Репортаж с ничейной земли. Рассказы об информации

Теория информации проливает свет на многие факты, которые до сих пор не могли найти объяснения. Что происходит при слиянии клеток? Почему именно этим слиянием начинается новая жизнь? Может быть, при этом происходит обмен веществами?

Нет, обмениваться здесь нечем: обе клетки состоят из одних и тех же веществ. Может быть, возникают какие-то новые вещества?

Эти предположения тоже не подтвердились. Так для чего же сливаются клетки? До последнего времени этот вопрос оставался неразрешимой загадкой. Но теория информации дала ответ и на него.

Раз клетка содержит в себе информацию, значит для нее тоже опасны помехи. Часть сведений, содержащихся в клетке, наверняка имеет искаженный характер; ведь на все поколения в течение жизни влияло много различных «помех». В наследственном коде остались следы пережитых болезней и случайных вредных воздействий внешней среды. Как избавиться от этих случайных сведений?

Техника в данном случае поступила бы просто: она использовала бы дублирующий канал. Если сигналы одинаковы в обоих каналах, значит нет сомнения в достоверности сообщений. Там, где на один из каналов воздействовала помеха, прибор мгновенно зарегистрирует разницу сигналов.

То же самое происходит при слиянии клеток: «сопоставлением сведений», заложенных в каждой из них, исключаются случайности, и только то рациональное, что накоплено и сохранено природой, приобретает право на существование, развитие, жизнь.

Чтобы исключить влияние одной и той же помехи на оба канала связи, для них выбираются различные диапазоны частот. Сама природа позаботилась о том, чтобы исключить влияние одних и тех же «помех» на две линии предков - слишком разнообразны и неповторимы условия внешней среды. И сразу становится ясным, почему осужденные законом родственные браки дают, как правило, неполноценное потомство: ведь родственные клетки произошли от одной линии предков, подвергавшихся воздействию одних и тех же случайностей. Вот почему рожденный от подобного брака ребенок особенно подвержен наследственным заболеваниям, существовавшим в роду.

С тех пор как теория информации пришла на помощь биологам, прошло всего лишь несколько лет. Но как много нового принесли эти годы! Сколько интереснейших фактов, научных гипотез, новых взглядов, смелых идей!

Когда пытаешься обобщить все это, невольно задаешься вопросом: почему и в технике и в биологии информация проявляет так много одинаковых свойств?

Вот мы отметили, что при слиянии половых клеток сопоставляются коды. То же самое можно делать с помощью специальных технических средств. Наше сознание способно «отфильтровывать» периодические сигналы. А в технике на этом принципе осуществляется накопление и корреляционный прием. Чем объяснить такое сходство передачи информации в технике и в живых организмах?

На первый взгляд вопрос кажется ясным: инженеры учатся у природы. И правильно делают. Ведь даже самый простой организм, рожденный природой, - это изумительно точный и гибкий, необычайно сложный и в то же время всесторонне «продуманный» автомат. Техника только начинает искать те оптимальные методы передачи информации и ее обработки, которыми давно пользуется природа.

Но как объяснить такой удивительный факт: технические методы приема и обработки сигналов возникли значительно раньше, чем теория информации нашла себе применение в биологии. Значит, не техника училась этому у природы, а биология заимствовала разработанные техникой методы и приемы, научилась глубже проникать в живой организм. И тогда обнаружилось, что информация в живом организме проявляет себя точно так же, как в «организмах» современных машин.

Всюду обнаруживается ее беспокойный, но твердый «характер». Она «вмешивается» в процессы и «наводит свои порядки» с помощью зашифрованных кодами всевозможных команд и программ. По этим программам машины производят сложнейшие операции, природа создает белки и живые клетки, живой организм сохраняет устойчивость в любых условиях внешней среды. С тех пор как люди научились задавать машине эти программы, ее поведение стало похожим на повадки живых существ.

Впрочем, «похожим» - слишком неточное слово. Ведь дело тут не во внешнем подобии - машина попросту воспроизводит процессы, которые до сих пор могли протекать лишь в тканях живых существ.

Выдающийся физик Нильс Бор не раз говорил об ограничениях, с которыми сталкивается наука на пути к познанию тайны живого. Всякий эксперимент с живыми объектами в той или иной степени нарушает процессы их жизнедеятельности. Многие данные о химическом составе или физических свойствах можно добыть лишь ценой жизни исследуемого объекта. А с прекращением жизни исчезает та главная тайна, ради которой проводится эксперимент. Нильс Бор приходит к неутешительным выводам:

«Свобода, которую мы вынуждены предоставить организму, как раз достаточна, чтобы позволить ему скрыть от нас свои последние тайны. С этой точки зрения само существование жизни должно рассматриваться биологией как элементарный факт».

И все же наука не пожелала признать последние тайны жизни «элементарным» (читаи - непознаваемым) фактом. Нельзя проникнуть внутрь организма, не нарушая его процессов. Зато можно строить модели и изучать по ним организм.

Но если можно построить модели отдельных процессов, присущих живым организмам, то, может быть, можно создать и живую машину?

Еще недавно такое предположение казалось нелепым. Но чем больше накапливалось фактов, тем более веским становился этот вопрос. Грань живого и неживого стала вдруг настолько расплывчатой, что теперь уже трудно дать четкое определение: что же мы должны признавать живым? То, что дышит и размножается, видит, слышит, питается, взаимодействует со средой? Но ведь почти все эти функции уже сегодня выполняют машины. А что будет завтра? Если машина научится создавать по программам другие машины, она способна будет продлить свой «род»? Впрочем, не надо увлекаться чрезмерно. Машина уже и сейчас создает другую машину, пусть пока в виде расчетов и схем. Но при этом «машина-ребенок» всегда оказывается примитивнее. Значит, в отличие от любого вида живых организмов «машинное племя» не способно к развитию.

Кажется, вопрос приобрел полную ясность, найдена грань живого и неживого: даже создание машиной «себе подобных» не обеспечивает эволюции, необходимой для продления «рода».

Но вот Тьюринг, фон Нейман и Колмогоров анализируют уравнения, отражающие свойства машины, и делают вывод, который вновь возрождает тот же вопрос. Оказывается, дело опять-таки в информации. Чем больше заложено информации, тем больше способна создать машина. А с некоторого момента произойдет качественный скачок: машина, созданная машиной, окажется совершеннее своих «предков».

Конечно, таких машин пока нет: «машина Тьюринга» - это всего лишь длинный ряд уравнений. Но уравнениям следует верить - они доказывают принципиальную возможность существования подобных машин.

Так где же граница живого и неживого? Как возникает живое в природе и где черпает оно информацию? Откуда взялась та информация, по которой был создан первый живой организм?

Эти вопросы родились не случайно. Теория информации - новая ступень человеческих знаний. Вооружившись ею, человек по-новому видит мир: в корне самых различных явлений он обнаружил связь только что познанной информации с давно открытой им энтропией.

Часть вторая. ИНФОРМАЦИЯ ВСЮДУ

ГЛАВА 1. ПУТЕШЕСТВИЕ В МИКРОМИР

Мир в кубике газа

Итак, дорога ведет к энтропии. Это слово мы часто слышали в Новом Городе, но смысл его так и не поняли до конца. Правда, кое-что мы о ней уже знаем. Энтропия - это неопределенность. Помните шары, которые мы извлекали из ящиков, что стояли на площади Новых Идей? В одном опыте участвовало 9 черных и 1 белый шар. В другом было 6 черных и 4 белых шара. Второй опыт имел большую энтропию, потому что неопределенность исхода опыта была здесь больше, чем для 9 черных шаров. Все это учитывается формулой: