Organizacja materii - czym jest informacja

Model świata opisywanego czasem, przestrzenią, energią i materią nie pozwala na zrozumienie istoty informacji i może być hamulcem rozwoju informatyki. Czy jest w nim miejsce na piątą kategorię?

Model świata opisywanego czasem, przestrzenią, energią i materią nie pozwala na zrozumienie istoty informacji i może być hamulcem rozwoju informatyki. Czy jest w nim miejsce na piątą kategorię?

Ślepe kuchnie

Czy warto w ogóle zastanawiać się nad tym pytaniem? W końcu "informacja, jaka jest - każdy widzi". Na temat istoty grawitacji też przecież nie wszystko wiemy i nie przeszkadza nam to korzystać z niej do woli, podczas strząsania jabłek z drzewa czy jazdy na nartach. Przecież można budować domy na poziomie czysto operatywnym, nie zastanawiając się nad architektonicznymi strategiami. Po prostu: byle więcej, taniej, szybciej. Że czasem trzeba na strychu dobudowywać piwnicę? A czy w takiej kuchni na przykład to musi być zaraz okno? Jak coś nie wyjdzie, "to się nadspawa, tutaj nie apteka". Analogie informatyczne znaleźć nietrudno.

Wystarczy konstruować coraz szybsze i mniejsze procesory, pakować je do każdej klamki czy guzika od koszuli, a reszta jakoś się ułoży. Kto by się tam kłócił o jedną literkę różnicy w słowach "jakoś" i "jakość". W każdym razie na wspomnianym, czysto doraźnym poziomie działania, nie musimy głębiej zastanawiać się nad istotą informacji. Ona jest wokół nas, jak przestrzeń, czas czy energia.

Niemniej i bez uciekania się do badań o charakterze podstawowym, pozostając choćby w bardzo praktycznej sferze gospodarki, szybko trafimy na poważne znaki zapytania odnośnie do informacji.

Wiemy, że informacje są towarem, a umiejętność ich gromadzenia, przetwarzania i wykorzystywania decyduje w coraz większym stopniu o miejscu jednostki w społeczeństwie czy o poziomie rozwoju gospodarczego państw. Wiemy też, że systemy informacyjne, nawet jeśli nie są implementowane informatycznie, mają decydujący wpływ na rynkową pozycję każdego przedsiębiorstwa. Czy jednak musimy poprzestać na wzruszeniu ramionami, jako jedynej odpowiedzi na pytanie: ile jest warta informacja?

Ile kosztuje kilo danych?

Odpowiedź na postawione pytanie nie byłaby zbyt trudna, gdyby chodziło, powiedzmy, o kartofle. A przecież - w sensie czysto ilościowym - informacje da się bardzo precyzyjnie mierzyć. Mimo to nieporównywalnie łatwiej jest wyliczyć, ile jest wart kilowat niż kilobajt. W gruncie rzeczy nie wiemy bowiem, jaka jest istota informacji, i ratunku trzeba nam chyba szukać w odpowiedzi filozofa zapytanego o to, czym jest czas: "Wiem, kiedy nie pytasz".

Z drugiej strony, nie ulega wątpliwości, że liczby, które dziś zostaną wylosowane w toto-lotka, wczoraj jeszcze były na wagę złota (dosłownie), zaś jutro staną się bezwartościowym zbiorem przypadkowych cyfr. Ale nawet bez odnoszenia się do tak nierealnych przykładów widać, jak trudno oszacować konkretną wartość informacji.

A problem jest jak najbardziej na czasie - kto wie czy za 20 lat w gospodarczym świecie nie pozostanie nic poza produkcją, transportem i planetarną siecią komputerów.

Postępujący od zarania naszej cywilizacji proces czynienia sobie materii poddaną jest w znacznej mierze jej wzbogacaniem o informacje. Kupując dzieło sztuki (ba!), niech to będzie obraz, nie finansujemy wartości pędzli i farb potrzebnych do jego namalowania. Nawet czas pracy artysty ma tu drugorzędne znaczenie (roboczo-dniówki na decymetr kwadratowy płótna?!). Płacimy za informacje zawarte w malowidle. Malarz będzie przy tym mówił o "sposobie widzenia", "zaistnieniu", "idei", może nawet o "interpretacji", wystrzegając się zbyt technicznie brzmiących terminów, choć przecież ciągle chodzi o to samo.

To prawda, że informacje, o których mówimy, przekształcające artystyczną wizję na ruchy ręki uzbrojonej w pędzel, nie muszą być zapamiętywane na żadnym maszynowym i nie przetwarzał ich żaden procesor. Nie chodzi tu wszakże o bity i bajty, których ilość da się precyzyjnie wyliczyć, ale o informacje w sensie jakościowym, a więc ściśle kontekstowym. Naukowiec nazwie je "wiedzą", rzemieślnik "umiejętnością", a spec-jalista high-tech chętnie użyje zwrotu "know-how". Ale wszyscy trzej zgodzą się, że owo COŚ jest trudno mierzalne bądź niemierzalne.

Program za pół miliona

W każdym przypadku występuje tu podobny mechanizm przekształcania rzeczywistości przez nadawanie jej nowego kontekstu informacyjnego. Zresztą ten kontekst może nawet znaleźć się na zwykłej dyskietce, np. w postaci trójwymiarowych rysunków auta projektowanego specjalnym programem. Taki program ma również wysoką wartość samą w sobie. Nie dziwmy się zatem, że można go kupić za 500 tys. USD, jeśli zawiera np. wieloletnie doświadczenia przemysłu samochodowego.

I tu dochodzimy do sedna sprawy. To właśnie możliwość komputerowego wspomagania przetwarzania informacji na stanowisku pracy i w domu jest decydującym czynnikiem prowadzącym do znanych fenomenów:

zastępowania transportu ludzi transportem informacji (telepraca)

rynku bez granic (globalizacja gospodarki)

dominowania wymiany informacji nad wymianą towarów (elektroniczny pieniądz)

wzrostu efektywności międzynarodo- wych instytucji ekonomiczno-społecznych (zmniejszenia roli klasycznych państw narodowych)

wzrostu roli technologii informacyjnej w rozwoju społeczeństw (nowi liderzy i nowe elity)

tworzenia podstaw nowocześniejszych systemów społeczno-politycznych (demokracja bezpośrednia).

Są to efekty, dokonującej się na naszych oczach, potężnej eksplozji "bomby informacyjnej", której działanie może być tyleż niszczące, co budujące. Trzeba umieć wykorzystać siłę tego wybuchu. Informacji nam nie zabraknie, brakuje bowiem wiedzy do posługiwania się nimi i świadomoś-ci, czym są one naprawdę.

Transformacja asocjacji

Żaden leksykon czy słownik nie pomija terminu "informacja". Spotykane tam określenia są jednak głównie wyznaniem naszej, całkowicie zrozumiałej, słabości w definiowaniu pojęć o bardzo podstawowym charakterze. Informację próbuje się łączyć z entropią, prawdopodobieństwami wyboru czy użytecznością. W Jakościowej teorii informacji jest ona definiowana jako "trasformacja jednego komunikatu asocjacji informacyjnej w drugi komunikat tej asocjacji". Warto przeczytać tę definicję jeszcze raz i spróbować wyobrazić sobie obraz, jaki się z niej wyłania: informacja jako transformacja; transformacja asocjacji (asocjacji informacyjnej, a jakże), komunikującej się sama ze sobą. No cóż, w każdym razie bardzo to abstrakcyjny obraz.

Może więc lepiej od razu sięgnąć do Polskiej Normy, gdzie mówi się o "treściach, które przy zastosowaniu odpowiednich konwencji przyporządkowuje się danym". Dane można zdecydowanie łatwiej zdefiniować odpowiednio długą wyliczanką typu: liczby, fakty, pojęcia itp. A więc informacje jako dane zinterpretowane. Ten obraz przynajmniej jest bardziej klarowny, tyle że nie pokazuje wszystkiego.

Nadaremnie szukać pomocy u klasyków. Wiener powiada: "Informacją nazywamy treść zaczerpniętą ze świata zewnętrznego", ale w innym miejscu twórca cybernetyki rozkłada bezradnie ręce, stwierdzając jedynie, iż "informacja jest informacją, a nie materią czy energią" (Cybernetyka a społeczeństwo). A może warto zwrócić szczególną uwagę na to ostatnie stwierdzenie, biorąc je za punkt wyjścia dla innej definicji informacji? Spróbujmy.

Królik i marchewka

W porządku, panie Norbercie. Informacja nie jest materią. Informacja nie jest energią. A może informacja jest królikiem? Zgodzimy się, że nie. Dlaczego akurat teraz poprosiliśmy o pomoc to miłe zwierzątko? Powiedzmy, że dla zobrazowania prowadzonego wywodu, ale zaraz zobaczymy, iż jednak piernik ma coś do wiatraka, pardon, królik do informacji. Królik wprost naszpikowany jest informacjami. Skąd na przykład wie, że musi tak zabawnie poruszać pyszczkiem, kiedy chrupie marchewkę? Mówi mu o tym jego "układ sterowania", jego kod genetyczny. A więc informacje.

Rzecz to oczywista. Przecież i my mamy nasz mózg, przyjmujący, przetwarzający i "produkujący" informacje. Królik załatwiony. Ale co z ową pyszną marchewką? Skąd królik wie, że ona taka pyszna? Dlaczego nie zacznie gryźć kamieni? A bo marchewka ma swój kolor, zapach, kształt, wagę, rozmiar, konsystencję, współczynnik tarcia o królicze zęby i wiele innych właściwości, które są również informacjami. Słówko "również" jest tu jak najbardziej niezbędne, gdyż czym innym jest waga marchewki, wynikająca z określonego oddziaływania siły grawitacji, czym innym jest informacja o tej wadze. Niemniej jest pewne, że i bez królika marchewka była już marchewką.

Że miała swoje wszelkie właściwości, iż mogła powstać jako efekt złożonych procesów ewolucyjnych, procesów, które podlegają prawom, które są organizowane, nawet jeśli miałby to być zorganizowany chaos. A żaden proces i organizacja nie obejdą się bez informacji. Informacja nie jest materią, ale jest w materii i jest z nią skojarzona. Nie jest energią, ale jest w energii i jest z nią skojarzona. Nie jest przestrzenią, ale jest w przestrzeni i jest z nią skojarzona. Informacja organizuje przestrzeń i jest organizacją materii.

Biała dama

To właśnie informacja, nieuchwytna i tajemnicza biała dama, przenika swym istnieniem kody genetyczne komórek i każe spadać na siebie gwiazdom i uciekać od siebie całym galaktykom. Skąd planeta "wie", że ma przyciągać inną? Kiedy mówię i mój głos dociera do ucha słuchaczy, nośnikiem akustycznym jest powietrze, drgania jego cząstek. Ale tam w kosmosie między planetami może nie być ani jednej cząstki o grawitacyjnych właściwościach.

W mianowniku wzoru Newtona jest tylko promień międzyplanetarnej odległoś-ci do kwadratu. Odległości, która nie ma ograniczeń. Więc skąd? Fizyk wzruszy tu ramionami, wyrażając zdziwienie: czyżbym nie słyszał o ogólnej teorii względnoś-ci, o zakrzywionej przestrzeni Riemanna, a co najmniej przespał tę lekcję fizyki, na której padło ważne pojęcie pola? Ależ słyszałem i nie spałem. Dlatego pytam: skąd to pole? A świadomie bierzemy za cel akurat grawitację, a nie elektryczność, bo z tą pierwszą jest troszkę trudniej, choć i od prawa Coulomba też można by wyjść.

Fizyczne pola możemy rozpatrywać w kategoriach informacyjnych. To nie planety "wiedzą", że mają się przyciągać, ale przestrzeń, w której się znajdują. A cóż to za różnica, skoro efekt jest taki sam? Efekt się nie zmienia, ale inaczej wygląda interpretacja jego przyczyny. To znaczy: właściwości przestrzeni są takie, że umieszczenie w niej dwóch ciał spowoduje ich określone oddziaływanie. Innymi słowy mówiąc: pusta przestrzeń nie jest całkowicie pusta. Jest w niej pewien ładunek informacyjny.

Punkt informacyjny

Czas na uzupełnienie XX-wiecznych teorii kosmologicznych, opisujących świat jedynie czterema kategoriami: czasem, przestrzenią, energią i materią. Informacja była przed nimi, to ona właśnie zdefiniowała właściwości bezwymiarowego punktu, który w Wielkim Wybuchu staje się widzialnym wszechświatem. A echo Big Bangu da się usłyszeć wszędzie. Wszędzie bowiem są informacje.

Skoro informacja jest sposobem organizacji materii, to czy można byłoby wyobrazić sobie nieinformacyjną organizację materii? Mówiąc wprost: jak wyglądałby świat bez informacji? Odpowiedź jest trudna, gdyż innego świata, niż nam dany, po prostu nie znamy. Równie dobrze można by spytać, jak wyglądałby świat bez grawitacji. A przecież informacja jest bardziej pierwotna niż grawitacja, była przed grawitacją, przed energią, przed przestrzenią i przed czasem, wszystkie te formy i wymiary materii bowiem niosą już w sobie określony ładunek informacyjny.

Oczywiście istnieje stan nieważkości, ale jest też subtelna różnica między równoważeniem się sił grawitacyjnych a ich całkowitym (?!) brakiem. Zresztą ludzie i przedmioty znajdujący się w stanie nieważkości pochodzą z "grawitacyjnego" świata. Możemy zatem spekulować jedynie co do rzeczywistości nagle pozbawionej grawitacji, ale nie w historycznym kontekście braku grawitacji OD POCZĄTKU. A bez informacji, jak się rzekło, byłoby jeszcze trudniej niż bez grawitacji.

No dobrze, ale co praktycznego wynika z przyjęcia modelu świata, w którym stół jest przede wszystkim przetworzonym kawałkiem informacji, a nie przetworzonym kawałkiem drewna? Równie dobrze można by spytać, co praktycznego wynikło z demokrytowego modelu świata dzielonego na atomy. Chyba że za niepraktyczną uznamy nowoczesną chemię czy medycynę, czy też wiele innych wynalazków co najmniej ostatniego stulecia. Konsekwencje informacyjnego opisu materii są jeszcze bardziej znaczące. Tak więc dochodzimy do wspólnego mianownika dla stołu i stolarza! A jeśli przyjąć istnienie takiej wspólnoty, to kwestią czasu jest powstanie języka, o informatycznych właściwościach, do jej opisu.

Oczywiście fragmenty takiego języka już mamy. Weźmy choćby pod uwagę matematyczne modele zjawisk mikroświata czy rozkodowywanie ludzkiego genomu.

A od Demokryta droga wiodła ku Mendelejewowi - przecież okresowy układ pierwiastków jest też językiem opisu materii; wielce to ubogie narzędzie, jeśli zważyć jego gramatykę niemniej i tu wspólnota elementów (dosłownie) stołu i stolarza jest niepodważalna, a z górą setka "słów" tego języka wystarczyła do opisania wszelkich dziwów wszechświata.

Materialna idea

Zaproponowana definicja informacji wymaga komentarza w kontekście starego problemu światopoglądowego: w jaki sposób idea oddziaływa na materię (lub odwrotnie). Informacja bowiem ma wszelkie cechy idei. Gdzie zatem jest granica między duchem a ciałem, między przyrodą żywą a martwą. Powiedzieliśmy, że informacja pośrednio porusza planetami. W jaki sposób?

Problem najwyraźniej widać w relacji myśl-ciało. Jak to się dzieje, że możemy ruszyć ręką, kiedy tylko o tym pomyślimy. Przecież myśl jest całkowicie niematerialna, nie ma masy czy energii, a jednak potrafi wprawić w ruch ciężką kończynę. Zacytujmy jeszcze raz Wienera: "Mózg nie wydziela myśli, jak wątroba wydziela żółć, ani też nie wydaje jej w postaci energii, jak to robi mięsień w swoim działaniu". To prawda. Ale przecież i wątroba, i mięśnie nie mogą obejść się bez informacji. Co jest "przełożeniem" dla informacji organizującej materię?

Trudniej byłoby odpowiedzieć na to pytanie, gdybyśmy nie znali komputerów. A cóż jest "przełożeniem" dla oprogramowania wprawiającego w "ruch" sprzęt informatyczny? Ruch zresztą może być tu rozumiany dosłownie. Procesor jest rodzajem komputerowego mózgu, a niematerialna w końcu software'owa idea realizuje się w jak najbardziej namacalny, hardware'owy sposób. Między sprzętem a oprogramowaniem znajduje się znany mechanizm umożliwiający przejś-cie - od świata idei do świata materii. Są nim zjawiska elektryczne: poziomy napięć odpowiadające logicznym zerom i jedynkom, transport elektronowych ładunków czy dziur w krzemowych układach.

Podobne procesy można dostrzec i w mózgu. Oczywiście opierają się one na strukturach białkowych, a nie półprzewodnikowych, ale elektryczność (elektromagnetyzm) odgrywa i w ludzkim organizmie ważną rolę. I to już całe rozwiązanie zagadki? A dlaczegóż by nie. Tyle że celowo nie użyto dotąd ważnego słowa: świadomość. Cały czas, dla uproszczenia, mówimy o informacjach poza ludzką świadomością. Czym są fizyczne różnice napięć w układach scalonych, odpowiadające logicznym zerom i jedynkom? Czym są wysyłane przez wątrobę do naszego mózgu?

To zmiany stanów materii, a więc skojarzona z materią informacja. Istniejąca na długo przed człowiekiem i na długo przed dinozaurami. Istniejąca OD POCZĄTKU.

I nie pomoże nam tu skrajny antropocentryzm ani szufladkowanie świata na ożywiony i martwy. Wręcz przeciwnie, dopiero spójne traktowanie mechanizmów informacyjnych pozwoli nam dostrzec bardziej prawdziwy obraz rzeczywistości. A to ma już praktyczne konsekwencje, choćby dla strategii rozwoju informatyki.

Śladami Kartezjusza

Definiując informację jako sposób organizacji materii, warto skomentować również uniwersalność terminu "organizacja". Dotyczy on zarówno struktur o charakterze statycznym (np. ustalone hierachie czy relacje), jak i dynamicznych systemów (organizowanie), w których informacja pełni rolę sterującą. No dobrze, dziedziczone geny (informacja genetyczna) mają wpływ na sposób funkcjonowania (organizację) ludzkiego organizmu (np. nasze zdrowie). Ale gdzie jest czynnik organizacyjny w informacji typu: dziś jest poniedziałek albo kilogram to tysiąc gramów?

Oczywiście z pierwszej wiadomości wynikają bardzo poważne konsekwencje "organizacyjne" dla osób nie lubiących tego dnia tygodnia. Mówiąc jednak poważnie, tego typu informacje organizują naszą świadomość. Nie spierajmy się zatem o naturę świadomości i jej materialny bądź niematerialny charakter. Samo pojęcie "materia" może być bardzo pojemne, ale nawet przy takiej interpretacji świadomość pozostaje szczególnym rodzajem materii. Niemniej napisaliśmy: "Tego typu informacje". Jakiego typu?

Wyjaśnieniem jest również przed chwilą użyty termin: "wiadomości". Człowiek, za pomocą swoich zmysłów, mózgu, odbierając sygnały związane ze stanami materii i ich zmianami, tworzy specjalny rodzaj informacji (wiadomości), które składają się na naszą świadomość. Oba poziomy informacyjne - świadomościowy i pozaświadomościowy - są od siebie zależne i wzajemnie się przenikają. Czy można więc mówić o świadomości w kategoriach informacyjnych?

Kartezjańskie cogito ergo sum budzi wątpliwość. Skąd wiem, że myślę? Albo wprost: skąd wiemy, że wiemy? Spróbujmy odpowiedzieć na to pytanie, pozostając konsekwentnie w kręgu teorii informacji i definiując świadomość, jako progową funkcję dynamicznej gęstości informacji. Progowość oznacza tu zarówno przekraczanie określonych poziomów świadomości, wraz ze wzrostem dynamicznej gęstości informacji, jak i wymóg osiągnięcia pewnej informacyjnej masy krytycznej, przez rozważany obiekt. W ten sposób możemy wytłumaczyć różnice między kolejnymi stopniami ewolucyjnego rozwoju świadomości: od ludzkiego mózgu do mózgów zwierzęcych i dalej (głębiej) do poziomów mikro czy makro nieożywionej przyrody.

Zwróćmy uwagę na nasuwające się tu analogie ze światem komputerów. Statyczna gęstość danych, jakimi dysponuje konfiguracja, jest podstawą jej mocy. Chodzi tu głównie o pojemność różnych rodzajów pamięci, dającą się zmierzyć bajtami. Ale dopiero zdolność procesora operowania na tych danych, ich przetwarzania, agregowania, usuwania bądź kreowania pozwala komputerowi ową moc pokazać w sposób dynamiczny. Zastanawiając się nad organizacją materii przyszłości, postawmy więc na zakończenie jeszcze dwa pytania: Czy komputer może coś "wiedzieć"? A jeśli tak, to jaki poziom dynamicznej gęstości danych należy osiągnąć, aby maszyna dostrzegła samą siebie?

--------------------------------------------------------------------------------

Jarosław Badurek jest pracownikiem koncernu Unilever; naukowo współpracuje z Politechniką Gdańską.


TOP 200