Алексей Шилейко - Информация или интуиция?

Интересно, что американский инженер и изобретатель С. Морзе, создавая свою азбуку задолго до появления теории Шеннона, исходил из тех же самых соображений. Известно, что азбука Морзе использует для кодирования символов алфавита два вида электрических посылок: короткую (точка) и длинную (тире). Каждая буква кодируется комбинацией из нескольких таких посылок. Так вот, для кодирования наиболее часто встречающихся символов, исходя из изложенных только что соображений, С. Морзе использовал самые короткие посылки. Например, буква «е», чаще всего встречающаяся в английском языке, кодируется одной-единетвенной точкой, в то время как для кодирования буквы «z» используются четыре посылки.В последние годы в нашей стране и за рубежом ведутся многочисленные исследования поведения дельфинов и других китообразных. Одна из распространенных гипотез, находящая все больше экспериментальных подтверждений, состоит в том, что дельфины обладают сложными средствами общения друг с другом. Язык дельфинов представляет собой свисты, меняющиеся по высоте тона. Согласно наиболее распространенной гипотезе отдельные сообщения могут представлять собой комбинации различных свистов.В результате длительных исследований языка дельфинов были выявлены отдельные характерные свисты и составлена таблица, где эти свисты расположены в порядке убывания частоты их появления в составе более сложных комбинаций. Мы не можем не удержаться, чтобы не привести здесь эту таблицу (рисунок на странице 178). При рассмотрении таблицы видно, что существует явно выраженная закономерность: чем чаще встречается свист, тем он проще, — совсем как в азбуке Морзе.И последний вопрос, касающийся систем связи, или, точнее, систем общения. Теория Шеннона показывает, что наибольшая эффективность любого канала связи может быть достигнута в том случае, когда все символы и вообще все единицы сообщений оказываются равновероятными. Почему же в таком случае эволюция, создавая языки общения, пошла не по самому эффективному пути? Ответ очень прост. Во внимание принимались соображения надежности.При непосредственном общении людей между собой так же, как и при передаче по каналам связи, сообщения искажаются шумами. Эти шумы могут иметь как внешнее происхождение, так и внутреннее (человек отвлекся и не воспринял какой-то фрагмент сообщения). Мы уже говорили, что средство повышения надежности информации — что-то повторить. Типичный пример — телеграмма: «выезжаем двадцатого, встречайте». Слово «встречайте» здесь, вообще говоря, лишнее. Получатель и сам знает, что ему делать. Однако слово «встречайте» страхует от возможной ошибки. Например, если будет получена телеграмма «въезжаем двадцатого, встречайте», то слово «встречайте» поможет понять, что в первом слове телеграммы допущена ошибка.Для возможности повторения нужны резервы. Таким резервом, в частности, является различная частота не только отдельных букв, но и их сочетаний. Именно благодаря этому мы, как правило, можем восстановить либо отдельное слово, либо целую фразу даже в таком случае, когда отдельные фрагменты оказались потерянными. Причем, что интересно, чем чаще встречается отдельная буква или сочетание букв, тем проще они восстанавливаются. Например, мы пишем «мосты», а произносим «маеты», и это никогда не вызывает никаких трудностей. Подобные характеристики языка используются, в частности, при дешифровке как сообщений на неизвестных языках, так и сообщений, специально зашифрованных в целях обеспечения секретности.

Еще одно мощное средство получения информации — радиолокация. Принцип действия радиолокатора очень прост. С помощью специальных антенн создается по возможности параллельный пучок радиоволн. Этот пучок точно так же, как и световой луч, распространяется по прямой до тех пор, пока не встречается с каким-либо препятствием. Препятствие частично поглощает радиоволны, а частично рассеивает их, то есть отражает в разные стороны. Та часть пучка, которая оказалась отраженной точно под углом 180 градусов, возвращается к месту передачи и может быть зарегистрирована радиоприемником. Таким образом регистрируется направление на цель, а по времени распространения сигнала до цели и обратно может быть определено и расстояние.На этом пути, однако, встречается одна очень серьезная трудность. С помощью существующих антенных систем не удается получить в точности параллельный пучок радиоволн — радиолуч. Хорошо, если угол расхождения луча не превышает одного градуса. А это означает, что на расстоянии, скажем, 100 километров радиолуч будет покрывать площадь примерно три квадратных километра. Если поперечное сечение цели имеет площадь порядка квадратных метров, то лишь одна миллионная часть энергии, заключенной в радиолуче,достигнет цели.Но это еще не все. Как уже говорилось, часть энергии поглотится целью, большая часть будет рассеяна в разные стороны. Наконец, энергия радиоволн поглощается атмосферой. В результате радиоприемника достигнет столь ничтожная доля переданной энергии, что приводить соответствующую цифру здесь даже не имеет смысла. Например, в опытах по радиолокации Луны (такие опыты проводятся сейчас довольно часто и имеют большое значение для целого ряда наук и прежде всего, конечно, астрономии) мощность сигнала, достигавшего приемной антенны, имела порядок 10-15 ватта. К этому надо добавить, что увеличение скоростей современных самолетов, а также появление ракет делает целесообразным обнаружение их лишь на весьма больших расстояниях.Из всего сказанного следует, что единственный способ обеспечить надежную работу радиолокационных систем состоит в том, чтобы увеличивать мощность передаваемых сигналов. Причем поскольку ослабление принимаемого сигнала по сравнению с переданным составляет миллионы миллионов раз, то и мощность передаваемых сигналов должна измеряться десятками и сотнями мегаватт. Создание передатчиков, непрерывно излучающих подобные мощности, представляет собой чрезвычайно сложную техническую задачу, не говоря уже о связанных с этим затратах энергии. И вот тут на помощь приходит одно очень простое соображение. Ведь для того, чтобы обнаружить самолет, находящийся в воздухе, совсем необязательно «освещать» его радиолучом непрерывно. Достаточно послать одну короткую «вспышку» радиоизлучения. Следующая такая вспышка понадобится лишь тогда, когда самолет существенно изменит свое положение.Пусть современный сверхзвуковой истребитель летит со скоростью 2000 километров в час. Чтобы сместиться на расстояние, равное собственной длине, то есть примерно на 20 метров, ему понадобится 0,036 секунды. Следовательно, чтобы постоянно знать о местоположении самолета с ошибкой, не превышающей 20 метров, достаточно посылать вспышки радиоизлучения не чаще, чем примерно двадцать восемь раз в секунду. В современных радиолокационных системах отдельные вспышки, или, как их принято называть, радиоимпульсы, обычно посылаются с частотой 50 раз в секунду. Что же касается длительности самой вспышки, то, очевидно, чем она короче, тем лучше. Поэтому длительность вспышек ограничивается лишь возможностями самих радиосистем. Относительно просто получить радиоимпульс, скажем, в одну десятимиллионную долю секунды. Вот и получается, что если мощность в радиоимпульсе будет иметь порядок 100 мегаватт, то средняя мощность за достаточно большой промежуток времени без учета КПД будет составлять всего 500 ватт.