анализируются именно те сведения (смысл), которые содержит, отражает эта информация, рассматриваются смысловые связи. Эта форма адекватности используется, например, при анализе теорем, терминов, понятий и представлений, выявлении их смысла, содержания, при обобщении, сопоставлении замысла автора некоторой статьи, книги и его интерпретаций читателями, режиссерами, пропагандистами, друзьями, недругами и т. д.

Наконец, термин “прагматическая (потребительская) адекватность информации” отражает отношения между информацией и ее потребителем, соответствие информации цели ее использования (см. рис. 1.1.2), которая достигается, реализуется на ее основе. Понятно, что прагматическая адекватность может проявляться и поэтому учитывается только при наличии и единстве информации (образа объекта) пользователя и цели применения информации. Прагматическая адекватность связана с ценностью, полезностью, секретностью, защищенностью, своевременностью, новизной и другими свойствами информации (см. рис. 1.1.4).

 

1.1.4 Информация и её сущность в разных концепциях строения Вселенной

Вводные пояснения

Первичным и самым сложным термином, который мы рассмотрим, является термин “информация”. С ним связана парадоксальная ситуация: он используется всеми, ежедневно, очень широко, однако до сих пор отсутствует его строгое всеобъемлющее определение (понимание, интерпретация). Это является следствием того, что до сих пор нет единой точки зрения на объект, служащий отправной точкой для введения понятия “информация”. Существующие определения термина “информация”, во-первых, связаны с латинским словом informatio – разъяснение, изложение, осведомление, во-вторых, зависят от того, какие ответы на вопросы рис. 1.1.2 вложил создатель нового определения этого термина, как он учел тот факт, что этот термин превратится в научное понятие только тогда, когда информация, согласно данному определению, станет измеряемой.

Дело в том, что различие в ответах хотя бы на один вопрос рис. 1.1.2 должно, по сути дела, приводить к новым терминам либо к новым интерпретациям используемого термина. Отсюда появляются смешанные понятия типа “информационная физика”, “информационная биология” и т. п.

На примере этого самого важного для данной дисциплины термина попробуем разобраться в проблеме введения, интерпретации и применения любых терминов.

Прежде всего определим, какой объект-оригинал (предмет, его сущность, явление, процесс) является отправным для термина “информация”, что по этому поводу думают в настоящее время специалисты разных областей знания и практической деятельности. Сложность ответа на этот вопрос связана
с несколькими причинами. Во-первых, с очень широким разнообразием объектов-оригиналов, с которыми разные авторы связывают термин “информа-ция” (см. рис. 1.1.1, 1.1.2) . Во-вторых, с нечеткостью, размытостью тех понятий, которые выступают в качестве объекта-оригинала (см. рис. 1.1.2, что?, кого?) при дефиниции (кратком определении) терминов, таких, например, как “сведения”, “смысл”, “смысловое содержание”, “знание” и т. п. В-третьих, при творческом системном мировоззренческом подходе к дефиниции термина “информация”, к попытке выявить объект-оригинал термина автор дефиниции сталкивается с несовершенными, неоднозначными, порою диаметрально противоположными теориями о предмете, называемом словом “Мир” (“Все-ленная”, “реальность”), его сущности, строении, проявлении, происходящих в нем и с ним процессов и т. д., о роли и месте информации как объекта-оригинала, с которым связывается термин “информация”. Поясним изложенное некоторыми примерами дефиниций термина “информация” из современных концептуальных моделей Вселенной, физического мира (см. объект на рис. 1.1.2).

Для удобства изложения различные концепции сущности информации и строения Вселенной условно объединим в отдельные группы настолько, насколько это удастся. При этом первый термин в наименовании концепции услов-но характеризует суть строения Вселенной, а второй – сущность информации. Обратим внимание на то, что эти концепции делятся на три класса:

1.  Фундаментальные (“анализовые”, чаще называемые аналитическими). Они базируются на физических принципах, имеющих всеобщую распространенность в рамках своей применимости, поэтому обладают “абсолютной” предсказуемостью и экспериментальной подтверждаемостью.

2.  Феноменологические (синтетические). Они обобщают экспериментальные данные, “возникают под их давлением” и поэтому, как правило, обладают слабой предсказательной силой (“работают на расстоянии вытянутой руки”), не раскрывают истинную природу физического явления.

3.  Полуфеноменологические, которые основываются на фундаментальных теориях, усложненных добавочными предположениями феноменологического характера.

Физико-материалистическая познавательно-атрибутивная концепция

В большинстве работ по естествознанию, а также в энциклопедиях
и справочниках строение Вселенной и сущность информации объясняются чаще всего с помощью именно физико-материалистической концепции. В ней Вселенная понимается как весь существующий материальный мир, безграничный во времени и в пространстве, бесконечно* разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития, нестационарный, эволюционирующий. Под материей здесь понимается субстанция, субстракт (основа) всех реально существующих в мире независимо от нашего восприятия предметов, свойств, связей и форм движения, бесконечное множество всех существующих в мире объектов. Вселенная считается материально единой, причем материя является первичной по отношению к сознанию, не сотворимой и не уничтожаемой, вечной и бесконечной, находящейся в постоянном движении, саморазвитии, превращении одних ее состояний в другие.

Формы существования матери – вещество и энергия; объективные формы бытия – пространство и время; универсальное свойство материи – отражение. Под веществом при этом понимается вид материи, представляющий собой совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено). (Интересно, что такое нейтрино?) Под физическим полем понимается особая, обладающая нулевой массой покоя, форма материи как носитель взаимодействия, источниками которого являются частицы, вещества, тела. Она представляет собой систему с бесконечным числом степеней свободы. Под энергией понимается общая количественная мера различных форм движения материи. Материальные системы и соответствующие им структурные уровни могут быть представлены так: микромир (элементарные частицы и поля, атомы, молекулы); макромир (макроскопические тела (предметы) разных размеров); мегамир (геологические системы, планеты, звезды, внутригалактические системы); гигамир (галактики, системы галактик); особые типы – живая материя (совокупность организмов, способных к самопроизводству) и социально-организационная (общество).

Пространство и время понимаются в этой теории как всеобщие формы существования материи. Пространство – форма существования материальных объектов (предметов, их сущности, явлений, процессов), характеризующая их структурность и протяженность. Время – форма последовательной смены явлений и состояний материи, характеризующая длительность их бытия. Пространство и время имеют объективный характер, неотделимы от материи, неразрывно связаны с ее движением и друг с другом, обладают количественной и качественной бесконечностью. При этом время обладает следующими универсальными свойствами: длительностью, неповторяемостью, необратимостью, а пространство – протяженностью и единством прерывности и непрерывности. Как писал : “В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени”.*

Заметим, что физико-материалистическая концепция строения Вселенной претерпевает сейчас развитие своих представлений, для которого характерны: а) переход от консервативных равновесных структур и систем, изучаемых в классической механике, к динамическим диссипативным, неравновесным, самоорганизующимся системам; б) переход от трансляционной относительности Эйнштейна и кривизны пространства к трансляционно-враща-тельной относительности, изменению кривизны и кручению пространства (вправо и влево); в) введение в рассмотрение помимо пары “электрические
и магнитные” силы, воздействия и поля пары “гравитационные и спинорные” (торсионные, кручения, ответственные за инерционные воздействия) силы, воздействия и поля с отнесением их теории к фундаментальным, а теории слабых и других воздействий и полей – к феноменологическим; г) рассмотрение в качестве источника всех частиц и полей физического вакуума как основного состояния любого вида материи.

Важнейшими для нас в этой концепции являются следующие положения. Признание первичности материи, решающей роли в реальном мире физических законов, неограниченности, бесконечности Вселенной, справедливости трех законов термодинамики. Отсюда вытекает невозможность создания (согласно первому закону термодинамики) вечного двигателя первого рода (т. е. могущего совершать работу, большую, чем энергия, которая к нему подводится) или двигателя второго рода (например, основанного на передаче энергии в форме теплоты от менее нагретого тела к более нагретому). Следствие этих положений – запрет на появление в изолированных системах (закрытых, не имеющих обмена энергией или веществом с окружающей средой) процессов, сопровождающихся уменьшением (физической) энтропии S, т. е. для которых всегда дифференциал dS ³ 0. В этой концепции высказывается гипотеза о том, что рождение Вселенной “оплачено” производством энтропии, и доказывается недостижимость абсолютного нуля температуры.

Отметим, что здесь под энтропией тела (системы) понимается физическая величина S (Дж/К), которая представляет собой координату (параметр) в виде неизмеримой функции состояния системы, характеризующей тепловое состояние тела или системы тел, и является мерой внутренней неупорядоченности системы:

, (1.1.1а)

где k – постоянная Больцмана; W – число макросостояний тела (системы), которые может принимать физическая система, отвечающее определенному запасу внутренней энергии U при заданном объеме V; p = 1/WU,V – термодинамическая вероятность. Другое выражение для определения энтропии имеет вид

(1.1.1б)

(Q – количество теплоты, полученной или отданной системой, представляющей собой одноатомный идеальный газ при постоянном объеме V, температуре Т и полном термодинамическом равновесии). Согласно третьему закону термодинамики, физическая энтропия S идеального кристалла при абсолютном нуле температуры равна нулю.

Все определения термина “информация” в этой концепции строения Вселенной в основе своей сводятся к атрибутивному пониманию информации, т. е. признанию ее неотъемлемым атрибутом материи. Существует много подходов к трактовке термина “информация” и гипотез понимания сущности информации в рамках этой концепции строения Вселенной.

Сторонники отражательно-разнообразностной гипотезы связывают информацию с всеобщим свойством материи – отражением вообще либо только с отраженным разнообразием, различием.

Сторонники организационно-полевой гипотезы рассматривают информацию как объективную реальность (какую? что это?), существующую рядом с веществом и энергией и характеризующую не только и не столько свойство материи отражать, сколько ее организацию. Согласно данной гипотезе, информация существовала, существует и будет существовать вечно во всех реальных объектах Вселенной, пронизывает их, влияя, в частности, на жизнь людей, других биологических существ и обществ. Иными словами, информация есть одна из трех основ мироздания, первопричина таких свойств материи (веществ), как отражение и организация.

Сторонники информационно-термодинамической гипотезы (см., например, [14]) не только признают объективное существование информации, но и считают, что если некоторая физическая система изолирована лишь в тепловом, но не в информационном отношении, то второй закон термодинамики следует обобщить, заменив неравенство

dS ³ 0 (1.1.2)

неравенством

(1.1.2а)

где dI – приток информации о системе. Это обобщение допускает существование вечного двигателя второго рода, питающегося информацией [14], и не отменяет классические формулировки второго закона термодинамики. Оно дополняет их, заменяя условие неубывания энтропии условием неубывания суммы энтропии и информации, полагая, что для получения и записи информации о системе, находящейся при температуре Т, необходимо потратить как минимум TdI энергии, когда температура Т берется в энергетических единицах, при которых постоянная Больцмана равна 1. Тем самым информация так же, как и энтропия, неявно рассматривается в этом подходе как физическая величина, безразмерная, если Т измеряется в энергетических единицах, и имеющая размерность Дж/К, если Т измерять в градусах. Правда, в работе [14] физическая энтропия, определяемая по Больцману (см. формулы (1.1.1)),
и информация, которая при этом также (согласно (1.1.2а)) должна измеряться
в Дж/К, отождествляются с энтропией и информацией по Шеннону и Хартли, являющимися математическими, физически безразмерными величинами. Все излагаемое по этому подходу не что иное, как трактовка в рамках атрибутивной теории, базирующаяся на утверждениях типа: максимальное количество тепловой энергии, переходящее в работу, равно произведению абсолютной температуры на больцмановское количество приходящей информации.

К этой же гипотезе относится сомнительно трактуемое утверждение [15] о том, что всегда выполняется условие

S + I = const, (1.1.3)

т. е. при увеличении физической энтропии S системы в случае измерения ее состояния одним и тем же прибором, количество полученной информации I уменьшается и, наоборот, измерение уменьшает энтропию и увеличивает информацию.

Физико-синергетическая функционально-кибернетическая концепция

Общие замечания. В данной концепции, как и в предыдущей, строение Вселенной имеет физико-материалистическое объяснение, но только с некоторыми отличиями, относящимися не столько к пониманию места материи (вещества и энергии) в строении Вселенной, сколько к информации.

Материя считается постоянно развивающейся, признается важнейшая роль синергетических процессов самоорганизации, неравновесности, открытости природных физических и социальных систем. Отсюда название – физико-синергетическая концепция. Информация здесь рассматривается не как атрибут всей материи, а как функциональное свойство, неотъемлемый элемент саморазвивающихся, самоуправляемых, самоорганизующихся (биологических, технических, социальных) систем, как функция этих систем. Отсюда второе (“информационное”) название концепций – функционально-киберне-тические. Рассмотрим некоторые гипотезы этой группы концепций.

Физико-модельная гипотеза. Переходной между познавательно-атрибу-тивными и кибернетическими гипотезами является, пожалуй, физико-модель-ная [16]. В ней информация также считается физической величиной, непосредственно определяющей строение материи, но содержащейся в системе, порождаемой ею и представляющей собой не что иное, как полное или частичное описание (видимо, физическую модель?!) этой системы, ее информационный ресурс (пассивная информация). Однако авторы, считая информацию физической величиной, в качестве меры количества информации вводят безразмерную величину. Поскольку информация считается физической величиной, она должна быть и з м е р и м о й. Информация должна допускать последовательность действий, приводящих к получению одной и той же величины, называемой количеством информации, если условия измерения неизменны. Информация должна быть о б ъ е к т и в н о й (результат измерения количества информации не должен зависеть от каких-либо факторов, не влияющих на получение и преобразование информации, например от кратности его измерения). При этом информация относится к фундаментальным физическим величинам, т. е. величинам, обладающим высокой степенью универсальности и описывающим фундаментальные явления природы аналогично тому, как физическая энтропия представляет собой фундаментальную физическую величину, с которой связан всеобъемлющий (в рамках этой теории) второй закон термодинамики.

Здесь полагается, что использование двух физических величин – энергии и энтропии – позволяет полностью описать макроскопические параметры физических систем, в частности, получить почти все термодинамические соотношения. Считается, что распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, отвечающее за строение материи, зависит от информации, которой располагают отдельные электроны*. Причем наличие в системе некоторого количества информации есть внутреннее свойство этой системы. Заметим, что в этом подходе именно информация I, а не энтропия S (или негэнтропия** (S¢ – S) характеризует определенность, упорядоченность и другие подобные категории системы. Заметим, что S¢ представляет собой максимальную для данной энергии энтропию системы.