ЛАБОРАТОРИЯ ПРОСТРАНСТВ galactic.org.ua КИБЕРНЕТИКА
Век кибернетики |
|
|||
Норберт Винер
родился 26 ноября 1894 года в городе Колумбия,
штат Миссури, в семье еврейского иммигранта, выходца из России. |
|
|
Он был убежденным последователем Толстого и одним
из первых его переводчиков на английский язык. Норберт был хорошо подготовлен к блестящей
академической карьере. В восемнадцать лет он становится доктором философии
Гарвардского университета. Для ученого наивысшим достижением является не очередное
звание или премия, а создание нового научного направления - апогей всего
жизненного пути. А если еще при жизни автора новая наука начинает
приносить плоды и будоражит сознание современников, то это - наибольшее
счастье. Винеру невероятно повезло. Хотя, конечно, не в везении здесь
дело.
Концепция кибернетики родилась из синтеза многих
научных направлений.
Важно отметить, что полное название главной книги Винера выглядит следующим
образом "Кибернетика или управление и связь в животном и машине ", а
последующая программная работа вышла под названием " Человеческое использование человеческих существ или кибернетика и
общество ". Таким образом, кибернетика - в большей степени наука о живых
организмах, человеке и обществе, чем о машинах. Машина - скорее инструмент и
модель в общей кибернетике, а не предмет изучения, хотя в последнее время
акценты несколько сместились. Сама книга читается как захватывающий роман,
хотя и насыщена терминологией и формулами. Винер мог бы стать хорошим
писателем, но стал гениальным ученым. Сумерки богов
Часть I Январь 1964 года. Официальный прием в Белом Доме. Норберт Винер
приглашен для вручения Национальной медали за заслуги в науке. Ему
шестьдесят девять лет. Он очень болен и смертельно устал. В толпе
энергичных и улыбающихся людей он выглядит потерянным, будто старается
что-то вспомнить. Его вид мог бы вызывать жалость, но он по настоящему
велик. Он уже прикоснулся к вечности и, даже, стал ее частью. Его, по
сути, уже нет здесь среди бодрых и здоровых мужчин, которым кажется, что в
их жизни происходит важное событие. На самом деле самые важные события
происходят не на официальных приемах, а в тишине и одиночестве бессонных
ночей. Дряхлая оболочка, несущая физические страдания, уже больше не
нужна. Она лишь точка проекции огромного информационного массива на
физическую реальность. Сконцентрированный сгусток информации уже готов
оторваться от чувствительного, но ослабевшего и не вмещающего его
физического носителя и раствориться в бесконечном океане идей. Он уже ждет
своего освобождения. С ним придут неограниченные возможности познания и
озарения. Через два месяца он растворится в информационных потоках
вселенной, оставив каждому из нас послание. И сам трансформируется в
послание. А студенты Массачусетского технологического до сих пор рассказывают первокурсникам анекдоты о рассеянном профессоре Винере, который мог забыть собственное имя... Какая, собственно, разница, как тебя зовут, если ты - Норберт Винер... "Жизнь - это островок "здесь-сейчас" в умирающем мире. Процесс, благодаря которому мы противостоим потоку разрушения и упадка, называется гомеостазом. Мы продолжаем жить в очень специфической среде, которую несем с собой до тех пор, пока разрушение не станет преобладать над процессом нашего собственного восстановления. Тогда мы умираем". Для осознающего человека уход наступает тогда, когда уже все возможности на данном уровне доступа исчерпаны и принимается он спокойно, с пониманием его целесообразной неизбежности. Для не осознающего - дата ухода не имеет значения. Биологические инстинкты самосохранения - не более чем обратные связи, направленные на поддержание гомеостаза. Но не расстраивайтесь по этому поводу уж очень сильно. Многое зависит от интерпретации конкретных слов и фраз. На самом деле пока ситуация развивается в наиболее благоприятном для нас направлении. Случалось вам отвечать на цепочку детских вопросов или задавать их кому-либо, хотя бы самому себе? Под детскими вопросами я имею в виду многократно повторяемые "А что потом?" или "А это для чего?". Самый простой способ отделаться от них - зациклить ход рассуждений - "а потом опять...". Но ответить так самому себе было бы, пожалуй, не совсем честно. Попробуйте пройти всю цепочку, не повторяясь. Конечно, придется затронуть совсем не детские темы. Скорее всего, вы сломаетесь на шестой-седьмой итерации. А ведь все-таки очень интересно - а что же потом и для чего все? Тогда, в 1964, мне исполнилось два года. Я помню себя примерно с тех
пор. Мне повезло, я успел почувствовать атмосферу 60-х. Прекрасное и
наивное время. Это, само по себе, еще ничего не значит, но сейчас мне
хочется думать, что информационный всплеск - коллапс энтропийной воронки
при закрытии земной проекции Норберта Винера затронул и меня, как и многих
других. Слишком знакомы и близки были его мысли, когда спустя два
десятилетия я впервые открыл его книгу. Информация и энтропия "В то время как энтропия является мерой дезорганизованности, информация, переносимая некоторым потоком посланий, определяет меру организованности. Фактически, мы можем определить информацию, содержащуюся в послании, как отрицательную энтропию или отрицательный логарифм вероятности. При этом, чем больше вероятность послания, тем меньше информации оно содержит". Иными словами, при одинаковом количестве печатных знаков в хорошем стихотворении содержится больше информации, чем в стандартном газетном клише. Обратите внимание, на то, что объем занимаемой памяти не определяет меру информации. Вы можете получить нечто объемом 1 Мб. с реальным информационным наполнением 1 бит. Я думаю, что эти моменты требуют более детального изложения. Пока я стараюсь избегать написания формул там где возможно и оставаться в рамках популярного изложения, хотя несколько простейших выражений все же придется привести. Я исхожу из наличия у читателя среднего или неспециального высшего образования. Если у вас специальное высшее, пропустите данный раздел или обратитесь к первоисточнику. Нам потребуется еще одно важное определение избыточности, чтоб
объяснить, почему в одном и том же мегабайте памяти может содержаться
различный объем информации. Более того, реальное количество информации в
послании зависит еще и от получателя. Точнее - от его способности к
восприятию и интерпретации полученных данных. Так, если для поступившего
файла размером 1Мб. у вас нет приложения, которое может его открыть, то
вся реально поступившая информация сводится лишь к 1 биту, то есть факту
получения неизвестного файла, когда реализован выбор из двух, предположим,
равновероятных состояний: 1 - файл получен и 0 - файл не получен. Тогда
количество информации, определяемое по Винеру как отрицательный логарифм
от вероятности события P=1/2 , равно 1. В этом случае правильнее сказать, что вы получили не послание, а
сигнал. Причем, если вы ожидали получения сигнала, то есть
априорная вероятность его прихода для вас равна единице, то в случае
реализации наиболее вероятного события полученная информация равна 0. То есть вы получили подтверждение того, что и так знаете. Напротив,
если происходит наименее вероятное событие, в пределе - просто невероятное
(ожидаемая вероятность равна нулю, и вы не имеете ни малейшего
представления, что это за послание и откуда оно взялось) то на вас
обрушивается бесконечно большой объем информации. Под степенью избыточности информации понимают обычно отношение
предельного максимально возможного информационного наполнения послания к
его реальному, с точки зрения получателя, значению. Очевидно, что степень
избыточности, так же, зависит от возможностей получателя. Теперь вернемся к тому самому неизвестному посланию в 1 Мб., которое откуда-то появилось во "Входящих". Очевидно, что оно может быть представлено как последовательность отдельных бит, при приеме каждого из которых реализуется ситуация двоичного выбора. Если при приеме последующего бита вы не имеете априорного представления о том, что должно поступить: 0 или 1, то с каждым битом добавляется количество информации по формуле (1). В этом случае реализуется безизбыточный поток данных. Если у вас есть некоторые предварительные ожидания по отношению к поступающему биту, например из известной заранее четности или контрольной суммы, то поток информации будет в большей или меньшей мере избыточным, что уменьшает ее плотность, но позволяет скорректировать возникающие ошибки... Тут бы интеграл нарисовать, но сдержусь. Теперь об ошибках. Естественно предположить, что некоторое количество бит в послании приняты неверно. На самом деле ваш модем осуществляет первичный выбор, какое значение приписать принимаемому сигналу: 0 или 1, так как он по причине различных шумов, помех и несогласования принимает из линии связи аналоговые сигналы, которые всегда хоть сколь ни будь отличаются от эталонных значений. То есть это не совсем нули или единицы, а зачастую нечто среднее. Таким образом, всегда существует ненулевая вероятность ошибок. Мерой количества этих ошибок или "беспорядка" в системе в статистической физике является функция, называемая энтропией , которая определяется как логарифм меры вероятности данного состояния системы или, говоря конкретно, распределения нулей и единиц в массиве. Обычно, смысл имеет не абсолютное значение энтропии, а его изменение, происходящее при преобразованиях информации в процессе передачи и приема. Для нашего бинарного массива (и не только) она выражается точно так же, как и количество информации, только с противоположным знаком. То есть информация и энтропия - по сути, различные стороны одного и того же явления и различаются только тем, что с ростом одной из них (как правило - энтропии), другая уменьшается, а наше послание содержит в себе количество информации, уменьшенное на количество увеличившейся из-за ошибок энтропии. При дальнейшем накоплении ошибок распределение нулей и единиц в массиве будет стремиться к наиболее вероятному равновесному и равномерному состоянию. Следует различать накопление ошибок при работе с бинарными массивами, где на качестве информации сказываются аппаратные средства, и логические искажения, также приводящие к увеличению энтропии. Наглядно продемонстрировать увеличение энтропии при преобразовании сообщения можно на простом примере. Попробуйте выполнить перевод фрагмента текста при помощи программы-переводчика многократно туда-обратно. Обычно, после третьей-четвертой трансляции получается вполне бессмысленный набор слов. В отличие от программного, "человеческий" перевод хотя и искажает изначальный смысл, но дополняет его скрытым "сообщением" от переводчика. В идеальном случае обработки бинарной информации при приеме абсолютно точных значений 0 и 1 увеличение энтропии (или потеря информации) будет стремиться к 0. Из основных свойств информации и энтропии важно отметить адитивность, то есть независимость сложения или наложения сигналов и шумов от различных источников и невозможность (в среднем) снижения уровня энтропии в послании. Среднее значение энтропии в замкнутой системе всегда возрастает. Информация (в среднем) может только искажаться и теряться. Восстановление ее в безизбыточных сообщениях невозможно никакими преобразованиями. Принципиальный вывод - не существует механизмов создания информации. Ее можно только извлекать из окружающей среды в процессе ее изучения. Вся информация уже существует. Существенное дополнение - цифровые системы, в отличие от аналоговых, оперирующие с дискретными значениями и существенно избыточными потоками информации, позволяют реализовать практически безэнтропийную обработку данных, то есть обработку информации без потерь и искажений. Потери и искажения происходят только на вводе и выводе в процессе аналогово-цифровых и цифро-аналоговых преобразований. Если я и утомил читателя этим несколько сухим разделом с формулами, то это было сделано с единственной целью: дать понять, что важные выводы кибернетики в области осознания нашего места и роли в мире не являются схоластикой или мистикой, несмотря на некоторую свою необычность, а вытекают из основных положений физики, проверенных многими практическими применениями. Эти выводы лучше всего сформулировать по первоисточнику: "Мы плывем вверх по течению, борясь с огромным потоком дезорганизованности, который, в соответствии со вторым законом термодинамики, стремится свести к тепловой смерти - всеобщему равновесию и одинаковости. То, что Максвелл, Больцман и Гиббс в своих физических работах называли тепловой смертью, нашло своего двойника в этике Киркегора, утверждавшего, что мы живем в мире хаотической морали. В этом мире наша первая обязанность состоит в том, чтобы устраивать произвольные островки порядка и системы". Дело в том, что энтропия, кроме статистического определения имеет еще и термодинамическое. Существует строгое доказательство эквивалентности обеих определений. Не стану утомлять читателя написанием интегралов. Важно не само определение энтропии, а второй закон термодинамики, гласящий, что, в среднем , энтропия в изолированной системе может только возрастать. В примитивном изложении это означает, что теплота может передаваться только от тела с большей температурой к телу с меньшей... Ну и что? Все формы энергии в итоге преобразуются к тепловой, и, когда они исчерпаны, температуры уравниваются, и перенос энергии прекращается. Наступает стабильное состояние, соответствующее максимуму энтропии, называемое физиками тепловой смертью или "теплым болотом". Движение останавливается, все процессы прекращаются, информация утрачивается. Я не случайно выделил в формулировке закона слова "в среднем" (как в интегральном в смысле, так и в значении "почти повсюду" ) и "в изолированной" . Это лазейки в непреклонном законе, которые вселяют надежду. В частности, то, что вокруг нас что-то шевелится, обусловлено тем, что выполнение закона в среднем или почти повсюду допускает существование островков, где он временно не выполняется. Однако кратковременное (совершенно незначительное для вселенского мироздания и столь наполненное событиями для нас) существование островков активности и жизни требует первоначального импульса, который и вывел из равновесия систему. За неимением лучшего названия, эту флуктуацию (случайное отклонение) запустившую маховик развития нашей вселенной называют "большим взрывом". То есть все начинается с большого взрыва и заканчивается теплым болотом. Какими наивными кажутся периодически появляющиеся пророчества о конце света, назначенном на ту или иную дату. Все гораздо проще. Конец света представляет собой продолжительный процесс, который уже идет. Причем начался он, с термодинамической точки зрения, с момента возникновения вселенной. Сразу же после большого взрыва, точнее говоря, во время него. А что было до него? Еще один детский вопрос. А до него ничего не было. Не было даже времени, чтобы отсчитать момент "до". Есть только "после". И это уже было начало конца. Однако кибернетика не лишена внутренних противоречий. Вот одно из них - если информация не создается, а извлекается из окружающей среды, то в какой форме она была в момент большого взрыва? Информация без носителя, вне времени и пространства. Для ее описания нет не только слов, но и образов. Вы можете представить себе нечто подобное? Я тоже нет. (Если да, то "вы выполнили недопустимую операцию, рекомендуется перезагрузиться прямо сейчас. Если вы уверены и настаиваете, то вам не стоило читать эту статью.") "Лучшее на что мы можем надеяться, говоря о роли прогресса во
вселенной, в целом идущей к своей гибели, так это то, что зрелище наших
устремлений к прогрессу перед лицом гнетущей нас необходимости может иметь
смысл очищающего ужаса греческой трагедии". Хорошее начало... Но если
"действительно жить - это значит жить, располагая правильной информацией",
то возникает следующий вопрос: хватит ли мужества признать безупречную
логику Винера, приводящую неизбежно к достаточно мрачной картине
обреченного мира? Не проще ли придумать себе какую ни будь сказочку,
создать очередного кумира и верить его обещаниям? Но именно таким образом
мы бы сделали конец неизбежным. Конец света, как многоэтапный длительный процесс, постоянно выставляет перед нами все новые, более сложные задачи: различные стадии энергетического кризиса, разрушение экологии, изменение климата планеты и солнечной активности - все это лишь незначительные фазы общего процесса возрастания энтропии. Чем более организовано человечество, чем большими знаниями и согласованностью действий оно обладает, тем больше вероятность преодоления очередного этапа, для того, чтобы встретить следующий. Причем время, отведенное на каждый этап - ограниченно, а ошибочные действия сокращают отведенное время и количество попыток. Не надо думать, что космическая битва за выживание и глобальные
проблемы не касаются конкретно вас или меня. Жизнь каждого человека точно
также состоит из мелких и незначительных этапов той же самой борьбы. Все
мы ведем свои "бои местного значения". Часто, при чтении исторических
документов и книг, содержащих поразительные примеры бескорыстия,
преданности и любви, ко мне приходила мысль, от которой холод
электрическим разрядом пронизывал все нервы - эти, сохраненные на
ненадежном бумажном носителе и искаженные чьим-то восприятием истории
человеческих жизней - лишь незначительная часть того, что было на самом
деле. Миллиарды жизней протекли и рассеялись как песок и мы о них ничего
уже не узнаем. Даже если бы информация и могла сохраниться, в чьих силах
охватить ее хотя бы общим взглядом? А ведь каждая из этих коротких нитей
людских жизней, из которых и соткано полотно истории, была наполнена
страданиями, открытиями и свершениями, столь важными для участников и
современников событий, о которых мы ничего никогда не узнаем. История
вечной любви и верности неизвестной девушки из безымянной индейской
деревни, героизм и бескорыстие самурая, чье имя и дела не сохранила
история или лишенный видимых внешних проявлений путь поиска истины монахом
в затерянном на Тибете монастыре, - да мало ли сюжетов стерто волнами
времени. Информация, так же как и энтропия, - аддитивна (от лат. additivus — прибавляемый). Следовательно - ни одно из усилий не проходит бесследно, а общий итог определяется как сумма всех действий каждого из нас. Без каждого в отдельности из забытых и потерянных в круговороте истории поступков и мыслей мир был бы иным.Конечно, течение времени смывает мелкие детали и индивидуальные особенности. Энтропия сглаживает рисунок событий. Конкретные имена и даты перестают иметь значение. Земная проекция любой, даже самой значительной личности, диссоциирует (от лат. dissociatio — разъединение) в бесконечной цепи последствий. Мы - как кристаллы соли в прибрежной лагуне. Набегает волна, и кристалл, недолго сверкавший под лучами солнца, растворяется в бесконечном океане, для того, чтобы, когда придет время, стать частью миллиардов других кристаллов. Находясь на берегу, невозможно представить себе, какая работа происходит в глубине. Имея конкретную локализацию, нельзя выразить состояние взаимодействия со всем окружающим миром. Можно с полной уверенность понять только одно, что каждый из нас помимо материального воплощения несет в себе информационную компоненту - своего рода послание, которое должно быть сохранено, дополнено и доставлено по назначению с отметками о прохождении всех основных этапов. "Никакое поражение не может лишить нас успеха, заключающегося в том, что в течение определенного времени мы пребывали в этом мире, которому, кажется, нет до нас никакого дела". Осознание требует настоящего мужества. Вспоминается великий современник Винера - Хемингуэй. Их годы жизни почти совпадают. Случайных совпадений не бывает. Все взаимосвязано. Просто он выразил ту же идею, но другим способом. Идея, как абстрактная схема, должна была прийти в коллективное сознание человечества в начале прошлого века. Хемингуэй знал цену побед и поражений. Он знал, как жить не отворачиваясь от неизбежного конца и зачем начинать бой, в котором победитель не получает ничего. Ему, также как и Винеру, было известно, "по ком звонит колокол". А это трудное знание. Мир не утрачивает своих красок, если смотреть на него без розовых очков. Наоборот, они становятся пронзительно яркими и чистыми. Правда, ощущение безоблачной радости бытия при реалистичном подходе остается уделом детей и дураков, но за все приходится платить свою цену... Хотя ни что не мешает время от времени побыть в том или ином качестве. Все мы в любом возрасте немного дети. "Мы в самом прямом смысле являемся терпящими кораблекрушение
пассажирами на обреченной планете". Новый смысл приобретает слово
"кормчий", давшее название кибернетике. Если невозможно бороться с
течением, то надо заставить работать его на себя, выбирая курс,
приближающий к цели. На столь оптимистической ноте мы прервемся в нашем процессе реконструкции мира идей Норберта Винера. В статье приведены цитаты из работ Норберта Винера: Автор выражает специальную благодарность профессору Виргинского
Технологического Института (Virginia Tech.) Антонио А. Трани (Antonio
A. Trani), а так же M.I.T. Historical Collections, J.A.N. Lee,
VPI&SU Annals of the History of Computing и Moore School of
Electrical Engineering за предоставленные фотографии и дополнительные
материалы, предназначенные для использования в образовательных
некоммерческих целях. © Георгий Далидович
|
|
|