书城科普读物日新月异的信息科学(科普知识大博览)
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第3章 信息的基本概念(2)

主体关于某事物的"实得信息",是指主体在观察该事物的过程中净得的关于该事物的信息。它不仅与事物本身的运动状态及其变化方式有关,而且也与主体的观察能力以及实际的观察条件有关。

理想条件下,主体关于某事物的实得信息量是该事物的实在信息量与主体关于该事物的先验信息量之差,即实得信息量=实在信息量-先验信息量以上是关于信息定义及其体系的讨论。

信患的特征、性质与功能明确了信息的基本概念之后,就可以进一步研究信息的特征、性质、功能问题。阐明这些问题,又可以反过来深化对信息概念的理解。需要强调的是,对于信息的定义、特征、性质、功能和分类的讨论,必须保持概念的内在统一性及和谐性。

信息有许多重要的特征、性质和功能,但是,由于不同研究人员的背景不同,研究的目的不同,他们做出的归纳也会各不相同。这里将从信息科学理论研究的角度,指出信息的最重要和最基本的特征、性质和功能。

.信息的特征首先来看一看信息的几个最基本的特征。

第一特征:信息来源于物质,又不是物质本身,因此它从物质的运动中产生出来,又可以脱离源物质而寄生于它物质(媒体),相对独立地存在。

既然本体论信息是"事物运动的状态及其变化方式的自我表述",那么,客观存在的物质当然就是信息的来源之一。物质在运动,它的运动状态和状态变化方式就是本体论层次的信息;而这些物质的运动状态及其变化方式一旦被认识主体所感知或表述,就成为认识论层次的信息。但"物质运动状态及其变化方式"并不是物质本身。事实上,作为事物运动的状态及其变化方式的信息可以离开它的源物质而载荷于其他物质,相对独立地存在。例如,一个物体在运动,它的运动状态及其变化方式可以被高速摄影机拍摄下来,经过一定处理又可以重现出来。产生这种运动状态及其变化方式的那个物体(源物体)可以离开观察者,但是它的信息(运动状态及其变化方式)却可以被记录下来并可以不断地被重现。保留下来的仅仅是信息,而不是它的源物质本身。正是由于信息具有这个特征,精彩的文艺节目才可以被复制下来供人们反复欣赏,太空的奇观才可以被拍摄下来供人们仔细研究,激动人心的经历才可以记录下来供人们重温等,否则,这一切就将成为不可能。

第二特征:信息也来源于精神世界,但是又不限于精神领域。

信息是事物运动的状态和状态变化的方式,事物运动既可以是物质的运动也可以是精神的运动(思维的过程),那么,精神领域的事物运动也就成为信息的一种来源。按照认识论层次的信息定义,信息是认识主体所感知或所表述的事物运动的状态及其变化方式,主体表述的东西当然是精神领域的东西,如人的思想状态、情绪、意志、方针、政策、命令等。同客观物体所产生的信息一样,精神世界的信息也具有相对独立性,可以被记录下来加以保存、复制或重现。由于客观世界的物质客体和精神世界的主观事物都可以产生信息,因此,信息的存在超出了精神范畴。

第三特征:信息与能量息息相关,但是又与能量有质的区别。

信息是事物运动的状态及其变化的方式;能量是事物做功的本领。因此,信息与能量都与事物的运动相关。在一定的意义上可以说,信息与能量两者都是事物运动的状态函数。不仅如此,传输信息或处理信息总需要能量支持,而控制和利用能量总需要信息引导。例如,在自动防空体系中,为了取得空间目标的信息,需要有足够的能量来开动雷达系统;为了传递这个信息,要有相应的能量来支持通信系统的工作;为了导出导弹的发射状态参数信息,要有能量来保证计算机正常运行。不要说利用设备来取得信息、传递信息和处理信息时需要有能量作为动力,即使凭肉眼来观察信息,也同样需要生物能量来支持。另一方面,控制和驾驭能量,使它发挥好的效用又离不开信息。例如,上面提到的自动防空体系,若要使导弹能够命中目标,没有信息的引导是不可能的。信息和能量的关系这样密切,但是从它们的定义本身可以看出,它们之间有质的区别:作为事物做功的本领,能量提供的是动力来源;作为事物运动的状态及其变化的方式,信息提供的是知识和智慧的来源。

第四特征:信息可以被提炼成为知识,但信息本身不等于知识。

知识是人类长期实践经验的结晶。知识主要包含两个基本的方面:一方面,知识告诉人们世界是什么,世界发展变化的规律是什么;另一方面,知识又告诉人们应当怎样同外部世界打交道。对照认识论层次信息的定义可以看出,知识与认识论层次的信息相通,但带有更加普遍、深刻和抽象的品格。例如,牛顿第二运动定律F=ma是物理学的知识,是对于这类事物运动的状态及其变化规律的表述。因此,知识满足认识论信息定义的要求。在这个意义上可以说知识也是信息。但是,信息却不见得是知识。信息虽然能够告诉人们事物运动的状态是什么,这种状态会以什么方式改变,但是它不一定具有普遍抽象的品质。因此,信息具有知识的秉性,否则人们就不可能把信息加工成为知识。但它本身不能够被称为知识。

第五特征:信息是具体的,可以被主体(人、生物、机器)所感知、提取、识别,可以被传递、存储、变换、处理、显示、检索和利用。

信息不是虚无缥缈的东西,也不是可以随意想象和"创造"的事物。它是现实世界各种事物运动的状态和状态变化的方式,具有非常具体和真实的品格。信息可以被感知,人的感觉器官就是专门用来感知信息的。人类和生物时时刻刻都不能没有信息,否则就不能够有效地生存。信息不仅可以被感知,而且可以被传递、被处理和被利用。本书后面各个章节将具体探讨这些问题,这里不再详述。应当指出的是,正是因为信息具有第四和第五特征,它对于人类才具有如此巨大的意义。

第六特征:信息可以被复制,可以被共享。

由于信息可以脱离源事物而相对独立地存在并负载于其他载体,因此可以被无限制地进行复制、传播或分配给众多用户共享。正因为信息具有这个特征,一个信息持有者把他的信息传递给另一个用户的时候,他自己所拥有的信息才不会丧失。正像教师把知识传授给学生以后,学生掌握了知识,但教师并不会因此而成为"白痴"。信息的这种特征,使它对人类具有特别重要的意义。物质与能量不具有相对独立性,物质和能量不能被共享:如果甲有一个苹果,乙也有一个苹果,那么,甲乙互相交换之后,甲还是只有一个苹果,乙也还只有一个苹果;但是如果甲有一个信息,乙也有一个信息,那么,甲乙互相交换以后,甲就有了两个信息,乙也有了两个信息。

第七特征:语法信息在传递和处理过程中永不增值。

信息具有相对独立性,可以被无限地进行复制,为众多用户所共享,但是在复制、传递或做其他处理的过程中,语法信息量本身永远不会增加。不是说把一份信息复制一次信息量就增加了一倍。实际的情况是,不管复制多少份,也没有增加新的信息量。相反,由于噪声干扰的影响,由于复制、传递和处理过程中不可避免地存在误差或非线性操作,结果所得到的语法信息量只会减少。只有在理想复制(没有误差)、理想传递(没有干扰和失真)、理想处理(没有非线性的或不可逆的操作)的条件下,才可能做到语法信息无损失。有人举出计算机解题的例子,认为经过计算机计算之后,语法信息量增加了,所以可以得出答案。这是一种误解,任何计算机都不可能凭空创造信息。经过计算机的处理并不能增加信息量,计算机输出的全部信息都已包含在它的输入之中;只不过经过处理之后这个信息更适合于用户使用罢了。"更适合于使用"和"更多的语法信息量"是两个不同的概念。

第八特征:在封闭系统中,语法信息的最大值不变。

在给定的封闭系统中,事物的运动方式和运动状态的最大可能数值是一个恒量,等于这个封闭系统的最大熵值。只要系统不与外界交换物质、能量和信息,这个最大熵的数值就不会改变。虽然绝对的封闭系统实际上并不存在,但这个特征仍然具有理论上的意义。这就是封闭系统中语法信息的守恒性。但是在非封闭系统,这种守恒性便不再成立。

.信息的性质根据以上这些特征和信息的基本定义,可以导出信息的一些重要的性质。

性质1普遍性:信息是普遍存在的。

信息是"事物运动的状态和状态变化的方式",因此,只要有事物存在,只要事物在不断地运动,就会有它们运动的状态和状态变化的方式,也就存在信息。无论在自然界、人类社会还是在人类的思维领域,绝对"真空"和绝对"静止"的事物是没有的,因此,信息普遍地存在。

性质2无限性:在整个宇宙时空中,信息是无限的,即使是在有限空间,信息也是无限的。

一切事物运动的状态及其变化方式都是信息,而宇宙时空中的事物是无限丰富的,因而它们产生的信息必然是无限的。即使是在有限空间(如在地球),事物也是无限多样的;而在无限的时间长河中,事物的发展变化更是无限的,因而信息也是无限的。

当然,这里也有实在信息与实得信息的区别。人们的实得信息可能是有限的,但作为总体而言的实在信息则是无限的。实际上,人类实得信息的总量是宇宙时空中总体实在信息总量的一个极小的部分。

性质3相对性:对于同一个事物,不同的观察者所获得的信息量可能不同。