Методы исчисления информации, предложенные Шенноном, позволяют выявить соотношение количества предсказуемой (то есть формируемой по определенным правилам) информации и количества той неожиданной информации, которую нельзя заранее предсказать.
Содержащуюся в правилах информацию Шеннон определил как ИЗБЫТОЧНУЮ, потому что знание правил построения сообщений позволяет предсказывать появление букв (или других символов) раньше, чем они будут сообщены по линии связи.
Таким способом удается в той или иной степени «разгрузить» предназначенный для передачи сообщений канал. Проведенный Шенноном анализ английских текстов показал, что содержащаяся в них избыточная информация составляет около 80% от общего количества информации, которое заключает в себе письменный текст. Остальные 20% — это та самая энтропия, благодаря которой текст может служить источником непредсказуемой энергии10.
Если бы текстовые, устные или зрительные (в частности телевизионные) сообщения были полностью лишены энтропии, они не приносили бы получателям сообщений никаких новостей.
Если бы письменный текст строился только на основании заранее сформулированных правил, то, установив эти правила по тексту первой страницы, можно было бы заранее предсказать, что будет написано на страницах 50, 265, 521 и т.д.
ПРЕДЕЛЫ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Наиболее наглядной иллюстрацией информационно-энтропийных закономерностей и ограничений эволюционных процессов может служить письменный текст. А поскольку текст есть не что иное, как закодированное отражение устной речи, имеет смысл в дальнейшем вести речь об эволюции языка.
Примерами эволюционных изменений языка могут служить, в частности, образование неологизмов, заимствование иностранных слов и др.
Приобщение бывших социалистических стран к международному рынку сопровождается ассимиляцией таких терминов, как «менеджмент», «маркетинг», «дилер» и т.п. С переходом к парламентским формам управления государством в бывших социалистических странах приобрели популярность такие понятия, как «консенсус» и «плюрализм».
Процесс вовлечения в лексикон новых слов имеет ряд существенных ограничений. Необходимым условием ассимиляции иностранных слов оказывается адаптация этих слов к новой языковой среде. При включении иностранного слова в лексикон нового языка, слово это должно подчиняться действующим в этом языке правилам согласования слов (т. е. правилам склонения, сопряжения и др.). Подобная адаптация аналогична процессам обучения живых организмов правилам поведения в необычной для них среде).
В свою очередь правила согласования слов подчиняются требованиям, возникающим на еще более высоких уровнях языковой структуры.
Эти требования зависят прежде всего от смыслового содержания текста, от стиля, присущего составителю, данного текста и, наконец, от всего набора грамматических и фонетических правил данного языка.
Например, слово СПУТНИК было введено в русский язык Достоевским. Из бытовой сферы («
спутник жизни»
) это слово распространилось в область
астрономии («Луна — спутник Земли») и стало международным словом после того, как в Советском Союзе был запущен первый искусственный спутник Земли. Однако, при всех трансформациях смысла форма этого слова определялась правилами грамматики, установленными вместе с возникновением языка. Об этом свидетельствует совпадение структуры слова С-ПУТ-НИК с такими аналогами, как СО-РАТ-НИК и СО-ПЛЕМЕН-НИК, образованными от корней древних слов ПЛЕМЯ и РАТЬ.
С биологическим и видами тоже могут происходить аналогичные метаморфозы. В результате мутаций может родиться заяц, у которого уши будут короче, чем у собратьев, или его шерстяной покров приобретет необычный цвет. Эти признаки он передаст по наследству, быть может, они закрепятся в потомстве, но при этом потомки нашего зайца тоже останутся зайцами, но ни в коем случае не превратятся в волка или лисицу и, уж тем более, не примкнут к отряду приматов. Подобно тому, как структура нового слова «спутник» совпадает со структурой древних слов «соратник» и «соплеменник», внутренняя и внешняя структура организма современного зайца повторяет структуру зайца, появившегося в результате акта творения на нашей Земле.
Мутациям могут подвергаться только второстепенные признаки, а основные признаки вида остаются неизменными, подобно тому, как в приведенных выше примерах словообразований неизменными остаются определяющие смысловое значение каждого слова корни ПУТЬ, ПЛЕМЯ и РАТЬ. При этом могут меняться второстепенные признаки слова (префиксы, суффиксы, окончания), превращая ПУТЬ в СПУТНИК. ПОПУТЧИК, ПУТЕВОЙ, ПУТЕВКА, РАСПУТИЦА, БЕСПУТНЫЙ, ПУТЕВОДНЫЙ и т.п.
Изначальный смысл слова ПУТЬ при этом всюду останется неизменным, а основанные на коренном слове словообразования могут приобретать те или иные оттенки в процессе последующей эволюции языка.
Каждое новое слово подчиняется правилам, сохраняемым на высоких иерархических уровнях информационно-энтропической спирали и действующим сверху вниз и на уровне слов, и на уровне букв.
Подобным образом мог быть сформирован и живой организм. Правила, которым подчиняются все его согласованно функционирующие органы, ткани и клетки, могли быть «сформулированы» только на самых высоких, не доступных нашему разуму уровнях информационно-энтропической спирали.
Приведенная в таблице
2.
1 (Приложение 2)«фраза», полученная в результате случайного комбинирования 8-и буквенных сочетаний, имеет формальные признаки осмысленных фраз. В ней можно различить глагольные формы (враться), наречия (непо и корко), форму прилагательного (весел) и даже уловить некий оттенок смысла (какого-то бодрого действия, движения).
В свое время академик Щерба тоже приводил пример форматизированной фразы, из которой можно было бы понять, что
некая Глокая куздра штекобуданула (читай: «оттолкнула») некого «бокра»
и кудрячит (читай:«
приласкивает»
) бокренка.
Означают ли две рассмотренные «фразы», что при движении снизу вверх по рассматриваемой нами спирали, можно путем случайных комбинаций букв и слогов получить осмысленный текст? Такой вывод был бы ошибочным. Формальное сходство с грамматическими конструкциями порождает всего лишь иллюзию смысла, потому что не смысл рождается из грамматики, а грамматика строится таким образом, чтобы с ее помощью можно было передать (т. е. закодировать) содержащийся в той или иной фразе смысл.
Таким образом, эти примеры еще раз убеждают нас в том, что план построения сложной информационной системы может формироваться только на верхних иерархических уровнях и оттуда спускаться на нижележащие уровни, задавая на них тот или иной порядок чередования элементов.
Сказанное выше имеет самое непосредственное отношение к проблеме возникновения и функционирования биологических систем.
Выше было отмечено, что проводимый на самом нижнем структурном уровне текста (на уровне отдельных букв) статистический анализ распределения вероятностей букв и последующий расчет количества информации и величины энтропии способны регулировать лишь результирующую упорядоченность текста. Причины этой упорядоченности формируются на недоступных информационно-энтропийному анализу верхних иерархических уровнях текста и языка.
Пытаясь преодолеть указанные ограничения возможностей информационно — энтропийного анализа, К. Шеннон исследовал вероятности появления в тексте различных 4-х, 6-ти и 8-ми буквенных сочетаний. Подставляя найденные значения вероятностей в вероятную функцию энтропии, К. Шеннон определил таким образом величину энтропии с учетом взаимной зависимости (корреляции) букв в пределах слогов, а затем экстраполировал полученный результат на более длительные текстовые отрезки, показав, что корреляция не выходит за пределы отрезков текста в 40—60 букв.
Аналогичные результаты исследований русских текстов представлены в работе Добрушина и в
Приложении 2 (табл. 2.
1).
Используемый теорией информации полуэмпирический метод учета межбуквенных корреляций обладает рядом существенных ограничений, которые становятся очевидными, если сопоставить результаты анализа искусственных текстов Шеннона со свойствами реального языка. Дело в том, что при искусственном расчленении текста на отрезки из 4-8 букв стираются границы, разделяющие уровни слогов от уровней слов. В реальных текстах в зависимости от смыслового контекста и одна, и две, и три буквы могут быть в одних случаях самостоятельным словом, а в других — входить в состав других слов.
Очевидно, что в двух указанных случаях рассматриваемые сочетания букв относятся к различным иерархическим уровням текста (или к уровню слогов), однако подобное разграничение уровней может осуществляться только по смыслу, который заключает в себе анализируемый текст. А поскольку используемые теорией информации методы игнорируют смысловое содержание текста, исследуемые ею искусственные тексты отличаются от реальных текстов отсутствием четкой иерархической структуры.
Причины возникновения исследуемого порядка всегда остаются за пределами компетенции статистических методов. Находясь как бы на нижних ступенях некой упорядоченной иерархической структуры, вооруженная статистическими методами наука исследует не само действие порождающих исследуемый порядок причин, а лишь его результат. Любая попытка с помощью информационно-энтропийного анализа делать какие бы то ни было выводы о содержательной стороне письменных текстов была бы равносильна суждению о достоинствах и недостатках какого-то музыкального произведения на основании того, как часто создававший его композитор прибегал к помощи ноты ДО или СОЛЬ. Подобным способом можно идентифицировать принадлежность тому или иному автору его сочинений, но бесполезно пытаться по результатам такого анализа доискиваться до причин, побудивших этого автора сочинить именно эту симфонию, поэму или роман.
Из всего вышесказанного следует, что адекватное представление об иерархической структуре реальных текстов не может быть получено на основании конструирования искусственных текстов, осуществляемого теорией информации по принципу «снизу вверх».
Присущий реальным текстам порядок чередования букв формируется согласно правилам, заданным верхними иерархическими уровнями текста, то есть не «снизу вверх», а «сверху вниз». Что же касается используемой теорией информации вероятностной функции энтропии, то она может быть использована в качестве точного математического инструмента только на нижних уровнях иерархии текста, поскольку только на этих уровнях удается найти достоверные значения вероятностей появления исходных элементов этого уровня (т. е. букв). С переходом на следующий уровень мы обнаруживаем такое обилие исходных элементов этого уровня (т. е. такое количество слов), что определение вероятности появления в тексте всех слов, составляющих лексикон, становится практически неразрешимой задачей.
Так, например, лексикон искусственного текста, каждое слово которого состоит из 6-ти букв, а алфавит — из 30-ти букв, составит 306 = 729 106 «слов». Среди этих слов будут попадаться бессмысленные и даже непроизносимые сочетания из 6-ти гласных или 6-ти согласных букв.
Приняв, что значащие слова составят 0,01% от всех шестибуквенных комбинаций, получим 72900 слов. Из сочетаний этих слов можно составить практически неограниченное количество текстов, поэтому бессмысленно пытаться определять вероятности появления отдельных слов.
Это значит, что вероятностная функция энтропии не может быть использована для строгого определения количества информации и энтропии текстов на уровне слов, и поэтому Шеннон был вынужден использовать приближенные методы экстраполяции результатов, полученных на уровне слогов и отдельных букв.
Четкое понимание присущих информационно-энтропийному анализу ограничений не исключает возможности использования полученной нами на примере искусственных текстов расширяющейся информационно-энтропийной спирали (Приложение 3, фиг. 3. 3) в качестве универсальной модели всех существующих в мире иерархических систем. Благодаря теории информации, понятие «текст» приобретает общенаучный смысл.
Так, например, начальным алфавитом всех генетических кодов служат 4 нуклеотида ДНК. Генетический «лексикон» состоит из триплетов, соответствующих 20-ти аминокислотам. Содержащиеся в генах «фразы» — это закодированные программы формировния органов и их функций, «концепция» — это целостный организм.
«Начальным алфавитом» всей природы служат входящие в менделеевскую таблицу атомы химических элементов. «Лексикон» — это молекулы сложных веществ. «Фразы, концепции» — это геохимические и биологические системы, составляющие все многообразие и богатство природы.
Так же, как в случае текста, за пределами когнитивных возможностей иерархической информационно-энтропийной модели остаются вопросы о том, на каких высших уровнях и каким образом формируются правила, определяющие фиксируемую наукой на более низких уровнях упорядоченность структуры существующих в природе систем.
Как будет показано ниже, этот вопрос приобретает особую актуальность, когда речь заходит о происхождении, адаптации и эволюционной изменчивости биологических видов.
Используя текст в качестве универсальной модели, можно установить те пределы изменчивости, в которых может осуществляться самоорганизация и адаптация биологических систем. С учетом выявленных ограничений можно выявить ошибочность основных положений отстаиваемой материалистической наукой концепции происхождения и эволюции биологических видов.
ОГРАНИЧЕННОСТЬ АДАПТАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ВИДОВ
Рассмотренные механизмы ограничения эволюционной изменчивости языковых форм могут использоваться в качестве наглядной аналогии при постижении скрытых от постороннего взгляда механизмов изменчивости биологических видов. Одним из классических примеров такой изменчивости может служить адаптация одного из видов бабочек (пяденицы березовой) к нарушенным индустриальными факторами условиям среды их обитания в районе Манчестера и других промышленных центров Англии прошлого века. В результате загрязнения лесов копотью начал исчезать светлый лишайник, ранее покрывавший стволы деревьев. В результате адаптации к новым условиям наряду с бабочками, обладавшими маскирующей на фоне лишайников светлой окраской крыльев, появились популяции с темной окраской крыльев, приспособленной для маскировки на лишенных лишайников темных стволах. По произведенным оценкам относительное количество бабочек с темными крыльями в популяции выросло с 1% в 1848 году до 99% в 1898 году. Можно ли данный факт рассматривать как подтверждение эволюционной теории? Да, если считать эволюцией
любоеизменение признаков под влиянием внешней среды. Нет, если, следуя логике сторонников эволюционной теории, под эволюцией понимать тенденцию самопроизвольного формирования более сложных биологических форм.
Пяденица березовая не перестала быть бабочкой после того, как изменился цвет ее крыльев. Точно так же, как заяц никогда не превратится в лису или волка, амеба не породит многоклеточных организмов, а обезьяны не смогут стать предками разумных людей.
Эволюционные изменения признаков биологических форм осуществляются только в пределах, не нарушающих основных признаков данного вида, то есть в пределах горизонтальной плоскости иерархической информационной модели, соответствующей неизменному уровню иерархической структуры. (См. Приложение 3, фиг 3. 3).
Вместе с тем, пример пяденицы березовой вовсе не подтверждает возможности эволюции по вертикали, то есть в направлении перехода на более высокие уровни иерархической структуры и соответствующего самопроизвольного усложнения биологических форм. Напротив, имеющиеся в распоряжении биологов факты свидетельствуют о том, что в акте творения были изначально предусмотрены правила, ограничивающие возможности изменений видовых и родовых признаков и таким образом обеспечивающие устойчивость к воздействиям внешней среды.
К числу правил относятся защищенность от внешних воздействий наследственных генетических кодов и запреты на межвидовые и межродовые скрещивания, которые могли бы приводить к образованию гибридных пород.
Даже в тех случаях, когда межвидовые скрещивания оказываются возможными, возникают особи, почти не способные производить потомство. Так, например, в результате скрещивания ослицы и жеребца в редких случаях удается получить гибридную особь (лошака). Более продуктивным оказывается скрещивание кобылы с ослом, однако при этом почти бесплодными оказываются их потомки (мулы).
Рассмотренные примеры свидетельсьвуют о том, что в противовес утверждениям эволюционистов уже сама идея творения заключала в себе условия последующего сохранения основных признаков биологических форм. По аналогии с информационными свойствами письменных текстов
(См. Приложение 2)можно предполагать, что эти основные и неизменные признаки вида составляют порядка 80% информации, заключенной в наследственных генетических кодах. Остальные 20% — это те второстепенные признаки, котрые видоизменяются под воздействием внешней среды.
Всякая аналогия, в том числе и аналогия свойств генетических и письменных текстов, является приближенной, поэтому приведенные цифры (80% и 20%) могут характеризовать лишь примерное соотношение сохраняемых и изменяющихся признаков тех или иных биологических форм. Тем не менее даже чисто интуитивные оценки дают основания предполагать, что соотношение 80/20 должно соблюдаться в действительности: чтобы курица не превращалась в утку, она должна сохранить около 80% признаков своего вида, а 20% включают в себя изменение цвета перьев, размеров гребешка или клюва и т.п.
Имеющиеся научные данные подтверждают возможность адаптационных изменений второстепенных признаков при условии сохранения тех основных признаков, по которым осуществляется различение биологических форм. Источник указанных ограничений находится на недоступных рациональной науке самых высоких уровнях иерархической информационной структуры. Если за нижний уровень иерархии информационно-энтропической модели (описанной в
Приложении 3)принять неорганические системы, то следующую ступень иерархической лестницы следует соотнести с биологическими системами
(рис 3. 5).Над ними находится следующий уровень более сложно организованных интеллектуальных систем. А самым высоким оказывается тот недоступный рациональному постижению уровень (логос), на котором и формируются правила, которым подчиняются все нижележащие уровни, то есть весь доступный нашим наблюдениям мир.
В сопоставлении с таким представлением об информационной структуре мира становится особенно очевидной наивность попыток Дарвина и его последователей объяснить эволюционное происхождение биологических видов в результате отбора тех особей, преимущества которых возникли в результате чисто случайных причин.
Критики теории Дарвина утверждали, что случайная изменчивость способна только нарушить изначальную целостность организма как слаженно функционирующей системы. В результате снижается их адаптация по отношению к условиям существования, а следовательно, уменьшаются шансы на закрепление эти случайно возникших признаков в последующих поколениях.
В ответ на подобную критику и сам Дарвин, и его последователи обычно ссылались на длительность сроков биологической эволюции, которая, по их утверждениям, исчисляется миллиардами лет. Неубедительность подобной аргументации можно проиллюстрировать следующим наглядным примером.
Представим себе, что некий доморощенный «изобретатель», не имеющий никаких представлений ни о принципах телевидения, ни о схеме имеющейся в его распоряжении конкретной модели, решил, что он сможет получить дополнительные телеканалы путем случайной перепайки концов внутренних проводов. Чем больше времени будет длиться подобная процедура, тем труднее будет возвратить в рабочее состояние телевизор, над которым произведен подобный эксперимент.
А ведь не только телевизор, но даже и самый совершенный из современных компьютеров в отношении сложности не может идти ни в какое сравнение с представителями даже самых простейших биологических форм. Ведь не случайно даже самый сложный компьютер после отказа поддается восстановлению, а любой живой организм после нарушения его жизненных функций еще никто из людей не сумел «оживить».
Длительный срок эволюции не может служить аргументом, подтверждающим возможность случайного возникновения ни новых полезных признаков, ни, тем более, новых сложных и совершенных биологических форм.
ИСТОЧНИКИ КОРРЕЛЯЦИЙ
Сознавая несовершенство предложенной Дарвином эволюционной модели, сторонники эволюционной теории пытались усовершенствовать эту теорию. Этот процесс «модернизации» теории эволюции продолжается со времен Дарвина до наших дней.
Обобщая результаты подобных попыток, можно сказать, что суть их заключается в поисках корреляций, ограничивающих изменчивость организмов такими рамками, в пределах которых сохраняется их системная целостность. При этих условиях вновь возникающие признаки могут давать преимущества тому организму, который их приобрел.
Многие современные эволюционисты утверждают, что данные корреляции осуществляются на уровне генных программ.
Другие ученые утверждают, что корреляция морфологической структуры живых организмов (соотношения симметрии и асимметрии, центра и периферии) задаются на более низких иерархических уровнях, т. е. на уровне атомов, молекул, неорганических кристаллических структур.
К следующей группе можно отнести ученых-эволюционистов, которые считают, что корреляция осуществляется не на нижних, а на высоких, надорганизменных уровнях, то есть на уровне экологических сообществ.
Авторы этой книги не берутся судить о том, какой из перечисленных уровней оказывает наиболее корреляционные воздействия на всевозможные изменения биологических форм. Биосистемы настолько сложны по своей структуре и функциям, что есть все основания предполагать, что все иерархические уровни их структуры могут вносить свою лепту в процессы упорядоченного функционирования и адаптационных изменений этих систем.
Об этом свидетельствуют, в частности, результаты новейших исследований в области неравновесной термодинамики, исследующей механизмы процессов самоорганизации неорганических систем.
Оказалось, что в системе, еще находящейся в состоянии равновесия, которому соответствует предельный хаос движения молекулой атомов, уже заложены потенциально так называемые атракторы — различные варианты структур. Реализация этих структур произойдет только в том случае, если какие-то внешние факторы заставят систему отклониться от равновесного состояния, а затем случайные флуктуации направят процесс по одному из заранее обусловленных путей.
И тут опять возникает вопрос, на который рациональная наука не в состоянии дать ответ: кем же выбраны именно эти структуры? Кто запретил в точках так называемых бифуркаций одни варианты формирующейся структуры, но разрешил другие? Кто заложил структурные признаки симметрии и асимметрии, одни и те же, или весьма сходные и для неорганических, и для живых систем?
Еще раз подчеркнем, что, проводя исследования на различных иерархических уровнях информационно-энтропийной спирали (т. е. на уровне неорганических, биологических, интеллектуальных систем), наука способна фиксировать лишь сами процессы функционирования различных информационных структур, оставляя за скобками вопросы о том, почему они функционируют именно так, а не иначе, где и как формируются правила, согласно которым в результате координированного взаимодействия всех структурных уровней иерархической спирали функционирует сложнейшая система — живой организм.
И вновь сам собой напрашивается вывод, что эти правила могут формироваться только на уровне Логоса, откуда они транслируются на все нижележащие уровни и обеспечивают их согласованное функционирование и ту гармонию, которой обладает всякий живой организм.
В поисках истоков этой гармонии некоторые ученые-эволюционисты готовы признать правомерность телеологических эволюционных концепций. Но если у эволюции биологических форм есть какие-то конечные цели, то они были заданы изначально не кем иным, как Творцом не только всех биологических форм, но и всей биосферы как цельного, гармонично функционирующего компонента земного мира.
Не находит в науке ответа также вопрос о том, что может служить стимулом самопроизвольного усложнения организмов, то есть движения по ступеням иерархической лестницы от одноклеточных к многоклеточным, от прокариот к эукариотам, от беспозвоночных к позвоночным и т.д. Борьба за существование не может служить объяснением подобных тенденций, поскольку в отношении выживаемости постейшие организмы не уступают сложнейшим. Здесь приходится согласиться с известным английским публицистом Сэмом Батлером, сказавшим однажды, что ни одна теория эволюции не отвечает на вопрос, почему развитие биосистем должно идти в направлении не от слона к амебе, а от амебы к слону.
Подводя итог всему, что было сказано выше, отметим, что по мере того, как рациональная наука все глубже и глубже постигает
сложность организации существующих в мире систем она все в большей мере осознает недостаточность ранее признанных редукционистских концепций. Поиски источников информации определяющей структуры и функции сложных систем, приводят науку к необходимости создания телеологических концепций, то есть, в конечном счете, к признанию некого организующего начала, которое и есть не что иное, как проявление воли Творца.
