Репортаж с ничейной земли. Рассказы об информации

В решетке кристалла есть направления, имеющие наибольшую вероятность: там, где расположены так называемые узлы. А между узлами есть «пустое» пространство: в него не попадают движущиеся молекулы, здесь вероятность их пребывания близка нулю. Если бы мы могли подсчитать значения вероятности для всех областей решетки и подставить их в формулу S = - ∑ P_ilog P_i, мы убедились бы, что энтропия уменьшилась оттого, что газ превратился в кристалл. Почему уменьшилась? Да потому, что кристалл хранит в себе информацию - в его движении есть строгий порядок. Именно он и учитывается формулой S = - ∑ P_ilog P_i. Ведь ей все равно, какое движеиие подразумевается под значком вероятностей. И для движения букв на страницах книги и для движения молекул в физическом теле она покажет одно и то же: неопределенность движения тем меньше, чем сильнее отличаются друг от друга значения разных P_i. А там, где уменьшается неопределенность движения, появляется какой-то порядок: среди общего хаоса движущихся молекул возникают траектории, имеющие большую вероятность. У такого тела есть своя «география»: широкие дороги и узенькие тропинки, главные трассы и вспомогательные пути.

Водяной пар можно превратить путем охлаждения в воду, а затем в кристаллики льда. Что будет происходить с молекулами этой системы? Они прекратят танец, что был в облаке пара, и начнут двигаться в том порядке, который существует в кристаллике льда. Значит, наше тело, перешедшее из газообразного состояния в твердое, приобрело ту информацию, которой обладает каждый кристалл.

- Но позвольте! - воскликнул профессор. - На каком основании вы называете это информацией?

Ведь никто же не следит за тем, что происходит в этом физическом теле, никто не получает сведений о том, что происходит с его частицами. Значит, нет никакой информации и незачем припутывать к этим процессам модные понятия и слова.

- Тогда разрешите задать вам такой вопрос: а кто следит за тем, как бежит информация по цепям электронной машины? Тоже никто. Но ведь информация существует и в каналах связи’ и в ячейках «памяти»! Каналы же и ячейки строятся из полупроводниковых приборов, основой которых является все тот же кристалл. Значит, кристаллы все-таки могут не только хранить информацию, но и передавать ее друг другу. А нас, людей, это, кажется, задевает, профессор? Нам хотелось бы думать, что информация- - это нечто послушное нашей воле, что только нашим желанием направляется она по различным каналам, что только наше сознание или созданная им искусственная память способны хранить в себе «модели движения», ту информацию, которую дает окружающий мир?

Но оглянитесь вокруг, профессор! Разве информацией, которую несет в себе любая живая клетка, природа не распорядилась без нас? Разве созданные нами машины не передают ее друг другу? А что происходит при этом в их каналах? Опять изменение порядка движения. С приходом каждого импульса электронные потоки меняют направление, они текут лишь через цепочки, в которых есть открытые лампы или замкнуты контакты реле. Чем больше информации хранится в искусственной памяти, тем более сложной становится «модель движения» этих потоков. Так почему же вы не хотите согласиться с тем, что в сложном движении молекул кристалла можно (хотя бы в принципе) оценить вероятность всех направлений и, подставив их в ту же формулу, определить, сколько бит информации сохраняет кристалл?

Поймите самое главное: в любом техническом устройстве информация связана с движением точно так же, как в газе или в кристалле. Наибольшая энтропия - это наибольшая неопределенность движения.

Представьте себе обладающий самой большой энтропией телевизионный сигнал. Как он выглядит на экране? Как нескончаемый снежный буран. Потому что любая яркость луча от черного до белого свечения имеет в любой точке экрана равную вероятность. Но вот мы передали «модель движения», и движение электронов в луче приобрело строгий порядок. Этот порядок передался изображению - и на экране, где только что бушевала снежная буря, появились живые люди, «модель» возродила движение, происходящее на телестудии или на сцене театра, превратив его в движение электронов, падающих на экран. Система получила информацию и уменьшила энтропию.

То же самое происходит со звуком. Звук с максимальной энтропией - это ровный, несмолкающий шум. Звук человеческой речи - это колебания воздуха, изменяющиеся в определенном порядке. Этот порядок передается «моделям» движения, летящим к приемнику с любых расстояний. С получением информации электроны в цепях приемника приобретают нужный порядок движения. Он передается мембране динамика, мембрана заставляет двигаться воздух, сохраняя тот же порядок - музыку или речь.

А в сосуде с газом? Пока газ находится в равновесии, молекулы движутся как попало. Если бы мы могли наблюдать их движение, оно показалось бы нам подобием снежного вихря; если бы мы могли слышать удары молекул о стенку сосуда, мы восприняли бы их как несмолкаемый шум. Но вот газ получил информацию - внешняя энергия увеличила давление в одной части сосуда. И сразу внутри сосуда возник упорядоченный поток молекул: они устремились в ту часть сосуда, где остался разреженный газ. Конечно, в таком движении еще слишком несложный порядок - разве сравнишь его с движением электронов, несущих на экран телевизора целый спектакль? Но все же это направленное движение, и оно также зависит от информации: первый же сигнал, полученный газом, создал этот порядок.

А когда охлажденный газ превратится в массу кристаллов, порядка станет гораздо больше. Если бы вы могли наблюдать движение в решетке кристалла, вы тоже увидели бы своеобразный «спектакль». Подставьте в формулу энтропии вероятность различных перемещений молекул газа и кристалла, и вы убедитесь все в той же неизменной закономерности: пока вероятности всех направлений были одинаковы, была неопределенность движения, была велика энтропия. Но вот газ превратился в кристалл, вероятности стали различны, появился порядок движения, появилась негэнтропия.

Так почему же вы не хотите поверить, что именно информацию сохраняет своим движением самый обычный кристалл?

Ключ н азбуке мира

Всю неделю в отряде царит разброд. Никто не знает, куда идти дальше. Мы ждем решений профессора, а его, очевидно, мало волнуют наши заботы: он целиком погружен в себя. С ним творится что-то неладное. День за днем угрюмо бродит он в окрестностях нашей палатки, а с вечера и до рассвета сидит на ящике из-под консервов, читает какие-то книги, делает записи и расчеты при тусклом свете походного фонаря. На наши вопросы отвечает сухо и односложно, не скрывая, что они его раздражают.

Только в конце недели профессор заговорил.

Это произошло ранним утром, когда первый луч солнца, заглянув в нашу палатку, потревожил сои. Профессор сидел, как обычно, в углу палатки и чтото поспешно записывал в свой походный блокнот Затем он встал, отложил записи в сторону, и мы услышали первую связную фразу, произнесенную им за последние дни:

- Я проверил ваши предположения. - Очевидно, эти слова относились к Быстрову. - Действительно, получается так, что информация присутствует всюду.

- Ну конечно, профессор! - радостно отозвался Быстров. - Она существует там, где происходит движение, а движение происходит везде.

- Забавляетесь афоризмами? - криво улыбнулся профессор. - А я тут долго размышлял над одним вопросом. Мы всегда получали информацию из внешнего мира. Но при этом почему-то были твердо уверены в том, что она наша «частная собственность» и может существовать либо в прессе и в устной речи, либо в каналах связи созданных нами устройств. А тот факт, что она объективно существует в природе, мы почему-то упорно не хотели признать. А она существует... И знаете, что меня в этом убедило? Простой опыт, который я любил проделывать еще в школьные годы. Но сегодня я вдруг взглянул на него по-новому. Оказывается, ваши «модели движения» передаются не только по специальным каналам связи. Те же «модели» способен передать молекулам жидкости самый обыкновенный кристалл. Ну кто мог это подумать!