Философские и естественнонаучные аспекты информационных систем

Оглавление Лекция 1. Философские и естественнонаучные аспекты информационных систем 2 1. Информация как неотъемлемое свойство материи 2 1.1. Философский аспект 2 1.2. Проблема отражения в философском рассмотрении 2 1.3. Исторический аспект 2 2. Информация в кибернетике 3 2.1. Информация как фактор управления 3 2.2. Универсальность понятия информации 3 3. Информация и эволюционный процесс 4 3.1. Особенность информации в неживой природе 4 3.2. Эволюционные теории 4 3.3. Роль информации в живой природе 5 3.4. Информация в высокоорганизованной материи 6 Лекция 1. Философские и естественнонаучные аспекты информационных систем 1. Информация как неотъемлемое свойство материи 1.1. Философский аспект Многие ученые считают информацию свойством всего сущего, то есть всех материальных объектов, а не только живых существ. С их точки зрения, информация выступает как определенный аспект взаимодействия вещей в мире, оставляющего свой след  воздействие одной системы на другую. Во многих источниках понятие «информация» рассматривается, в первую очередь, в сопоставлении с понятием «отражение». Прежде чем выяснить, как связаны между собой эти понятия, необходимо уточнить само понятие отражения, поскольку термин «отражение» применяется в философии, математике и других науках не всегда однозначно. 1.2. Проблема отражения в философском рассмотрении В философском рассмотрении проблема отражения имеет два аспекта: онтологический (бытийный), состоящий в рассмотрении отражения как атрибута, свойства всей материи; гносеологический (познавательный), состоящий в истолковании познания как отражения, то есть выясняющий специфику тех форм отражения, которые присущи только человеческому сознанию. 1.3. Исторический аспект История возникновения, внедрения в научный обиход и развития понятия информации такова, что изначально развивалась количественная сторона понятия, а качественная его сторона ограничивалась интуитивными представлениями об информации как о различных сообщениях. Благодаря работам Р.Хартли, К.Шеннона было сформулировано понятие количества информации и найдены объективные методы ее подсчета. Впоследствии преодоление формализма чисто количественного подхода к определению информации шло по направлениям: семантического анализа информации; изучения проблемы ее ценности; изучения информации как фактора управления; выяснения связи между информацией и энтропией. 2. Информация в кибернетике 2.1. Информация как фактор управления Наибольшие результаты в этой области были достигнуты в рамках философского обобщения кибернетики. Основоположники кибернетики, рассматривая информацию как фактор управления, толковали ее не формально, а содержательно. Н.Винер утверждал, что содержание внешней среды входит в систему в виде организованного множества состояний сигнала, и организация является образом, отображением источника информации. Благодаря тому, что информация, будучи выражением упорядоченности, является вместе с тем и образом источника, становится возможной адекватная реакция системы на внешнюю среду. 2.2. Универсальность понятия информации содержательное истолкование и качественная характеристика понятия информации заключается в установлении относительной независимости информации от физической природы сигнала и, следовательно, от природы энергии; отличия информации от физической энтропии. Таким образом, информация может возникать в процессе отражения, храниться и накапливаться независимо от мыслящего существа. В этом смысле информация носит объективный характер. К источникам информации, согласно такому взгляду, можно отнести все виды материи. 3. Информация и эволюционный процесс 3.1. Особенность информации в неживой природе Появление информации в мире можно соотнести с моментом возникновения Вселенной, то есть с моментом возникновения упорядоченности, структуры из хаоса. Простейшие формы информации, которые соответствуют простейшим формам отражения, можно обнаружить на низших стадиях развития материи. Присущая неживой материи форма отражения заключается в способности материальных тел определенным образом реагировать на внешнее воздействие. Характерной особенностью информации при отражении в неживой природе является то, что она не используется объектами этого мира. Информационные процессы здесь выступают в форме авторегуляции. В неживой природе существуют механизмы, лишь отдаленно напоминающие системы управления, действующие по принципу обратной связи. Эти механизмы состоят в том, что реакцией на разнообразие будет появление нового разнообразия. Но эта реакция  лишь предпосылка управления с обратной связью, ее прообраз. С материалистической точки зрения, в неорганическом мире нет целей, все происходит стихийно. Авторегуляция выражается в том, что система самостоятельно возвращается в прежнее, нарушенное каким-то возмущающим воздействием, состояние или переходит в какое-то новое состояние, необходимое для нормального ее функционирования. Поскольку объекты неживой природы не используют информацию, ее можно назвать потенциальной. С появлением первых живых существ информация становится актуальной, то есть функционирующей в виде потоков сигналов. В живой природе существуют обе формы информации: и потенциальная, и актуальная. 3.2. Эволюционные теории Развитие как частный случай движения материи характеризуется усложнением структур и связанных с ними процессов. В настоящее время существуют частные теории, объясняющие отдельные фрагменты развития мира. После того, как Ч. Дарвин разработал теорию происхождения и развития видов на основе естественного отбора, а Г. Мендель открыл законы передачи наследственности, мы более или менее четко представляем эволюцию живой материи. Менее ясно изучена цепь превращений неживой материи, которая привела к зарождению жизни на нашей планете. Существует гипотеза Опарина о химической эволюции, в рамках которой экспериментально подтверждена возможность усложнения структуры неживой материи. Состав первичной атмосферы Земли резко отличался от современного состояния. В ней присутствовали водород и его соединения, а также пары воды, азот, сероводород, инертные газы и др. Положительным фактором было отсутствие свободного кислорода, так как в окислительной среде длительное существование органических молекул было бы менее вероятно. Для синтеза биологически важных химических соединений необходимо было поступление энергии извне. Источниками ее служили: восстановительный характер среды, излучение Солнца, радиоактивное излучение, теплота недр, газовые разряды, удары метеоритов. В результате воздействия энергии на вещества, растворенные в Мировом океане, начался синтез первичных соединений на основе углерода, что объясняется его достаточно высокой реактивной способностью. Это, прежде всего, — углеводороды (метан), аммиак, сероводород, простейшие альдегиды. Первичные соединения служили исходным материалом для образования мономеров, из которых, в свою очередь путем конденсации возникли биохимические полимеры  основные составные компоненты всех живых организмов  нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды, липиды. Нуклеиновые кислоты являются носителями генетической информации, а строительным материалом живой материи служат белки  сложные высокомолекулярные полимеры. Структура белка изменяется в зависимости от изменения давления, температуры, концентрации ионов, при присоединении других молекул и т.п. В свою очередь, изменение структуры белка ведет к изменению биологической активности. Это свойство делает белок подходящим материалом для построения живой материи. 3.3. Роль информации в живой природе Структурной единицей живой природы является клетка. Клетка уже обладает определенной степенью автономности, поэтому существует огромное многообразие одноклеточных организмов. Все клетки по «конструкции» делятся на прокариотические и эукариотические. У прокариотов отсутствует ядро (бактерии и сине-зеленые водоросли). Однако они обладают всеми свойствами живой материи: способны к обмену веществ, к размножению, чувствительны к состоянию среды, некоторые прокариоты способны к передвижению, У них явно выражено явление таксиса  «убегания» от того места, где среда неблагоприятна, и стремление к тому месту, где она благоприятна для существования клеток. Вещества и воздействия, от которых клетка бежит, называют репеллентами, а к которым стремится  аттрактантами. Явление таксиса обусловлено наличием внутренней модели внешнего мира прокариотической клетки как самоорганизующейся системы. Конечно, такая модель весьма примитивна, но ее проявления очевидны и выражены в поведении клетки. Клетки-эукариоты способны к более сложному поведению. В какой мере можно говорить о протекании информационных процессов в клетке? В среде, имеющей аттрактант или репеллент, бактерии, способные к движению, перемещаются в направлении увеличения концентрации аттрактанта или уменьшения концентрации репеллента. Эволюционные преимущества таких организмов очевидны: они более жизнеспособны по сравнению с организмами, не способными к движению. Бактерии могут ощущать изменение концентрации репеллента или аттрактанта не только в пространстве, но и во времени. В ответ на быстрое введение в среду обитания активного вещества бактерии меняют характер своего движения. При этом некоторое время наблюдается состояние двигательного возбуждения в виде учащенных беспорядочных метаний. Затем бактерии возвращаются в спокойное состояние. Таким образом, бактерии как бы «привыкают» к новым условиям, а, следовательно, реагируют на изменение концентрации химического вещества во времени, а не на ее абсолютное значение. Кроме того, бактерии имеют своего рода кратковременную «память». Если бактерии стимулировать, добавив в среду аттрактант в определенной концентрации, затем восстановить прежнюю его концентрацию и через короткий промежуток времени снова добавить аттрактант в той же концентрации, то двигательная активность не обнаруживается. А значит, бактерии способны не только «ощущать», но и «запоминать» на короткое время силу стимулирующего воздействия. Роль рецепторов для бактерии играют определенные белки, которые при контакте со стимулирующим веществом испытывают структурные изменения, что меняет их способность к реакции. В настоящее время мало, что известно о природе системы, перерабатывающей сигналы от рецепторов и передающей их жгутикам, с помощью которых бактерии передвигаются. Но факты, достоверно установленные в микробиологии, убедительно говорят о том, что клетка обладает собственной информационной системой. Выживает она лишь при условии, что будет воспринимать только важную для сохранения жизни информацию. Если бы клетка реагировала на каждый сигнал, на каждое самое незначительное отклонение, она никогда бы не смогла находиться в равновесии и в конце концов погибла бы вследствие неадекватной регуляции. 3.4. Информация в высокоорганизованной материи Более поздний этап эволюции  возникновение многоклеточных организмов: от сравнительно примитивных животных типа кишечнополостных до высших организмов, в том числе и человека. При этом нервная система (отвечающая за информационные процессы в организме) развивается примерно по следующему пути: диффузная сеть у кишечнополостных в ходе эволюции централизуется, и основные составляющие нервного аппарата, за исключением чувствительных элементов, погружаются вглубь тела. С усложнением нервной системы усложняются и протекающие в организме информационные процессы, приобретая многоуровневый характер у высших животных. Для полноты картины следует вспомнить об удивительном свойстве всех живых организмов, включая человека: копировать и «архивировать» всю информацию о живущем организме не только вы половых клетках, но и вообще во всех клетках в форме молекул ДНК. В этом случае можно говорить о потенциальной информации, хранящейся в виде кодов ДНК. Информация переходит в актуальную форму, когда активизируется процесс деления клеток по матрицам ДНК. Это обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ. Известно со слов Геродота1, что в 610 году до н.э. мыс Доброй Надежды видели финикийские мореплаватели; в 1291 году н.э. до мыса доходили генуэзцы братья Вивальди. Однако открыл его Барталомео Диас в 1486 году. Васко да Гама обогнул его 20 ноября 1497 года.