Файл: Информация в материальном мире (информация и ее роль в материальном мире).pdf

Любой материальный объект или процесс является первичным источником информации. Все возможные его состояния составляют код источника информации. Мгновенное значение состояний представляется как символ («буква») этого кода.

2.2. Человек в материальном мире и информационный обмен

Жизнь — это тоже явление природы, хотя до сих пор и малоизученное. Одной из характерных особенностей организмов живой природы является происходящий в них непрерывный обмен веществ. Этот обмен тоже имеет энергетическую природу и происходит на уровне клеток и их структурных элементов. При прекращении обмена веществ прекращаются и жизненные процессы.

Человек, с одной стороны, это обычный материальный объект, и потому ему свойственно непрерывное энергетическое взаимодействие с другими объектами материального мира. В то же время он является организмом живой природы и в этом качестве обладает непрерывным внутренним обменом веществ. Эти два процесса могут взаимодействовать между собой. Результат такого взаимодействия мы воспринимаем как информационный обмен между живой и неживой природой.

Рисунок 1 Информационный обмен в природе

 Рассмотрим пример, известный из курса биологии. Если через органы чувств животное воспринимает окружающую среду как угрожающую, это приводит к изменению обмена веществ. В частности, в кровь выделяются специальные вещества, повышающие частоту дыхания, усиливающие сердцебиение и приводящие органы опорно-двигательной системы в состояние готовности к отражению угрозы. Иные по содержанию, но похожие по механизму процессы происходят в среде, которая воспринимается как успокаивающая. Все это результат информационного обмена, инициированного внешней средой.

Но информационный обмен не обязательно инициируется только внешней средой. Человеку достаточно лишь представить опасность (или иное состояние), чтобы в его организме начались физиологические реакции, связанные с изменением процесса обмена веществ. Здесь проявляется реакция на ранее зарегистрированные результаты предшествующего взаимодействия. На этом основаны механизмы вспоминания, воображения, логического мышления и другие. С их проявлениями мы сталкиваемся, например, в процессе творчества. То есть, в основе логического мышления и творчества тоже лежит информационный обмен.

Информационный обмен может не иметь материальную природу, но он с ней неразрывно связан. Он является промежуточным звеном между энергетическим обменом, свойственным материальным объектам, и обменом веществ, свойственным живым организмам. Информационный обмен развивается в виде информационных процессов. Если проследить информационный процесс от начала до конца, то на отдельных его этапах можно и не увидеть объектов живой природы, но в его начале или конце объект живой природы присутствует обязательно. Забегая вперед, укажем, что свойство отдельных этапов информационного процесса обходиться без объектов живой природы ныне широко используется в информационных технологиях. Оно лежит в основе функционирования автоматических систем обработки информации.

Любое взаимодействие материальных объектов имеет энергетическую природу. Космические тела взаимодействуют друг с другом через гравитационные поля. Взаимодействие заряженных частиц осуществляется через электрическое поле. Даже механическое взаимодействие твердых тел можно рассматривать как взаимодействие их кристаллических или молекулярных структур, в основе которого лежат электромагнитные взаимодействия между частицами, составляющими тела.

С точки зрения физики, любые изменения, происходящие во внутренней структуре вещества или в энергетических полях, сопровождаются образованием сигналов. Сигналы обладают способностью распространяться во времени и пространстве. Они затухают в результате взаимодействия с веществом.

Сигналы окружают нас на каждом шагу. Солнечный свет — это сигналы, образовавшиеся в результате термоядерных реакций, происходящих в веществе Солнца. Радиосигналы — результат электромагнитных процессов, происходящих в материале излучающей антенны передатчика. Сигналы, регистрируемые сейсмографом, — результаты сложнейших геофизических процессов, происходящих в веществе земной коры и в более глубоких областях планеты.

Как и все объекты материальной Природы, сигналы не возникают из ничего и не исчезают бесследно. Их распространение в пространстве всегда завершается взаимодействием с веществом физических тел. Такое взаимодействие в информатике рассматривается как регистрация сигналов.

Сигналы разной физической природы взаимодействуют с веществом по-разному. Например, мы знаем, что свет может оказывать давление на вещество и может выбивать электроны вещества. Световые сигналы могут вызывать долговременные химические изменения в составе вещества — в растительных организмах на этом основано явление фотосинтеза, а в технике — фотографические процессы.

Изменения магнитного поля могут быть зарегистрированы на ферромагнитном покрытии. На этом явлении основана магнитофонная звукозапись и видеозапись на магнитной пленке. Сигналы регистрируются и при механическом взаимодействии двух тел. Эта регистрация может происходить как деформация тел, как продолжительные упругие колебания и даже в виде образования поверхностного электрического заряда.

2.3 Информация в человеческом обществе

Развитие материи в процессе движения направлено в сторону усложнения структуры материальных объектов. Одна из самых сложных структур — человеческий мозг. Пока это единственная известная нам структура, обладающая свойством, которое сам человек называет сознанием. Говоря об информации мы, как мыслящие существа, априорно подразумеваем, что информация, кроме её наличия в виде принимаемых нами сигналов, имеет ещё и какой-то смысл. Формируя в своем сознании модель окружающего мира как взаимосвязанную совокупность моделей его объектов и процессов, человек использует именно смысловые понятия, а не информацию. Смысл — сущность любого феномена, которая не совпадает с ним самим и связывает его с более широким контекстом реальности. Смысл — понятие, описывающее глобальное содержание некоторого высказывания. Само слово прямо указывает, что смысловое содержание информации могут формировать только мыслящие приемники информации. В человеческом обществе решающее значение приобретает не сама информация, а её смысловое содержание.

Способность мозга создавать смысловые понятия и связи между ними является основой сознания. Сознание можно рассматривать как саморазвивающуюся смысловую модель окружающего мира.

Смысл — это не информация. Информация существует только на материальном носителе. Сознание человека считается нематериальным. Смысл существует в сознании человека в виде слов, образов и ощущений. Человек может произносить слова не только вслух, но и «про себя». Он также «про себя» может создавать (или вспоминать) образы и ощущения. Однако, он может восстановить информацию, соответствующую этому смыслу, произнеся слова или написав их.

Услышав (или увидев) фразу, произнесенную (или написанную) на языке, которого человек не знает, он получает информацию, но не может определить её смысл. Поэтому для передачи смыслового содержания информации необходимы некоторые соглашения между источником и приемником о смысловом содержании сигналов, то есть слов. Такие соглашения могут быть достигнуты в процессе общения. Общение является одним из важнейших условий существования человеческого общества. Общение включает в себя следующие информационные процессы:

• Хранение информации
• Передача информации
• Обработка информации

Хранение информации

Хранение информации осуществляется с помощью её переноса на некоторые материальные носители. Семантическая информация, зафиксированная на материальном носителе для хранения, называется документом.

Хранить информацию человечество научилось очень давно. В наиболее древних формах хранения информации использовалось расположение предметов — раковин и камней на песке, узелков на верёвке. Существенным развитием этих способов явилась письменность — графическое изображение символов на камне, глине, папирусе, бумаге. Огромное значение в развитии этого направления имело изобретение книгопечатания. За свою историю человечество накопило огромный объём информации в библиотеках, архивах, периодических изданиях и других письменных документах.

В настоящее время особое значение получило хранение информации в виде последовательностей двоичных символов. Для реализации этих методов используются разнообразные запоминающие устройства. Они являются центральным звеном систем хранения информации. Кроме них в таких системах используются средства поиска информации (поисковая система), средства получения справок (информационно-справочные системы) и средства отображения информации (устройство вывода). Сформированные по назначению информации такие информационные системы образуют базы данных, банки данных и базы знаний.

Передача информации

Передачей семантической информации называется процесс её пространственного переноса от источника к получателю (адресату). Передавать и получать информацию человек научился даже раньше, чем хранить её. Речь является способом передачи, который использовали наши далекие предки в непосредственном контакте (разговоре) — ею мы пользуемся и сейчас. Для передачи информации на большие расстояния необходимо использовать значительно более сложные информационные процессы.

Для осуществления такого процесса информация должна быть некоторым образом оформлена (представлена). Для представления информации используются различные знаковые системы — наборы заранее оговоренных смысловых символов: предметов, картинок, написанных или напечатанных слов естественного языка. Представленная с их помощью семантическая информация о каком-либо объекте, явлении или процессе называется сообщением.

Очевидно, что для передачи сообщения на расстояние информация должна быть перенесена на какой-либо мобильный носитель. Носители могут перемещаться в пространстве с помощью транспортных средств, как это происходит с письмами, посылаемыми по почте. Такой способ обеспечивает полную достоверность передачи информации, поскольку адресат получает оригинал сообщения, однако требует значительного времени для передачи. С середины XIX века получили распространение способы передачи информации, использующие естественно распространяющийся носитель информации — электромагнитные колебания (электрические колебания, радиоволны, свет).

Реализация этих способов требует:

• предварительного переноса информации, содержащейся в сообщении, на носитель — кодирования;
• обеспечения передачи полученного таким образом сигнала адресату по специальному каналу связи;
• обратного преобразования кода сигнала в код сообщения — декодирования.

Использование электромагнитных носителей делает доставку сообщения адресату почти мгновенной, однако требует дополнительных мер по обеспечению качества (достоверности и точности) передаваемой информации, поскольку реальные каналы связи подвержены воздействию естественных и искусственных помех.

Устройства, реализующие процесс передачи данных, образуют системы связи. В зависимости от способа представления информации системы связи можно подразделять на знаковые (телеграф, телефакс), звуковые (телефон), видео и комбинированные системы (телевидение). Наиболее развитой системой связи в наше время является Интернет.

Обработка информации

Поскольку информация нематериальна, её обработка заключается в различных преобразованиях. К процессам обработки можно отнести любые переносы информации с носителя на другой носитель. Информация, предназначенная для обработки, называется данными.

Основным видом обработки первичной информации, полученной различными приборами, является преобразование в форму, обеспечивающую её восприятие органами чувств человека. Так, фотоснимки космоса, полученные в рентгеновских лучах, преобразуются в обычные цветные фотографии с использованием специальных преобразователей спектра и фотоматериалов. Приборы ночного видения преобразуют изображение, получаемое в инфракрасных (тепловых) лучах, в изображение в видимом диапазоне. Для некоторых задач связи и управления необходимо преобразование аналоговой информации в дискретную и наоборот. Для этого используются аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи сигналов.

Важнейшим видом обработки семантической информации является определение смысла (содержания), заключающегося в некотором сообщении. В отличие от первичной семантическая информация не имеет статистических характеристик, то есть количественной меры — смысл либо есть, либо его нет. А сколько его, если он есть — установить невозможно. Содержащийся в сообщении смысл описывается на искусственном языке, отражающем смысловые связи между словами исходного текста. Словарь такого языка, называемый тезаурусом, находится в приемнике сообщения. Смысл слов и словосочетаний сообщения определяется путем их отнесения к определенным группам слов или словосочетаний, смысл которых уже установлен. Тезаурус, таким образом, позволяет установить смысл сообщения и, одновременно, пополняется новыми смысловыми понятиями. Описанный вид обработки информации применяется в информационно-поисковых системах и системах машинного перевода.