мы сэкономим на частотном диапазоне, то расплатимся за это меньшим объемом информации или более продолжительным временем ее передачи. Это объясняет, почему в 1920-х годах отправка фотографии по телефонным сетям занимала так много времени: телефонным сетям не хватало нужной частоты для столь сложного сообщения. Если воспринимать информацию, частотный диапазон и время, как три точных взаимозависимых параметра, это позволяет нам понять, какие идеи передачи сообщений «физически осуществимы», а за какие даже не стоит браться.
И последнее: ясность в отношении информации может привести к ясности в отношении шума. Шум может быть чем-то более точным, чем треск атмосферных помех или серия электрических импульсов, затерявшихся где-то в водах Атлантики. Шум тоже можно измерить. Хартли отважился лишь на часть пути к этой цели, но смог пролить свет на особый вид искажения связи, который он назвал «межсимвольной интерференцией». Если основной критерий для корректного сообщения – это его «читаемость» приемным устройством, тогда особенно тревожным признаком будет та неточность, когда символы станут размытыми, как, например, при наложении телеграфных импульсов, посылаемых слишком нетерпеливым оператором. Имея возможность измерить информацию, мы можем подсчитать не только время, требуемое для отправки любого сообщения по заданному частотному диапазону, но и количество символов, которые можно отправить за секунду так, чтобы их можно было разобрать.
То, что начиналось в девятнадцатом веке как осознание возможности осуществления более точной передачи сообщений на расстояния с помощью количественной оценки этих сообщений, в итоге превратилось в новую науку.
Вот как примерно обстояли дела с исследованиями в области информации, когда к этому вопросу подключился Клод Шеннон. То, что начиналось в девятнадцатом веке как осознание возможности осуществления более точной передачи сообщений на расстояния с помощью количественной оценки этих сообщений, в итоге превратилось в новую науку. Каждый шаг в этом направлении был шагом к большей абстракции. Информация была потоком электричества, идущего по проводам, числом знаков, отправленных по телеграфу, выбором символов. На каждой стадии что-то конкретное отпадало.
Пока Шеннон в течение десяти лет обдумывал все эти проблемы в холостяцкой берлоге в Вест-Виллидж или в своем кабинете в «Лабораториях Белла», наука об информации чуть было не зачахла. Сам Хартли все еще продолжал работать в «Лабораториях», но уже собирался уйти на покой, а Шеннон только поступил туда на службу. К сожалению, двое ученых расходились в принципиальных вопросах, что могло помешать их успешному сотрудничеству, если бы такая возможность представилась. Хартли, с которым Шеннон в итоге познакомился лично, показался ему слишком далеким от того человека, чьи идеи когда-то пленили его. Шеннон вспоминал о нем так:
«…очень талантливый человек в определенных областях; но застрявший в каких-то идеях. Он был сторонником той теории, что Эйнштейн ошибался в своих выводах. Что нужно восстановить классическую физику Ньютона, понимаете?
И все свое время он тратил на то, чтобы попытаться объяснить все те вещи, которые теория относительности объясняла через связь между пространством и временем, объяснить так, как это делали люди примерно в 1920-х годах. Но научное сообщество пришло в конечном счете к выводу, что Эйнштейн прав. Все научное сообщество, за исключением Хартли, я полагаю».
Так что в период «между Хартли и Шенноном», говорил Джон Пирс из «Лабораторий Белла», наука об информации «похоже, имела продолжительный и комфортный отдых».
Можно винить в этом зацикленность Хартли на идеях теории относительности или войну, во время которой тратились огромные средства на отслеживание и сбивание самолетов-снарядов и цифровую телефонию, а еще на шифрование, дешифровку и вычислительные машины, но в то время было мало ученых, у которых нашлись бы возможность или желание отвлечься от насущных проблем и задаться вопросом о связи в целом. А можно просто принять тот факт, что следующий ключевой шаг после Хартли мог быть осуществлен только гением и по прошествии какого-то времени. Теперь уже, оглядываясь назад, мы можем сказать, что если бы этот шаг был столь очевиден, то, во-первых, вряд ли бы пришлось ждать целых двадцать лет, чтобы сделать его, и во-вторых, он не вызвал бы такого потрясения.
«Он произвел эффект разорвавшейся бомбы», – сказал Пирс.
16. Бомба
«Фундаментальная проблема связи заключается в воспроизведении в одной точке либо точно, либо приблизительно сообщения, выбранного в другой точке. Чаще всего сообщения обладают смыслом… Эти семантические аспекты связи нельзя отнести к инженерной проблеме».
Работа «Математическая теория связи» наглядно показала, что Шеннон выделил самые острые вопросы, которыми занимались пионеры информационной теории. Но если Найквист использовал расплывчатое понятие «данные», а Хартли пытался объяснить важность отбрасывания психологических и семантических аспектов, Шеннон уже принимал как должное то, что значение можно игнорировать. Точно так же он с готовностью принял тот постулат, что информация измеряет свободу выбора: содержательными сообщения становятся тогда, когда «их выбирают из ряда возможных сообщений». Наше непосредственное восприятие было бы удовлетворено, признавал он, если бы мы условились, что объем информации на двух перфокартах удваивался бы (а не возводился бы в квадрат) по сравнению с объемом информации на одной карте или что два электронных канала связи передавали бы в два раза больше информации, чем один.
Это было то, что Шеннон обязан был сделать. Дальше он демонстрировал свою целеустремленность. Каждая система связи – не только те, что существовали в 1948 году и были сделаны руками человека, но каждая возможная система, – могла быть сжата до максимально простой сути.
♦ Источник информации производит сообщение.
♦ Передающее устройство кодирует сообщение так, чтобы оно могло быть отправлено в виде сигнала.
♦ Канал связи – это среда, по которой проходит сигнал.
♦ Источник шума – это искажения и нарушения сигнала на пути к приемному устройству.
♦ Приемное устройство расшифровывает сообщение.
♦ Пункт назначения – это принимающая сторона.
Красота этой упрощенной модели заключается в том, что она универсальна. Это то, что происходит с любым сообщением – сообщениями, которыми обмениваются люди, сообщениями в цепи, нейронах, крови. Вы говорите в телефонную трубку (источник), и телефон кодирует звук вашего голоса в электрический сигнал (передающее устройство). Сигнал идет по проводу (канал); сигнал, идущий по соседнему проводу, взаимодействует с ним (шум); затем сигнал раскодируется обратно в звук (приемное устройство), и звук достигает уха на другом конце провода (пункт назначения).
В одной из ваших клеток цепочка вашего ДНК содержит сигнал строить белок (источник); сигнал кодируется в цепочке мессенджера РНК (передающее устройство); мессенджер РНК переносит код в места синтеза белка (канал); одна из «букв» в коде РНК
