В. Корогодин - Информация как основа жизни

Б. Б. Кадомцев [2] в своей книге "Динамика и информация" (1997) указывает на иерархию в физических информационных системах. Он проводит следующие рассуждения.

Каждая открытая система имеет приток энергии Р и вещества М. Энергия должна поступать в систему в организованной форме, так что вместе с энергией и веществом в систему вводится негэнтропия (-S i). Из системы выводятся во внешнюю среду отходы в виде вещества М и возрастания энтропии внешних систем (-S e). Если система не имеет внутренней структуры, то она ведет себя как однородная система, например горная река.

В более сложных системах возможно расслоение на две тесно связанные подсистемы: динамическую и информационную (управляющую). Структурные элементы, которые могут влиять на динамику системы сравнительно малыми возмущениями, выделяются в структуру управления. Таким образом, сложные динамические системы расслаиваются на два уровня иерархии. Подсистема управления может откликаться на смысловую часть приходящих сигналов и вырабатывать управляющие сигналы в динамическую подсистему. Управляющий блок может иметь связь с несколькими динамическими подсистемами. Управляющий, или информационный, блок может использовать негэнтропию, передаваемую из динамических подсистем, либо иметь свой источник, связанный с внешней средой. В случае живых организмов негэнтропией является пища, а для получения информации используется, например, свет.

Б. Б. Кадомцев отмечает, что "для информационного поведения сложных физических систем более важной является структурная сложность и структурная иерархия, а не иерархия элементарных уровней (частицы, атомы, молекулы, тела). Элементы информационного поведения появляются даже у микрочастиц в виде коллапсов волновых функций, а по мере укрупнения и усложнения структур к ним добавляются неравновесные коллективные параметры порядка, играющие роль динамических переменных" (стр. 331).

Обратимся к живой клетке. Здесь впервые встречается обособленный генетический "управляющий" аппарат (геном клетки). Он реагирует на сигналы из внешней и внутриклеточной среды, связан через трансляцию (см. возникновение генетической информации) с аппаратом гетерокатализа, который обеспечивает построение динамического оператора. В "динамическом блоке" используются вещество и энергия внешней среды. В схеме самовоспроизводящегося автомата фон Неймана, являющегося аналогом живых организмов, присутствуют управляющий информационный блок и динамический, для построения оператора использующий ресурсы внешней среды. Все социальные структуры и сельское хозяйство построены на тех же иерархических принципах.

Информация, заключенная в своем носителе, сама по себе пассивна: она неспособна ни участвовать в целенаправленном действии, ни перейти на другой носитель, ни осуществить собственное копирование. Чтобы эти события, обеспечивающие само существование информации, стали возможны, требуется наличие специальных материальных объектов – устройств или "машин", которые "умеют" воспринимать или создавать информацию, считывать ее, обеспечивать ее трансляцию с одного носителя на другой, ее копирование, создание кодируемого ею оператора, а также осуществление других действий, необходимых как для выявления присущих информации свойств, так и для обеспечения ее дальнейшего существования. Отдельные операции, совершаемые посредством этих устройств с информацией или при ее участии, можно назвать элементарными информационными актами, их совокупность – информационным процессом, а совокупность устройств, обеспечивающих осуществление такого процесса – информационной системой. Очевидно, что вне информационной системы информация не в состоянии выявить ни одного своего свойства, кроме бренности, – но даже бренность информации здесь выступит не явно, а лишь как следствие разрушения ее носителей. Другими словами, вне информационной системы не только информация обречена на диссипацию, но и само понятие "информация" утрачивает всякий смысл.

Очевидно, что все устройства, способные обеспечивать осуществление элементарных информационных актов, так же как и слагаемая ими информационная система, есть не что иное, как операторы, создаваемые на основе некоторой информации, – спонтанно они образовываться не могут. Возникает известный парадокс яйца и курицы: что первично, информация или ее операторы? Попробуем выяснить, каким минимумом свойств (или особенностей) должна обладать простейшая информационная система, способная обеспечить осуществление полного информационного цикла, от считывания информации до ее воспроизведения. Сделать это нам будет нетрудно ввиду прекрасной разработанности этого вопроса – следует лишь обратиться к идеям Дж. фон Неймана, относящимся к самовоспроизводящимся автоматам [3].

В сентябре 1948 г. на симпозиуме "Механизмы мозга в поведении", состоявшемся в Калифорнийском технологическом институте, Дж. фон Нейман прочитал лекцию, которая называлась "Общая и логическая теория автоматов". Основной темой этой лекции был общий анализ структуры такого автомата, или, точнее, автомата такого уровня сложности, который позволял бы ему осуществлять самовоспроизведение. Фон Нейман показал, что такой автомат должен состоять из четырех блоков со следующими функциями (рис. 3).

Рис. 3. Блок-схема самовоспроизводящегося автомата фон Неймана. R - ресурсы, черпаемые из окружающей среды. Пояснения в тексте.

Блок А – автоматическая фабрика по сбору сырья (R) и его переработке в продукт, соответствующий задаваемым извне инструкциям (Г). Блок Б – аппарат, снимающий копии с таких инструкций. Блок В – контролирующий аппарат, подключенный одновременно к блокам А и Б: когда в блок В поступают инструкции, они сначала направляются в блок Б для снятия с них копий, а затем – в блок А, где уже осуществляются соответствующие операции по изготовлению конечного продукта из исходного сырья. В случае, если таким "конечным продуктом" является дочерний автомат, он снабжается копией первоначальных инструкций, тогда как их оригинал остается в блоке В исходного автомата. Наконец, имеется еще блок Г, который представляет собой "запоминающее устройство", содержащее полную запись инструкций, обеспечивающих производство блоком А конечного продукта, в том числе дочернего автомата (А+Б+В+Г). Фон Нейман показал, что для создания самовоспроизводящегося автомата структура такого типа является необходимым минимумом. Он предположил также, что такая структура присуща и живым организмам.

Заметим, – и это хочется особенно подчеркнуть, – что автомат фон Неймана можно рассматривать с двух точек зрения. Во-первых, так же, как делал сам Дж. фон Нейман, анализируя принцип устройства самовоспроизводящейся технической системы. В этом аспекте инструкции или информация, содержащаяся в блоке В и используемая блоком А для изготовлении копии такого автомата, играет как бы служебную роль, подчиненную цели создания новых блоков А, Б, В и Г. Но можно весь автомат рассматривать и с другой позиции, когда все неинформационные компоненты его, т. е. блоки А, Б, В и Г, выступают в роли операторов по отношению к кодирующей их информации, а совокупность этих блоков, т. е. сам автомат, есть не что иное, как супероператор, обеспечивающий воспроизведение этой информации.