Сесар Идальго
Как информация управляет миром
Посвящается Айрис, Анне и Мриду
Cesar Hidalgo
WHY INFORMATION GROWS
© 2015 by Cesar Hidalgo. All rights reserved
© Райтман М. А., перевод на русский язык, 2016
© ООО «Издательство «Э», 2016
Пролог
Вечная война
Вселенная состоит из энергии, материи и информации, однако именно информация делает Вселенную интересной. Без информации Вселенная представляла бы собой аморфный суп. В ней отсутствовали бы формы, структуры, апериодические порядки и фрактальные закономерности, которые делают Вселенную такой красивой и сложной.
Тем не менее информация встречается редко. Она скрывается, пытаясь сопротивляться извечному стремлению Вселенной к беспорядку – к увеличению энтропии. Эта книга посвящена росту объема информации и механизмам, которые позволяют информации бороться со случайностью и расти. К этим механизмам относятся как естественные процессы, способствующие возникновению информации, так и социальные и экономические механизмы, которые ускоряют темп увеличения объема информации в обществе. В этой книге говорится о росте объема информации, то есть об усилении физического порядка, что делает нашу планету уникальной, богатой и неравномерной, начиная от атомов и заканчивая экономиками.
Большая часть этой книги посвящена нашей планете и живущим на ней видам. Это связано с тем, что с космической точки зрения наша планета представляет собой особенное место. Мы знаем о многих местах нашей Вселенной, в которых сконцентрировано больше материи и энергии, чем на Земле, но нам неизвестны места, в которых было бы сконцентрировано больше информации. Нейтронные звезды являются настолько плотными, что чайная ложка их вещества весит больше, чем Эмпайр-стейт-билдинг. Черные дыры настолько массивны, что они искажают геометрию пространства. Энергия также присутствует в огромном количестве в миллиардах звезд нашей галактики, однако ее не так много на нашей планете. Таким образом, особенностью нашей планеты является не материя или энергия, а физический порядок, или информация. Для информации наша планета представляет то же, что черная дыра для материи или звезда для энергии. Наша планета – это место посреди бесплодной Вселенной, где информация живет, растет и прячется.
Однако откуда же берется информация? Почему информация сосредоточена на нашей планете и как жизнь способствует росту ее объема? Какие социальные и экономические механизмы обеспечивают постоянное увеличение объема информации в обществе? Как социальное накопление информации улучшает нашу способность накапливать еще больше информации? И как механизмы, способствующие росту объема информации, обусловливают социальную и экономическую неравномерность мировой экономики?
Далее мы узнаем о том, что собой представляет информация, откуда она берется и чем вызван рост ее объема. Мы узнаем о природных, социальных и экономических механизмах, которые помогают информации бунтовать против энтропии. Мы узнаем о механизмах, которые помогают информации выигрывать небольшие битвы, стоически сражаясь в единственной истинной войне нашей Вселенной – в войне между порядком и беспорядком, между энтропией и информацией.
Введение
От атомов до людей и экономик
Людвиг был несчастным человеком. Стала ли смерть его сына последней каплей? Или он страдал от критики со стороны своих коллег? Может быть, он слишком любил атомы?
Во время летних каникул Людвиг покончил с собой. Его младшая дочь Эльза обнаружила его повешенным. Она отказывалась говорить об этом эпизоде на протяжении всей своей жизни.
Конечно, я говорю о Людвиге Больцмане. Он был не только успешным ученым, но и неуверенным в себе человеком. Людвиг внес важный вклад в наше понимание природы. Тем не менее его научные выводы не избежали критики.
Людвиг верил в атомы в то время, когда многие из его коллег считали их не более чем удобной аналогией. Их скептицизм беспокоил его. С одной стороны, он знал, что находится на верном пути. Он показал, что эмпирическое поведение газов может быть обусловлено коллективным движением молекул или атомов. Это открытие предоставило ему косвенные доказательства существования атомов, но не дало способа их непосредственного наблюдения.
Отсутствие прямых доказательств сделало Людвига уязвимым к критике его коллег. Физик и философ Эрнст Мах утверждал, что наука должна сосредоточиваться только на отношениях между непосредственно наблюдаемыми величинами. Такие дополнительные теоретические конструкты, как атомы Больцмана, были недопустимы.
Однако у Людвига были неприятности не только с обществом. На протяжении десятилетий он пытался объяснить происхождение физического порядка. Его попытки, несмотря на научную плодотворность, также оказались безуспешными. Предсказания теории Людвига противоречили тому, что он хотел показать. Его повседневный опыт демонстрировал, что порядок вокруг него увеличивается: цветы цветут, деревья растут, а общество, в котором быстро развивается индустриализация, каждый день разрабатывает новые устройства. Тем не менее теория Людвига предсказывала, что порядок должен не расти, а исчезать. Это объясняло, почему горячее тело остывает, почему завитки молока рассеиваются в кофе и почему шепот исчезает в ветре. Людвиг показал, что микроструктуры Вселенной пожирают порядок, делая его эфемерным. Однако он понимал, что это было не все и что ему были неизвестны механизмы, которые помогают информации пересекать пределы.
Рост порядка беспокоил Людвига. Его тревога может быть понятна только ученому. Он знал, что в его теории чего-то не хватает, однако не мог определить, чего именно. К концу жизни Людвиг устал от сражений с людьми и природой. Он попытался решить проблему с помощью веревки, после чего осталась лишь оболочка из атомов, которая начала устойчивый, но однозначный распад, как и предсказывала его теория.
* * *В 1906 году Людвиг покончил с собой, но не с философскими проблемами, которые его волновали. Чтобы объяснить происхождение физического порядка, Людвиг связал явления различных пространственных масштабов, в основном атомы и газы.[1] Несмотря на то, что сегодня это имеет смысл, во времена Людвига работа с разными пространственными масштабами являлась практикой, нарушающей негласный договор между учеными. Многим коллегам Людвига наука представлялась чем-то вроде иерархии русских матрешек с новыми структурами, возникающими на каждом уровне. Такое видение делало пересечение границ ненужным. Экономика не нуждалась в психологии, а психологии не нужна была биология. Биология не нуждалась в химии, а химия – в физике. Объяснение газов с точки зрения атомов, хотя и не было таким же нелепым, как объяснение поведения человека, исходя из биологических предпосылок, считалось предательством этой негласной договоренности. Больцман «согрешил», пытаясь объяснить макроскопические свойства газов движением атомов.
* * *Двадцатый век подтвердил верность взгляда Людвига на атомы и, в меньшей степени, оправдал его страсть к пересечению академических границ. Квантовая механика помогла объединить атомы Людвига с химией и материаловедением. Молекулярная биология и биохимия позволили объединить биологию клетки с химическими свойствами населяющих ее белков. Параллельно этому биология подружилась с психологией, когда теория Дарвина легла в основу объяснения человеческого поведения.[2] Тем не менее не все взаимообогащение имело место у известных научных границ. В этих междисциплинарных танго существовала концепция, которая танцевала сразу со всеми партнерами. Это была идея информации.
Информация являлась объектом восхищения для Людвига. Это то, что ускользало от него и что он неустанно стремился объяснить: почему порядок во Вселенной стремится сойти на нет при его нарастании на Земле.
В ХХ веке продолжился не только рост объема информации, но и попытки ученых понять это явление. Однако на этот раз изучение информации было вдохновлено не красотой природы, а ужасами войны. Во время Второй мировой войны у конкурирующих армий возникла потребность в общении с использованием секретных кодов. Эти коды вызывали необходимость в расшифровке перехваченных сообщений, что стало причиной изучения информации с помощью математических методов.
Кодирование и декодирование сообщений являлось математической задачей, которая была слишком интересной, чтобы оставить ее после окончания войны. Математики продолжили формализацию идеи информации, однако встроили свои попытки в контекст коммуникационных технологий, превзойдя потребность в расшифровке перехваченных сообщений. Математики, которым удалось достичь успеха, стали известны в мире в качестве первых информационных теоретиков или кибернетиков. Среди этих пионеров были Клод Шеннон, Уоррен Уивер, Алан Тьюринг и Норберт Винер.
