陈定学:信息究竟是一个什么东西

选择字号:   本文共阅读 1786 次 更新时间:2011-08-02 20:00

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陈定学  

[摘要] 信息究竟是一个什么东西?信息的本质究竟是什么?该问题一直是困扰信息科学的一个难题。本文首先回顾、总结了人们对信息本质的种种认识,然后对信息的本质进行了专门探讨,尝试对该问题做出更为合理的解释。本文还对信息的种种误解进行了专门分析与讨论,通过这些分析与讨论,不仅有可能消除误解,而且还有可能对信息的本质形成一个比较准确的认识。

[关键词] 信息;本质;物质;属性

1 信息科学的一大困惑

20世纪40年代末,以申农的《通讯的数学理论》和维纳的《控制论》问世为标志,信息论诞生了。1959年,美国宾西法尼亚大学莫尔电子工程学院又率先提出了“信息科学”的概念,从此信息论逐步发展成为一门新兴的信息科学。半个多世纪以来,信息论及信息科学得到了突飞猛进的发展,取得了辉煌的成就,但在发展与辉煌的背后,始终有一个阴影笼罩着信息科学,这个阴影就是信息的本质。信息究竟是一个什么东西?信息的本质究竟是什么?从信息论诞生一直到21世纪的今天,信息科学家们一直未能对这个问题做出明确的解释与回答,半个多世纪以来,人们一直不知道信息究竟是一个什么东西,对信息的本质也缺乏真正的了解,信息的本质问题已经成为困扰信息科学的一大难题。

信息论的创始人申农曾给出了信息的数学描述和度量方法,从而定量刻画了信息传输问题,但由于申农的信息论主要是解决通讯的具体问题,所以他的信息论仅仅是一种狭义的信息论,而这种狭义的信息论又很难对信息的本质做出全面而又深刻的解释。信息论的另一位创始人维纳超越了狭义信息论的局限,从广义的角度对信息进行了定义,并且指出了信息的本质所在,但由于维纳对信息本质的表述比较含蓄,所以通过维纳的定义人们依然无法明确地知道信息究竟是一个什么东西。譬如维纳就曾经这样表述信息的本质:“信息就是信息,不是物质也不是能。”[1] 既然信息“不是物质也不是能”,那么信息究竟是什么呢?维纳并没有进一步做出明确的解释与回答。由于信息论的创始人未能对信息的本质做出明确的解释与回答,所以从信息论诞生的那天起,这个阴影与困惑就一直存在。

半个多世纪以来,这个阴影与困惑一直笼罩着信息科学。为了消除这个阴影与困惑,信息科学家、系统科学家以及哲学家们对信息的本质进行了相当多的探索与讨论,也提出了各种各样的观点与认识。通过回顾与总结,作者把这些观点大致划分为五种类型,这五种类型分别是:

(1)认为信息的本质就是物质。例如有的学者认为信息可以划分为两种,如果信息与人们的意识没有联系,那么这种信息就应该属于物质。[2]

(2)认为信息是物质的属性。有不少学者都倾向于信息是物质的一种属性,但信息究竟是物质的何种属性呢?对这个问题人们又存在着不同的认识,例如有的学者认为信息是物质相互联系的属性,有人认为是反映的属性,有人认为是物质相互作用的属性,还有人认为信息是条理性、组织性的反映等。[3]

(3)认为信息的本质是非物质的精神实体。有一些学者发现信息与人脑的认识具有密切关系,信息含有与人的知识、观念等各种精神因素相关的特征,于是他们就认为,信息的本质就是非物质的精神实体。

(4)认为信息是存在于物质和精神之间的一种东西。例如有的学者认为信息是存在于物质与精神之间的一种实观而不实在的东西,而有的学者则认为信息有时是物质的,有时却是观念的。

(5)认为信息是与物质和精神并列的第三原。例如有一些学者认为“信息既不是物质也不是精神,而是物质和精神之间的中介物,或者说是第三种东西。”[4] 有的学者干脆认为信息就是波普所说的“世界3”。

半个多世纪以来,虽然信息科学家、系统科学家以及哲学家们对信息的本质进行了相当多的探索与讨论,但是一直到21世纪的今天,这些探索与讨论仍然没有得出一个肯定性的结论,人们对信息的本质仍然缺乏真正的了解,仍然不知道信息究竟是一个什么东西,而信息科学也一直无法摆脱这个阴影,一直无法走出这个巨大的困惑。

2 信息的本质究竟是什么

信息究竟是一个什么东西?信息的本质究竟是什么?经过多年探索,作者在《究竟什么是信息》一文中为信息拟定了一个新的定义:

信息就是系统的密码,就是构成系统的元素排列组合所形成的密码,这些密码是系统组织状态的度量与反映。[5]

通过新定义我们就可以清楚地看出,信息究竟是一个什么东西呢?

信息其实就是系统的密码,或者说信息的本质就是密码。

假若说信息的本质是密码,那么密码的本质又是什么呢?新定义进一步指出,系统的密码就是对“系统组织状态的度量与反映”,所谓系统的组织状态其实就是系统的有序程度,由于系统的组织状态或有序程度就蕴涵在系统的密码之中,所以信息就是系统组织状态或有序程度的度量与反映。又由于系统由物质元素所构成,所以对系统组织状态或有序程度的度量与反映其实就是对物质组织状态或有序程度的度量与反映,如果用更严谨的科学语言进行表述,那么信息的本质就是:

信息就是对物质组织状态或有序程度的刻画与度量,或者说信息就是物质组织状态的函数。

维纳也曾这样论述信息的本质:“信息从最一般的意义上来理解,是物质和能量在空间和时间中分布的不均匀程度。这种分布的状态可以看作是物质系统排列组合的有序化形式。”“信息是系统状态的组织程度或有序程度的标志”。维纳对信息本质的论述是十分深刻的,遗憾的是他的表述过于含蓄,例如维纳说“信息是系统状态的组织程度或有序程度的标志”,然而信息又是如何“标志”系统的组织程度或有序程度的呢?维纳并没有进一步做出解释与回答,而新定义就十分明确地指出:信息正是通过“密码”对系统的组织程度或有序程度进行“标志”的,或者用更精确的语言说,信息正是通过密码对物质的组织程度或有序程度进行刻画与度量的。

物质、能量和信息是构成物质世界的三大要素,经过多年探索,科学已经对能量与物质的关系有了比较深刻地了解:能量是物质运动的度量。既然能量是物质运动的度量,那么信息与物质又有什么关系呢?通过新定义我们就可以明确看出,如果说能量是对物质运动的度量,那么信息就是对物质组织的度量。所以作者认为:

如果说能量刻画了物质的运动状态,那么信息就刻画了物质的组织状态,也就是说能量和信息其实都是对物质状态的刻画。由于物质描述了世界的实在性,能量描述了世界的运动性,而信息又描述了世界的组织性,所以通过物质、能量和信息,我们就有可能对我们所处的物质世界有一个明晰而又深刻的认识。

信息是物质组织的刻画与度量,那么信息与熵又有什么关系呢?熵(entropy)是德国物理学家克劳修斯于1865年提出来的,他在研究热力学第二定律时,把熵作为状态函数,他认为熵是系统无序状态或物质无组织状态的度量。后来布里渊等人又证明,信息就是负熵,为什么说信息就是负熵呢?新定义能够对这个问题做出比较满意的解释,由于信息是系统有序程度或物质组织状态的度量,而熵却是对系统无序状态或物质无组织状态的度量,二者恰巧相反,所以我们说信息就是负熵。

通过以上探讨,我们就可以得出这样一个结论:

信息其实就是物质的一种属性,这种属性就是对物质组织状态或有序程度的刻画与度量。

我们在前面曾进行过讨论,也有不少学者认为信息就是物质的一种属性,但他们又不能确定信息究竟是物质的哪一种属性,例如有人认为信息是物质相互联系的属性,有人认为是反映的属性,有人认为是物质相互作用的属性,还有人认为信息是条理性、组织性的反映等等。其实这些学者的观点都是有一定道理的,这是因为诸如“物质的相互联系”、物质之间的“反映”、“物质的相互作用”以及物质的“条理性、组织性的反映”等等,都不过是对物质的有序程度或组织状态的一些具体描述。作者认为,由于“物质组织状态或有序程度的刻画与度量”是对信息本质属性的一种高度概括,所以它可以涵盖其他的一些具体属性。

3 对信息本质的种种误解

半个多世纪以来,由于信息一直没有一个准确而又完善的定义,由于对信息的本质缺乏真正的了解,所以人们对信息本质的认识十分混乱,也产生了许多误解。作者把这些误解分为四大类型,下面我们就对这些误解一一进行分析与讨论。

首先让我们来讨论第一类误解,这种误解认为“信息的本质就是物质”,信息的本质真的就是物质吗?作者在《究竟什么是物质》一文中曾这样定义物质:“物质是具有质量和广延的东西”,[6]尽管各种物质元素能够相互结合并组织成为系统,但是,我们依然能够从复杂的系统中找到这些物质元素,并有可能把它们从系统中单独分离出来,而且这些物质元素脱离系统后仍然能够独立地存在。但信息并非是如此,虽然我们能够确定在物质系统中确实包含着信息,但我们却很难从物质系统中找到独立存在的信息,更无法把信息从系统中单独分离出来,这说明信息并非就是具有质量和广延的实体,也就是说信息的本质并不是物质。由于信息是物质的一种属性,所以尽管信息与物质的关系十分密切,但我们并不能因此就得出结论说信息就是物质。这种情况也和能量与物质的关系十分相似,虽然我们已经知道物质的运动确实能够产生出能量,但是我们并不能从物质中找到独立存在的能量,也不能把能量从物质中单独分离出来。

第二类误解认为,“信息的本质是非物质的精神实体”。人们之所以会产生这样的误解,是因为长期以来人们一直认为,人类的大脑能够接受客观世界的各种信息,并且能够把这些信息转化成为非物质的精神。正是由于人们认为脑在认识过程中把信息转化成了非物质的精神,于是他们就推论信息的本质极可能也是“非物质的精神实体”。信息的本质真的就是“非物质的精神实体”吗?我们知道信息是一种极其普遍的现象,它广泛存在于一切事物与一切过程之中。既然信息是一种极其普遍的现象,既然信息广泛存在于一切事物与一切过程之中,那就是说在人脑以及人脑的认识过程之外同样也存在着各种各样的信息,例如低级动物、植物甚至无生命的物质形态中都广泛存在着信息。如果说信息的本质就是非物质的精神实体,那就是说低级动物、植物以及那些无生命的物质形态都有可能产生出“非物质的精神实体”来,显然这种结论是十分荒谬的,这也说明信息的本质并非就是“非物质的精神实体”。

第三类误解认为,“信息是存在于物质和精神之间的一种东西”,例如有的学者就认为,信息是存在于物质与精神之间的一种实观而不实在的东西;而有的学者则认为,信息有时是物质的,有时却是观念的。作者认为这种认识也不够全面,这是因为他们总是站在“人”的角度看待信息,他们总是把信息与人类的认识活动联系起来。我们在前面已经进行过分析,人的认识活动确实与信息有关,人脑中的精神也确实与信息有关,但是这种现象仅仅发生在人的反映或认识活动之中,也就是说这种现象仅仅是广泛信息现象中的一种现象,是各种信息过程中的一种过程。假若离开了人,假若离开了人脑的认识过程,例如在无生命的物质世界中根本就不存在精神,那么信息又怎么会成为“存在于物质与精神之间的一种东西”呢?信息又怎么会“有时是物质的,而有时却是观念的”呢?作者认为,信息的本质其实就是物质的一种属性,所以只要有物质的存在就必然会有信息。信息并非是只存在于物质与精神之间,信息离开精神照样能够存在,所以信息的本质也并非是“存在于物质和精神之间的一种东西”。

第四类误解认为,信息是与物质和精神并列的第三原,即波普所说的“世界3”。波普曾提出“三个世界”的理论,他认为世界1是物理对象,包括无机物和有机物;世界2是主体意识和经验,即主观精神世界;世界3是思想内容,包括问题、理论和批评的议论、科学知识等,即客观精神世界。[7] 波普所说的“世界3”是指“思想内容”,如果从认识论的角度看,所有的“思想内容”都必然产生于人的认识过程,都必然是人脑认识的产物,也就是说“世界3”其实就是人脑的精神产物。我们在讨论第二类误解时就曾讲过,信息是一种极其普遍的现象,信息广泛存在于一切事物与一切过程之中,所以信息并不能等同于人脑的精神产物,也就是说信息并非就是与物质和精神并列的“世界3”,所以作者认为,信息不可能是与物质和精神并列的“第三原”,不可能是波普所说的“世界3”。

通过以上探讨我们可以得出这样的结论,信息的本质并非就是物质、非物质的精神实体、物质与精神的中介或“世界3”,信息的真正本质是:

信息其实就是物质的一种属性,这种属性就是对物质组织状态或有序程度的刻画与度量。

信息本质问题是一个科学的难题,以上仅是作者的一点浅陋之见,冒昧提出,以就教于专家学者,并与大家共商。

注释:

[1] 维纳:《控制论》,北京:科学教育出版社,1962年版,第48页。

[2] 李连科:《中国哲学百年论争》,北京:商务印书馆,2004年版,第194页。

[3] [4]任俊明、安起民主编:《中国当代哲学史》,北京:社会科学文献出版社,1999年版,第731、732页。

[5] 陈定学:《究竟什么是信息》,《中州学刊》,2006年第6期,第241~243页。也见中国人民大学书报资料中心:《图书馆学、信息科学、资料工作》,2007年第1期,第20~24页。

[6] 陈定学:《究竟什么是物质》,见爱思想网—学术—哲学—科学哲学,也见中国社会科学网—哲学—科学技术哲学。

[7] 冯契、徐孝通主编:《外国哲学大辞典》,上海:上海辞书出版社,2000年版,第551页。

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