Алексей Шилейко - Информация или интуиция?

При желании можно было бы рассмотреть еще большое количество опытов с электронами, но уже ясно, о чем они свидетельствуют: электроны и другие элементарные частицы представляют собой физические объекты, обладающие высокой степенью информированности. Иными словами, качество энергии электрона очень высоко. Свою информацию электрон может использовать в процессе перехода атома из одного состояния в другое, в процессе взаимодействия с веществом, частным случаем которого является рассмотренный выше случай с прохождением через щели, в процессе взаимодействия с окружающим пространством и во многих других процессах.Мы еще столкнемся с некоторыми примерами использования информации электронов.Можно отнять у электрона часть информации, и тогда качество его энергии соответственно снизится. В частности, это проявится в том, что вместо четкой интерференционной картины мы увидим лишь одну световую полосу с размытыми краями. Переходя из возбужденного состояния в основное, электрон в атоме сам испустит квант электромагнитного излучения. Этот квант унесет с собой из электрона информацию о только что происшедшем там процессе. Тогда количество информации электрона уменьшится, и качество энергии электрона, а еще правильнее сказать, качество энергии атома, находящегося в основном состоянии, станет ниже, чем качество энергии атома, находящегося в возбужденном состоянии. Следовательно, атом, находящийся в основном состоянии, не способен совершить механическую работу по испусканию кванта излучения, он не способен также передать информацию.У читателя может возникнуть естественный вопрос: а не усложняем ли мы физическую картину явлений?Начиная с первых страниц книги мы последовательно проводим ту мысль (сейчас это стало достаточно ясным), что наиболее естественной мерой количества информации должна служить энергия. Но может быть, все гораздо проще? Может быть, никакой физической величины информации не существует, а все явления, которые мы рассматриваем здесь в качестве примеров, могут быть описаны в терминах одной лишь энергии?Ответ на такой вопрос может быть только отрицательным. Уже в термодинамических системах мы столкнулись с таким понятием, как статистический вес, не имеющим ничего общего с энергией. Физическая система может обладать определенным сколь угодно большим запасом энергии и в то же время быть неспособной совершить механическую работу, если ее статистический вес (энтропия) имеет максимальное значение, а информация, следовательно, равна нулю. С другой стороны, такая же точно физическая система, обладающая таким же точно запасом энергии, но находящаяся в состоянии с меньшим статистическим весом и, следовательно, располагающая запасом информации, способна совершить подчас достаточно большое количество механической работы.Тогда другой вопрос: может быть, для описания явлений достаточно лишь энтропии и энергии, и информация здесь ни при чем? Ведь предполагали же в свое время, что все физические, а заодно и химические законы можно вывести из первого и второго начал термодинамики!И снова ответ может быть лишь отрицательным. Энтропия, по определению, есть некоторая средняя характеристика, она не вскрывает деталей явления, а лишь учитывает суммарный эффект от множества таких деталей. А в том, что существенны именно детали, можно убедиться хотя бы на следующем простейшем рассуждении.В каждый момент времени любая физическая система находится в одном определенном состоянии. Грубо говоря, чтобы совершать (или не совершать) механическую работу, система (именно сама система, а не наблюдатель) должна знать, сколькими другими способами может быть реализовано то состояние, в котором она находится. Эта же мысль проявляется еще более выпукло применительно к электрону. Два колебания когерентны, когда они имеют одну и ту же частоту и одну и ту же фазу. Но это возможно, когда одно колебание «знает» частоту и фазу другого.На данном этапе рассуждений мы совершенно свободно применяем глагол «знать» к электронам и другим физическим объектам. И делаем это совершенно обоснованно.Все сказанное нами раньше приводит к неизбежному выводу, что информация суть независимая физическая величина и что у явлений окружающего нас мира есть такие черты, которые можно объяснить и описать лишь с привлечением понятия информации. Поэтому, говоря, что электрон «знает», мы считаем, что электрон обладает определенным запасом информации.

Вы сидите дома, уютно устроившись в кресле. Перед вами на экране телевизора панорама планеты Венера — самая настоящая. Автоматическая межпланетная станция, находясь в совершенно фантастических условиях, передает эту панораму на Землю. Если бы кто-нибудь в середине 30-х или даже 40-х годов нашего века нарисовал перед вами подобную картину, добавив при этом, что вы доживете до того дня, когда она станет реальностью, вы в лучшем случае сочли это шуткой. И вот одно из самых дерзких мечтаний человечества осуществилось.Конечно, трудно удержаться и не заметить, что основное назначение автоматических межпланетных станций «Венера», а также станций, исследующих сейчас окрестности Других планет солнечной системы, — это получение и передача на Землю различных видов информации. Более того, работа межпланетных станций вообще возможна постольку, поскольку они получают с Земли различные управляющие сигналы — опять-таки информацию. Но эта глава посвящена биологии, и мы вспомнили здесь о межпланетных станциях лишь потому, что не так давно осуществилось еще одно чудо, по своему значению не уступающее межпланетным перелетам, — человек научился выполнять хирургические операции на хромосомах, освоил так называемую генную инженерию.При окрашивании клеточного ядра на определенных стадиях деления в клетках крови человека, слюнных желез маленькой плодовой мухи дрозофилы, в делящихся клетках растений хорошо видны небольшие продолговатые тельца. Это хромосомы — носители наследственности и изменчивости организма. В хромосомах содержится генетическая информация, определяющая вид, свойства и функции сложнейшего организма. Число, форма и размеры хромосом строго постоянны для данного организма, хотя значительно меняются от вида к виду.У аскариды, например, всего две хромосомы, у папоротников — до 500, а у некоторых морских микроскопических животных — радиолярий — их число достигает 1600! Хромосомы всегда парные. Поэтому в каждой клетке организма содержится по две хромосомы каждого сорта. Так, среди 46 хромосом человека имеется по две хромосомы каждого из 23 сортов. Эти сходные, или, как их называют, гомологичные хромосомы, тождественны во всех отношениях — не только по величине и форме, но и по содержащимся в них наследственным единицам — генам. Одну из гомологичных хромосом ребенок получает от отца, другую — от матери.Образно выражаясь, гены подобны нанизанным на нитку бусам разной величины, формы и цвета. Но это не более чем сравнение. На самом деле гены — это участки хромосомы, обладающие определенной биохимической функцией и определяющие наследование одного или нескольких признаков, будь то цвет глаз или полос или предрасположенность к некоторым заболеваниям,Гены очень малы. Рассмотреть ген можно лишь с помощью электронного микроскопа при увеличении до 100 тысяч раз. Средняя длина одного гена имеет порядок двух микрометров.Так вот, биологи научились заменять одни гены в хромосомах другими. Более того, имеется принципиальная возможность сконструировать по своему желанию из отдельных генов целую хромосому. Это и есть то, что называют сейчас генной инженерией.