Беседы об информатике

Чтобы искра проскочила в нужный момент времени, система зажигания (сейчас эти системы делают электронными) должна знать положение поршня. Причем знать точно. Если зажигание установлено неверно, искра проскакивает немножко раньше или немножко позже, при прочих равных условиях мощность двигателя существенно уменьшается.

Вот видите, не требуется никаких демонов. Достаточно слегка изменить момент зажигания на очень малую величину, измерить сопутствующее этому уменьшение мощности и поделить одно на другое. Получится величина, пропорциональная отношению изменения момента зажигания к изменению реальной мощности и номинальной мощности двигателя.

Повторяем, чтобы искра проскочила точно вовремя, нужно знать положение поршня. Если это положение известно не точно (количество информации меньше), произойдет то же самое, что мы сейчас проделали нарочно. Отсюда вывод, что мощность двигателя пропорциональна его номинальной мощности (эта величина складывается из объема цилиндра, степени сжатия, вида используемой горючей смеси и т. п.) и количеству информации, которым располагает система зажигания.

Нужно ли называть номинальную мощность двигателя ценностью информации? По всей видимости, нет. Зачем же считать, скажем, теплотворную способность бензина, которая, естественно, может меняться от случая к случаю, одной из характеристик информации? Ясно ведь, что стоимость тех трех килограммов колбасы равна стоимости одного килограмма, помноженной на три. Но никому не приходит в голову назвать стоимость колбасы ценностью массы вообще, измеряемой в килограммах. Аналогичная ситуация имеет место с информацией.

Наш пример с зажиганием (а таких примеров можно привести множество, достаточно вспомнить хотя бы регулятор Уатта) позволяет окончательно убедиться в том, что информация есть физическая величина и количество ее при определенных условиях может оказаться пропорционально мощности. Только надо измерить количество информации не в среднем, по Шеннону, а так, как мы предлагаем. Ясно, что, если момент проскакивания искры в бензиновом двигателе в среднем выдерживается достаточно точно, но иногда искра возникнет не тогда, когда нужно, или ее не будет вообще, двигатель попросту остановится.

Осуществим ли демон Максвелла? Если рассуждать с самых общих позиций, то, наверное, да. Ведь свойство демона Максвелла состоит в том, чтобы распознавать молекулы. Этим свойством в полной мере обладают нуклеиновые кислоты, каждый триплет которых безошибочно выбирает один из двадцати видов аминокислот и не теряет этого свойства, сколько бы раз ни повторялся выбор. Демон, спрятанный в триплете, обнаруживает истинное свойство молекулы аминокислоты — ее структуру, а не кажущееся — точную локализацию в пространстве, которым на самом деле молекула не обладает. Главная ошибка большинства из тех, кто обсуждал демонов Максвелла, состоит в попытке наделить квантово-механические объекты — молекулы — такими классическими свойствами, как температура, давление и даже в некотором смысле энергия, которыми обладают статистические ансамбли молекул, но не обладают отдельные молекулы.

Рассмотренные модели позволили нам окончательно утвердиться в следующих выводах.

Во-первых, информация, безусловно, есть объективная физическая величина, имеющая количественную меру и допускающая точные измерения.

Во-вторых, использование меры Хартли не приводит к бесконечным многообразиям и, следовательно, к бесконечным количествам информации в силу квантованности физических объектов и процессов, порождающих и переносящих информацию. Одним из примеров, подтверждающих это, может служить та же молекула в замкнутом объеме, имеющая счетное множество стационарных и конечное множество различимых состояний.

«Поэзия — та же добыча радия»

Почему мы так обрушились на теорию Шеннона? Ведь, по нашему собственному признанию, теория эта полезна и плодотворна. Если она чего-то и не может объяснить, об этом следовало бы сказать в одной фразе, а не тратить много времени и бумаги. Попытаемся ответить на этот вопрос.

В XVIII веке большое распространение получила так называемая теория витализма, утверждавшая, что между живой и неживой природой существует принципиальное различие. Все объекты живой природы содержат в себе особую «жизненную» силу. Объект живой природы, будь то человеческий организм, растение или бактерия, не может быть сконструирован искусственно из неорганических соединений.

Первый серьезный удар витализму был нанесен в 1828 году, когда немецкий химик Фридрих Веллер синтезировал из неорганических веществ (углекислоты и аммиака) первое органическое соединение — мочевину. То, что мы узнали о белковых молекулах и процессах их синтеза, казалось бы, дает уверенность, что с витализмом покончено. Создание живого из неживых компонентов в пробирке представляет собой на сегодня достаточно ординарную операцию. Появилось даже название «биотехнология» для стремительно развивающейся в последние годы отрасли науки и техники.