Читать онлайн «Информация как основа жизни»

Оглавление

Пролегомены

Глава первая. Историческая справка

Глава вторая. Информация и её свойства

Глава третья. Информационные системы

Глава четвертая. Принцип поризма

Глава пятая. Динамика информации

Глава шестая. Биосфера и техногенез

Глава седьмая. Предвидимо ли будущее?

Обозначение используемых понятий

Contents

Prolegomenon

Chapter 1. History

Chapter 2. Information and Its Properties

Chapter 3. Information Systems

Chapter 4. Porism Principle

Chapter 5. Dynamics of Information

Chapter 6. Biosphere and Technogenes

Chapter 7. Can One Predict the Future

Designation of the Notions Used

Термин "информация"

Термин "информация" широко используется в научной литературе. Трудно найти область знаний, избежавшую соблазна его применять. Это – следствие все продолжающегося расширения смыслового поля этого термина.

В тридцатые годы и ранее слово "информация" использовали, в основном, как "сведения" или "осведомление", т. е. как прямой перевод латинского informatio. К концу сороковых годов под "информацией" начали понимать функцию статистических характеристик букв какого-либо языка. Так, согласно К. Шеннону [1], количество информации, содержащейся в каком-либо сообщении, состоящем из М букв, равно (1):

где n – число букв в данном языке, а p –- частота встречаемости i–той буквы ( i=1,2...n) в этом языке. Знак минус поставлен перед правой частью формулы для того, чтобы количество информации Н всегда было положительным.

Под влиянием работ Л. Бриллюэна [2], начиная с шестидесятых годов, возник и приобрел широкую известность "негэнтропийный принцип информации". В отличие от энтропии, рассматриваемой в качестве меры неупорядоченности той или иной системы, негэнтропией обычно называют меру упорядоченности окружающих нас систем, связывая с ней различного рода антиэнтропийные процессы, протекающие в физическом мире. В основе негэнтропийного принципа лежит формальное сходство обобщенной формулы К. Шеннона (2):

и знаменитой формулы Больцмана для физической энтропии S = lnW, где W - число состояний, которые может принимать система. Если микросостояния системы различны, то формула будет выглядеть так (3):

Л. Бриллюэн предложил выражать информацию I и энтропию S в одних и тех же единицах - информационных (битах) или энтропийных (эрг/град).

Б. Б. Кадомцев указывает [3], что величины I и S формально равны потому, что I соответствует информации одного единственного состояния из множества возможных, a S определена по множеству всех состояний. Здесь понятие информации дается в терминах физической статистики. Алгоритмическую информацию можно рассматривать как меру алгоритмической хаотичности [4]. Эти два определения практически совпадают [5].

Однако существуют области феноменов, для обозначения которых этот термин также хорошо подходит, и использование его существенно упрощает задачи их изучения.

Жизнь вокруг нас

Замечали ли вы когда-нибудь, что в русском языке нет слова, противоположного словам "живое", "жизнь"? Вернее, есть слова "мертвое", "смерть", но они означают лишь то, что когда-то было живым, а затем погибло. "Неживое" также происходит от слова "живое". И этот характерный для многих языков феномен связан, видимо, с тем, что, склонный судить о других по себе, первобытный человек одушевлял, по аналогии с собой, весь окружающий мир [6].

Со временем представления о всеобщей одушевленности сменились представлениями о постепенности переходов неживого к живому. Так, Г. Лейбниц считал, что не существует неорганического царства, а есть только одно громадное органическое, различные ступени которого представлены в минералах, растительных и животных формах. Всюду в мире наблюдается непрерывность, и всюду, где мы встречаемся с какой-нибудь организацией, существует и жизнь. Мертвая и живая материи не суть какие-нибудь противоположности, но представляют собой две формы той же материи, отличающиеся друг от друга только оттенками.

Но философы пошли еще дальше по пути аналогий. В игре сил мертвой материи, и главным образом в игре химических сил, они увидели чуть заметный зародыш тех склонностей и стремлений, которые управляют деятельностью живых существ. По их мнению, все реакции материи указывают на существование в ней какого-то сознания, способности отличать дурное от хорошего, стремиться к приятному, избегать неприятного. Таково было мнение Эмпедокла еще в древности; так же считали Д. Дидро и Ц. Кабанис. Еще на заре химии Л. Бергав, например, сравнивал реакции соединения с сознательными союзами, причем соединявшиеся "по симпатии" химические элементы чуть ли не справляли свадьбу.

Живое и неживое

Одна из особенностей живых тел – их изменяемость во времени: рождение, рост, старение, умирание и распад. Но ведь рождение и гибель касаются всех тел Вселенной – от атомов до галактик. Любой материальный объект "живет и умирает" в том смысле, что он непрерывно изменяется в одном и том же направлении, пока не достигнет состояния "вечного покоя".

Постоянство формы, рост, питание и размножение – таковы обязательные признаки жизни. Может быть, они обусловлены особым химическим строением? Но еще в середине прошлого века ученые выяснили, что протоплазма живой клетки, состоящая из углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы, в химическом отношении близка к ароматическим соединениям. Сейчас досконально изученное в организме строение белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот показывает, что они не отличаются от своих неживых аналогов, образующихся под влиянием высоких температур или электрических разрядов. Их можно получать даже "в пробирках", по заранее составленному плану.

Специфичны ли для живых тел эти основные признаки? Вспомним о кристаллах. Давно известно, что каждый кристалл имеет строго определенную форму. Мало того. Если форма кристалла нарушена, например, отбит кусочек, – достаточно поместить его в раствор того же вещества, и он, подобно ящерице с оторванным хвостом, будет восстанавливать повреждение. Уже это говорит о его способности к своего рода питанию – поглощению из окружающей среды нужных ему компонентов. И только после того, как ущерб ликвидирован, кристалл будет расти, пока не исчерпает "питательность" содержащего его раствора. Так же обстоит дело и с размножением: кто не видел друзы кристаллов, образующихся из пересыщенного раствора поваренной соли или сахара?

Все это означает, что такие специфичные признаки живого (постоянство формы, рост, регенерация, питание, размножение, старение, гибель и др.) характерны не только для живых организмов, но и для ряда заведомо неживых кристаллов. Но кристаллы, скажут нам, могут сохраняться в неизменном виде неограниченно долгое время, в отличие от живых существ. А сохранность сухих зерен в египетских пирамидах или хорошо высушенных коловраток, особенно при низких температурах? Когда организмы находятся в анабиозе, в состоянии "скрытой жизни", они могут оставаться без изменения годы и годы и вновь начинают "жить" только при подходящей температуре, влажности и наличии питания. Но так же ведут себя и кристаллы! Значит, очень многие свойства живого присущи и неживым телам.

Чем же тогда, действительно, отличаются живые организмы от неживых тел? Может быть, какими-либо особенностями тех же функций, которые свойственны и неживым кристаллам, например определенными требованиями к внешней среде, температуре, концентрации каких-либо веществ? Но как экспериментально показали такие крупные химики, как Ж. Жерне, К. Дюфур, В. Освальд и другие, и в этом отношении принципиальных различий нет. Так, процессы кристаллизации или размножения кристаллов очень чувствительны к температуре, концентрации раствора и наличию примесей, подобно тому, как эти же факторы влияют на скорость размножения микроорганизмов, помещенных в питательный бульон. Более того, подбирая специальные условия среды, можно получить химические образования, ведущие себя внешне неотличимо от живых организмов.

Что же такое живое?

И все же эти размышления о свойствах живого ни на шаг не приближают нас к ответу на вопрос: что такое живое? Конечно, отдельные признаки живых организмов можно найти и у неживых объектов, но то, что разделяет их, остается непонятным. По такому пути традиционное мышление шло до самого последнего времени. И хотя сегодня мы знаем, из каких химических соединений построено живое, что представляет собой дыхание, питание, выделение "отработанных шлаков", как происходит деление клетки, размножение одноклеточных и высших организмов, какие при этом идут молекулярные процессы, точного определения живого еще нет.