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理论信息学:概念、原理与方法(Ⅰ/Ⅵ)
本文的宗旨是构造理论信息学的基本框架,包括说明理论信息学问题的意义和性质,讨论它在世界观、方法论上的理论基础,提出它的主要概念、原理和方法,论述它的信息哲学基础,介绍它的若干理论和实际应用等.信息科学是一个庞大的学科群,可以分为二个基本的层次,应用信息学和理论信息学(即领域信息学和一般信息学).早发展起来的信息学科是香农关于通讯的数学理论.随后,是图书馆信息学,计算机信息学.计算机在几乎所有学科中的广泛应用推动产生了一大批领域信息学.相形之下,作为众多领域信息学的公共基础,理论信息学的研究成果较少、进展缓慢.时代呼唤理论信息学,自然科学和人文社会科学的发展需要它,社会意识形态转型和新的宇宙观的确立需要它.本文的主要研究方法是两种特殊的综合方法.一是展开自然、人文、社会科学"跨学科"的综合,二是同时进行信息应用、信息理论和信息哲学"跨层次"的综合.在综合中,力求做到宇宙信息进化纵向上历史阶段的大跨度,以及各个信息领域发展横向上学科间的大跨度.自1987年以来,笔者逐步地从计算机医学应用、医药信息学、生命信息学的研究,进入到关于理论信息学和信息哲学的研究.从2002年以后,学科的跨越延伸到进化物理学和人类文化学,层次的跨越延伸到信息现象学和生命信息伦理学.要表达和论述理论信息学,如果按照物理学的惯例,必须在反复实验的基础上,通过量化,实现数学公式描述和准确预言.但是,信息是信号和符号的含义.它作为一种逻辑的存在是非物质的,具有不可直接观察的非空间特性.我们所能量化的只是信息的载体.所以,本文首先讨论理论信息学的目标和应答域,指出它是一个反常的科学问题,与现有物理学的知识背景、科学方法论和哲学本体论是不相容的.本文揭示了物理科学范式和数量化方法的局限性,指出在生命信息的进化中,物质能的作用越来越弱,而信息能的作用越来越强.据此,提出了关于科学结构的层次论,说明当代科学的发展需要新的信息科学范式,即分别由香农、维纳、图灵、冯.诺依曼提出的关于通讯、控制和计算的模型.它们既是认识信息现象的基本理论,又是设计信息过程的科学方法.如果把计算机等信息过程看成是人类大脑进化的产物,那么可以发现一条生命信息进化的链条.它的起点是物理信息,然后是化学信息、生物信息,后是人类文化信息.它显示出生命信息的进化:从无到有,从少到多,从简单到复杂,从低级到高级.在信息系统与物质系统的接口处,可以看到信息存在、运动和进化的二重性.依据生物遗传信息的进化和人类科技文化爆炸式增长的事实,比照热力学的三个基本定律,可以综合得出信息学三定律:信息不守恒、信息能与时俱增、信息增长没有上限.其中,第二定律是理论信息学的核心.如果说,维纳对事物一分为二,把信息从物质那里分离开来,指出信息不是物质,我们则对能量一分为二,把信息能从物质能那里分离开来,指出在本质上推动信息运动的力不是物理学的力,而是信息学的力.生物信息能乃至人类文化能,本质上是逻辑的能,但在一定意义上也是物理能.物理能就是初级的信息能,信息能是高级的物理能.信息能和物理能可以统一起来.于是,"能量进化论"呼之即出.进化着的能量就是减少的"信息负熵",是系统结构和功能复杂性增长的动力.信息负熵趋于极小,就是进化的动力趋于极大.文化信息能是宇宙间能量的高级形式.热力学第二定律预言一个热寂的宇宙,信息学第二定律预言一个信息化、数字化的宇宙.后,笔者回顾信息哲学研究的情况,说明理论信息学的若干实际应用,指出相关研究工作的意义.能量统一了,运动机理统一了,科学也就统一了,关于信息进化的逻辑链条可以是未来大统一科学的一个基本思路.
