«Информация — это не абстракция, она всегда связана с физическим носителем.»
Рольф Ландауэр
В повседневной речи информация часто звучит как нечто почти нематериальное. Мы говорим о «потоке информации», «информационном шуме», «битах и байтах» так, словно это отдельный мир, не связанный с физикой. Но если спросить строго: где живёт информация?— оказывается, что ответ всегда один и тот же: в состоянии некоторого носителя.
В компьютере носителем служит память, организованная в виде ячеек. В книге — бумага и чернила. В мозге — сложные сети нейронов и химических сигналов. Во всех случаях информация не существует сама по себе: она вплетена в конфигурацию среды.
Если мы уже смотрим на Вселенную как на единую среду, естественно спросить: каким образом эта среда может хранить и передавать информацию, и что в таком подходе значит «бит»?
От различий к битам
Начнём с простого. Чтобы говорить об информации, нужны:
- различимые состояния;
- устойчивость этих состояний;
- возможность перехода от одного к другому.
Если у нас есть система, которая может находиться только в двух чётко различимых состояниях (например, ``есть ток'' и ``нет тока'') и достаточно долго в них удерживаться, мы можем назвать эти состояния 0 и 1. Так возникает понятие бита.
В языках теории информации и информатики принято абстрагироваться от конкретного носителя: важны сами абстрактные 0 и 1, а не то, чем они реализованы. Но физика напоминает: любые 0 и 1 — это всегда разные конфигурации среды. Два магнитных направления, два положения заряда, два типа устойчивого узора.
Информация как выбор состояния среды
Если носитель — единая среда, можно сказать, что информация живёт в том, как эта среда организована. Один и тот же участок пространства может:
- находиться в более однородном состоянии — тогда информации мало;
- быть разделён на устойчивые домены, каждый со своим состоянием — тогда появляется возможность кодировать биты;
- поддерживать сложные узоры, в которых закодированы целые последовательности значений.
Такое понимание естественно связывает информацию с энтропией: чем больше вариантов организовать среду при заданных ограничениях, тем больше потенциальной информации она может хранить. Но в нашем контексте важно другое: любой бит — это конкретная конфигурация носителя, пусть даже очень простая.
Перенос информации как перестройка узоров
Что значит «передать информацию»? В обыденном языке — отправить сообщение. В средовом — перестроить состояние носителя так, чтобы узоры, несущие смысл, возникли в другом месте или в другой форме.
Когда мы отправляем световой сигнал, мы модулируем волну — изменяем её параметры так, чтобы они соответствовали определённой последовательности состояний. Носитель (в данном случае электромагнитное поле в пространстве) переносит не только энергию, но и структуру. Эта структура потом может быть распознана другой системой — приёмником.
То же самое происходит и в более сложных случаях: от нейронных импульсов до квантовых каналов. Информация — это согласованная последовательность изменений узоров, которую можно опознать и воспроизвести.
Где прячется «смысл»
Можно возразить: информацией называют не только физические биты, но и смысл текста, содержание мысли, идею. Где живёт смысл?
С точки зрения среды, смысл — это ещё один уровень организации узоров. Те же физические биты можно сложить в бессмысленный шум, а можно — в текст, в формулу, в музыкальное произведение. Разница не в самих битах, а в узоре, который они образуют.
В мозге смысл — это устойчивые паттерны активности и связи. В языке — структуры предложений и правил. В науке — схемы понятий, которыми мы описываем мир. На каждом уровне информация живёт в структуре среды, а не в голой абстракции.
Информация и квантовая среда
Интересно, что в квантовой механике информация приобретает ещё один слой: состояние может быть суперпозицией, запутанным, деликатно зависящим от контекста. Но и здесь общий принцип тот же: информация живет в том, каким образом организовано состояние носителя.
Запутанные состояния несут корреляции, которые нельзя разбить на независимые части. Это значит, что информация о целостной конфигурации не локализуется в одном месте: она распределена по среде. Изменение одной части узора сразу перестраивает всю картину.
С этой точки зрения привычное разделение на «материю», «поля» и «информацию» становится менее жёстким. Всё это — разные уровни описания одной и той же среды: её структуры, её динамики и её насыщенности различимыми состояниями.
Мир как носитель информации
Если принять всерьёз мысль о том, что пространство — это активный носитель, то вопрос «где живёт информация?» получает простой ответ: везде, где есть различимые и устойчивые состояния среды.
Тогда:
- частицы — это одновременно и энергия, и информация о конфигурации носителя;
- поля — это распределённая информация о возможных взаимодействиях;
- макрообъекты и живые системы — сложные иерархии узоров, организующих информацию в разных масштабах.
В этой картине ``It from bit'' и ``bit from it'' перестают спорить: носитель и информация неразделимы. Нельзя иметь бит без носителя, и нельзя иметь носитель без потенциала различимых состояний.
В следующей главе мы сделаем ещё один шаг и спросим: если информация так тесно связана со структурой среды, почему природа так упорно предпочитает симметричные конфигурации — и что происходит, когда эта симметрия нарушается.
P.S.
Все главы альманаха и ссылки на связанные публикации доступны на сайте UCMT Project:
