个人认知 | 信息的本质与信息发展历程
生活中，信息时代的今天，处处都有信息，人来人往，商店招牌，路牌车站，电视广告，墙上画报，手里的手机设备，办公室里的电脑，互联网里的电影歌曲，书架上的书籍，就连我们身体内的DNA都无处不储存着信息。
它们正在表达着一切，我们像似游荡在信息的海洋里，甚至从宏观角度看，宇宙是一部超级计算机，每个角落都承载信息，信息无处不在。
信息是怎么来的呢？信息是什么呢？信息的本质是什么呢？
信息符号化
信息在远古时代，除了生物的DNA进化作用与人类头脑里打猎信息，人类开始把信息保存在石壁上的符号，让子子孙孙可以从符号上学习如何狩猎，不断地积累与改进。从此，信息可以保存在人脑以外，第一次的飞越，意味着信息可以跨越巨大的时空，五千万年前的思想如今也可以与你对话！
你的思想、言论、人类的希望、文学、祈祷等等人类灵魂一切形式的流露，通过语言转化成符号，都能被一直保存在石头上。直至4000年来，书写几乎是人们唯一的记录信息的技术。
信息转化成符号，符号表达为信息，无论多么奇怪与复杂的思想都可以表示成符号！
那，信息符号化，它会怎样变化呢？
符号简单化
1804年，雅卡尔发明了提花机，源于巴黎里昂经济非常发达，贵族的出现与贸易的发展，人们产生了对美的需求。
雅卡尔提花机织出的丝绸锦缎图案绚丽，精美绝伦，当时被人们视为珍品。这是人类有史以来，发明最复杂的机械装置，使用编程数据器来实现设计师所想的图案，秘密在于穿孔卡，穿孔卡片上储存着要编织的信息，穿孔抬线之间就打印在丝绸最精美的图案，而且还原度非常高，甚至可以打印人物与风景的画面。
穿孔卡，简单的符号信息：孔与无孔，能留存非常复杂的事物的本质。
什么样的新型复杂信息，能被捕获再现？
确实！只要你拥有足够多的这些简单符号：孔与无孔，就可以描述整个宇宙中的所有事物。信息的世界，从此展开了非常大的力量！
信息的传送方式
当时，信息的传送方式，数千年来并无改变，并且改变非常局限！
你传递信息就像是传递物品，要写一封书信或类似的东西赠给某人，就得依赖送信者的奔跑速度，或骑马、航行、放鸽子的速度。最重点是你发送信息的速度，等同于发送物品的速度。
19世纪，信息的传递速度，开始有了质的飞越！一种神奇的新载体：电流！
只要随着铺设好的线路，它能够到达任何地方，最重要的是其速度非常快！
当时发明了许多机器，塞梅林发明的泡泡字母电讯机为代表，电流传送信息的难题，都无法突破代码过于复杂的难关！
19世纪40年代，塞缪尔·莫尔斯(SamuelFinley Breese Morse)发明了莫尔斯电码。
非常简单的代码，传递信息，通过收集长与短的电流脉冲信号，他们可以拼写出英文字母，快速地发送信息。原理是雅卡尔穿孔卡符号与莫尔斯电码在于非常简洁，两者结合起来，变成了电报。
想像一下，在座无虚席的国会大厦里，莫尔斯用激动得有些颤抖的双手，操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机，这是何等心情！
电报又一次的显示了信息能从一种形式转换成另一形式的力量。
感谢莫尔斯，信息能留驻在电流中，清晰、快速的传递，完全超乎想象。
短短几年，全球布满了电报线路，奠定了现代信息时代的基础。
信息，不仅仅只限于人类的交流，它还有着更深远的内涵！
信息真正的本质是什么？
问题似乎与信息完全无关的问题，但它确实揭开了信息的本质！
信息的真正本质
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell），19世纪伟大的思想家之一。
麦克斯韦迷上了热力学研究热力学热，事实上就是分子的运动，热物体内部的分子运动的更快！
麦克斯韦提出了“麦克斯韦妖”设想：
一个绝热容器被分成相等的左右两格，中间是由一种机制控制的一扇活板门，容器中的空气分子做无规则热运动时会撞击门，门则可以选择性地将速度较快的分子(温度较高)放入其中一格，将速度较慢的分子(温度较低)放入另一格，这样，两格的温度就会一高一低。
随着时间的推移，所有快速运动热分子，都聚集在左侧，冷分子在右侧。关键是，这（麦克斯韦妖）精灵进行分类的唯一理由是：分子运动的信息。
麦克斯韦妖似乎在说：分子所具有的信息，能够从无序中创造出有序。
这个设想与19世纪的热力学思想完全对立。
不懂的话，我翻译一下：类似说精灵知道杯子形状与空间分布，精灵可以用PS或画笔描出一模一样的杯子出来，不需要任何实物，也不需要能量！
热力学非常清晰的显示，随着时间的推移，无序度也就是熵总是在增加，诸物注定会分崩离析。
但是麦克斯韦妖似乎暗示你能够将事物回归原来的有序状态。且无需使用任何能量，仅仅使用信息，你就可以创造出有序。（PS：类似人死了，但是还有照片、录像。电影明星逝世，电影播放复原正在说话的内容信息（有序状态），不需要能量恢复原来的明星人体，可以看到之前的信息影像。TMD脑洞好大。）
当时认为，这是恶魔般的难以解决的问题！
麦克斯韦妖说明了，信息的世界，想象一个可能性如果我们能够在现实世界中造出一个机器，模仿麦克斯韦妖所做的工作：我能在里面用它来热一杯咖啡，或驱动一台汽车，或照亮一座城市而这一切需要的仅仅是信息，不需要其它任何物质。同样道理，我们可以在宇宙中创造有序，而无需要能量。（这是现在的3D游戏，1871年当时在没有电脑的年代已构思出来了，现在证明信息创造与删除也是需要能量。）
当时，科学家们凭直觉判断这是错误的。
但这个问题自提出后经过了100多年才得以解答。
一个人为虚构的仅仅依靠信息，就能够完成不可思议复杂任务的装置，真的被制造出来了，这种机器就是我们现在所称的电脑。
既然提到了电脑，电脑是指令集的处理机器，可以捕获与描述自然世界的本质！
计算机的想法
计算机科学之父，艾伦·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing）。
24岁，发表了一篇论文《论可计算数在判定问题中的应用》。
因为税务局、银行都请了大量的女性计算工作，工业与社会的发展产生了太多的数据，当时唯一解决方案：人力计算机。
图灵当时在想解计算题时：人脑中发生了什么？
计算，必须得精确的遵循一组规则，这就是全部。
这个思想告诉我们：一个机械流程，不需要思考的过程，因此可以用各种高级函数来替代人力计算。
图灵天才的预见到任何计算都得具有两个要素：数据和用以处理数据的指令。
输入计算机数据，就会出现结果。
输入新数据，就会出新结果，这种思想被称作通用图灵机(UTM, Universal
Turing Machine)，简称UTM。
要想让你的计算机做的更多，你就得输入更多的指令。
更大的存储器可以容纳复杂、多层指令来处理任何你所想象到的信息。
拥有巨大的储存器，计算机几乎能够执行无限的任务。
图灵的思想：给计算机一个长序列指令，就能让它完成众多不同的任务。
这是他最伟大的遗产。
自他论文诞生的那一刻起，图灵的梦想已经实现：计算、摄像、听音乐、电话无需制造功能相应的各种机器，都可以整合到一个设备上，使用简单的指令，整合到一台计算机，一台手机里！
图灵思想的惊人之处在于其不可思议的范围，10101001指令集可以输入给一台电脑，告诉它该如何模拟电话或打字机，但它可以描述大自然的规律、物理定律、大自然的各个进程、甚至整个宇宙大尺度模拟都可以描绘出来！
它揭示了图灵思想的真正威力。
指令转换成机器能理解的符号，为你做的不仅仅是重建图片或声音，而是一个正在变化与发展着的系统与进程。
通过操作简单的符号，计算机有能力捕获到自然世界的本质，即：自然世界其自身的秩序。
信息的力量，这还不够！！！
香农的信息论
现代信息时代还需要另外一个思想，一个最终能定论信息性质，能解释宇宙中有序与无序的关系的思想。
一位富有天赋的数学家兼工程师克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Elwood
Shannon）。
就职于贝尔实验实，贝尔电话公司当时遇到了技术难题。
每天他们在世界各地传送着数量巨大的电讯，但他们没有一个真正的方法来正确的计算信息量，或者说如何量化这些信息。
简而言之，他们公司的整个商业模式是建立在未能真正了解产品本质的基础之上。
但他们的明星员工香农，给他们解决这个难题。
1948年香农发表的两篇论文，让含糊而神秘的信息可以被精确的量化管理！
他并未使用什么巧妙的措辞，哲学的含义，他事实上找到了一个计算信息数量的方法。
香农领悟到一个消息中的信息数量，与其内容的含义无关，相反，他表明其仅与已有信息的不重复程度有关联。
信息与不可预测有着关联！
新闻之所以是新闻在于其出乎意外，越是意外越是有新闻价值。
所以，今天的新闻如果和昨天的一样，也就是没有新闻，信息的内容也就是零。
因此你突然间在不可预测与信息之间建立起了一个联系。
更进一步，还给出了信息的计量单位！
他是怎么做到的呢？
他表明任何你要发送的消息，可以被转换成数字二进制，一个由0和1组成的长序列。
香农意识到将信息转换成二进制数字，是一个非常强大的行为。他使得信息，便于管理、精确与可控。论文中，香农展示了一个二进制数字，每一个0或1是信息的基本单元，你可以把它想象成信息中的原子，信息的最小单位。
并给这个基本单位作了定义，一个我们今天都很熟悉的名字。英文“二进制数字”的简写：比特（bit）！不起眼的比特竟然是一个非常强大的思想。
比特是最小的信息量，非常重要，因为它是个基本单位量。
它是信息的最小单元，足以辨别通讯中的所有信息。
比特的力量在于其普适性，任何体系都有着两面性（两态）。
如同一个硬币的正面与反面，可以携带一个比特的信息。
1或0，打孔或不打孔，开或关，停或走，正或反，有或无等等！
所有这些体系都能存储1bit的信息。
比特成为了所有信息的通用语言。
任何东西，声音，图片，文本都可以转化成二进制状态的比特并发送。
香农找到了一个全新的深远的理论，他所探索的思想成为一门新理论的基础。我们称作“信息论”。
他将一个抽象的概念：信息，转变成了形象的事物。曾经是一个模糊的概念，现在成为了可衡量的，真实的东西。二进制数字化思想，从根本上影响了人类社会的诸多领域。
自然界信息无处不在
信息并非只有人类能创造。
我们如今开始理解信息这个概念，不仅仅位处21世纪人类社会的核心，也位于这个物质世界其自身的核心。
我们在互联网上创造的信息中的每一个比特、每一本书、每一部电影的总和，与自然界的信息量相比较，稀少的不足挂齿，简直是太渺小了。
因为即使是自然界最微不足道的事件，也包含一个无比庞大的信息量。
一滴水滴在水上，荡起立体的波浪，想象一下你所要描述的信息需要多大的比特量！
美丽而复杂的相互作用着的物理定律，发生的规模与时限，我们通常不易察觉，但在这里你还是可以看到，大自然复杂性的一小片段。
生物进化，也依据自然界的信息反馈，让生物与人类不断进化、复杂化、有序化！
想象一下你空气中数以万亿计的原子在相互作用，你所要描述的比特量几乎是不可想象的！
但令人称奇的是，因为图灵与香农的杰出贡献，我们能比以往任何时候都更详细的描述、模拟自然界。
信息需要消耗能量
信息，似乎不仅仅是一种描述现实的方法。
我们发现，信息事实上是物理世界不可分割的一部分。
它是一种很难了解与掌握的思想。
从贝多芬的交响乐到一本字典的内容，即使是稍纵即逝的想法，所有的信息都需以物理体系的某种形式来体现。
还记得麦克斯韦妖的想法吗？
因为信息需要物理储存器。
麦克斯韦妖它每做一次就多累积了一份，有关分子运动的信息，很快它的存储器会被填满。如要继续就得开始删除信息。
关键是删除是需要消耗能量的！
需要保存某分子方向运动的信息，而如果存储空间有限的话就得在某时不得不删除已有的信息，这就是一个增加宇宙熵值的不可逆的过程。
删除信息，熵永远的增加。
删除一个比特信息量所需的能量数值。
该数值小于一克糖所含能量的一亿亿亿分之一。
但它是真实存在的。
能量是整个宇宙基础构造的一个组成部分。
能量与信息，显示两者有着深刻的关系，如今依然处于科技研究的最前沿。
信息需要物理载体
信息不仅仅是一个抽象的概念，也不仅仅是你写在纸上的一个公式或符号。
实际上，信息得有载体。
需要在载体上编码，一块石头、一本书、一张光盘。
无论它是什么，那只是信息的载体。
那意味着信息的表现取决于某些物理定律。
因此它不能推翻物理定律。
数千万年来，信息不可能摆脱物理世界。
但这不是障碍，信息之所以强大的事实是，其可以存储在我们所选择的任何物体之上。
从使用石头，泥板来数千年保存信息，到电、光瞬间传递信息，载体赋予了信息独特的性质。
我们都知道，物质结构中创造有序的高楼大厦，马路街道是需要付出成本的，我们需要工作，消耗能量来建立它们。
这些年来发现，我们在比特世界里创造无形数字化结构的有序信息，也有着不可避免的成本。
信息看似抽象、虚空，但它必须得依附于一个物理载体，这是令人兴奋的发现。
今天，科学家们正在探索驾驭信息的新方式，尝试着各种各样的载体，从DNA到量子，他们希望能迎来一个崭新的信息时代。
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