Жизнь - единственная физическая система, активно использующая информацию.
Ключевые выводы
- Уникальное использование информации в жизни может быть ключом к пониманию того, что отличает ее от других физических систем.
- Жизнь - единственная физическая система, активно использующая информацию.
- Нам нужно найти понятное, операционное и математическое определение семантической информации, которое исследователи могли бы использовать для изучения физики жизни.
Жизнь действительно странная штука. С точки зрения физика это еще более странно. Жизнь не похожа ни на одно другое явление в физике. Звезды, электроны и черные дыры удивительны по-своему. Но изобретает только жизнь, и первое, что изобретает жизнь, - это сама себя.
Жизнь созидательна так, как никакая другая физическая система, и ее уникальное использование информации может быть ключом к пониманию того, что отличает ее от других физических систем. Теперь, благодаря новому гранту, который мои коллеги и я получили от Фонда Темплтона, мы собираемся исследовать, как именно информация позволяет жизни творить чудеса. Я в восторге от проекта, и это эссе - мой первый репортаж с фронтира, когда мы погружаемся в terra incognita.
Как информация определяет порядок
Если информация является ключом к пониманию жизни, то первый вопрос заключается в том, какую информацию использует жизнь? Ответ на этот вопрос и является целью нашего исследовательского проекта. Чтобы понять, почему это важно, мы должны вернуться к заре информационной эры и ее первому пионеру, Клоду Шеннону, исследователю Bell Laboratories в середине 20-го века. В 1948 году Шеннон написал статью под названием «Математическая теория коммуникации». Это изменило правила игры и подготовило почву для цифровой революции. Первым шагом Шеннона было определение того, что он имел в виду под информацией. Для этого он опирался на более раннюю работу, в которой вопрос рассматривался с точки зрения вероятностей или неожиданных событий.
Представьте, что на экране вашего компьютера один за другим появляются строки символов. Если бы строка состояла только из числа 1, повторяющегося снова и снова, появление еще одного числа 1 не было бы слишком удивительным. Но если вдруг появится 7, вы воспрянете духом. Что-то новое появилось в строке, и для Шеннон это означает, что информация была передана. Для него существует связь между вероятностью события и информацией, которую оно содержит. Работая с этой связью между информацией и событиями как символами в строке, Шеннон определил синтаксическую информацию. Все дело в синтаксисе, рассуждал он, - в правильном порядке символов, слов и фраз. Затем Шеннон разработал потрясающе мощную теорию использования синтаксической информации, которая стала основой для современных компьютеров.
Конечно, но что это значит?
Однако определение Шеннона не касалось смысла. Шеннон ясно дал понять, что это никогда не входило в его намерения, но смысл является ключом к пониманию здравого смысла того, что такое информация. Информация сообщает нечто, что должно быть известно тому, кто хочет это знать. Другими словами, информация имеет семантическое содержание, и синтаксическое определение Шеннона намеренно игнорировало роль семантической информации.
Это огромная потенциальная проблема, когда речь идет о попытке понять уникальную роль, которую информация играет в жизни. Причина, по которой физики считают информацию ключом к пониманию жизни как физической системы, проста: жизнь - единственная физическая система, которая активно ее использует. Конечно, я могу описать сеть термоядерных реакций в звезде с точки зрения информации. Но я также мог бы не описывать это таким образом. В конце концов, звезда не использует информацию никоим образом, что делает такое описание необходимым.
Жизнь, однако, другая. Жизнь должна быть описана с точки зрения использования информации. Это связано с тем, что способность жизни создавать и поддерживать себя может проявляться только благодаря обработке информации.
Но для жизни важна не только синтаксическая информация, но и смысл. Используемая в жизни информация всегда несет в себе валентность, значение для продолжения существования организма. Это дает жизни свободу действий и автономию, позволяя ей ощущать окружающую среду и реагировать на нее. Еще более фундаментальным является сущностное разделение, которое он объясняет между организмом и окружающей его средой - оно отделяет «я» от «не я».
Наша цель - понять уникальное использование жизни семантической информации. Конечно, «смысл» - скользкая философская идея, и на эту тему написано много книг. Но наш проект Templeton, основанный на блестящей работе Артемия Колчинского и Дэвида Вулперта, опубликованной в 2018 году, направлен на поиск понятного, операционного и математического определения семантической информации, которое исследователи могут использовать для изучения физики жизни. (Колчинский, кстати, входит в команду). Если проект увенчается успехом, мы, возможно, сможем понять, как группа химических веществ может в конечном итоге сформировать клетку или как группа людей может сформировать сложное технологическое общество.
Это очень захватывающая возможность, и мы только начинаем. Оставайтесь с нами, чтобы узнать, как все пойдет.