Информация

Title:  The Information

Abstract: In this work, based on the analysis of speech models, the basic properties of information are determined, which are subsequently extended to the construction of a theory of Information. The Information model itself can be applied not only to the humanities, but also to the natural sciences.

One Sentence Summary: A New Approach to the Concept of Information

 Слово «информация» используется для обозначения множества вещей и эта одновременная нечеткость и многозначность служит источником путаницы, как в обычной речи, так и в науке. Однако информации, как несомненно важному явлению нашего мира, в  науке  отведено место на затворках. Попытаемся понять как информация проявляется в физическом мире, как и в какой мере она подчиняется “материальным” законам нашего мира, как участвует во всевозможных  взаимодействиях, как трансформируется и какие принимает формы.   

Но для начала рассмотрим энергию. Удивительно, но термин энергия, не смотря на его повсеместное использование, определен в естествознании весьма условно, а именно, через свои свойства, например: энергия это мера движения. Или энергия это мера силы перехода движения материи из одних форм в другие для приведения её в состояние покоя.  Достаточно сложно и не понятно Сложности с базовыми определениями элементарных единиц в любой научной повсеместны и это больше философская и гносеологическая проблема. Например, в основаниях математики наблюдается схожая картина, достаточно вспомнить пятый постулат Евклида.

  С   информацией, как и с энергией, прослеживается сходная ситуация, поэтому  будем определять  Информацию (с прописной буквы) опираясь на ее свойства.

Попытаемся сформировать понимание термина Информация используя   лингвистику. Буквы,  передают добавочную  Информацию, нежели набор кривых и прямых линий их изображающих. Слова  передают добавочную Информацию, нежели Информация от суммы входящих в них букв. Слова в предложении  не передают всего того объема Информации, который передает все предложение и наоборот предложение   передает  более значительные объемы Информации, нежели Информация от всех слов в отдельности. Абзац как Сложное Синтаксическое Целое  передает гораздо больше Информации, нежели составляющие его предложения в отдельности, и дело не столько в количестве предложений, важно их сочетание, композиция, порядок. И сам текст, и контекст, и подтекст, выступают как  потоки Информации и взаимодействуют между собой.

Мы видим, что Информация имеем тенденцию «увеличиваться» взаимодействуя с  Информацией более «низкого» уровня – буква-слово-предложение-текст, проявляя одно из своих свойств: емкость, сложность и насыщенность Информации повышается с уровнем ее структуризации. В этом плане Информация выступает как сложная динамическая структура  со своим набором   взаимодействующих систем.

Для выяснения других законов и свойств  Информации снова вернемся языку. Безусловно, язык это инструмент коммуникации, он как ничто другое приспособлен для манипуляций с Информацией и лингвистический анализ демонстрирует основные свойства Информации в целом. Одно из свойств – это  непрерывность потока Информации. Текст, как «носитель» Информации,  укладывается в понятие непрерывного потока и обладает типичными свойствами потока. Если в потоке воды  непрерывность  обеспечивается  соответствующими триплетами и синглетами (определенные пространственные формы молекул, цепляющиеся друг за друга), то в лингвистике  существуют свои механизмы для обеспечения непрерывности текста на различных уровнях. Например, в знаменитом стихотворении «Дом, который построил Джек» непрерывность потока  поддерживается с помощью цепочной конструкции.

Вот дом,
Который построил Джек.
А это пшеница,
Которая в тёмном чулане хранится
В доме,
Который построил Джек.
А это весёлая птица-синица,
Которая часто ворует пшеницу,
Которая в тёмном чулане хранится
В доме,
Который построил Джек…

Свойство непрерывности потока Информации позволяет ей быть в активном состоянии. В таком состоянии она появляется  когда мы размышляем,   слушаем речь,   используем зрение или другие органы чувств.

Что бы понять смысл понятия непрерывности потока Информации можно воспользоваться аналогией с вычислением. Пока что то вычисляется это «непрерывный» процесс, как только акт вычисления закончен и получен результат процесс останавливается.

 Информация имеет некоторое сходство с энергией, она характеризуется непрерывной фазой в своем активном состоянии, так же как и кинетическая энергия,  и способностью  «пребывать» в неактивной фазе (сохраняться) как и потенциальная энергия.  Но в отличии от Закона сохранения энергии, Информация  может рождаться, деградировать и теряться.

Способность Информации сохраняться  подразумевает наличие носителей и определяет новые ключевые термины необходимые для ее существования: Память и Наблюдатель. Память это носитель, хранящий  программу - набор инструкций, указаний,  корреляций с помощью которых Информация может быть воспроизведена.

Примерами носителей Информации могут служить книги, произведения искусств (картины, музыка, скульптуры), флешки, электромагнитные излучения,  поля и вообще  любые объекты.

Наблюдатель один из ключевых аспектов   функционирования  информации. Наблюдатель, используя  носители, считывает программу и с ее помощью воспроизводит ( создает ) Информацию, переводя ее в активное состояние  взаимодействует с  ней и сохраняет на носителях. Наблюдателями могут быть любые системы нашего мира,  участвующие во взаимодействиях.

Информация может быть сохранена путем копирования в виде данных  на носители. Предлагается считать  разными понятиями  Информацию и  ее образы, хранимые  на носителях. К примеру,  мы отождествляем кинетическую и потенциальная энергию как две формы, они переходят одна в другую и равноправно участвуют в законах сохранения, однако точное восстановление Информации по ее образу на носителе не всегда возможно  и это говорит о неэквивалентности этих понятий - «Мысль изреченная есть ложь». В мире науки  на этот счет  существуют специальные теоремы о невозможности «полного» клонирования.

Приведем  некоторые пояснительные примеры. Допустим, в ящике вашего шкафа хранятся носки. Если вы вытащили из шкафа правый носок, то он фактически может передать Вам данные о своем левом партнере, который остался в ящике. На вашем правом носке не написано, что в ящике остался левый носок, но тем не менее, Вы как наблюдатель с его свойствами , с помощью данных полученных по зрительному каналу,  используя корреляции, переведете Информацию в активную форму, заставите ее взаимодействовать с  активной Информацией вашей нейронной сети, создадите релевантную Информацию и произведете предсказание  о левом носке в ящике.

Термин «корреляция» можно условно понимать как «код» или соответствие  с помощью которого можно восстанавливать Информацию о различных взаимодействиях. Термин корреляция связан с опорными множествами, позволяющими генерировать Информацию. Под релевантной Информацией понимается Информация:

1.  которую мы получили о данной  системе в ходе прошлых взаимодействий

2. позволяющая предсказывать, что мы получим в результате будущих взаимодействий с этой системой.

На рисунке ниже приведен пример передачи данных о символе и генерация Информации  из модулированной электромагнитной волны .

Учитывая опорные множества ( положительные меандры опорной волны и коды букв  ASCII) получим символ  “] “.

В живой природе Информация рождается в результате функционирования нейронных сетей, в окружающем нас физическом мире она появляется в ходе различных взаимодействий систем, энергий или  полей. Например, наука считает, что все в нашем мире это   взаимодействия ковариантных квантовых полей.

Еще одной  особенностью Информации является ее избыточность. Избыточность дополнительно обеспечивает непрерывность потока Информации.  Например, любой текст избыточен. Если вы примените архиватор к любому тексту, то получите файл ужатый на 70-90%.  Обратное разархивирование 100% восстанавливает   исходный текст, что доказывает избыточность. Избыточность языка это  явные статистические закономерности в появлении букв, пар последовательных букв, троек и т. д. ( цепи Маркова).  С другой стороны, избыточность является проявлением энтропии данного текста. Энтропия в данном случае это размытость, неопределенность, повторяемость,  и белый шум в Информации.

Резюмируя : Информация сохраняется  как Память о взаимодействиях на материальных или энергетических носителях. Информация появляется в  ходе различных взаимодействий. Информация в активном состоянии существует только в непрерывном потоке. Информация обладает свойствами избыточности и многослойной структурированности. Выходя из потока или при исчезновении потока Информация теряется. Информация содержит энтропию. Информация предается ( распространяется, движется) путем  копирования. Это главный способ перемещения Информации в физическом мире.

Рассмотрим более подробно «движение» Информации, опять же на примере лингвистики. Возьмем  слово «человек». Есть ли в этом слове информация. На первый взгляд ответ да кажется очевидным. Ведь  читая это слово, мы  получаем «достоверную» Информацию. Но  как мы ее получаем? Слово представляется набором символов, а еще точнее кусочками кривых линии. В них есть закономерности, формы, порядок – то есть набор определенных корреляций, по-другому кодов. Человек считывает  слово,  это последовательная передача различных корреляций  через разных Наблюдателей и  последовательное сохранение различной Информации на соответствующих носителях. Очень приближенно   последовательность  носителей следующая: слово на бумаге?   отраженная от бумаги световая волна с кодами в виде модуляций определенной частоты ?  сетчатка ? глазное дно ?  колбочки  ?  нервные окончание ?  клетки мозга ?  нейронная сеть головного мозга. В процессе движения "слова человек" каждый Наблюдатель по своему восстанавливает  (рождает) Информацию от взаимных корреляций с предыдущим Наблюдателем, и записывает ее «своими  словами» то есть  своим кодом.  И лишь на последнем этапе в нас (а мы тоже Наблюдатели) Информация создается в виде мыслеформы -человек.

 Так была ли Информация в слове «человек»? Безусловно, что слово «человек» написал некий Наблюдатель   и он имел намерение передать этим словом информацию о человеке. Он написал код с помощью букв, то есть корреляцию (программу), с помощью которой   можно «восстановить» Информацию. И написанное – это набор инструкций.

Так почему же слово  это инструкции, почему написанное  слово не сама Информация

Допустим на песке ветер случайно намел слово men…и что ? Внезапно ниоткуда появилась Информация? Ветер положил эту Информацию?  А  он откуда то знает про человека?? Или написано закодированное азбукой Морзе  слово "человек". От человека там нет ничего,  но  Наблюдатель зная азбуку с легкостью восстановит Информацию о человеке. 

Информация существует только в непрерывном потоке Наблюдателя, поэтому на носителях может существовать лишь образ Информации в виде различных корреляций.  В связи с вышеизложенным, можно заключить о существовании только опосредованной связи между активной Информацией и Памятью на носителях.

В целом  же можно сказать, что информация это описание взаимодействий между системами.

( Мы привыкли использовать слово информация. Это собирательный образ, он расплывчатый, он многозначен, он строго не определен. Но именно поэтому его удобно использовать, в разных случаях наделяя разным смыслом. Отождествлять слово информация  с введенным понятием Информация вряд ли целесообразно. Но иногда смысл этих терминов пересекается и даже совпадает )

Научное понятие информации и информационной модели впервые было введено Клодом Шенноном. Испытывая затруднения с точным определением информации, Шеннон ввел понятие энтропии и определял информацию как убывание энтропии.

В его определении, информация как  величина  обратная энтропии (стоит знак минус)  была сужена до набора альтернатив N и определялась формулой:

Где I – количество информации (которое в среднем приходится на одну альтернативу), а Pi вероятности появления соответствующей альтернативы. Основание два у логарифма выбирается как минимальное число альтернатив, то есть выбор между двумя возможностями,  что определяет  бит информации. В случае равноправности альтернатив формула приобретает вид

То есть информация по Шеннону, это двоичная энтропия, взятая с обратным знаком. Выше было показано, как энтропия  связана со свойством избыточности, поэтому пользоваться  формулами Шеннона при взаимодействии сложных систем не представляется возможным. Во Вселенной энтропия изменяется  не по логарифмическому, а по экспоненциальному закону,

что так же не укладывается в  теорию Шеннона.

Не смотря на однобокость и узкую направленность теории Шеннона, опирающуюся на  передачу сигналов по линиям связи, некоторые идеи были успешно воплощены Фон Нейманом в первой архитектуре  компьютеров. Для  решения задач  он смог  «восстановить» активное состояние Информации, создав непрерывный поток и функционирование активной Информации, с помощью набора команд (программы)  в    парадигме основного алгоритма и двумя операторами «if» и «go to», фактически создав одноконтурный аналог нейронной сети. :  

1.     Взятие команды по адресу из счетчика команд CK=1;

2.     Увеличение счетчика команд для перехода к следующей команде CK=CK+4; (5)

3.     Исполнение команды complete;

4.     Переход по счетчику команд go to 5;

5 ...

n. Stop

шаги 1 ... n обеспечивают непрерывный поток.

Рассматривая ограниченность понятия информации по Шеннону (устранение энтропии как путь ведет к лучшему "пониманию " и накапливанию информации) важно заметить детерминированность этого подхода. А именно, имеется конечный, определенный набор альтернатив и оценивая альтернативы (как да или нет) уточняется и "возрастает" информация.

Не вызывает никакого удивления квантовость нашей реальности. В научном мире давно ведутся исследования серьезно подтверждающие квантовость нашего мышления. (Понятие квантового мышления впервые использовал эксперт в области криптографии и компьютерный ученый Ник Сабо  , отсылаем интересующимся этими вопросами к его работам). Квантовое мышление это способность видеть проблему со всех сторон, одновременно соглашаться и не соглашаться с аргументами, держаться в мире вероятностей, а не нулей и единиц (упомянутые выше как да и нет). Квантовое мышление помогает избежать категоричности, туннельного зрения и принятия решений, основанных на когнитивных искажениях .

Физик Роджер Пенроуз предположил, что активность происходящих в мозге процессов является квантовой, и выдвинул гипотезу: квантовая наука наглядно демонстрирует, что такое человеческое сознание. Он объясняет эту концепцию в книге «Новый ум короля». Профессор Дирк Мейер поддерживает его гипотезы, утверждая, что сознание ведет себя как квантовая частица. 

Убеждения, а впоследствии и решения людей зачастую иррациональны. Бывает, что они не вписываются ни в какую логику. Тогда как квантовый уровень поведение человека может предсказать точнее. Так, китайские ученые в одном из исследований установили, что логические ошибки, которые допускают люди в процессе мышления, возможно описать с помощью формул квантовой теории вероятностей. А другое открытие демонстрирует, что математический аппарат квантовой неопределенности помогает объяснить непредсказуемость в человеческом поведении.

Косвенным доказательством квантового мышления, то есть квантовость в функционирующей нейросети в мозгу, служат микротрубочки — белковые внутриклеточные структуры, входящие в состав цитоскелета. Микротрубочки представляют собой полые цилиндры и обусловливают форму и движение клетки, а также ее деление. В парадигме нашей теории об Информации  микротрубочки с их симметрией и решетчатым строением — это Носитель квантового сознания.

Согласно теории оркестрованной объектной редукции (Orch-OR) Хамероффа — Пенроуза, микротрубочки обусловливают сознание благодаря своей способности хранить и обрабатывать Информацию и воспоминания.

Итак, свойство квантовости присуще введенной нами Информации и тем самым присуще явлениям реальности, в той или иной мере работающих в парадигме описанной нами Информации.

Законы квантового мира не детерминированы и используют квантовую Информацию. Современное представление  в физике (  David Deutsch, Chiara Marletto - Constructor theory of information) это попытка постулировать квантовую информацию в терминах возможности или не возможности преобразований физических систем  на фундаменте теории множеств  (что созвучно с идеями Шеннона и Больцмана). Авторы  используют сходные идеи о корреляции  и наблюдателе  (Трансформеры и Агенты ) и   Вычисление  - для обеспечения непрерывного потока  Информации.

Информация может существенно изменять поведение различных систем, в той или иной мере меняя привычные законы их взаимодействий. Программа, записанная на контролерах, может управлять поведением космических объектов или роботов. Нейросеть человека, работая с Информацией,  создает новые знания, способные кардинальным образом изменить окружающий нас мир.

 Не подлежит сомнению, что в будущем произойдет передача всей накопленной человечеством информации в глобальную систему Искусственного Интеллекта, который будет в состоянии манипулировать и преобразовывать эту информацию.

Резюмируя вышесказанное, можно сделать следующие выводы:

- В физическом мире между взаимодействующими системами существует информационная связь  в виде корреляций, которые опосредованно создают   релевантную информацию.

-   Релевантная информация конечна.

- Движение информации происходит в кодированном виде с помощью копирования.

Возвращаясь к физическому миру, можно заметить, что при взаимодействии любых систем в них рождается Информация. В конечном итоге именно эта Информация определяет порядок, функционирование и вообще все законы нашей Вселенной. Информация по своей сути и свойствам «несовершенна», она обладает избыточностью, ее составной частью является энтропия. Поэтому и законы нашего мира не совсем совершенны, и в результате любых взаимодействий рождается энтропия.

С другой стороны, энтропия, хотя и в неполном и своеобразном виде несет  информацию о всех взаимодействиях и является Памятью Вселенной.

Литература

1.  David Deutsch, Chiara Marletto - Constructor theory of information,
   Published:08 February 2015 , https://doi.org/10.1098/rspa.2014.0540

2. А.Ю.Богданов,Ю.И.Богданов, К.А. Валиев, ИНФОРМАЦИЯ ШМИДТА И ЗАПУТАННОСТЬ КВАНТОВЫХ СИСТЕМ, ВЕСТН.МОСК. УН-ТА. СЕР. 15. ВЫЧИСЛ.МАТЕМ.И КИБЕРН. 2007. №1

3. А.Д. Урсул, Природа информации,  2-е изд. Челяб. гос. акад. культуры и искусств, 2010. – 231 с.