Информационные аспекты взаимодействия

В простых системах для описания взаимодействия между их компонентами вполне достаточно силовых или энергетических характеристик. Так, при решении физических задач обычно исключаются из рассмотрения силы, величина которых гораздо меньше величины других сил. Однако по мере роста сложности системы все более важными становятся информационные взаимодействия — слабые, но учитывающие ее особенности и специфику.

Этот тезис особенно очевиден на социальном уровне организации материи, что иллюстрируется следующими примерами.

Энергии звуковых колебаний, создаваемых голосовыми связками, конечно же, недостаточно для перемещения сколько-нибудь тяжелого предмета — например, стула. Попробуйте, однако, негромко произнести в переполненной аудитории короткое слово — «по­жар!» — и посчитайте, сколько столов и стульев будет сдвинуто со своих мест, а то и сломано. Иллюстрацией той же идеи служит известное высказывание, что нет такой неприступной (силовая характеристика!) крепости, врата которой не открылись бы перед ослом, нагруженным золотом. Следует отметить, наконец, что в функционировании современного общества все большую роль приобретают криптографические тех­но­ло­гии, гарантирующие высокую избирательность доступа к государственной, личной или коммерческой информации и запре­ти­тель­но высокую трудоемкость получения ее лицом, не имеющим на то прав.

Информационное взаимодействие характерно не только для социальных систем. Универсальный механизм эволюции, описанный в общих чертах Дарвином, гарантирует, что структура и способ функционирования систем любого уровня, возникающих в ходе эволюции, соответствуют условиям их существования (принцип экологического соответствия, п. 5.10.2.3). Но взаимное соответствие между системой и окружающей средой свидетельствует об информационном характере взаимодействия между ними. Именно благодаря этому по устройству частной системы можно судить о свойствах Вселенной в целом (антропный принцип,п. 4.7.4).

Информационные взаимодействия, основанные на принципе «ключ–замок», преобладают во всем мире живого. Организмам свойственна чрезвычайно высокая избирательность восприятия внешних раздражителей; слабый шорох подкрадывающегося хищника важнее, и потому вызывает более бурную реакцию, чем рев водопада; быстро движущийся воздушный объект может означать пищу — и глаз лягушки просто не видит предметов неподвижных, какими бы яркими и пестрыми они ни были. Ферменты катализируют те — и только те! — биохимические реакции, которые нужны организму. Этиловый спирт вызывает опьянение, а его ближайший химический родственник, метиловый спирт — слепоту.

Именно в биологии и биофизике были наиболее подробно разработаны представления о второй — после количества — важнейшей характеристике информации — ее ценности.

Ценность информации может проявляться в том, что достижение некоторой цели после получения информации требует меньших затрат энергии, чем до того. Например, с участием белков-ферментов — типичных информационных молекул, фактически представляющих собою текст, записанный двадцатибуквенным аминокислотным алфавитом, — в физиологических условиях идут такие реакции, которые в неживой природе требуют высоких давлений и температур.

Ценность информации может проявляться и в том, что вероятность достижения цели после получения определенной информации становится больше, чем до того. Например, набор врожденных стереотипов поведения (п. 5.8.1) — ценнейшая информация, резко повышающая вероятность выживания детеныша. Информация о, скажем, содержании романа «Война и мир» может иметь такой же объем, но будет обладать для него куда меньшей ценностью.

Понятие ценности информации может быть выражено количественно. Соответствующие методы были разработаны отечественным биофизиком М. В. Воль­кен­штейном, который предложил понимать ценность биологической информации (например, записанной в структуре ДНК, белков или организма в целом) как степень ее незаменимости, неизбыточности.

Например, длинный текст, состоящий из повторений одной и той же буквы, несет большое количество информации, но ценность ее крайне низка, поскольку весь этот текст может быть заменен одной короткой фразой: «Повтори «А» 100 000 раз». Структура кристалла, состоящего из астрономического числа периодически расположенных атомов, также допускает краткое описание, состоящее из описания расположения атомов в элементарной ячейке кристалла и указания повторить эту ячейку в пространстве заданное число раз. А вот структура живых организмов, которые Э. Шрёдингер характеризовал как апериодические кристаллы, такого свернутого описания уже не допускает.

Биологическая информация оказывается более ценной, более осмысленной, более незаменимой, чем информация, заключенная в неживых системах из сопоставимого количества структурных элементов.

Кроме того, один из важнейших принципов теоретической биологии утверждает, что ценность биологической информации, понимаемая как степень ее незаменимости, возрастает в ходе как индивидуального развития организмов (онтогенеза), так и эволюционного (филогенеза).

Информационное взаимодействие может быть эффективнее силового и на более низких уровнях организации материи. Как обсуждалось в п. 3.4.3, существует множество простых динамических систем, поведение которых хаотично из-за их крайней чувствительности к слабым возмущениям. Но та же высокая чувствительность дает возможность гибкого и эффективного управления. В теории показывается, что, воздействуя на систему с динамическим хаосом слабо, но точно, можно добиться появления у нее устойчивого упорядоченного режима поведения[88]. Иными словами, пусть невозможно предсказать погоду надолго вперед, но зато ею, в принципе, можно управлять — надо только знать, как. Другой пример эффективного управления с помощью слабых сигналов — обсуждаемый в настоящее время новый метод выведения сердца из состояния фибрилляции. Существующие методы борьбы с этим смертельно опасным явлением являются чисто силовыми (высо­ко­вольтный электрический разряд, прямая инъекция сильнодействующего вещества в сердечную мышцу). Но, как выяснилось, погасить паразитные спиральные волны в ткани сердца, которые являются причиной фибрилляции, можно и слабым электрическим воздействием, если только правильно подобрать его фазу и частоту[89].