什么是信息

第一章 什么是信息？——研究框架

第一节 本书背景：三个前期研究工程

本书由三个前期研究工程衍生而来，过去的几年里，我都致力于这三个工程。“什么是信息”这个问题是在我与斯图尔特·考夫曼（Stuart Kauffman）和罗伯特·埃斯特（Robert Este）的交谈中产生的，加拿大系统生物学会成立大会在渥太华落幕时，我们三人聚在一起交换意见。斯图尔特启动谈话，他问：“什么是系统生物学？”我用一个问题回应：“那不是有关生物系统的信息吗？”他回应说：“但究竟什么是生物系统的信息呢？”我们的讨论生动活跃，不到一小时就结束，我们断定，我们并不真懂生物系统里信息的性质究竟是什么。我们尝试把生物信息和克劳德·香农（Claude Shannon）的信息联系起来。结果很快就显而易见：香农的信息并不能妥帖地描绘生物信息。那一场交谈引出了本书根基的三大工程之一，成果是一篇合著的论文《组织繁衍初探》（Propagating Organization: An Enquiry.Kauffman，Logan，Este，Hobill，Goebel，Shmulevich 2007）。下文将用POE指代这篇论文。我们在这篇文章里指出，生物信息或教学信息与香农所谓的信息截然不同；与前者相关的约束机制允许生物有机体把自由能转化为功，是生物有机体能运行的基础代谢，能繁衍自身的组织。这篇文章的研究成果在本书第二章予以介绍。这次合作研究的教益使我们注意到这样一个事实：我们几个人都不清楚信息的性质。我们希望，这个研究工程会促使其他人重新检视信息的性质。

应该指出，组织繁衍的概念是考夫曼（2000）在《调查》（Investigations）一书里率先提出的，这个概念在他的调查中发挥重要的作用。实际上，通过概括考夫曼组织繁衍的概念和语言、文化、科学、技术以及经济的关系，我开始意识到，除了香农所谓的信息和生物信息外，还有许多种不同形式的信息。

固然，“什么是信息”这个问题是在我与考夫曼和埃斯特的交谈中产生的，但我们还需要指出，简明的书名“什么是信息”还深受埃尔温·薛定谔《什么是生命》（What Is Life Irwin Schrdinger 1944）的影响，那本书名噪一时、影响很大。

促使我思考信息性质的第二个工程是我多年不断分享的媒介环境学和语言学研究，这方面的工作始于我和麦克卢汉（McLuhan andLogan 1977）的合作，包括字母表对西方文明发展的影响研究，见《字母表效应》（The Alphabet Effect. Logan 2004a）。此外，我还尝试理解人类传播和语言的起源，见《心灵的延伸》（The ExtendedMind. Logan 2007）。我还研究人类传播和语言的演化，从口语、文字、数学到科学、计算技术和互联网的演化，见《第六语言》（TheSixth Language. Logan 2004b）。这方面的研究结果将在第三章和第四章介绍。努力理解人类心灵的动力是：信息的初始意义和心灵的赋形有关系。此外，信息的形成、传递和接受也要凭借心灵的运行机制。因此，我们将考察人类心灵的性质及其与语言和文化的关系，显示语言文化起源的心灵延伸模型（Extended Mind Model）就是这方面的努力（Logan 2007）。第二个工程与“什么是信息”相关的重要成果之一是，我们显示，口语、文化、技术和经济都可以被视为生物有机体，因为它们有演化过程，有自主机制，是突现现象的表征。

与理解信息性质相关的第三个工程源于我对约翰·舒曼（JohnSchumann 2003a；2003b）符号域概念的评读，以及我们两人合作的论文《符号域，概念化，语言和新二元论》（The Symbolosphere,Conceptualization, Language and Neo-dualism. Logan，Schumann2005）。第五章讲述这方面的工作。我们把这个概念和心灵的延伸模型（Logan 2006a，2007）的思想结合起来，提出一个表征现实的新二元论（neo-dualistic representation of reality）。第六章对新二元论作了介绍。此二元论说的是，现实含两种基本元素：（1）物质元素及其外延涵盖的物质域（physiosphere），相当于笛卡尔的“广延之物”（res extensa）；（2）语言文化思想之类的符号元素，它们没有外延，构成舒曼界定的符号域（symbolosphere），这里的符号域相当于笛卡尔的“思维之物”（res cogitans），对上帝、灵魂和精神之类的观念不置可否。我们称自己的二元论为新二元论，区别于笛卡尔的二元论，其原因就在这里；笛卡尔的二元论，含有一些不便于科学发现的概念。但显而易见的是，既有一个在空间中延展的由物体构成的世界，又有一个思想的世界，而思想的世界既没有物质性，也没有广延性。有鉴于此，我们还是启用了二元论一词。第六章还重温了我的文章（Logan 2006b），这篇文章拓展了新二元论的概念，明确纳入媒介、科学、音乐和美术。

以上三个工程的温习遍布全书。我将其作为研究信息的背景，并纳入本书，那是为了方便不熟悉我旧作的读者。想要详细理解它们的读者应该读这些旧作，我都做了详细的参注。本书的新材料基于我过去五年里的探索和著述，它们都以这样那样的方式与信息这个概念或观念有关系；我觉得这个观念很令人困惑。在过去的五年里，令我兴味盎然的基本问题都是这样表述：“什么是X”其中的“X”是信息、语言、文化、图书、心灵、利他主义、科学和生命。希望在这些问题上给读者一些启示，希望有助于他们理解语言学、传播学、计算机科学、知识管理、物理学、生物学、控制论等诸多领域使用的“信息”一词的性质。我不敢自诩是某一领域的专家，唯一的例外是物理学，因为我有物理学博士头衔。然而，由于我是“精明的游人”、真正的跨学科学者，我希望在上述领域给人以启示。

第二节 本书是什么，又不是什么

甫一落笔，我就想要读者知道，本书的目的是激发他们深入思考一个问题：我们在若干不同领域使用“信息”一词时，究竟想要表达什么意思。我不敢说在鄙人笔头涉及的一切领域都有高深的造诣，因此我不会声称，我详细检查了信息在这些领域发挥的作用。我相信，读者将会更深入地了解信息的性质，他们使用这个词、思考信息时，会更精准地把握其意义。如果系统生物学的领军人物和先驱（Kauffman等人 2007）斯图尔特经过我们的研究能深入一步了解他那个领域里信息的意思，那么，生物学之外的其他专家也完全能够更深入、更好地了解他们各自领域里信息的意思。这些专家正是本书的目标受众，不过我相信，一般读者也会对这种研究感兴趣，因为信息和信息技术在他们生活中越来越重要了。

除了更深入了解信息外，本书的研究还有一个动机：我们意识到信息概念在组织繁衍里有强大的力量，可以应用于生物学之外的若干领域。我考察的领域包括总体的文化及其具体的细部，含文学、治理、经济、科学、技术、出版和创意艺术。我和考夫曼等人合著的论文POE涉猎广泛，我应用其洞见时不可能穷尽各领域文献对信息的检讨。我征引的各领域的文献限于我最熟悉的文献，是我在过去的著述中研究过的文献（参见书末文献里我的论文和著作）。我赖以支持自己假设的学者都是他们各自领域主流的学者，都很受人尊敬。

本书研究的第三个动机是跨越疆界，创造人文社科与自然科学的对话，把信息作为连接两者的桥梁。

本书是十二年研究的产物，在此期间，我有时独自研究，有时与他人合作。如上文所述，它生成于几个研究项目。从心灵延伸模型的研究中浮现出这样一个观念：语言、文化及文化单位，比如语言、技术、科学、治理和经济都可以被视为生物有机体，都在演化之中，都有自主机制。随后，我把这个理念与考夫曼等人阐述的组织繁衍概念（2007）结合起来；于是文化及其单位都被视为繁衍各自组织的生物有机体。在第七章里，我将进一步延伸这一概念，确认这些文化组织、专性寄生物（obligate symbionts）或有益寄生体（beneficialparasite）的运行方式，它们有自主机制、向信息开放、形成共生关系。最后，我调动我和舒曼合作提出的新二元论（Logan，Schumann2005），专攻信息的物质性和非物质性问题。

本书目标宏大，我不敢说均已达标，甚至不敢说达到了初步的界定性目标。但我敢说，我在既定的方向上起步向前了。我诚邀读者判断这本书是否有用。我还恳请读者提出宝贵的意见，包括支持的和批评的意见。我乐意收到读者的电子邮件（邮箱logan@physics.utoronto.ca）。

第三节 本书布局

上文描绘了引向本书的三大工程，又适当提醒读者注意本书是什么，又不是什么。现在我们转而描述本书的其余章节。第二章至第七章展开本书的主题：描绘信息的性质，信息与人类符号文化元素的关系，这些元素如何像生物有机体一样运行。第八章至第十章以具体的事例讲解科学、书籍和创意艺术三个专题。虽然这三章并不是前面各章总体叙事的一部分，但它们却丰富了信息的概念。

第二章介绍与理解信息性质相关的几个问题。开篇是“信息”一词的语源分析，以《牛津英语词典》（Oxford English Dictionary，简称OED）词条为基础介绍该词使用的历史。接着追溯信息概念的历史，包括香农（1948）提出的信息论，诺伯特·维纳（Nobert Weiner1948，1950）提出的控制论，以及香农信息论的局限和对他信息论的批评。我们还探索信息与热力学和熵的关系，就像先前的许多物理学家一样，我们认为：信息和熵是对立概念，而不是香农暗示的平行概念。

然后，我们转向信息在生物学里的使用情况，大篇幅评述我和考夫曼等人的文章POE。我们那篇文章指明，香农的信息一说没有描绘生物信息。我们还指明，信息不是变量，但依存于参考框架或使用语境。为了说明后面这个观点，我们考察了信息与物质性的关系，又检视信息在生物系统和符号信息系统里的意义。随后我们指出，在生物系统里，在人类文化的各个方面，包括语言、技术、科学、经济和治理等方面，都存在信息和组织的链环。在第二章结尾，我们讨论这样一个问题：生物有机体比如人，是信息抑或是肉体？我们还讨论信息和肉体的关系。

第三章考察人类语言的起源和演化，以及传播与信息的关系，重温我的三个研究工程即三本书，它们是《字母表效应》《第六语言》《心灵的延伸》。

《字母表效应》假设，拼音字母表、成文法典、一神教、抽象科学、演绎逻辑滥觞于底格里斯河与爱琴海之间的狭长地带，兴起于公元前2000年至前500年之间，在互贸互动的民族间产生。提出这个假设的目的是要解释：虽然很多技术起源于古代中国，但为什么抽象科学却始于西方。

《第六语言》设想，语言既是传播媒介又是交流工具，口语、文字、数学、科学、计算技术和互联网构成一条语言演化链。

《心灵的延伸》认为，从基于感知的心理过程到基于概念的思维过程分叉时，语言随即发生，那是为了应对因工具制造、火的掌握而产生的人类生活的复杂性，是大型社群生活的需要，是为了利用灶台、大型狩猎的和采集的生活，是为了利用非言语的模仿性交流；为了协调以上诸种活动，语言的需求自然产生。这本书还检视莫滕·克里斯琴森（Morten Christiansen 1994）和特伦斯·迪肯（TerrenceDeacon 1997）的假设：语言可以被视为生物有机体、专性寄生物，处在演化中，所以很易于儿童学习。这个假设使我们不必援引诺姆·乔姆斯基^[1]（Noam Chomsky）的理论：语言习得机制和普遍语法嵌入了人脑，这可以解释儿童为何可自动学会语言。

第四章考察文化、组织和信息的关系，利用《心灵的延伸》的论述（第2—4章）。克里斯琴森把语言视为有机体的论点可以被延伸为对文化的论述。我们设想，作为有机体的文化的演化容易学习，因此，鉴于人类认知结构的普遍性，唐纳德·布朗（Donald Brown1991）记述的人类文化的共同现象就不该令人吃惊。

第五章把POE的研究结果与第三章和第四章论述的一个观点结合起来，这个观点是：语言、文化、技术、经济与治理和科学可以被视为有机体，它们演化，繁衍组织，呈现突现现象。我们还证明，这一切人类信息系统也像有机体那样运行，表现为考夫曼在《调查》（2000）一书里确认的三种类似有机体的特性：

（1）它们常恒不断地探索邻接的可能性；

（2）它们使自己的种类最大化，从而遵循考夫曼假定的热力学第四定律；

（3）它们是自建构系统。

第六章考察突显论和二元论观念在信息和组织繁衍语境下的交叉；在生物域里，信息和组织繁衍有物质实例展示；在符号域里，信息和组织繁衍没有物质实例展示。我们证明，菲利普·克莱顿（PhilipClayton 2004）在《心灵与突显：从量子到意识》（Mind andEmergence: From Quantum to Consciousness）里展示的突显论和二元论的冲突，可以用洛根—舒曼的新二元论（2005）来消解。上文已对我们这个观点作了介绍。

第七章描绘四个场域里直接影响人类境遇的信息内容，这个四个场域是生物域、符号域、技术域和经济域。然后，我们对四个场域的构造成分，即生物有机体、语言和文化、技术、经济与治理组织进行比较，看看它们在以下诸方面不同的运行方式：

（1）包含信息；

（2）突显与演化；

（3）形成自主机制；

（4）向能量和信息开放；

（5）在自己的领域里达成共生关系，同时与其他领域里的构造成分达成共生关系。

第八章考察信息、知识、科学和逻辑的关系。我们描绘科学的局限，描绘“我们将证明X正确”这句话在使用上的细腻微妙。基于波普尔的科学命题可证伪的标准，我们推出一种语言分析和一种形式化数学证法，名曰不可证定理（Non-probativity Theorem），目的是要证明：科学不可能证明任何命题的正确性，只能提出各种假设，需要不断为新的观察领域提供经验证明。命题正确性的证据只寓于数学和逻辑，不寓于科学。我们展示一些历史案例，说明科学如何不得不修正曾经被视为绝对不可动摇的理论和方法论；一个例子是，线性动力学如今被视为异常，非线性动力学反而被视为规范。我们证明复杂性和可预测性有互补关系，就像在海森伯（Heisenberg）的不确定性原理里，粒子的位置与动量有互补关系一样。此外，复杂性和可预测性的互补关系类似于哥德尔^[2]定理（Gdel’s Theorem）语境下的完整性和逻辑一致性的互补关系。

第九章审视数字信息语境下书籍的未来。我们断定，尽管有书籍过时的种种预测，但其未来前景看起来是光明的。我们描写书籍演化的未来，描绘智能书系统。在这样的系统里，传统书和带射频识别智能标签（RFID smart tag）的电子书融合为一，成为一个可以阅读、可以搜索、可以联网的智能系统。

第十章研究信息和传播的非语言形式的起源和性质，这样的非语言形式是艺术表达的固有特色；我们通过音乐、舞蹈、绘画、雕塑和摄影来予以考察。我们还考虑语言表达和艺术表达的关系。我们相信，这一关系是由次生感知（secondary perception）产生的。所谓次生感知是受口语和概念符号思维影响的感知。我们指出，概念化的信息处理性能造成了艺术表达的不同形式。