Журнал "Компьютерра" №711

Информация forever

Автор: Ваннах Михаил

В старых энциклопедиях "Информации" не было. За "Инфлянтами Польскими" там сразу следовали "Инфралапсарии". И когда такая статья появилась в общедоступном издании, Малой Советской Энциклопедии 1929 года выпуска, смысл термина информация был очень далек от современного.

"ИНФОРМАЦИЯ (лат.), осведомление. Информационный - осведомительный. В органах периодической печати информационный отдел - та часть газеты, журнала и т.п., которая содержит телеграммы, корреспонденции, интервью, а также сведения, даваемые репортерами".

Многочисленные в те годы информаторы, снабжающие любознательные организации данными о жизни сослуживцев и соседей, в общедоступные издания по понятным причинам не попадали. Но интересно, что хотя в технике связи, особенно в стационарных каналах, ключ Морзе был к тому времени вытеснен стартстопными аппаратами, но деятельность вышеописанных информаторов в народе описывали лаконично - "стучат". "Компьютерре" лишь в следующем веке предстояло поведать читателям, что дятел в лесу работает как живой модем, а мудрое коллективное бессознательное уже присвоило тем многочисленным и скромным информационным работникам лапидарное - "дятел"!

Древние римляне употребляли слово informatio в смысле - истолкование, представление, - но вот современное, исключительно емкое понятие информация есть плод развития в равной мере и науки, и технологии. Латинское in-formo (придавать форму, составлять, воображать) употреблялось еще Цицероном и связано с платоновскими первоидеями через греческое, весьма многозначное, eidos. Но полноценный термин "информация" появился сравнительно поздно, даже позже первых электронно-вычислительных машин, и атомных котлов, и бомб.

Ввел его Клод Шеннон (Claude Shannon) в работе 1948 года "A Mathematical Theory of Communication" [К. Шеннон, Математическая теория связи, в кн.: "Работы по теории информации и кибернетике", М., 1963 сс.242-332.].

И вызвала его к жизни суровая практическая необходимость передавать сообщения по изобилующим шумами каналам. Точно так же, как поколениями раньше необходимость учета динамических характеристик телеграфных линий породила гениальные труды Хевисайда.

Вводится понятие информации чисто математически. Достаточно популярное, но и точное понятие дано в старой, весьма известной в СССР работе братьев Ягломов [А. М. Яглом, И. М. Яглом, "Вероятность и информация"]. Информация вводится как оппозиция, противостояние энтропии. Шуму, хаосу, неопределенности, "незнанию".

А энтропия в теорию коммуникаций была введена еще раньше, в 1928 году пионерскими работами американского инженера-электроника Ральфа Винтона Лайона Хартли [Hartley, R. V. L., "Trans-mission of Information", Bell System Technical Journal, July 1928, pp.535–563. Русский перевод см. "Теория информации и ее приложения"]. Отметим, кстати, что, говоря о чисто практических задачах связи, Хартли упомянул "психологические факторы", влияющие на меру неопределенности [Интересный пример таких факторов мы видим в заметке Александра Бумагина "Против всех правил" ("КТ" #708). Там, похоже, психология волонтера влияет ни больше ни меньше как на направление вращения спиральных галактик]. Вообще же, используемым им (и позже Шенноном) математическим аппаратом была теория вероятности. Дисциплина, возникшая из любви французских аристократов к азартным играм.

Николя Леонар Сади Карно (Carno, 1796-1832) был сыном блестящего математика (выдающийся вклад в основания математического анализа) и политического деятеля эпохи Революции Лазара Николя Карно. Окончив в восемнадцать лет Эколь Политехник, он стал офицером инженерных войск. Странным таким офицером. Проводящим время не за игорным, а за письменным столом. Через пять лет он ушел в отставку, чтобы совершить путешествие в Германию. Опубликовал Сади одну единственную работу - "Reflexions sur la puissance motrice du feu" ("Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу", 1824).

Изучая получение движения из тепла, - причем исходя из теории теплорода, и сопоставляя машину тепловую с машиной гидравлической, приводимой в движение только не водой, а жидкостью - Карно ввел идеализированный круговой процесс "получения движения из тепла".

Идеализированный! Отсутствующий в природе! За "циклом Карно" Сади отправился в мир идей, тех, что оттеняют на стенах платоновской пещеры, в тот мир, где гуляют девственницы с единорогами да безупречные рыцари. И из царства абстракций он вышел с Граалем индустриальной эры технологической цивилизации, - своим циклом.

Именно Карно впервые пришел к выводу о том, что полезная работа производится только при переходе тепла от нагретого тела к более холодному. Высказал также положение, что величина работы обусловлена разностью температур нагревателя и холодильника и не зависит от природы вещества, работающего в тепловой машине. Именно это, по большому счету, определяет условия эффективности работы системы охлаждения на теплотрубках, о которой рассказал в статье "Лукавый заплыв" Филипп Казаков ("КТ" #708). Скончался Карно совсем молодым, от холеры.

И понятие энтропии в те времена даже в физике носило эмоциональный окрас, - еще бы! - ведь самым первым следствием этой ранней формулировки стало понимание невозможности создания Вечного двигателя второго рода. Устройства, которое могло бы производить работу за счет одной только рассеянной вокруг теплоты.

Рудольф Юлиус Эммануэль Клаузиус (1822-1888), введший в научный обиход, (будучи еще гимназическим учителем физики и математики!) в 1850 году первую формулировку Второго начала термодинамики - "Теплота не может сама собою перейти от более холодного тела к более тёплому", - развивал тогда работы Сади Карно по тепловым двигателям. В 1865 году Клаузиус, уже профессор Цюрихского университета, показал, что процесс превращения теплоты в работу, следующий Второму началу термодинамики, формулируется строго математически, если ввести особую функцию состояния, а именно энтропию.

Обратим внимание! Практическая необходимость совершенствования тепловых машин (а на дворе стоял Век пара) вызвала к жизни цикл Карно, и размышлявший над ним Клаузиус ввел один из наиболее общих принципов описания устройства мироздания - Второе начало термодинамики. Но крайне важное - и практически, и мировоззренчески - понятие энтропии появилось в результате математического описания тепловых машин. Время было такое…

…Совсем недавно бывший официант Этьенн Ленуар (1822-1900) построил первый газовый двигатель, с КПД 4,65% (почти как у паровоза).

Вскоре коммерсант Николаус Август Отто (1832-1891) построит четырехтактный двигатель, которому предстоит породить автомобильную индустрию.

А в 1897 году инженер Рудольф Дизель (1858-1913) построит двигатель, работающий, почти что, по идеальному циклу Карно и так любимый ныне бережливыми европейцами.

Дальше последовали драматические события. Клаузиус распространил понятие энтропии на всю Вселенную, над которой навис призрак тепловой смерти. Клаузиуса за это упрекали в пессимизме "прогрессивные" ученые ХХ века, упускавшие, что дело было не в непонимании немецким физиком разницы между открытыми и закрытыми системами, а в парадигме статичной Вселенной, оказывавшей влияние даже на ранние космологические интерпретации общей теории относительности. (И порождавшей абсолютно странные конструкции типа "творящего поля" английского астрофизика и автора научной фантастики Фреда Хойла…)

Дальнейшее, после Клаузиуса, развитие понятия энтропии связано с именем австрийца Людвига Больцмана (1844-1906).

Автор работ практически по всем областям физики Больцман ввел в 1872 Н-функцию, характеризующую состояние замкнутой макроскопической системы, и показал, что с течением времени Н-функция не может возрастать (Н-теорема). Отождествив Н-функцию с энтропией S (с обратным знаком), Больцман связал энтропию с термодинамической вероятностью W.

Согласно Больцману, S = klnW. Эта формула украшает памятник Больцману в Вене. Еще лучшим памятником служит то, что его имя носит универсальная постоянная k.

А мы отметим пока, что именно в его работах сошлись энтропия и вероятность.

Проникновение этих понятий в научную среду было крайне драматичным. Прежде всего - "тепловая смерть" Вселенной. Для того чтобы представить, как эта концепция воспринималась в годы ее оформления, нужно обратиться к интеллектуальной атмосфере девятнадцатого века. Хоть и начавшийся мясорубкой, учиненной военно-бюрократической машиной Наполеона, век этот оказался временем торжества прогресса.

Девятнадцатый век, казалось, подтверждал воззрения Тюрго, Кондорсе, Канта на развитие общества. Запрещалась морская работорговля, отменялось крепостное право и рабство негров, входили в жизнь пароходы, железные дороги и телеграф. Улучшение освещения - масло в фонарях сменялось газом, а потом и электричеством, - шло рука об руку с внедрением просвещения. Ведшиеся с применением самых совершенных средств истребления Крымская война и Гражданская война в США, казались не предвестием катастроф грядущего, а досадными рецидивами прошлого.

И тут в благолепие прогресса, сияющей дороги к усложнению и счастью, вторглось представление о неубывании хаоса, о ПРЕДСКАЗАННОЙ НАУКОЙ "тепловой смерти" Вселенной. Нет, не о Светопреставлении религий, за которым следует новая жизнь среди новых небес и на новой земле. О научной, ощутимой и безысходной всеобщей гибели, хоть и весьма отдаленной, но абсолютно неминуемой.

Создатель концепции прогресса Тюрго был защитником неравенства, видя в нем основу развития. Тепловая же "смерть" - это триумф равенства, состояние наивысшей энтропии, в котором нет места движению ни в одной из форм, известных науке рубежа позапрошлого и прошлого веков.

И осознавали это не только ученые. Обратимся к чеховской "Чайке".

Вот монолог Нины Заречной в эпизоде с вставной пьесой нарочито плохого литератора: "Люди, львы, орлы и куропатки, рогатые олени, гуси, пауки, молчаливые рыбы, обитавшие в воде, морские звезды и те, которых нельзя было видеть глазом, - словом, все жизни, все жизни, свершив свой печальный круг, угасли… <…> Холодно, холодно, холодно. Пусто, пусто, пусто. Страшно, страшно, страшно…."

Если перечитать письма Антона Павловича, относящиеся к публикации "Чайки", мы узнаем, что цензуру смущал спокойный взгляд близких на сожительство актрисы и литератора; Театрально-литературный комитет усматривал ненужный "ибсенизм". Но "тепловая смерть", трактуемая, правда, скорее в гностическом духе, не вызывала возражений ни у кого, даже у официальной государственной церкви - видимо, слишком уж была распространена эта концепция.

Но вспомним самоубийство сына К. Э. Циолковского, вызванное, по мнению биографов, ужасом грядущей "тепловой смерти". Ведь действительно, для сторонников материализма, весьма распространенного в интеллектуальных кругах того времени, прекращение молекулярного движения из-за достижения максимума энтропии означало ВСЕОБЩУЮ гибель. Жизнь делалась бессмысленной для человека, склонного к обобщениям и к экстраполяциям.

И смерть самого Людвига Больцмана, первого, кто связал вероятность с энтропией, больного, не вынесшего напряжения борьбы и научных дискуссий, переходящих в дискуссии философские, который, выбрав подходящий случаю сентябрьский день, покончил с собой в местечке Дуино, близ принадлежавшего тогда Австро-Венгрии Триеста.

Введение Ральфом Хартли понятия энтропии при передаче сообщений, и - Клодом Шенноном - ее антитезы - уже собственно информации, при всей своей видимой ТЕХНИЧНОСТИ были событиями колоссального мировоззренческого значения. Впервые позитивные науки, причем рука об руку с инженерным делом, тогдашним фронтиром хайтека, пришли туда, где до этого царили философия, метафизика и теология.

Забавнее всего на теорию информации и кибернетику реагировали в сталинском СССР. Казалось бы - триумф материализма. Но не тут-то было… В большевистской стране для теории информации (как и теории относительности, квантовой механики, нестационарной Вселенной) в своде идеологических основ места не предусмотрели. Ну не успели классики марксизма об этом высказаться. Да и не могли ещё... И была совсем юная кибернетика объявлена продажной девкой империализма. Попытки реабилитации ее в начале шестидесятых уже ничего не решали. Впрочем, это - тема для отдельного разговора.

А введенная Шенноном концепция информации, преобразовав окружающий нас мир, став основой Второй природы, все больше и больше возвращается в теоретическую физику. Израильский физик, создатель термодинамической теории черных дыр Якоб Давид Бекенштайн (Bekenstein, р.1947) предположил [J. D. Bekenstein, "Information in the Holographic Universe", Scientific American, Volume 289, Number 2, August 2003, p. 61.], что это - общая тенденция современного естествознания.

В феномене "квантового спутывания" частиц (quantum entanglement) информация предстает в одной из своих новых одежд, а возможно, и новыми чертами своего характера. Но главное - чем больше и больше мы узнаем окружающее, тем яснее видим глубокие связи информации с объективным миром.

Если исходить только из самых общих, почерпнутых из учебников и обзорных работ, представлений о том, когда оформилось понятие прогресса, то обычный ответ гласит - Вольтер и "Энциклопедия".

Но когда обращаешься к первоисточникам, то видишь, что это не так. Концепция всеобщего общественного прогресса была впервые сформулирована совсем молодым человеком, двадцатитрехлетним студентом теологического факультета Сорбонны.

Звали его Анн Роберт Жак Тюрго (Turgot), барон д’Ольн (1727-1781). Именно он произнес на заседаниях Сорбонны две речи - о выгодах, доставленных человеческому роду введением христианства, и об успехах человеческого ума. Тюрго считал, что, несмотря на бесчисленные жертвы и опустошительные перевороты, "…нравы смягчаются, человеческий разум просвещается, изолированные нации сближаются, торговля и политика соединяют, наконец, все части земного шара" [Тюрго, Избранные философские произведения.] Полагая, что по мере культурного прогресса человечество проходит через религиозную, спекулятивную (умозрительно-схоластическую) и научную стадии, Тюрго пытался жить в соответствии со своими научными взглядами, что порой бывает, и в соответствии с совестью, что встречается крайне редко.

Отказавшись от карьеры священника, он поступил в парижский парламент и два года спустя получил звание рекетмейстера. Нет-нет, это совсем не то, что подумали те, кто помнит нравы прошлого десятилетия. Рекетместер, maоtre des requкtes, по-французски примерно "мастер жалоб" - это такая должность защитника сирых и убогих. Нечто вроде народного трибуна Римской республики или современного омбудсмена. (Должность такая, кстати, была учреждена и нашим Петром Великим. В начале 1722 года он назначил В. К. Павлова на должность генерал-рекетмейстера. Так что последний - отнюдь не военачальник, собирающий с подчиненных мзду за отправку в миротворцы ООН, а последний рубеж защиты права.)

Для ИТ-тематики интересно, что Тюрго просил короля ликвидировать занимающийся контролем переписки "черный кабинет", тогдашний Echelon. А для общего мировоззрения отметим, что Тюрго был деистом, допуская Бога лишь как первопричину бытия. И вот именно деизм и опровергает эволюционная теория сэра Чарльза Дарвина, если отобразить ее на теологию.