Сезар Идальго - Как информация управляет миром

Вселенная состоит из энергии, материи и информации, и хотя энергия и материя существуют по умолчанию, для появления информации требуются определенные условия.Это не всегда просто.

Мы начали свой рассказ с описания некоторых основных физических механизмов, которые способствуют увеличению объема информации. Они включают три важные концепции: спонтанное возникновение информации в неравновесных системах (пример с водоворотом), накопление информации в твердых телах (например, в белках и ДНК), а также способность материи производить вычисления.

Первая идея связывает информацию с энергией, поскольку в неравновесных системах информация возникает естественным образом. Эти системы состоят из большого количества частиц и характеризуются значительными энергетическими потоками. Потоки энергии способствуют самоорганизации материи. Как говорил Пригожин, энергетические потоки, которые не позволяют системе прийти в состояние равновесия, объясняют спонтанное возникновение порядка или информации. Неравновесные системы порождают информацию естественным образом по мере того, как они организуются в динамические устойчивые состояния. К повседневным примерам таких систем относятся водовороты, формирующиеся при сливе воды из ванны, а также завихрения, появляющиеся при вливании молока в кофе.

Однако неравновесные системы не позволяют нам понять более сложные формы информации. Здесь в игру вступает существование твердого вещества и вычислительные способности материи.

Непрерывное стремление к энтропии означает, что информация всегда находится под угрозой уничтожения. Чтобы выжить, информации приходится скрываться, поскольку во Вселенной, где информация существует недолго, информация не может накапливаться.

Твердое вещество позволяет информации сопротивляться энтропии. Обеспечивая информации возможность сохраняться, твердые тела позволяют информации рекомбинироваться. Это рекомбинация необходима для дальнейшего роста объема информации.

В своей книге 1944 года «Что такое жизнь?» Эрвин Шредингер подчеркнул значение твердых тел в качестве носителей информации в контексте жизни. Он понимал, что жизнь представляет собой далекую от равновесия систему, обладающую способностью сохранять и обрабатывать информацию. Он также осознавал, что такие твердые вещества, как белки и ДНК, необходимы для хранения и переноса информации и что способность этих молекул воплощать информацию обусловливается не только их твердостью.

Шредингер отметил, что апериодическая природа таких кристаллических твердых тел, как ДНК, имеет определяющее значение для способности этих молекул воплощать информацию. Длинномасштабные и короткомасштабные корреляции позволяют молекуле ДНК упаковывать большие объемы информации так же, как длинномасштабные и короткомасштабные корреляции в языке позволяют нам выражать идеи, которые нельзя выразить с помощью случайных комбинаций слов.

Таким образом, вторым ключом к разгадке тайны увеличения объема информации является то, что твердые тела имеют определяющее значение для сохранения информации. Тем не менее не все твердые тела способны воплощать информацию. Для этого они должны обладать определенной структурой. Твердые тела, характеризующиеся случайной или периодической структурой, не в состоянии воплощать информацию, которую могут содержать такие более сложные структуры, как ДНК.

Существенное значение твердых веществ для накопления информации также говорит нам об условиях окружающей среды, которые больше всего способствуют росту объема информации. Эти условия определяются узким диапазоном температур. Информация не может накапливаться в полностью замороженной среде, поскольку в таких условиях информация статична и не может рекомбинироваться. [170]Кроме того, объем информации не может расти при слишком высокой температуре. Такая обжигающая среда, как солнце, характеризуется множеством неравновесных завихрений, однако отсутствие твердых тел означает, что информация в такой среде не может сохраняться, рекомбинироваться и накапливаться. На солнце не существует длинных белковых цепей. На самом деле температура там настолько высока, что атомы отрываются от своих электронов в процессе непрестанного движения, происходящего на солнце. Таким образом, горячие миры могут генерировать простые формы информации, но в отсутствие твердых тел информация не может выйти за пределы своих самых примитивных состояний.