Пролог

Потом, уже после 1948-го (а это был решающий год), всем казалось, что, когда Клод Шеннон начинал работу над своей теорией, он преследовал ясную и понятную цель. Но это впечатление возникало лишь оттого, что результат уже был известен. Сам Шеннон то, что с ним происходило, описывал так: “Мой разум кипит, день и ночь я пытаюсь осмыслить разные вещи. Я начинаю думать как какой-нибудь писатель-фантаст: а что если все было бы действительно так”.

Так случилось, что 1948-й стал годом, когда Bell Telephone Laboratories объявили об изобретении полупроводника — “удивительно простого устройства”, которое могло делать все то, что делала вакуумная лампа, но более эффективно. Устройство было настолько маленьким, что на ладони сотня полупроводников могла уместиться. В мае ученые сформировали комиссию, чтобы придумать название устройству. Комиссия разослала старшим инженерам Bell Telephone Laboratories бюллетени для голосования, в которых перечислялись варианты названия, в том числе полупроводниковый триод, йотатрон, транзистор (transistor, производное от transconductance — активная межэлектродная проводимость и varistor — переменный резистор. — Прим. авт.). Победил транзистор. “Появление данного устройства может иметь значение для развития электроники и электрической связи”, — заявили в пресс-релизе Bell Telephone Laboratories, и в этом случае реальность превзошла ожидания. Благодаря появлению транзистора в электронике произошла революция, позволившая технологии пойти по пути широкого распространения уменьшившихся в размерах устройств, а трое главных изобретателей вскоре получили Нобелевскую премию. В Лаборатории по праву гордились транзистором, но на самом деле он оказался лишь вторым по важности изобретением того времени. Транзистор в конце концов был только оборудованием.

Изобретение более значимое и фундаментальное появилось в монографии, занимавшей в общей сложности семьдесят девять страниц июльского и октябрьского номеров The Bell System Technical Journal. Специального пресс-релиза к выходу монографии выпущено не было. Статья называлась просто и величественно — “Математическая теория связи”, и ее смысл трудно изложить в двух словах. Она стала осью, вокруг которой начал вращаться мир. Она, как и транзистор, принесла с собой неологизм — слово “бит”, в данном случае выбранное не комиссией, а самим автором, 32-летним Клодом Шенноном. Сегодня бит стоит в одном ряду с дюймом, фунтом, квартой и минутой, основными единицами измерения.

Но что измерялось битами? “Единица измерения информации” — так определил бит Шеннон. Как будто существовала такая вещь, как измеримая и исчислимая информация.

Предполагалось, что Шеннон работал в группе математических исследований в Bell Telephone Laboratories, но в действительности он скорее был сам по себе. Когда группа переехала из нью-йоркской штаб-квартиры в новое сверкающее помещение в пригород, в штат Нью-Джерси, он остался в маленьком чулане в старом здании на Вест-стрит — 12-этажной громаде из песчаника, выходившей индустриальным задним фасадом на Гудзон, а передним смотревшей на Гринвич-Виллидж. Шеннону не нравились ежедневные поездки в пригород и обратно, он предпочитал центр, где были ночные клубы, в которых он мог слушать выступления джазовых кларнетистов.

Он робко флиртовал с девушкой, занимавшейся ультракороткими волнами в другой группе Bell Telephone Laboratories, через дорогу, в двухэтажном здании бывшей фабрики Nabisco. Шеннона считали умным парнем. Только-только придя из Массачусетского технологического института, он погрузился в военные проекты Лаборатории, сначала разрабатывал автоматическую систему управления для зенитных орудий, а затем сосредоточился на теории шифрования сообщений, криптографии, и разработал математическое обоснование защиты X System — линии связи между Уинстоном Черчиллем и президентом Рузвельтом. Так что начальство решило оставить его в покое, хотя не совсем понимало, над чем именно он работает.

В середине века AT&T не требовала от своего исследовательского подразделения немедленных результатов. Она позволяла заниматься математикой или астрофизикой, даже если не предполагалось, что у работ будет очевидное коммерческое применение. В любом случае, очень многое в современной науке прямо или косвенно стало результатом деятельности этой монополистской компании, охватывавшей множество областей. Однако, несмотря на столь широкие интересы, основное направление деятельности телефонной компании в фокус исследований не попадало. К 1948 году по проводам Bell System протяженностью 138 млн миль и по 31 млн телефонных аппаратов передавалось более 125 млн разговоров в день. Бюро переписи зафиксировало эти факты в разделе “Связь в США”, но это были грубые измерения. Бюро также насчитало несколько тысяч передающих радио- и несколько десятков телевизионных станций плюс газеты, книги, брошюры и письма. Почта считала письма и посылки, но что конкретно передавала Bell Systems и в каких единицах это измерялось? Разумеется, не разговоры, не слова и, конечно, не символы. Может быть, просто электричество? Инженеры компании были инженерами-электриками. Все понимали, что электричество служило суррогатом звука человеческого голоса, колебания воздуха попадали в микрофон и превращались в электрические волны. Это превращение и было причиной превосходства телефона над телеграфом — предшествующей технологии, которая к тому времени уже казалась устаревшей. Основой телеграфа являлись преобразования другого рода — код из точек и тире, построенный не на звуках, а на алфавите, который и сам в конечном счете был кодом. Присмотревшись, можно было заметить цепочку, состоявшую из абстракций и преобразований: точки и тире представляли буквы, буквы представляли звуки и вместе формировали слова, слова представляли отражение смысла, рассуждения о котором, пожалуй, лучше оставить философам.

В Bell System не было штатных философов, но в 1897 году компания наняла своего первого математика — уроженца Миннесоты Джорджа Кэмпбелла, учившегося в Геттингене и Вене. Перед ним сразу встала проблема передачи сигнала. По мере прохождения по проводам сигнал искажался, и тем сильнее, чем больше расстояние. Решение Кэмбелла было частично математическим, частично инженерно-электротехническим. Его работодатели научились не задумываться о различиях двух наук. Шеннон и сам, будучи студентом, долго не мог выбрать, кем ему стать, инженером или математиком. Для Bell Telephone Laboratories он волей-неволей был и тем и другим, умел обращаться с реле и проводниками, но чувствовал себя по-настоящему счастливым только в мире символических абстракций. Большинство инженеров связи сосредоточились на физических задачах: коэффициенты усиления, модуляции, фазовые искажения и соотношения сигнал/шум. Шеннон предпочитал игры и загадки. Коды зачаровывали его с тех пор, как мальчишкой он зачитывался Эдгаром Алланом По. В первый год в МТИ в качестве ассистента он работал на дифференциальном анализаторе Вэнивара Буша — стотонном протокомпьютере, способном решать уравнения с помощью огромных вращающихся шестеренок, осей и колес. В двадцать два года Шеннон написал диссертацию, в которой применил логическую алгебру Джорджа Буля — идею родом из XIX века — к устройству электрических цепей. (Логика и электричество — занятная комбинация.) Позже он работал с математиком и логиком Германом Вейлом, который учил его: “Теории позволяют сознанию “прыгнуть выше головы”, оставить позади то, что дано, представить непредставимое как само собой разумеющееся с помощью символов”.

В 1943 году английский математик и криптоаналитик Алан Тьюринг посетил Bell Telephone Laboratories и как-то за обедом встретил Шеннона. Они обменялись взглядами на будущее искусственных думающих машин. (“Шеннон хочет ввести в Мозг не только данные, но и элементы культуры! — восклицал Тьюринг. — Он хочет играть ему музыку!”) Шеннон общался и с Норбертом Винером, у которого учился в МТИ и который в 1948 году предлагал назвать новую дисциплину, науку о связи и управлении, кибернетикой. Особенно сильно Шеннон заинтересовался телевизионным сигналом, причем с необычной точки зрения — можно ли каким-либо образом сжать его для увеличения скорости передачи. Логика и электрические цепи пересеклись, чтобы произвести гибрид, то же произошло и с генами и кодами. Шеннон начал строить свою теорию информации, он продвигался в одиночку в поисках системы, которая бы объединила все множество его идей.

В шумном сияющем пейзаже начала XX века материал для исследования был раскидан буквально повсюду: буквы и сообщения, звуки и изображения, новости и инструкции, цифры и факты, сигналы и знаки — сборная солянка из связанных между собой ингредиентов. Все они перемещались — по почте, по проводам или с помощью электромагнитных волн. Но не существовало слова, которым можно было их обозначить. В 1939 году Шеннон писал Вэнивару Бушу в МТИ: “Урывками я работал над анализом некоторых основных свойств систем передачи сообщений”. Сообщения — гибкий и очень старый термин. “Теперь, — писал сэр Томас Элиот в XVI веке, — для обоюдных договоренностей или соглашений, переданных письмом или поручением, используют элегантное слово”. Сегодня это слово приобрело другие значения. Некоторые инженеры, особенно в телефонных лабораториях, начали говорить об информации. Они использовали это слово так, как будто речь шла о чем-то техническом: количество информации, мера информации и т.д. Шеннон последовал их примеру.

Для научных целей информация должна была означать нечто особенное. За три столетия до Шеннона новая наука, физика, не смогла продвинуться вперед, пока Исаак Ньютон не дал старым и расплывчатым словам — сила, масса, движение и даже время — новые значения. Ньютон превратил эти термины в обозначение количества, сделал возможным их применение в математических формулах. До тех пор, например, движение было таким же размытым и общим термином, как информация. Для последователей Аристотеля движение отвечало за широкий спектр разнообразных процессов: созревание персика, падение камня, рост ребенка, разложение тела. Это было слишком общо. Прежде чем применение законов Ньютона стало возможным, прежде чем научная революция смогла победить, от большей части разновидностей движения пришлось отказаться. В XIX веке похожую трансформацию начал переживать термин энергия: физики адаптировали слово, означавшее силу или интенсивность. Они математизировали его, отведя энергии основополагающую роль в своей картине мира.

То же самое произошло с информацией. Появилась необходимость в обряде очищения.

А затем, когда информацию упростили, очистили и начали исчислять в битах, оказалось, что она повсюду. Теория Шеннона перекинула мост между информацией и неопределенностью, между информацией и энтропией, между информацией и хаосом. Она привела к появлению компакт-дисков и факсов, компьютеров и киберпространства, закона Мура и всех Силиконовых долин мира. Появились обработка информации, ее хранение и извлечение. Люди начали искать имя новой эпохе, преемнице века железа и пара. “И вновь появляется собиратель, только теперь не собиратель пищи, а собиратель информации”, — отметил Маршалл Маклюэн в 1967 году, предвосхищая появление мира вычислительной техники и киберпространства.

Теперь мы понимаем, что информация — это то, что движет нашим миром, его кровь и горючее, его жизненное начало. Она красной нитью проходит через все науки, влияет на каждый вид знаний. Теория информации начиналась как мост между математикой и электротехникой и дальше к вычислительным машинам. То, что на английском называли “вычислительной наукой”, на других европейских языках известно как informatique, informatica, Informatik — информатика. Сегодня даже биология стала наукой об информации, оперирующей инструкциями и кодами. Гены содержат информацию, и они же предоставляют способы ее считывания и передачи. Жизнь распространяется по законам сети. Само тело — это информационный процессор. Память находится не только в мозге, но и в каждой клетке. Неудивительно, что генетика расцвела одновременно с теорией информации.

ДНК — информационная молекула, самый совершенный процессор обработки сообщений, находящийся на клеточном уровне, — алфавит и код, 6 млрд бит информации для создания человеческого существа. “Коренная сущность каждого живого существа — не пламя, не теплое дыхание и не “искра жизни”, — заявляет ученый Ричард Докинз, — но информация, слова, инструкции. Если вы хотите понять сущность жизни, не размышляйте о вибрирующих и трепещущих студнях и илах, а размышляйте об информационных технологиях”. Клетки организма — это узлы сложно переплетенной сети связи, передающие и получающие, кодирующие и расшифровывающие. Сама эволюция включает в себя непрекращающийся обмен информацией между организмом и окружающей средой.

“Информационный круговорот стал составной частью жизни, — говорит Вернер Левенстайн, посвятивший тридцать лет изучению межклеточных связей. Он напоминает, что теперь информация стала более обширным понятием: — Она отсылает к космическому принципу организации и порядка и предоставляет способ его точного измерения”. У гена есть и культурный аналог — мем. В эволюции культуры мем воспроизводит и распространяет идею, моду, “письма счастья” или теорию заговора. Иногда мем ведет себя как вирус.

Экономика считает себя информационной наукой — деньги прошли эволюцию от материальных носителей к битам, когда они хранятся в памяти компьютеров и на магнитных лентах, а мировые финансы перемещаются по глобальной нервной системе. Даже тогда, когда деньги были материальны — оттягивали карманы, заполняли корабельные трюмы и банковские сейфы, — они несли информацию. Монеты и банкноты, шкурки, кусочки серебра и ракушки представляли собой лишь недолговечные технологии, нужные для того, чтобы сообщить, кто чем владеет.

А атомы? У материи собственная валюта, и для самой сложной из наук, физики, кажется, наступил срок платежа. Но новая модель мышления повлияла и на физику. После Второй мировой войны, во время расцвета физики, главной научной новостью было расщепление атома и управление ядерной энергией. Физики направили основные силы и ресурсы на исследование элементарных частиц и законов, управляющих их взаимодействием, на построение гигантских ускорителей и открытия кварков и глюонов. Казалось бы, теория связи слишком далека от этих возвышенных целей. Шеннон в Bell Telephone Laboratories даже не думал о физике. А исследователи элементарных частиц не нуждались в битах.

Но ситуация вдруг изменилась. Чем дальше, тем сильнее сближались физики и те, кто занимался теорией информации. Бит — элементарная частица иного типа, не просто крошечная, но еще и абстрактная — двоичное число, переключатель “да/нет”. Она иллюзорна, но по мере того, как ученые все точнее определяли само понятие информации, они задавались вопросом, не первична ли она; возможно, она более фундаментальна, чем сама материя. Возникло предположение, что бит является минимальной единицей и что в самой основе существования лежит информация. Объединяя физику XX и XXI веков, Джон Арчибальд Уилер, последний живой коллега и Эйнштейна, и Бора, выразил свой манифест тремя словами: “Все из бита”. Информация порождает “все сущее — каждую частицу, каждое силовое поле, даже сам пространственно-временной континуум”. Это еще один способ постичь глубину парадокса наблюдателя: сам процесс наблюдения влияет на результат эксперимента, даже определяет его. Наблюдатель не только наблюдает, он утверждает и задает вопросы, которые должны быть представлены отдельными битами. “То, что мы называем реальностью, — скромно писал Уилер, — вырастает в конечном счете из постановки “да/нет”. — И добавлял: — Все физические сущности в своей основе являются информационно-теоретическими, Вселенной для своего бытия необходимо наше участие”. Вселенная, таким образом, рассматривается как компьютер — космическая машина для обработки информации.

Ключом к тайне является тип взаимодействия, которому нет места в классической физике, — феномен, известный как запутанность. Когда частицы или квантовые системы запутанны, их свойства остаются связанными через время и расстояние. Даже будучи разнесенными на световые годы, они сохраняют нечто общее в физическом смысле, но не только. Возникают пугающие парадоксы, объяснение которым можно найти, лишь поняв, каким образом запутанность кодирует информацию, измеряемую в битах или кубитах, их квантовых собратьях. Что на самом деле происходит, когда взаимодействуют фотоны, электроны и другие частицы? Обмен битами, передача квантовых состояний, обработка информации. Законы физики — это алгоритмы. Каждая горящая звезда, каждая туманность, каждая частица, оставляющая призрачный след в диффузионной камере, есть информационный процессор. Вселенная вычисляет собственную судьбу.

Сколько же она просчитывает? Как быстро? Насколько велика ее общая информационная емкость, ее объем памяти? Какова связь между энергией и информацией, каковы затраты энергии на переключение битов? Это сложные вопросы, но на самом деле не такие уж мистические или метафорические, как может показаться. Физики и ученые, которые занимаются новым направлением, теорией квантовой информации, пытаются найти ответы. Они делают расчеты и получают предварительные результаты. (Согласно Уилеру, “во вселенной, сколько ни считай, десять в очень большой степени бит”. Согласно Сету Ллойду, “не более 10¹²⁰ операций над 10⁹⁰ бит”.) Они заново пытаются разгадать тайны термодинамической энтропии и знаменитых поглотителей информации — черных дыр. “Завтра, — объявил Уилер, — нам придется научиться понимать и выражать всю физику на языке информации”.

По мере неожиданного роста роли информации ее самой стало слишком много. У нас появились информационная усталость, перевозбуждение, пресыщение. Мы встретились с дьяволом информационной перегрузки и его злыми приспешниками — компьютерными вирусами, сигналами занятой линии, “упавшими” сетевыми соединениями и презентациями PowerPoint. И это тоже косвенным образом заслуга Шеннона. Все изменилось слишком быстро. Джон Робертсон Пирс (инженер Bell Telephone Laboratories, придумавший слово “транзистор”) писал: “Трудно представить мир до Шеннона таким, каким его видели жившие тогда. Трудно вернуть невинность, невежество и отсутствие понимания”.

Тем не менее прошлое снова привлекает внимание. Как сказано в Евангелии от Иоанна, “в начале было Слово”. Мы — вид, назвавший себя homo sapiens, человек разумный, а затем, подумав, дополнивший название до homo sapiens sapiens. На самом деле величайшим даром Прометея человечеству был не огонь: “Премудрость чисел, из наук главнейшую, я для людей измыслил и сложенья букв, мать всех искусств, основу всякой памяти”. Алфавит был базовой технологией информации. Телефон, факс, калькулятор и в конечном итоге компьютер — всего лишь последние изобретения, которые нужны для хранения, использования и передачи знаний. Наша культура выделила специальный рабочий словарь для этих полезных изобретений. Мы говорим о сжатии данных, понимая, что это совсем не то же самое, что сжатие газа. Мы знаем о потоке информации, о ее анализе, сортировке, поиске соответствия и фильтрации. Среди того, что нас окружает, — айподы и плазменные дисплеи, а среди наших навыков — поиск в Google и написание SMS; мы обеспечены информацией, мы эксперты и понимаем, что информация играет ведущую роль. Но ведь так было не всегда. Информация наполняла собой и мир наших предков, принимая различные формы — от твердого вещества до эфемерной сущности, от гранитных надгробий до шепота придворных. Перфокарта, кассовый аппарат, дифференциальная машина XIX века, телеграфные провода — все сыграло свою роль в создании информационной паутины, в которой мы запутались. Каждая новая информационная технология в свое время приводила к распространению и совершенствованию устройств, предназначенных для ее хранения и передачи. После изобретения печатного станка появились новые способы организации информации: словари, энциклопедии, альманахи — толкования, классификаторы, древо познания. Вряд ли какая-либо информационная технология устаревает. Каждая новая возрождает предыдущую. В XVII веке Томас Гоббс отрицал расцвет новой информационной среды: “Изобретение печати пусть и гениально, но по сравнению с изобретением букв ничтожно”. В определенном смысле он был прав. Каждый новый носитель преобразует природу человеческого мышления. В длительной перспективе история — это история информации, познающей саму себя.

Некоторые информационные технологии были в свое время оценены, некоторые нет. Одной из таких непонятых технологий был африканский говорящий барабан.