MARATHON   číslo 47   ( 4/2003 )


 

Teorie chaosu a informace

Dr. Ing. Milan Kohoutek

Lidé uspokojují své potřeby a zájmy prostřednictvím svého životního a společenského prostředí. Jako živé organismy se prostředí přizpůsobují. Specifickou vlastností lidské existence je ale to, že u ní výrazně převažuje snaha přizpůsobit prostředí vlastním potřebám a zájmům. Efektivnost (tj. účelnost a účinnost) této činnosti je pak v přímé souvislosti s přijímáním, zpracováním, uchováváním a využíváním informací.

Do doby podnětů, jež vedly nakonec v 30. letech 20. století ke vzniku kybernetiky, se věda o informace, jako o specifický druh jsoucna, téměř nestarala. Platil nevyslovený předpoklad, že informace nic nestojí. Tato tendence pronikla i do filosofie a společenských věd. Vznik kybernetiky znamenal, že k látce a energii jako základním veličinám, které charakterizují vlastnosti materiálního objektu, přistoupila další veličina - informace.

Základním předpokladem pro vymezení pojmu informace a informačního procesu jsou v zásadě následující předpoklady:

  1. reálné objekty existují nezávisle na vědomí subjektu, na poznávajícím subjektu (člověku, společenství apod.),
  2. není zásadní rozdíl mezi jevem, informací a reálným objektem; informace neexistuje bez hmoty, je produktem jejího pohybu,
  3. poznání reálného objektu není úplné a neměnné; je tudíž třeba zkoumat, jak vzniká a vyvíjí se.

Projevem inteligentního subjektu pak je, že své chování jako tvůrce reality zakládá na informacích.

Zkoumáme-li společenství z hlediska hmotných působení (produkci prostředků potřebných k jeho fungování a vývoji, jejich distribuci a spotřebu, tj. vznik, oběh a zánik určitých látek a energií) můžeme to přirovnat ke zkoumání metabolismu živých organismů.

Zdroje, které má společenství k dispozici pro vytváření své metabolické struktury, jsou zřejmě omezené. Vytvářejí omezující podmínky pro fungování a vývoj společenství, pro možné metabolické struktury. Nevytvářejí ale zdaleka podmínky určující. Tyto struktury, jejich stav, fungování a vývoj, jsou dotvářeny chováním lidí, členů společenství, ať již jako tvůrců zdrojů, tak i jako jejich uživatelů. To souvisí s informačním působením ve společenství, s výměnou, zpracováním a využíváním informací.

Struktura, která postihuje výměnu zpráv ve společenství je tzv. komunikační struktura. Prostředek informačního působení je zpráva, prostředek hmotného působení je akce.

Zpráva je určitým způsobem uspořádaný soubor znaků, který je sestavován informačním zdrojem. Předpokládáme přitom, že zdroj k tomu může vybírat jen z určité konečné množiny znaků, zvané abeceda zdroje. Abeceda je chápána v obecném významu. V tomto obecném významu se nad abecedou vytváří množina slov, které tvoří určitý jazyk. Slovem se rozumí znakový řetěz konečné délky, jehož všechny prvky patří do dané abecedy. Jazyk může být jednak přirozený (jaký se užívá v mezilidské komunikaci), nebo umělý jazyk (jaký se užívá např. ve výpočetní technice, matematice, chemii, hudbě, mapách apod.). Pravidla pro sestavování slov a jejich řetězení do zpráv se nazývají syntaxe.

Abeceda zdroje a syntaxe jsou součástí tzv. kódu informačního zdroje. Podle něho informační zdroj sestavuje vysílané zprávy v závislosti na svém stavu. Zná-li příjemce kód informačního zdroje, může z přijímaných zpráv usuzovat na jeho stav.

Příjemce musí znát kód, má-li zprávě rozumět. Kód je sám o sobě zpráva, kterou musel příjemce přijmout již dříve nebo ji v sobě musel obsahovat již od svého vzniku. Znalost kódu je uložena v tzv. programech.

Informace je obsažena ve zprávě jen tehdy, jestliže u příjemce (přijímajícího subjektu) odstraňuje jisté nevědění, tj. má určité následky na stav příjemce. Mírou těchto následků je přijatá informace.

Po přijetí zprávy je změna stavu příjemce tím větší, čím větším je pro něho informace překvapením. S čím menší pravděpodobností zprávu očekává, tím větší množství informace pro něho zpráva představuje. Mohl-li příjemce očekávat zprávu s jistotou, neobsahuje pro něj žádnou informaci. Tzn. množství informace ve zprávě se chápe vždy relativně, vzhledem k určitému příjemci a k určité situaci. Tím se liší zpráva od informace, nejde o synonyma.

Důležitým pojmem, který se týká informace, je její množství. Mírou »nedostatku informací« o stavu informačního zdroje, tj. mírou neurčitosti poznání struktury nebo zákonitostí chování určitého objektu, mírou neurčitosti rozhodování subjektu o něm, je informační entropie. V podstatě charakterizuje míru neuspořádanosti pohybu objektu k cíli, jehož dosažení sleduje subjekt.

V termodynamice je uspořádanost pohybu spojována se schopností objektu konat mechanickou práci. Rozlišuje se kvalita forem energie, přičemž čím kvalitnější je forma energie, tím více je schopna konat mechanickou práci. Na objekt se pohlíží jako na soubor elementárních částic, jež konají mechanický pohyb a působí na sebe mechanickými silami. Termodynamická entropie je pak spojována s mírou uspořádanosti tohoto mechanického pohybu částic, tj. s tokem částic určitým směrem, k určitému »cíli«. Uspořádanost je pak pravděpodobnost, že se částice pohybuje daným směrem k »cíli«. Čím je tato pravděpodobnost vyšší, tím je termodynamická entropie systému nižší. Nejméně uspořádaný je chaotický tepelný pohyb, tj. »bezcílný« pohyb všemi směry se stejnou pravděpodobností. Chaos tedy znamená úplnou degradaci pohybu částic na »bezcílný« pohyb.

Pojetí termodynamické a informační entropie je tedy stejné. Informační entropie se jeví jako zobecnění entropie termodynamické.

Často se v současnosti hovoří o turbulenci. Uspořádanost pohybu částic lze totiž také charakterizovat z hlediska hydrodynamiky. V ní se rozlišuje tzv. laminární proudění, kdy jsou trajektorie pohybu jednotlivých částic viskózní tekutiny čáry spolu rovnoběžné, a tzv. turbulentní tok. Turbulence spočívá v degradaci pohybu v daném směru viskózními silami. Viskózní síly jsou v podstatě třením, tepelným pohybem částic. Laminarita toku je narušována tím více, čím větší je hodnota parametru systému (tzv. Reynoldsovo číslo), který rozhoduje o tom, kdy systém přejde do stavu nepravidelného pohybu, zvaného turbulentní tok. Reynoldsovo číslo je tak určitým hydrodynamickým vyjádřením entropie systému.

Je zřejmé, že informace mají velký význam pro efektivní řešení úloh spojených se snahou lidí přizpůsobovat prostředí svým potřebám a zájmům. Každá informace, která se týká řešení těchto úloh, odčerpává a zároveň šetří látku a energii: na jedné straně znamená náklady (spotřebu času, práce spojené s přijetím, zpracováním, přenosem informací atd.) na druhé straně je bez informací málo pravděpodobný výběr postupu, který k dosažení daného cíle společenství vyžaduje nejméně spotřeby zdrojů (látky, energie, práce, času atd.). Tím při rozhodování bez informací s velkou pravděpodobností vzroste spotřeba zdrojů společenství na realizaci (nevydařených) pokusů o dosažení cíle (náklady, resp. spotřeba navíc v důsledku »bloudění«). Má-li společenství informace, může příslušné zdroje ušetřit.

Informace se uplatňuje jen tehdy, je-li subjektem přijata a plně pochopena, a vyvolá-li u něj určitou aktivitu. Na druhé straně, komunikace je myslitelná bez informace.

Informace je výsledkem působení reálného objektu, který je vně poznávajícího subjektu, na poznávající subjekt. Informace je subjektivní odraz objektivně existujícího reálného objektu.

Komunikace je vztahem, který spočívá ve zprostředkování zpráv ve formě signálů (symbolů) mezi informačním zdrojem (reálným objektem nebo subjektem, který vysílá konkrétní informaci a je tak zprostředkovatelem vědění o reálném objektu) a konkrétním přijímajícím subjektem. Informace vzniká proto, že dochází k odrazu objektivních jevů u přijímajícího subjektu.

Z hlediska komunikace je informace vztahem objektu a subjektu v prostoru a čase:

  1. Jako prostorový vztah se informace uplatňuje realizací komunikace mezi objektem a subjektem (resp. vysílajícím a přijímajícím subjektem):

 

Jako časový vztah se informace uplatňuje realizací spojení minulého s budoucím v přítomnosti: informace se vztahují k minulosti, v přítomnosti dochází k rozhodování, které vychází z informací a vede k činnosti (aktivitě), činnost vede k výsledku v budoucnosti:

Informace ========> Rozhodování ==========> Výsledek

minulost přítomnost budoucnost

Schéma vztahu mezi minulostí, přítomností a budoucností z hlediska rozhodování

V komunikačním pojetí je zpráva to, co přechází mezi informačním zdrojem a přijímajícím subjektem prostřednictvím média přenosu, tzv. komunikačním (přenosovým) kanálem. Nosičem zprávy je látka či energie ve formě znaků, jako náhražek (neboli surogátů) reálného objektu, které v sobě obsahují zprávu. Formou nosiče zprávy je signál (z lat. signum = znak, znamení), symbol, který v látkově energetické podobě přenáší zprávu od vysílače k přijímači.

Jestliže subjekt vybere a oddělí určitou úlohu a nalezne mezi zprávami takové, které mu úlohu umožní řešit, pak se pro něj zpráva stává informací. Již jsme uvedli, že zpráva může pro přijímající subjekt přinášet informaci, jestliže pro tento subjekt sděluje něco nového, pro něj dosud neznámého1). V opačném případě zpráva neobsahuje informaci.

Podstata informačních procesů spočívá v přenosu a transformaci zpráv. Při této transformaci se může měnit fyzikální podstata signálu, kdy se určité hodnotě signálu jedné formy energie přiřazuje jednoznačnou transformací určitá hodnota signálu jiné formy energie. Jde vlastně o převod zpráv přijímaných do zpráv vysílaných pomocí určitého kódu. Kódem jsou transformační pravidla pro uvedené jednoznačné přiřazování hodnot jedné formy energie na hodnoty energie jiné formy. Příjemce tak musí být schopen signál dekódovat na signál ve formě a intenzitě energie, kterou je schopen jako zprávu vnímat. Tím se vytváří jazykový komunikační řetězec. Tj. nutnou podmínkou existence jazykového komunikačního řetězce je, aby příjemce zprávy znal jazyk, ve které je zpráva vysílána, jinak se komunikace neuskuteční. Jazyk při tom není vhodné chápat pouze úzce lingvisticky, jako národní jazyk: totéž platí pro komunikaci např. mezi odborníkem a laikem v určitém oboru i pro jiné potřebné transformace informací k uskutečnění jejich komunikace.

Snaha lidí přizpůsobovat své životní a společenské prostředí svým potřebám a zájmům má obecně podobu podvojného cíle: týká se jak současných, tak budoucích podmínek existence společenství. Je totiž třeba zajišťovat jednak fungování společenství, jeho v podstatě dosavadní uspořádání, jednak vývoj uspořádávání společenství ve směru budoucích podmínek jeho fungování.

Úlohy spojené s řešením fungování společenství jsou ve své podstatě rutinními úlohami, které lze ve značné míře algoritmizovat a k jejich řešení v rozsáhlé míře využívat počítače2). Úlohy spojené s řešením vývoje uspořádávání ve směru budoucích podmínek existence společenství jsou ve své podstatě úlohami tvůrčími, spojenými s objevováním nového, které kladou na své řešitele požadavek používat i značnou dávku intuice, předvídavosti, zapojovat do řešení nekonvenční přístupy atd.

Současná doba je z tohoto hlediska charakteristická tím, že na významu výrazně nabývají úlohy spojené s přechodem do nového uspořádání společenství. Jde o úlohy, které v zájmu úspěšnosti svého řešení musejí respektovat jednak vysokou dynamiku vývoje, která zvýrazňuje potřebu respektovat činitel času, jednak etapu globalizace, která zvýrazňuje potřebu ucelenosti řešení. K základním veličinám, které charakterizují vlastnosti materiálního objektu, tak přistupuje i čas a prostor (či časoprostor nebo prostoročas).

Z hlediska procesu poznání lze rozlišit dvě (dialekticky protikladné) linie: ryze teoretické poznání a ryze empirické poznání. Teoretické poznání v oblasti vývoje dospělo k dialektice a jejím zákonům. Je ale pro praxi často dosti obecné a málo konkrétní. Empirické poznání shromáždilo ohromné množství poznatků, které je potřebné uspořádat podle vnitřní souvislosti. K tomu dnes výrazně může napomoci výpočetní technika. Nestačí ale sama o sobě, pokud jsou uplatňovány ryze empirické metody zkoumání. Ty musejí být doplňovány poznáním teoretickým. Empirická věda tak dospěla nakonec k různým teoriím: teorii systémů, kybernetice, teorii chaosu (spíše jde o teorii samovolného uspořádávání složitých systémů), synergetice, teorii katastrof (spíše jde o matematiku zlomových stavů) atd. Pro čistou empirii, která se zříká teorie, a rovněž tak pro čistou teorii, která se odtrhne od praxe, je typický častý mysticismus, »mlžení tajemnem«. Lze ale v nich nalézat racionální jádro, pokud se navzájem spojí teoretické a empirické poznání v jeden dialektický celek. Pak lze posunout lidské poznání na kvalitativně novou úroveň a pro řešení úloh spojených s existencí lidí přinášet mnoho užitečných informací.

----------

1) Přesněji i užitečného pro efektivní dosažení určitého cíle; dezinformace - ať úmyslná či neúmyslná - sice sděluje nové, avšak svádí přijímající subjekt z cesty k dosažení cíle.

2) Pojem »počítač« je do značné míry zavádějící; obsahově přesnější výraz má např. francouzština - »le ordinateur«, tedy vlastně »uspořádávač«.

Poznámky:

  1. Přesněji i užitečného pro efektivní dosažení určitého cíle; dezinformace - ať úmyslná či neúmyslná - sice sděluje nové, avšak svádí přijímající subjekt z cesty k dosažení cíle.    zpět
  2. Pojem »počítač« je do značné míry zavádějící; obsahově přesnější výraz má např. francouzština - »le ordinateur«, tedy vlastně »uspořádávač«.    zpět