Ричард Докинз: Река, выходящая из Эдема. Жизнь с точки зрения дарвиниста

Инженеры проводят важное разграничение между цифровым кодированием и аналоговым. В проигрывателях грампластинок, магнитофонах, а также (до последнего времени) и в большинстве телефонов используется аналоговый код. А код, используемый в компакт-дисках, компьютерах и большинстве новых телефонных систем, – цифровой. Аналоговая система телефонной связи преобразует меняющиеся волны давления воздуха (звуки) в соответствующим образом меняющиеся волны электрического напряжения в проводе. Грампластинка работает по сходному принципу: неровности звуковой дорожки заставляют вибрировать иглу звукоснимателя, и ее движения преобразуются в соответствующие им электрические колебания. На другом конце провода мембрана наушника телефонной трубки или динамик электропроигрывателя превращают эти перепады напряжения обратно в колебания давления воздуха – так, чтобы мы могли их слышать. Данный способ кодирования прост и прямолинеен: электрические колебания в проводе пропорциональны колебаниям воздушного давления. Напряжение в проводе может принимать – в определенных пределах – любые значения, и различия между этими значениями имеют принципиальную важность.

А в цифровом телефоне передающееся по проводу напряжение может принимать только два значения – ну или какое-нибудь другое количество отличных друг от друга значений, например 8 или 256. И информация спрятана не в самих этих значениях, а в их последовательности. Такая техника называется импульсно-кодовой модуляцией. В любой отдельно взятый момент времени реальное значение напряжения редко в точности равняется какой-либо из, скажем, восьми допустимых величин, но приемное устройство округляет его до ближайшей из них, так что сигнал приходит на другой конец провода практически без искажений, даже если качество передачи так себе. Все, что требуется, – выбрать достаточно далекие друг от друга значения, чтобы случайные отклонения от них не были истолкованы принимающей аппаратурой ошибочно и отнесены не к той категории. В этом состоит огромное преимущество цифровых кодов и причина того, почему аудио- и видеосистемы – как и информационные технологии в целом – все больше и больше переходят на цифровые рельсы. Понятно, что компьютеры, что бы они ни делали, используют цифровой код. В целях удобства код этот двоичный, то есть уровней напряжения, которыми он оперирует, только два, а не 8 и не 256.

Даже если телефон цифровой, звуки, входящие в микрофон и выходящие через наушник, все равно представляют собой аналоговые колебания давления воздуха. Цифровой является только та информация, что перемещается от одной трубки к другой. Для того чтобы по-микросекундно переводить аналоговые показатели в последовательность дискретных импульсов – «оцифровывать» их, – должен быть разработан некий код. Когда вы умоляете по телефону своего возлюбленного или возлюбленную, каждый нюанс, каждое прерывание вашего голоса, каждый страстный вздох и тоскливый стон передается по проводу исключительно в форме чисел. Числа, если кодировать и декодировать их достаточно оперативно, могут растрогать вас до слез. Современные электронные переключатели работают так быстро, что время, используемое телефонной линией, может быть поделено на малюсенькие промежутки, подобно тому как гроссмейстер в ходе сеанса одновременной игры распределяет свое время между двадцатью досками. Таким образом, телефонная линия способна вместить тысячи разговоров – с виду одновременно, но на электронном уровне эти разговоры обособлены и друг другу не мешают. Магистральный канал передачи телефонных данных – в настоящее время многие такие каналы являются вовсе не проводами, а радиосигналами, передаваемыми либо напрямую от одной возвышенности к другой, либо рикошетом от спутников, – представляет собой громадную реку из цифр. Но на самом деле, благодаря искусному электронному разделению, это не одна, а тысячи рек, которые текут в одних и тех же берегах только в некоем поверхностном смысле – как рыжие и серые белки, что скачут по одним и тем же деревьям, но никогда не смешивают свои гены.

Если снова обратиться к миру техники, то недостатки аналоговых сигналов не играют большой роли, покуда сигнал не копируется многократно. Шипение магнитной ленты может быть слабым, едва заметным, если только вы не усилите звук – тогда оно возрастет и к нему прибавятся кое-какие дополнительные шумы. Но если сделать запись с этой пленки на другую, с другой на третью и так далее, опять и опять, то по прошествии сотни «поколений» не останется ничего, кроме ужасающего скрежета. Похожая проблема возникала и с телефонами – в те времена, когда они были аналоговыми. Любой телефонный сигнал, передаваемый по длинному проводу, постепенно глохнет, и его необходимо усиливать через каждые сто миль или около того. В аналоговую эпоху это было кошмаром для инженеров, поскольку доля фоновых шумов увеличивалась на каждом очередном этапе усиления сигнала. Цифровые сигналы тоже нуждаются в усилении. Но в этом случае, по уже известным нам причинам, оно не приводит ни к каким ошибкам: систему можно отладить таким образом, чтобы информация проходила по ней без искажений, независимо от количества промежуточных пунктов усиления сигнала. Даже на протяжении многих сотен миль шипение возрастать не будет.