信息简史 读书笔记5000字

作者：詹姆斯·格雷克

人类与信息遭遇的历史由来已久。詹姆斯·格雷克笔下的这段历史出人意料地从非洲的鼓语讲起。非洲土著部落在尚未直接跨越到移动电话之前，曾用鼓声来传递讯息，但他们是如何做到的呢？后续章节进而讲述了这段历史上几个影响深远的关键事件，包括文字的发明、罗伯特·考德里的第一本英语词典、查尔斯·巴贝奇的差分机与爱达·拜伦的程序、沙普兄弟的信号塔与摩尔斯电码。但人类开始自觉地理解和利用信息始于克劳德·香农在1948年创立的信息论。香农的信息论不仅推动了信息技术的发展，也引发了许多学科的信息转向，改变了人们对于诸如麦克斯韦妖、生命的编码、模因、随机性、量子信息论等的理解。部分科学家甚至认为，构成世界的基础不是物质，不是能量，而是信息。正如物理学家约翰·惠勒所说，“万物源自比特”。现如今，信息如洪流般淹没了我们，使我们深陷信息焦虑、信息过载、信息疲劳的困扰。但回顾历史，这并不是件新鲜事，人们也总是能想出应对手段。维基百科、Google便是我们的应对之一。无论对于信息的未来持何态度，有一点是确定无疑的，即我们人类是信息的造物。

用信息去诠释世界

也许有一天，我们可以用信息去演绎每一个细胞，去诠释每一粒砂砾，甚至去描述整个宇宙。

信息论看似是只是一门新的近代学科，即使很多学过的人也这会认为是个工程学科或者技术理论，但鼎鼎大名的香农定理，其对人类社会的影响，甚至对我们如何看待世界的观点都是颠覆的。《信息简史》与其说是科技史，不如说是总结了一种世界观，即信息是宇宙的固有组成部分，正如力、运动、重量一样。香农之所以伟大，是他提炼出了信息的基本单元，将比特跻身于米、分钟、千克之列，成为量纲的一员，成为可测量的基本单位。世界上几乎任何事物都可以用信息的方式量化，即“万物皆比特”。

香农的理论在信息与不确定性、信息与熵，以及信息与混沌之间架起了桥梁。

* 信息熵的概念

信息论离不开熵（entropy）这个词，近些年它突然出现在各个学科领域中，其笼统性让人疑惑不解。这个词开始是出现在热力学系统，《牛津英语词典》对熵的定义“指代某种定量因素，它决定了部分物质的热力学状态”。

因为熵，热力学定律可以表达为：

第一定律：宇宙的能量守恒。

第二定律：宇宙的熵恒增（揭示了宇宙从可能性较小的有序宏观状态演化为可能性较大的无序宏观状态）。

香农的信息论离不开“熵”的概念，“熵”这种量与能量有关，但又不是能量本身。有些定义给出的是指能量的不可用程度。麦克斯韦把混乱（无序）视为熵的本质。“熵”一词变热门正是因为信息论正开始改变理论物理学和生命科学的研究轨迹。

香农指出信息即熵，而维纳说信息是负熵。科普作家吴军在《智能时代》一书定义熵用来描述信息系统的不确定性。我们还将继续探寻，信息熵究竟是什么？

* 信息论和各学科关系

人类一切的发展都离不开信息，人类创造、划分出来的很多学科也都和信息论密不可分，甚至可以说就是信息学的分支。诺伯特.维纳（20世纪中期美国科学家，控制论的发明人）曾宣称，所有这些科学，尤其是社会科学，说到底研究的都是通信，因而它们共有的一个概念就是信息。

* 生物学与信息论

生物基因学更是信息编码的一种。随着信息理论的兴起，遗传学也得以迅猛发展。DNA是信息分子的典型代表，是细胞层次上最先进的讯息处理器，它用一种编码，约60亿比特的信息定义一个人。生物体中所有的细胞都是一个个错综复杂通信网络中的节点，它们一刻不停地传输和接受信息，不停地编码和解码。

今天的遗传学其实就是纯粹的信息技术，这也就是能将一条北极鱼类的抗冻基因复制粘贴到番茄中的原因。基因是优秀的程序编写者，它们为自身的存在而编写程序。复制DNA，就是复制信息，制造蛋白质，就是转移信息，发送讯息。

大脑的神秘在于，真正造就大脑的不在于知识量，也不是知识的分布，而是其中的互联通性。类似于信息，信息如果不互相联通，那只是一堆堆无用的比特。

自然选择就是把信息放入下一代基因库的过程。进化本身正是生物体与环境之间持续不断的信息交换的具体表现。

生命史就是用负熵写就的。“真正在进化的是以各种形态和载体存在的信息。如果有那么一本知道生物进化的手册的话，里面第一句应该像圣经诫命：努力是自己信息更加丰富。”

* 经济学与信息论

经济学实质就是基于人与人信任上的移动通信史。交换的本质在于信任。从物物交换的不便利，到把信任凝结为具体实物—货币，再不断减轻实体货币的重量，甚至变成没有质量同时速度极快的电子交易。货币就是随着通信方式而变化的产物。货币本是建立在信任基础上一种媒体，最初的形式——贝壳也是为了解决便于携带性，再到黄金，而后到纸币也是因为它的轻便，发展到现在的各种电子货币。随着移动支付的普及，再到比特币等电子货币技术的兴起，人类财富自由移动的效率空前绝后。

随着货币逐渐完成从实体到比特的转身，从而能够存储到电脑内存和磁条上，使世界金融得以再全球神经网络上运行如仪，经济学也逐渐认识到自身实际是一门信息科学。无论贝壳、金币，还是硬币、纸币，都只不过是阶段性的技术，用以表明谁拥有什么的信息。

甚至，自由资本主义的短暂胜出也正是因为分布式计算效率高于集中计算而已。

* 心理学与信息论

心理学一直以来是最难解释清楚自身的研究之一。17世纪的荷兰医生詹姆斯·德巴克（Jamesde Back）最早提出“心理学”的说法：“心理学（psychologie）是一门探究人类灵魂及其效应的学问。没有灵魂，人将不人。”然而在本质上，灵魂是不可言喻的，因而也几乎不可能被了解。而观察者与被观察对象共存一体、相互纠缠（这只见于心理学），更使得问题难上加难。

信息论给了心理学家一条全新的思路，把外部世界看做信源，而心智视为接收器，整个过程就类似于信息处理，每个观察者可以被视为一个信道。而语言的转述，类似于再编码，正是思考过程的核心命脉。

*物理学与信息论

量子理论学家克里斯托佛.福克斯（Christopher A.Fuchs）曾说：“量子力学从来都是围绕着信息展开的，只不过物理学界已经忘记这一点而已。”

比特可以看作另一种类型的基本粒子：它不仅微小，而且抽象——它存在与一个个二进制数字、一个个触发器、一个个“是”或“否”的判断里。科学家甚至提出，比特才是不可再分的核心，而信息则是万事万物存在的本质。对此，物理学家约翰.阿奇博尔德.惠勒（与爱因斯坦和玻尔都曾合作过的最后一位健在者）用了一句颇具神谕意味的话：“万物源自比特（It is bit）”。这种极端的观点甚至不是唯物的，而是信息第一性，物质第二性。为何自然看上去是量子化的？这是因为信息就是量子化的。比特才是终极不可分的基本粒子。

任何事物—任何粒子、任何力场，甚至时空连续本身都源自于信息。这是另一种解读观察者悖论的方式：实验结果会因为它是否被观察而受影响，甚至改变状态。观察者不仅在观察，而且还在提问和讲述，而这些提问和讲述最终必须由离散的比特表示出来。惠勒还晦涩的写到：“我们所谓的存在（reality），是在一系列的“是“和”否“的追问分析才在脑中形成的。那么所有实体之物，在起源上都是信息理论意义上的，而宇宙是个观察者在其中的宇宙。“因此，整个宇宙可以看作一台计算机——一台巨大的信息处理机器。

当代科学分析发现，信息极有可能与决定万物根本属性的熵增方向，与物理学中事物的运动和相互作用中最神秘莫测的量子力学，以及将信息与视界隔绝开来的黑洞息息相关。无论以比特的形式，还是以其量子力学对应物——量子比特（qubit）的形式，当光子、电子以及其他基本粒子发生相互作用时，实际上是在交换比特、转换量子态及处理信息，而物理定律就是处理信息时所用的算法。那么，每一个动作，每次进化，每一个变迁都是一个算法进程，而每个正燃烧的恒星，每个星云都是处理器。宇宙无时不刻也在计算自己的命运。

惠勒因而宣称：未来，我们将会用信息的语言去理解和表达全部物理学。

信息爆炸带来的新问题--信息过载

人类作为一种碳基生物，演化过程却离不开硅基。从远古人拿着石头（主要成分二氧化硅）打猎、取火、制作工具，也到玉佩作为一个人身份、定位甚至订情的信息载体，再到今天每个人拿着一个硅基工具——手机、pad等个人终端，成天乐此不疲欲罢不能。所以，人类发展史又可以戏称为“石头记”。

人类通过技术解决了移动效率，也达到了即时的通信效率，达到了空前的自由。但与此同时，我们无法忽视，这也带了人类意识上最大的挑战，思想上空前的不自由——信息过载。

人类曾以采集食物为生，而如今转变为以采集信息为生，面临着铺天盖地的信息过载的威胁。相信用过智能手机的人都体会，一天不看手机和信息是什么感觉？沉没在言论的海洋里茫然和麻木的感觉也绝不陌生。现代文明社会，不抽烟喝酒，没有毒瘾的人许许多多。可是能在WiFi和手机齐备的环境下，却能抽离而去专注于自身思考的人却寥寥无几。“这是富足的窘境，无疑也再次提醒了我们，信息不是知识，知识不是智慧。”

信息过剩带来的信息疲劳、信息焦虑是我们遇到的新问题，信息过载这个副作用让人类深受其害，我们难以回到过去那种无邪、无知和缓慢从容的状态。

古希腊神话中蛇发女妖美杜莎的故事其实很有意思，就像一个有预见性的寓言。美杜莎因不伦之情被雅典娜变成蛇发女妖，一切看到美杜莎双眼的人都会瞬间石化，所以谁也杀不死她。宙斯之子波耳修斯知道后，想了个绝妙的办法，他用光亮的盾牌作镜子，并不直视美杜莎的双眼，从反光中看到美杜莎并刺杀，终于打败她并割下了她的头。这是个多么可怕的预言，石化仿佛代表着我们无法抗拒的硅基化，一旦石化后就被淹没在数据的海洋里，丧失自我。我们该如何对抗她美丽的诱惑，去找到看清她面目的盾牌？

遗忘是要做功的，需要付出代价。很多时候，遗忘和记忆一样重要。

特别喜欢吴伯凡的那个比喻，同样是在天空中，你是想要想羽毛一样漫无目的随风飘荡，还是想要和鸟儿一样自由翱翔？不费力气去抵抗重力，将无法把控自己的方向，只能被裹挟着四处飘浮。

从“烽火戏诸侯”类似的火把传递信号，到非洲会说话的鼓可以远距离传播信息，再到超越时空的天才发明家巴贝奇的机械计算机，发展到近代图灵电子计算机，最后到当代的量子计算机。人类信息传递和处理能力一直在进步，但这还仅仅只是个开始。人类的信息史是那么恢宏大气、荡气回肠和意义深远。

这只是信息论带给我们思考的冰山一角，管中窥豹，可见一斑。生物技术加上信息论的发展，我们甚至有一天可以去改写我们自身的基因。如果人类的所有思考和演化也可以认为是不断变化的算法，那么我们看待世界的思维也将大大转变。信息论绝不仅仅是带来技术的巨变，甚至关乎甚至整个宇宙。信息熵又到底意味着什么？总有一天，我们会学着去用信息熵去表达整个世界。