Неожиданное "родство"

Новая наука

Об этом ученые давно смутно догадывались, но все равно многие из них были удивлены, когда прочли книгу Норберта Винера. О чем же эта книга и кто ее автор?

Маленького Норберта считали "вундеркиндом", ребенком с исключительными способностями. К семи годам он прочел книги знаменитых ученых. В тринадцать - уже занимался в университете. В восемнадцать - получил ученую степень доктора философии. Свободно говорил на тринадцати языках.

Винер стал известным американским математиком. Среди ученых у него было немало друзей. Собираясь вместе, они часто говорили о том странном положении, которое сложилось в науке. Когда-то ученый, например, такой, как Ломоносов, мог быть одновременно и физиком, и химиком, и астрономом, и филологом - знатоком языка, да еще поэтом и художником.

Времена эти давно прошли и не потому, что перевелись талантливые люди.

Колоссально разрослась наука. Нынешний ученый уже не может назвать себя просто физиком, а непременно должен добавить, что конкретно в физике он изучает. Ученые разных специальностей перестали понимать друг друга.

Грянула вторая мировая война. Винер занялся совершенствованием управления зенитным огнем. Управлять зенитками, стреляющими по скоростным самолетам, невозможно без автоматических устройств. И тут ученый подметил одно важное обстоятельство: управляет ли орудием человек или автомат, делают они это очень похоже. В сущности, оба стремятся к одному: уменьшить разницу между тем, как снаряд летит к цели, и тем, как он должен лететь, уменьшить отклонение снаряда от вражеского самолета.

Новая наука

Раздумывая над своими наблюдениями, Винер все тверже убеждался в том, что законы управления вообще везде одинаковы, всеобщи. Не важно кто или что, кем или чем управляет, автомат ли рулем корабля или мозг нашими руками и ногами. И когда Винер понял это, он написал свою знаменитую книгу "Кибернетика или управление и связь в животном и машине". Она вышла в 1948 году. Кибернетикой Винер назвал науку о всеобщих законах управления.

Вокруг новорожденной разгорелись жаркие споры. Мысль о "родстве" человека и машины некоторым показалась крайне обидной. Кое-кто поспешил даже назвать кибернетику ложной наукой. Конечно это не могло остановить развитие кибернетики. А шло оно чрезвычайно стремительно. Кибернетика начала объединять далекие, казалось раньше, науки, искусство с наукой. На общие темы вдруг заговорили инженер и врач, композитор и специалист по вычислительным машинам, биолог и математик.

Споры до сих пор не утихли. Многие вопросы стоят открытыми. Каких пределов достигнут кибернетические машины? Будут ли они способны к творческой работе? Можно ли создать искусственный мозг? В науке без споров обойтись нельзя. Особенно в такой сложной и обширной, как кибернетика.

Что такое информация

Мы постоянно узнаем что-то новое. От других людей. Из книг, газет, журналов. Из телевизионных передач и кинофильмов. Все эти разнообразные сведения, что постоянно текут к нам, ученые назвали одним словом "информация".

Свойства информации необычны. Если у вас есть яблоко и вы его съедите, яблока, естественно, не станет.

Информация ведет себя иначе. В книге после того, как ее прочтут пусть даже сто человек, информации нисколько не уменьшится. Разве не интересное свойство? Или так. Если к одной коробке конфет прибавить еще одну, то конфет станет вдвое больше. А в двух, трех и даже десяти одинаковых книгах содержится ровно столько же информации, сколько в одной-единственной.

Ученые искали способ измерять количество информации. Как это сделать?

Ни весы, ни линейка тут не помогут.

Выход все же нашли.

В жизни часто приходится обращаться с вопросами, на которые можно ответить либо "да", либо "нет". Вот и решили считать, что ответ на такие простые вопросы содержит одну единицу информации. Назвали ее английским словом "бит". Значит, когда вы спрашиваете своего товарища: "У тебя есть эта книга?" - и слышите в ответ: "да" (или "нет"), вы получаете один бит информации.

Теперь научились определять количество информации в ответе на самый сложный вопрос, сколько ее в любой книге, в кинофильме и даже в музыкальном произведении.

Получение информации

Путь информации нередко сложный и запутанный. Каких только превращений она при этом не испытывает! Каждое утро я делаю зарядку. Я включаю приемник и слышу: "Доброе утро. Приготовьтесь к ходьбе на месте. Шагом марш!" И я шагаю. Потом поднимаю руки вверх, потягиваюсь. Потом делаю наклоны, приседания, прыжки. Команды диктора несут ко мне информацию.

А какой путь она прошла?

Информация

Сначала голос диктора достиг микрофона и превратился там в электрические сигналы. Затем эти сигналы переходят в радиоволны и уносятся за тысячи километров. Тут они попадают в мой приемник и снова превращаются в звук.

Долгий путь!

Мозг не сможет управлять нашим телом, не получая никакой информации. Точно так же и автомат не сумеет управлять машиной, не "зная" ничего о ее состоянии.

Чтобы управлять, учит кибернетика, нужна информация. Любое живое существо, любой автомат без информации одинаково беспомощны. Невозможно создавать сложные автоматы, не изучая свойства информации, способы ее передачи. Информация в кибернетике имеет наиважнейшее значение.

Замечательный круг

"Что происходит, - размышлял Винер, - когда мы берем со стола карандаш? Мы и понятия не имеем, какие мускулы руки при этом работают. Важно, чтобы мы видели карандаш, двигали руку к нему, а не куда-нибудь в сторону. Мозг направляет руку и в то же время при помощи глаз узнает, правильно ли движется рука. Мозг действует на руку, а рука на мозг. Получается замкнутый круг: мозг - рука - глаза - мозг. Если закрыть глаза, то взять карандаш будет гораздо труднее. Это потому, что круг разомкнулся. Глаза не сообщают мозгу, где рука находится".

Винер сравнил это с тем, как управлял паровой машиной регулятор Уатта. Автомат действовал на машину, а машина на автомат. И тут замкнутый круг.

Для инженеров этот круг не был секретом. Воздействие машины на регулятор они называли обратной связью. Но, говорят, открыл обратную связь не инженер, а мальчик Гемфри Поттер. Обыкновенный мальчишка лет пятнадцати. Произошло это еще в позапрошлом веке в Англии. Гемфри работал на угольной шахте. Он стоял у паровой машины и беспрерывно то открывал, то закрывал кран, пускал в машину то пар, то воду. Скучная работа, ничего не скажешь.

У Гемфри появилась великолепная идея: соединить краны машины с ее движущимися частями. Он так и сделал, связал их веревочками. И машина сама стала открывать и закрывать краны. Краны действовали на машину, а машина - на краны.

Управление без обратной связи невозможно. Однако раньше думали, что это касается только машин, техники.

Винер первым сделал вывод: обратная связь и для всего живого тоже имеет огромное значение.

Удивительное родство

Бывает, что в машинах обратная связь действует плохо. Машину начинает лихорадить, она может вообще остановиться, сломаться. У человека это оборачивается тяжелой болезнью.

В кабинет врача входит больной. Он идет странной, нетвердой походкой и все время глядит себе под ноги. Каждый шаг он начинает резким движением ноги. Если ему завязать глаза, он не только идти, но даже стоять не сможет, падает. Что с ним? Человек этот болен нервной болезнью. Он не чувствует в каком положении находятся его ноги. Нарушилась обратная связь ног с мозгом, и только зрение немного выручает.

Известно, что у маленьких детей движения неуверенные, неточные. Игрушку и то схватить им трудно. Пытаются есть ложкой - не могут. У них не отрегулированы еще обратные связи. Человек, управляя автомобилем, все время следит за дорогой. Зрение водителя - обратная связь. Командир дает приказ подчиненному. "Повторите", - говорит он. Ответ подчиненного - обратная связь для командира. По ответу он судит, правильно ли понят его приказ.

Или возьмем школу.

Ответы ученика на вопросы учителя - тоже обратная связь. И очень важная! Только с ее помощью учитель может управлять знаниями своих учеников.

Даже в дикой природе действует замечательный круг, многое взаимосвязано. В африканской стране Танзании есть потухший вулкан Нгоронгоро. Его кратер - гигантская чаша, в которой мог бы разместиться такой город, как Лондон. Склоны чаши заросли буйным тропическим лесом. Обезьяны и яркие птицы мелькают среди ветвей деревьев-великанов. На дне кратера пасутся тысячи зебр и антилоп. Животным тут раздолье. Но количество их всегда постоянно. Больше станет животных - меньше пищи придется на каждого. От этого число животных быстро сократится. На страже обратная связь!