Репортаж с ничейной земли. Рассказы об информации

Конечно, таких машин пока нет: «машина Тьюринга» - это всего лишь длинный ряд уравнений. Но уравнениям следует верить - они доказывают принципиальную возможность существования подобных машин.

Так где же граница живого и неживого? Как возникает живое в природе и где черпает оно информацию? Откуда взялась та информация, по которой был создан первый живой организм?

Эти вопросы родились не случайно. Теория информации - новая ступень человеческих знаний. Вооружившись ею, человек по-новому видит мир: в корне самых различных явлений он обнаружил связь только что познанной информации с давно открытой им энтропией.

Часть вторая. ИНФОРМАЦИЯ ВСЮДУ

ГЛАВА 1. ПУТЕШЕСТВИЕ В МИКРОМИР

Мир в кубике газа

Итак, дорога ведет к энтропии. Это слово мы часто слышали в Новом Городе, но смысл его так и не поняли до конца. Правда, кое-что мы о ней уже знаем. Энтропия - это неопределенность. Помните шары, которые мы извлекали из ящиков, что стояли на площади Новых Идей? В одном опыте участвовало 9 черных и 1 белый шар. В другом было 6 черных и 4 белых шара. Второй опыт имел большую энтропию, потому что неопределенность исхода опыта была здесь больше, чем для 9 черных шаров. Все это учитывается формулой:

I = P_ilog P_i.

То же самое с текстом. Когда неопределенность его велика, возрастает и энтропия. Текст с самой большой энтропией - это бессмысленный набор букв:

СУХТРБЬДЩ ЯЫХВЩИЮАЖТЛ...

Но еще говорили нам, будто в процессах физики тоже учитывают энтропию. Ток нагревает провод - энтропия растет. Почему? Что она выражает? Как ее оценить? Вот это мы хотели бы понять до конца. А для этого нам придется побывать в необычном мире - в мире молекул.

Как проникнуть в этот мир? Может быть, следовало попросить в Новом Городе микроскоп, позволяющий увидеть молекулу? Очевидно, такой микроскоп там есть, да что толку! В поле зрения его попадут отдельные молекулы, а жизнь микромира такова, что в каждом ее эпизоде принимают участие миллиарды частиц. Если бы вам довелось смотреть на футбольное поле сквозь замочную скважину и в вашем поле зрения находилось бы одновременно не более трех игроков, вы все же получили бы некоторое представление о ходе футбольного матча. Тем более что недостающие фрагменты матча вы можете дополнить воображением - в вашей памяти запечатлелось немало футбольных встреч. Но мир, в котором живут только молекулы, вам совершенно неведом, и в данном случае даже фантазия не может прийти на помощь.

Есть и другой путь. В физике существует кинетическая теория газа. Эта теория позволяет выразить законы движения молекул в виде формул, графиков и таблиц. Глядя на эти формулы и кривые, физик может представить себе, как в пространстве, заполненном газом, движутся одновременно миллиарды частиц. Но то физик... Он знает высшую математику. Он умеет видеть движение в неподвижных графиках и значках. А как же быть нам?

А вот как.

Давайте построим маленькую батисферу, величиной с молекулу, и отправимся на ней «в плавание», или, если хотите, в своеобразный «полет».

– Что за нелепая фантазия?
– поморщится, прочитав эти строки, какой-нибудь ученый педант.
– Зачем писать о том, чего никогда не было и не будет?

А почему не было? Подобные вещи уже случались. Правда, не в жизни, а на страницах популярных книг. Не знаю, как тому ученому, а мне лично с раннего детства полюбилась увлекательнейшая повесть Яна Ларри «Приключения Карика и Вали». Она заставляет взглянуть на мир иными глазами: в букашках, которые казались такими ничтожными, она позволяет распознать опасных врагов или верных друзей. Сколько ярких и увлекательных подробностей из жизни насекомых донес до нас ее автор! А ведь не случись героям повести стать существами иного масштаба, они никогда в жизни не побывали бы там, где им довелось побывать. Всему виной эта странная жидкость... Достаточно было лишь по очереди прикоснуться губами к таинственной склянке, чтобы в следующее мгновенье уже мчаться с головокружительной скоростью, едва удерживаясь на гибком теле стремительной стрекозы...

Так изобретенная автором жидкость помогла героям его повести проникнуть в необычный и неведомый мир. Может быть, следуя их примеру, мы сумеем побывать в гостях у молекул? Правда, нам придется пойти еще дальше: стать меньше, чем были Карик и Валя, еще в миллиарды раз. Что делать! Мир, куда мы хотим проникнуть, имеет такие масштабы: в кубике воздуха с ребром в 4 тысячных миллиметра умещается столько молекул, сколько людей населяет весь земной шар!

Итак, мы намечаем маршрут. На карте он выглядит просто: надо разместиться в батисфере, находящейся в безвоздушном отсеке сосуда, затем через клапан проникнуть внутрь сосуда с газом, пересечь облако газа и вылететь через клапан с противоположной стороны. Казалось бы, куда проще? Секундное дело. Кто мог думать, что столько неожиданных событий произойдет на этом коротком пути!

Вот мы заняли место внутри батисферы и подаем команду на старт. Специальная катапульта, задав начальную скорость, направила нас к первому клапану. Он открылся и, пропустив батисферу, тут же захлопнулся вновь. Осталось пересечь пространство сосуда и вылететь через второй клапан. Но что это?

Прямо навстречу движется какое-то тело. Оно угрожает врезаться в батисферу. Катастрофа неминуема... Удар - и мы, резко изменив направление, отлетаем к стенке сосуда. Снова удар - и мы уже отброшены в другую сторону. Удары сыплются градом. Наша маленькая батисфера мечется из стороны в сторону, мы потеряли всякую ориентировку, мы уже не знаем, какой из двух клапанов должен выпустить нас наружу, не можем сказать, где верх, а где низ. А удары следуют непрерывно, и вокруг нас происходит то же: с бешеной скоростью молекулы летят навстречу друг другу, ударяются и отскакивают в разные стороны, чтобы через мгновенье столкнуться вновь. Неужелй не будет конца этому хороводу? Но ведь так мы никогда не достигнем цели!

Так и хочется крикнуть жителям молекулярного мира: «Граждане, перестаньте толкаться, соблюдайте правила движения!» Но они продолжают налетать друг на друга: в их мире нет иных правил движения, кроме бесконечной толкотни. Если бы нам удалось сосчитать удары, оказалось бы, что в течение каждой секунды мы испытываем столкновения миллиарды раз. Миллиарды в секунду! Разве можно различить в этом нескончаемом потоке каждый отдельный удар? Но мы различаем, ведь мы теперь существа иного мира и иного масштаба.

Зачедо мы променяли увлекательный Новый Город на этот однообразный, бессмысленный мир? Цель наша ясна: мы хотим понять энтропию.

Ученые, которым впервые удалось познать тайны этого мира, не имели в распоряжении фантастической батисферы. У них не было и микроскопа, который хоть краешком глаза позволил бы им заглянуть в' этот мир. Они могли лишь догадываться о том, что здесь происходит, и строить теории, опираясь на эти догадки.

«В этом мире царят случайности» - таково было одно из первых предположений, высказанных выдающимся ученым прошлого века Джемсом Максвеллом. Каждое столкновение - это случайное событие, но в течение одной секунды на долю любой из молекул такая случайность выпадает много миллиардов раз. И каждый раз она меняет направление полета. Где окажется она в следующую секунду? Никто не может этого предсказать. Вот почему наш современник, основоположник кибернетики Норберт Винер, проникнув мысленным взором в хаотический мир молекул и сравнивая методы исследования этого мира с законами небесной механики, искренне восклицает:

– Астрономия - идеально простая наука!

Солнечная система - и кубик газа. С раннего детства мы с трепетным чувством смотрели в безграничные дали вселенной, испытывая благоговение перед наукой, способной открывать законы движения целых миров. Но вот появились методы исследования случайных процессов, и законы классической механики, открытые великим Ньютоном, превратились в начальную ступень познания материального мира. Используя законы Ньютона, можно предсказать с абсолютной точностью, что 11 августа 1999 года в 11 часов 8 минут по Гринвичу произойдет солнечное затмение в Западной Европе, а 16 октября 2126 года в 11 часов солнечное затмение будет наблюдаться в Москве. Но никакие из существующих методов не дают возможности предсказать даже за сотую долю секунды, в какой части кубика окажется хотя бы одна из молекул газа.