Мир как информация

От кварков и электронов до галактик и человеческого сознания — реальность всё больше выглядит не как скопление «вещей», а как структура информации. Это не поэтическая метафора, а вывод, к которому приходят физики, биологи и теоретики информации.

В 1989 году Джон Арчибальд Уилер сформулировал знаменитый принцип «It from Bit»:

«It from bit symbolises the idea that every item of the physical world has at bottom — at a very deep bottom, in most instances — an immaterial source and explanation; that what we call reality arises in the last analysis from the posing of yes-no questions and the registering of equipment-evoked responses; in short, that all things physical are information-theoretic in origin and this is a participatory universe.»

«Всё из бита символизирует идею, что всякий предмет и событие физического мира имеет в своей основе — в большинстве случаев в весьма глубокой основе — нематериальный источник и объяснение; то, что мы называем реальностью, вырастает в конечном счёте из постановки «да-нет»-вопросов и регистрации ответов на них при помощи аппаратуры; кратко говоря, все физические сущности в своей основе являются информационно-теоретическими и что Вселенной для своего бытия необходимо наше участие»

То есть любое «оно» (частица, поле, событие) в конечном счёте возникает из «бита» — ответа «да/нет» на вопрос, заданный измерением. Реальность не предшествует информации — она из неё рождается.

Ещё раньше Клод Шеннон в работе 1948 года «A Mathematical Theory of Communication» дал информации строгий математический смысл: это мера устранения неопределённости. «Information is the resolution of uncertainty». Количество информации измеряется в битах, а энтропия Шеннона оказалась удивительно близка к термодинамической энтропии. Информация перестала быть абстракцией и стала физической величиной.

Ролф Ландауэр в 1961 году доказал, что информация неразрывно связана с материей и энергией. Его принцип гласит: стирание одного бита информации требует минимальных затрат энергии $kT \ln 2$. В статье 1991 года он прямо заявил: «Information is physical». Информация не «висит в воздухе» — она всегда воплощена в физических степенях свободы: в спине, заряде, положении атома. Подробнее о роли информации как физического паттерна, реализованного в материальном носителе, см. в статье «Жизнь как поток информации». Уничтожить информацию значит изменить физическое состояние системы.

На самых глубоких уровнях физики эта идея проявляется особенно ярко. В квантовой механике состояние системы описывается волновой функцией — носителем информации о возможных исходах измерений. Парадокс информации чёрных дыр, открытый Стивеном Хокингом, показал, что вопрос о судьбе информации, попавшей за горизонт событий, затрагивает сами основы квантовой теории и общей теории относительности. Информация, по-видимому, не может просто исчезнуть — она должна сохраняться в той или иной форме.

Перейдём к жизни. ДНК — это буквально текст. Последовательность нуклеотидов A, T, G, C кодирует информацию, необходимую для построения организма. Как отмечают исследователи, «the biological significance of DNA lies in the role it plays as a carrier of information». Геном — это программа, а клетка — вычислительное устройство, исполняющее её. Мы сами, таким образом, являемся временными, самовоспроизводящимися структурами информации, возникшими в результате эволюционного отбора.

Если спуститься ещё глубже — к человеку как сознающему существу, — картина становится ещё более интригующей. Наш мозг обрабатывает сенсорные данные, строит модели мира, хранит память. Сознание можно рассматривать как процесс обработки и интеграции информации. Теория интегрированной информации Джулио Тонони пытается количественно описать, что делает систему сознающей. Мы не просто «имеем» информацию — мы ею являемся в определённом смысле.

Макс Тегмарк идёт ещё дальше. В гипотезе математической вселенной он утверждает, что физический мир не просто описывается математикой — он сам является математической структурой. А математика — это, по сути, чистая информация, отношения и структуры без «вещественной» подложки.

От элементарной частицы, состояние которой задаётся несколькими квантовыми числами, до космоса, чья эволюция описывается уравнениями, содержащими информацию о начальных условиях, — всё оказывается связанным единой нитью. Информация не надстраивается над материей. Она лежит в её основании.

Это меняет взгляд на мир. Если реальность информационна, то границы между физикой, биологией и информатикой стираются. Вселенная выглядит не как механизм из шестерёнок, а как грандиозный процесс вычисления или, точнее, развёртывания информации. А человек — не посторонний наблюдатель, а часть этого процесса, способная задавать вопросы и тем самым участвовать в рождении ответов.

Уилер называл такую вселенную «participatory» — соучаствующей. Мы не просто читаем книгу мира. Мы, задавая вопросы, помогаем её писать. И пока мы это делаем, информация продолжает разворачиваться — от кварка до галактики, от генома до мысли. А если информация — это то, из чего сделан мир, закономерный следующий вопрос: как она связывает нас самих друг с другом? Об этом — в статье «Мир как информация: связь без расстояния».