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第14章 各种各样的信息

2020年8月18日  来源:PHI:从脑到灵魂的旅行 作者:(美)托诺尼 提供人:naike39......

可能的经验的数量超乎想象

伽利略想:光电二极管与自己的本质区别是什么呢?

为什么他可以看到、意识到光与黑暗,而光电二极管只是对光与黑暗有反应?他与光电二极管的主要区别在哪里呢?

房间忽然又变亮了,但这次伽利略看到的不是一片空白。他感到自己沉浸在一片均匀、强烈的蓝光中。一切都是蓝色的。

忽然,一切都变成了红色,然后是绿色、黄色,以及各种明亮的色彩,数千种色彩不停地变换。最后,所有颜色的光同时亮起来。

接着,出现了令人惊奇的一幕:在他眼前,原本空无一物的地方出现了一堵墙,接着墙上出现了一幅画。这是一幅肖像画,伽利略马上认出画上的人,那时她多年轻啊。他激动的心情还未平复,画像上的人物变了,变成另一个人的脸,接着又变成其他人的脸,一张又一张脸孔,而且转换的速度越来越快。开始几幅画像他还能够认出来,后来出现的面孔是他从来没见过的,有些人带着奇怪的帽子,还有些人的发型很怪异。

看过大概1000幅人物肖像后,画面又变了,变换为相框,相框中是他熟悉的景色。这是比萨,他曾在这里学医,他很讨厌这个地方;然后变成帕多瓦,在这里,他的科学发现使他声名鹊起;接着又转换成罗马,在这里,他开始受到迫害。接着是无数其他城市、村庄、宫殿、房间、花园、山脉、山谷,大部分地方他从没见过。

相框中的景色转变得越来越快,接着他听到外面传来说话声,有些声音是熟悉的,有些声音是陌生的;说的语言有些他听得懂,有些他听不懂;说的内容每次都不同,或者说相同的内容,却用不同的语调。说话的速度也越来越快,接着他听到说话声、琴弦声、吵闹声夹杂在一起,这些声音他之前从未听到过。

然后,他闻到花园中各种药草的气味,一种接着一种,有芳香的,有刺鼻的。接着又闻到油的气味,旧书的气味,还闻到死亡的气息。接着,他尝到了红酒的味道,虽然他没有喝到酒。他还品尝了其他一些酒,他无法辨别出到底有多少种不同的味道,有些浓郁,有些有糖浆味,有些有香味。很快地,他又尝到水果的味道,一些水果他尝过,更多的水果是他从未品尝过的。接着又尝到栗子、杏仁以及很多菜的味道,一些菜的味道他原先尝过,一些他从未尝过。还有一些他想象不到的游戏,激烈而独特。

接着他感到害怕,怕自己会发疯;然后感到生气、感激、平静;当他知道她已经不在了的时候,他感到失落,这种失落感是如此强烈,以致他觉得心像被刀子劈成了两半。接着出现了各种想法,想法太多了,他的脑子从一种想法转到另一种想法,一些想法是他原先有过的,还有些想法他没来没有想到过。他想到自己的坟墓,觉得应该是在佛罗伦萨,又觉得不在那里,接着他就看到自己的坟墓,看到自己的身体,感到自己的灵魂离开了身体。想法转得太快了,他感到头晕,各种想法在他脑海里旋转,转得太快,以致他都跟不上。接着他感到一片空白,晕倒在地。

似乎只是过了一瞬间,又好像过了很久很久,他见到阿尔图里。阿尔图里重新回到房间,脸上露出谜一般的微笑。

阿尔图里说:“你看这是什么意思。有一个男人告诉你他爱你胜过任何人,你觉得自己很特别,他就像一个天使。但是如果你正好是村子里唯一的一个人,那么你就一点都不特别了,他说那句话也没有什么特殊的意思。”

伽利略不明白。

“还记得光线变成蓝色的时候吗?当你看到蓝色时,你认为光电二极管会发出什么信号?”

伽利略说:它不可能发出蓝色的信号,它只能发出亮光或黑暗的信号。

“完全正确。”阿尔图里说,“那么在这之后,你体验到了什么?”

伽利略回答:要记住的东西太多了。光线忽然变成红色、绿色,还有各种颜色,接着出现各种形状的东西,各种脸孔、景色、地方、声音、想法。我的脑袋开始旋转,现在还发晕。

“你认为光电二极管会做什么?”阿尔图里又问道。

它能做什么?当有足够的光线照到画面时,它就发送“亮光”的信号;当光线不够时,它就发送“黑暗”的信号。当出现的是声音、气味、痛苦的感觉时,它就一直发送“黑暗”的信号。难道不是这样吗?

“当然是这样的。完全正确。”阿尔图里面无表情地说。

这时候,一个男人骑着自行车进来了。这辆自行车很怪,只有一个大轮子。这个人一边骑车,一边往空中抛球、接球,带着漫不经心的微笑。他的名字叫S。

“先生们,不要把时间浪费在各种图像上。”S说,“不要转弯抹角了。你要的东西很简单,你只需要一个方程式——p的对数,一个信息方程式。”

S从自行车上下来,继续一边抛接球,一边说:“这个方程式会告诉你,可能的状态有很多。以光电二极管为例。它处于何种状态的不确定性指什么呢?想想看。它可能有的状态很少:不是开就是关。假设你获得了某个信息。先生们,注意,是信息。假设你知道光电二极管确实是关着的,不管通过什么方式或机制,你得到的信息就是这样的,这就消除了不确定性。现在你知道光电二极管是关着的,不是开着的,非常确定。先生们,这就是信息:降低不确定性。对光电二极管而言,完全的确定性指的是从两种状态中排除一种状态。这个信息量极其少。”

他转过身,球落到身边,接着快速地说:“另一方面,如果可能的状态很多,如你的脑子可能出现的状态,那么处于何种状态的不确定性就很大。假设通过某种机制,可以确定你的脑子处于某种特别的状态,这种状态与无数其他的状态都不一样,那么这就消除了很多不确定性。先生们,这是很多很多比特的信息。注意:我说的是比特。在我的p的对数方程式中,信息是以比特来衡量的。”

S又骑上自行车,咯咯地笑着说:“就是这样的。我还有一个抛接球的方程式。哦,差点忘了告诉你们,信息是一个数字,所以不要问意义,不要管意识。”他调转方向,骑走了。

伽利略想:也许是吧,但是S是什么意思呢?他的方程式又有什么用处呢?忽然伽利略明白了。也许光电二极管与他之间最根本的区别就在于:每次他都有生动的体验,即使是最简单的体验,如一片漆黑,他的脑部不只是区分一种可能性与另一种可能性,不只是区分亮光与黑暗(尽管在实验中,阿尔图里将他设定为这个样子)。不是的,他脑部复杂的机制是将一片漆黑与无数其他情况区分开来,他的脑子可以有无数不同的体验。因为对伽利略来说,黑暗不只是与亮光不同,还与红色、蓝色以及其他颜色不同,与脸孔、地方、声音、气味、味道、情感、想法以及任何几种的混合体不同。

但是对光电二极管来说,黑暗包含的意思要少很多。因为它的机制很简单,它不可能知道黑暗不是一种颜色,不是脸孔、地方、声音、气味、味道、情感、想法。对它来说,黑暗也不是黑暗,只是两者中的一个。它的整个世界只有:这个或不是这个。实际上,伽利略与光电二极管最根本的区别也许就是信息。

因此,伽利略产生一个简单的想法:也许正是因为他的脑子懂得区分无数的可选择项,才使得他具有意识,而光电二极管没有意识,或者只有极少量的意识。意识以数量来弥补重量上的不足。想到这,他想起了桑克托留斯。这个想法并不新奇,以致伽利略奇怪自己之前怎么没想到。?

注解

女子的画像是提香的作品《一个女人的肖像》,现藏于卢浮宫。相框里的照片分别是比萨的圣若望洗礼堂、帕多瓦的圣安东尼大教堂、罗马的梅迪奇别墅、佛罗伦萨圣十字教堂的伽利略坟墓。静止画面来自戈德弗莱·雷吉奥(Godfrey Reggio)导演的影片《失衡生活》。

克劳德·香农(Claude Shannon)?[1]??是一位电子工程师与数学家,也是信息理论之父。香农在他的作品中指出:信息是数字,与意义无关。自从伽利略将观察重心从自然界转移,科学就开始蓬勃发展。同样,当香农将意义从信息中剥离出去,数据通信与存储理论就有了突飞猛进的发展。后来伽利略开始思考,香农的理论只有从观察者“外在”的角度看,才可能是正确的。然而,从系统“内在”的角度看,被系统内部机制的因果力量所整合的信息获得了意义。实际上,信息变成了意义。因此,观察者又返回到大自然中……

香农的p对数方程式如下,其中S代表信息熵。

X可以代表任何一个系统,这个系统可以取m=1……M中的任何一个数值,数值表示的是可能状态。以光电二极管为例,它的状态是1和2。每一种状态有一个概率Pm?(光电二极管状态的概率是1/2),所有概率之和是1。如果每一种状态的概率都一样,方程式就简化为状态总数的对数(也称作玻尔兹曼方程式)。如果某种状态出现的概率比其他状态要大,方程式会考虑到每个结果的概率分布,以减少不确定性。在香农信息熵基础上成立的方程式,如互信息、相对熵、两个概率分布距离,可以用来测量信息。香农发明了电机鼠忒修斯(由继电器电路控制),这是第一个能够运用经验在迷宫中找到目标物的机器。香农与电机鼠的照片由阿尔卡特–朗讯公司提供。

香农除了从事信息理论与通信方面的工作外,还为抛接球游戏创造了一个公式。他还制造了单轮脚踏车,并喜欢骑着脚踏车经过贝尔实验室的大堂。单轮脚踏车的照片来自国会图书馆。“最美丽的机器”也是根据香农的想法设计的:按一下“开”按钮,盒盖就会打开,从盒子里伸出一只手将机器关闭,然后盒盖会关上。这台机器的图片来自汉斯·马丁·瓦格纳(Hanns-Martin Wagner)的《滚动球雕塑与运动的物体》。

[1]?克劳德·香农(1916—2001),美国数学家、电子工程师、密码学家、信息理论的创始人。——译者注

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