Информологией называют область на
стыке физики, философии и информатики, изучающую информационные аспекты
процессов взаимодействия материальных тел и понятия, использующиеся при
описании информационных процессов. Более правильное название было бы "Информациология",
но, к сожалению, это название уже занято. В настоящее время название "Информациология"
использует так называемая "наука", активно растущая на стыке
естествознания, бизнеса и религии (термины из естествознания, логика из
религии, методы из бизнеса).
Проблемы передачи, хранения и обработки информации в статических (жестко
структурированных) системах изучает прикладная наука Информатика, а
информационные процессы в открытых динамических системах изучает наука
Информодинамика.
Начнем с краткого экскурса в
историю.
Теорию информации вызвали к жизни потребности практики. Ко второй
половине XX века земной шар буквально гудел от обилия электрических
сигналов, бегущих по телефонным и телеграфным кабелям и по радиоканалам.
Но было важно еще при создании передающих систем выяснить, какое
количество информации пройдет через эту передающую систему. Американским
инженером Р. Хартли была сделана попытка ввести количественную меру
информации, передаваемой по каналам связи. Хартли принял "количество
информации", передаваемое по каналу связи относительно двух равноправных
исходов и снимающее неопределенность путем реализации одного из них, за
единицу информации, получившую название "бит".
Создатель статистической теории информации К.
Шеннон в работе "Математическая теория связи" (1946) обобщил результат
Хартли и его предшественников. Теория передачи информации Шеннона
позволяла ставить и решать задачи об оптимальном кодировании
передаваемых сигналов с целью повышения пропускной способности каналов
связи, подсказывала пути борьбы с помехами на линиях и т.д. В работах
Хартли и Шеннона информация существует лишь в своей внешней оболочке,
которая представлена отношениями сигналов, знаков, сообщений друг к
другу - синтаксическими отношениями, это так называемая семиотическая
(знаковая) сторона информации. Количественная мера Хартли-Шеннона не
претендует на оценку содержательной (семантической) или ценностной,
полезной (прагматической) сторон передаваемого сообщения.
Новый этап теоретического расширения понятия
информации связан с кибернетикой - наукой об управлении и связи в живых
организмах, обществе и машинах. Оставаясь на позициях шенноновского
подхода, кибернетика формулирует принцип единства информации и
управления, который используется для анализа сути процессов, протекающих
в самоуправляющихся, самоорганизующихся биологических и социальных
системах. Развитая в работах Н. Винера концепция предполагает, что
процесс управления в упомянутых системах является процессом переработки
(преобразования) некоторым центральным устройством информации,
получаемой от рецепторов (входной информации) и передачи ее в те участки
системы, где она воспринимается ее элементами как приказ для выполнения
того или иного действия (управляющая информация). При этом главную роль
играет содержание информации, передаваемой рецепторами и центральным
устройством.
Информация, по Винеру - это "обозначение
содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего
приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств", то есть
метаинформация. Таким образом, кибернетическая концепция подводит к
необходимости оценить информацию как некоторое знание, имеющее одну
ценностную меру по отношению к внешнему миру (семантический аспект) и
другую по отношению к получателю, накопленному им знанию, познавательным
целям и задачам (прагматический аспект). Попытки построить модели,
охватывающие семантический аспект информации, содержащейся в некотором
высказывании относительно обозначаемого объекта, привели к созданию ряда
так называемых логико-семантических теорий (Р. Карнап, И. Бар-Хиллел и
др.). В них информация рассматривается как уменьшение или устранение
неопределенности. Семантическая информация, содержащаяся в каком-либо
высказывании, исключает некоторые альтернативы. Чем больше альтернатив
исключает высказывание, тем большую семантическую информацию оно несет.
При всем многообразии логико-семантических теорий им
присущи общие черты, они указывают путь решения трех связанных друг с
другом проблем: определения совокупности возможных альтернатив
средствами выбранного языка, количественной оценки альтернатив, их
относительного сопоставления (взвешивания), введения меры семантической
информации.
В теоретических конструкциях статистической и
семантической информации речь шла о потенциальной возможности извлечь из
передаваемого сообщения какие-либо сведения. Вместе с тем в процессах
информационного обмена очень часто складываются ситуации, в которых
количество или качество информации, воспринимаемое приемником, зависит
от того, насколько он подготовлен к ее восприятию. Поэтому появились
теории, учитывающие запас информации, уже имеющейся у приемника - так
называемый тезаурус. Понятие тезауруса является фундаментальным в
теоретической модели семантической теории информации, предложенной
Ю.Шрейдером и учитывающей в явной форме роль приемника.
В прагматических концепциях информации аспект
полезности является центральным, что приводит к необходимости учитывать
ценность, эффективность, экономичность информации (это уже не сама
информация, а информация об оценке полученной информации с точки зрения
получателя.
Одним из ярких представителей прагматических
теорий информации является поведенческая модель коммуникации -
бихевиористская модель Акоффа-Майлса. Исходным в этой модели является
целевая устремленность получателя информации на решение конкретной
проблемы. Получатель находится в "целеустремленном состоянии", если он
стремится к чему-нибудь и имеет альтернативные пути неодинаковой
эффективности для достижения цели. Сообщение, переданное получателю
информативно, если оно изменяет его "целеустремленное состояние".
Следующим этапом в развитии прагматических теорий
информации явились работы американского логика Д. Харраха, построившего
логико-прагматическую модель коммуникации. Одной из слабостей
бихевиористской модели является ее неподготовленность к оценке ложных
сообщений. Модель Харраха предполагает учет общественного характера
человеческой коммуникации. В соответствии с ней получаемые сообщения
должны быть сначала подвергнуты обработке, после которой выделяются
сообщения "годные к употреблению". Именно к совокупности годных к
употреблению сообщений должны быть применены критерии ценности и
полезности.
Непосредственной предпосылкой для такой эволюции
явились развитие кибернетики, зафиксировавшей существенную общность
информационных процессов в различных объектах, и создание теории
передачи информации, разработавшей количественный подход к оценке
сложности передаваемых информационных структур. Развитие обобщенных
представлений об информации имело мировоззренческие следствия. Картина
Вселенной, основанная на физикалистском, масс-энергетическом видении
мира, была дополнена третьим фундаментальным параметром -
организованностью объектов. Детерминизм дополнился понятием
энергетически маломощного взаимодействия объектов, обеспечивающего обмен
информацией. Подобный вариант детерминации предоставляет управляющей
системе возможность отражать действительность опережающе, т. е.
реагировать даже на еще не развившиеся, но значимые явления.
Теперь перейдем к основаниям информологии.
Информология рассматривает общее свойство материи -
отражение как основу информационных процессов.
Отражение - общее свойство материи, которое выражается в способности
материальных тел посредством собственных изменений воспроизводить
особенности взаимодействующих с ними материальных тел.
Информационный процесс - процесс взаимодействия материальных
объектов, при котором происходит частичное изменение формы или структуры
взаимодействующих объектов, но сохраняется качественная определенность
взаимодействующих объектов.
Информация - то общее, что существует во всех информационных
процессах, а именно - изменения, произошедшие в результате
взаимодействия.
Рассматривая информационные процессы с философской
точки зрения можно утверждать, что информация представляет собой
сущность
(общее во множестве явлений). При этом постановка вопроса о количестве
информации некорректна. Измерять (сравнивать с мерой - эталоном) можно
только конкретное свойство конкретного объекта (результат
измерений = интенсивность свойства) и измеряться должна не информация, а
одно из ее свойств. Поэтому в информатике существует несколько так
называемых подходов к измерению количества информации (статистический,
структурный, семантический) и в рамках каждого из этих подходов
измеряются разные свойства информации.
Несколько упрощенная аналогия - "количество леса"
представляет собой неопределенное понятие, а измерить можно:
количество деревьев в лесу (шт),
количество биомассы (т),
площадь леса (га),
объем древесины (м3), и т. д.
В природе существует два фундаментальных вида
взаимодействия: обмен веществом и энергией. Фундаментальность этих видов
взаимодействия заключается в том, что все прочие взаимодействия происходят
только через их посредство. Эти виды взаимодействия подчиняются закону
сохранения. На основе комбинации этих фундаментальных взаимодействий, между
объектами может происходить взаимодействие, при котором потери одного не
совпадают с приобретением другого, это несимметричное взаимодействие. Так штамп
передает свою форму обрабатываемому материалу, но сам форму сохраняет.
Информационное взаимодействие - это комплекс энергетических и вещественных
взаимодействий, представляющий собой несимметричное взаимодействие, при котором
происходит обмен информацией посредством обмена веществом и энергией.
Информационное взаимодействие может происходить только при определенном взаимном
соответствии свойств объектов. Так в каждом каталитическом взаимодействии могут
участвовать только объекты, обладающие необходимым для него набором свойств.
Можно сказать, что информационное взаимодействие, это один из видов
взаимодействий, связанных с переходом от объективного к субъективному. Это
взаимодействия с независимо существующими от объекта явлениями, в которых он
участвует как "вещь для других", но результат которых воспринимается им как
"вещью в себе".
Поскольку каждый процесс взаимодействия является в то
же время информационным процессом, то возникает трудность выделения
информационной составляющей этих процессов. Кроме того, существует
принципиальное различие информационных процессов в открытых и замкнутых
системах. Здесь понятие "система" используется в его классическом смысле -
"многое, функционирующее как целое". По отношению к окружающей среде системы
делятся на замкнутые (для которых взаимодействие с окружающей средой мало влияет
на систему) и открытые (для которых окружающая среда выступает как один из
элементов системы). По отношению к собственной структуре системы делятся на
статические (для которых структура системы неизменна) и динамические (в которых
структура формируется динамически, в зависимости от конкретной ситуации).
Замкнутую систему можно изучать по частям, рассматривая отдельные уровни
вложенности процессов, открытая же система существует только как совокупность
всего, составляющего целое и активно взаимодействующего с окружающей средой.
Каким бы способом мы не выделяли из нее отдельный уровень, процесс или их
совокупность, полученное будет не более чем частной моделью. Биологические
объекты в целом представляют собой открытые системы, а их центральная нервная
система представляет собой как статическую систему нервных волокон, так и
динамическую систему идеальных объектов - образов и ощущений.
Сложность описания информационных процессов заключается
в том, что это процессы многопорядковые (процессы вложенной динамики). Таковыми
являются например процессы в любой экосистеме, от лесного массива до океана,
кроме того, вложенность динамических процессов может проявляться и в техногенных
системах. Одним из показательных примеров, достаточно изученных как со стороны
феноменологии, так и в плане формализма, является турбулентность. Турбулентность
возникает в потоке жидкости или газа, при определенных условиях как
самостоятельная, в некотором смысле - отдельная динамическая система
турбулентных вихрей. Она существует по своим собственным законам. И в формальном
представлении это динамическая система тоже отдельная, подчиняющаяся своим
собственным законам - теории турбулентности, связанной с уравнениями потока лишь
через параметры. Еще одна сложность описания информационных процессов
заключается в том, что необходимо учитывать как процессы взаимодействия
материальных объектов, так и процессы взаимодействия идеальных объектов, а кроме
того, процессы взаимодействия материальных и идеальных объектов. Во многих
случаях целесообразно рассмотрение информационного процесса при зафиксированном
значении времени, точнее вне временной оси. Такого рода модель до тех пор, пока
она не будет распространена на временную ось, является моментальной фотографией,
текущим срезом состояния системы. Главное в исследованиях - не распространять
такое модельное представление системы на то, что требует рассмотрения в динамике
внешних связей (не путать информостатику с информодинамикой).
Рассмотрев известные науке процессы взаимодействия,
можно утверждать, что в природе объективно существуют три вида объектов и
процессов их взаимодействия:
- материальные объекты и процессы;
- идеальные объекты (как устойчивые состояния соответствующим образом
организованных материальных объектов) и процессы взаимодействия идеальных
объектов;
- комплексные объекты, соединяющие в себе и идеальные и материальные объекты и
процессы.
Поэтому информационные процессы как процессы взаимодействия
материальных и идеальных объектов можно разделить на три группы процессов:
- Физические - (взаимодействия материальных объектов).
- Формальные - (взаимодействия идеальных объектов).
- Комплексные (взаимодействия материальных и идеальных объектов).
Аналогично этому, объективно существуют три вида информации,
взаимосвязанные и взаимодополняющие друг друга:
- физическая информация - первичная, существует и в неживой природе и в живой
природе;
- образная информация - вторичная, существует только в живой природе (в
динамических системах);
- знаковая информация (языковая) - комплексная, (метаинформация =
информация об информации) существует в виде материально-идеальных комплексов -
языков (материальный объект - текст и идеальный объект - смысл текста).
Такое деление вполне согласуется с известными видами
отражения:
1. Пассивное отражение (в неживой природе), это элементарное отражение - след,
отпечаток (информация, зафиксированная на материальном носителе);
2. Активное отражение (в живой природе), это:
- Ощущение (раздражение) - элементарное отражение - изменение состояния
рецепторов;
- Психика - формирование образов (комплексов ощущений, связанных в единое целое
и имеющих проекцию на реальный мир).
- Образы (идеальные объекты), то есть устойчивые состояния особым образом
организованных материальных объектов (динамические информационные структуры);
- Сознание (языковое мышление) - формирование понятий (комплексов образов и
связей между ними) и оперирование понятиями.
Физическая информация.
Для физической информации подходит следующее определение:
Физическая информация об объекте (источнике) есть изменения другого объекта
(приемника, наблюдателя), вызванные взаимодействием с объектом. Таким
образом, при взаимодействии материальных объектов происходит изменение этих
объектов (как отражение одним объектом свойств другого объекта), которое можно
трактовать как обмен информацией. Рассмотрим некий обособленный материальный
объект (назовем его объект
А). При взаимодействии с другим материальным объектом (назовем его
объект
В) объект А изменяется, что можно трактовать как процесс
индукции-редукции информации (единый процесс возникновения-исчезновения, так как
новые изменения, возникая, одновременно уничтожают (затирают) старые). Пока
изменения объекта
А, вызванные взаимодействием с другими объектами, не затрагивают те
изменения, которые вызваны взаимодействием с объектом
В, идет процесс хранения информации.
Таким образом, структура физических информационных
процессов состоит из двух основных элементов (фаз) - индукция/редукция и
хранение.
Индукция/редукция - возникновение новых изменений объекта при взаимодействии
и одновременно с этим исчезновение старых.
Хранение - при отсутствии взаимодействий, затрагивающих данные изменения,
эти изменения сохраняются до тех пор, пока не будут затерты новыми изменениями,
индуцированными внешними или внутренними процессами.
Основным свойством физической информации является
множество изменений или объем физической информации. Поскольку каждый
материальный объект обладает некоторым множеством свойств, то каждому из которых
можно поставить в соответствие численное значение и выделить из общего множества
те, которые изменили свои значения при данном взаимодействии. В терминах теории
множеств определение объема физической информации будет звучать так: Объем
физической информации есть мощность множества свойств (характеристик)
объекта-приемника (наблюдателя), изменившихся при взаимодействии с
объектом-источником. Единица измерения - бит есть мощность множества,
содержащего один элемент. Например: объем физической информации, который может
быть записан на магнитный диск определяется количеством (мощностью множества)
участков на магнитном диске, изменение намагниченности которых используется для
фиксации факта наличия-отсутствия записи информации. Хотя любой набор битов без
интерпретации - это просто куча неизвестно чего, но объем кучи мы можем
измерить.
Образная информация.
Образы представляют собой состояния центральной нервной
системы биологических объектов, поэтому они принципиально индивидуальны.
Передать образ без искажений от одного человека к другому невозможно, но можно с
помощью знаковых систем (языков) вызывать (индуцировать) образы у рецепиента
(приемника информации).
Здесь уместно вспомнить о эзотерике (от греческого
esoterikos, "внутренний" и exoterikos "внешний"). Первоначально - тайноведение,
"внутренняя доктрина" религиозного, философского или иного учения, доступная
лишь прошедшим обряды высших посвящений, в отличие от экзотерической, "внешней
доктрины", изучение которой не только было доступно всем новообращенным, но и
вменялось им в обязанность. Образы являются эзотерическими (т.е. не
передаваемыми другим), а любая передаваемая с помощью знаков информация по
своему определению экзотерична.
Процесс передачи образной информации по своим
физическим свойствам сходен с процессом резонанса в электродинамике - энергия
сигнала возбуждает рецептор (колебательный контур) в котором и происходят
изменения состояния (в контуре возникают колебания), которые зависят как от
параметров сигнала, так и от параметров рецептора (контура). При совпадении
определенных параметров сигнала и колебательного контура (при резонансе) слабый
сигнал может вызывать сильные изменения, а при несовпадении - сильный сигнал
вызывает слабые изменения.
Свойства образной информации яркость (четкость),
детальность, адекватность реальному объекту и др. представляют собой
интегральные характеристики, поэтому степень проявления этих свойств измеряется
с помощью методов многокритериальных оценок и качественного анализа.
Структура формальных информационных процессов подобна
структуре физических информационных процессов и состоит из двух основных
элементов (фаз) - индукция/редукция и хранение.
Человек как информационная система имеет
многоуровневую, иерархическую структуру подсистем обработки информации и
соответственно структуру информационных процессов:
Первый уровень - состояние всех выходов периферической нервной системы
(совокупность сигналов от рецепторов - ощущения);
Второй уровень - состояние выходов стволовой нервной системы как некоторая
временная последовательность сигналов первого уровня, последовательность
накопления внешних сигналов (взаимодействие потоков ощущений);
Третий уровень - состояние центральной нервной системы, как совокупность
сигналов второго уровня (воспринимаемого на данный момент состояния) и
соответствующей структуры, подобранной к данному моменту из прошлого опыта
(образы);
Четвертый уровень - взаимодействие информационных структур - воспринимаемого
состояния и прошлого опыта для формирования адекватной реакции (мышление как
взаимодействие потоков образов).
Информационная система человека в процессе нормального
функционирования производит образной информации намного больше, чем это
необходимо для жизнедеятельности. Причиной тому является взаимодействие образов
между собой. В процессе производства информационных структур человек
приспосабливает их к динамике окружающего Мира, выполняет непрерывную попытку
понять смысл, структурировать то, что приходит к нему из внешнего Мира. Из-за
особенностей входных сигналов типа: "неразличимость" "абстракция", "условность",
"угол зрения" возникают структуры не адекватные ничему в окружающем мире. Это
означает, что и ложных или надуманных, или дополнительных образов может быть
больше, чем образов адекватных реальному миру.
Естественный язык это поток слов, но человек слышит
слова, а учитывает образы. Человек как личность - "Я" переводит поток слов в
поток образов, достроенных образами из памяти с помощью контекстного анализа.
Так же работает и зрение: образ видимый и образ воспринимаемый сознанием это
разные образы, не даром в криминалистике существует выражение "врет как
очевидец". Человек воспринимает и сохраняет в памяти не то, что происходило на
самом деле, а то, что он воспринял из окружающего, на базе личного, жизненного
опыта. В целом мышление существует только как динамический процесс, который
может быть остановлен лишь в абстрактной мысленной модели, в описании процесса.
В реальности конкретный мыслительный процесс либо заканчивается подбором
адекватного решения поставленной задачи и выдачей соответствующей реакции, либо
запуском нового процесса, попыткой найти другое решение, подбором других
структур из прошлого опыта и/или путем получения дополнительных данных.
Рассмотрим еще несколько терминов, используемых
при исследовании информационных процессов. Возьмем, к примеру, биологическую
трактовку термина "структурный резонанс". В биологических системах под
патологией понимают процесс, который ведет к разрушению физиологических структур
организма, нарушению биохимических и биофизических реакций и взаимодействий.
Патология может быть вызвана повреждением как физиологических, так и
информационных структур организма, а может быть вызвана и десинхронизацией
циклических процессов в организме.
Как известно, всем органам живого организма присуще
колебательное движение, которое можно зафиксировать с помощью специальной
техники (для организма в целом получается комплекс так называемых физиологичных
частот). Это явление уже используется в медицине в виде так называемого метода
структурно-резонансной терапии. В основе этого метода лежит применение
электромагнитного поля с частотами, соответствующими ряду физиологичных частот.
Причем напряженность переменного электромагнитного поля, создаваемого
аппаратурой, приблизительно равна напряженности естественного магнитного поля
Земли, вследствие чего практически отсутствует электромагнитное загрязнение
окружающей среды и не возникает тепловой эффект в тканях, подвергаемых
воздействию.
В данном случае в результате воздействия
электромагнитного поля происходят изменения в организме, следовательно, этот
процесс можно рассматривать как информационный процесс. В этом случае сигналом
является электромагнитное поле. Поле модулировано по частоте, следовательно код
- частотный. Вид информации в этом случае - образная информация, т.к. образ есть
устойчивое состояние динамического материального объекта. В отличие от образа,
как состояния структур мозга, этот образ является состоянием организма в целом
(получается некий переходной вид между чисто физической и чисто образной
информацией). В то же время этот процесс можно рассматривать и с позиций теории
колебаний, как резонансный процесс или как процесс внешней принудительной
синхронизации. Как всегда наиболее полную картину может дать множественное
описание - взгляд с разных позиций (результат применения системного принципа
дополнительности).
Теперь рассмотрим весьма популярные в настоящее
время термины: "астральные образы" и "информационное поле".
По своей сути "астральные образы" представляют собой
субъективное отражение в сознании особого типа корковой активности, которая
обусловлена интерорецепторной информацией, поступающей из внутренней среды
организма. Отражение при этом осуществляется в форме так называемых
"транскрипций" или, как говорил И.М.Сеченов, "небывалых комбинаций бывалых
впечатлений". Сознание по инерции воспринимает события "внутреннего мира" в
формах, присущих событиям внешнего мира, т.к. иные формы ему недоступны.
Поскольку повышение психофизиологического тонуса организма
традиционно связывается с накоплением запаса энергии, а источник энергии в
данном случае не локализован, то возникло предположение о внешнем источнике. А
поскольку этот источник не наблюдаем, то ему приписали внеземное происхождение.
Так появилась "космическая биоэнергия".
Поскольку источник информации в данном случае не
локализован, то возникло предположение о том, что источником является поле (т.к.
внешние сигнальные системы организма человека не способны различать полевые
структуры). Так появилось "информационное поле", которое никакой связи с
физическими (реально существующими) полями не имеет.
Физическое поле - термин, применяемый для описания взаимодействия объектов, не
контактирующих друг с другом (дальнодействие). Наличие физического поля
определяется по влиянию источника поля на пробное тело без их непосредственного
контакта.
Источник поля - материальный объект, обладающий
соответствующим свойством.
Пробное тело - материальный объект, обладающий таким же
свойством. Поэтому в качестве пробного тела можно использовать только источник
этого же поля.
Доказать существование конкретного поля, значит
продемонстрировать взаимодействие объектов, при условии, что все остальные
взаимодействия исключены. Исключив все возможные взаимодействия двух конкретных
объектов, мы тем самым исключим и так называемое "информационное поле".
Получается, что денотатом (реально существующим объектом)
термина "информационное поле" может служить любое физическое поле. Кроме того,
представление, связанное с этим понятием тоже неопределенное - "нечто невидимое
и неощутимое, вызывающее изменения состояния приемника информации".
Основания информологии Часть
2