金觀濤 華國凡：信息何以不朽？——跨越千年的存儲密碼｜雙體實驗室

大家好，我是船長。

在信息爆炸的今天，我們每時每刻都在進(jìn)行信息的儲存與讀取——從手機(jī)相冊到云端數(shù)據(jù)，從集體知識到個人記憶。但你是否思考過：信息儲存的本質(zhì)究竟是什么？它與儲存一個蘋果、一塊鋼鐵有何根本不同？

金觀濤老師與華國凡老師對此進(jìn)行了深刻剖析。他指出，信息儲存的本質(zhì)并非保存物質(zhì)本身，而是通過“可辨狀態(tài)的傳遞與轉(zhuǎn)換”實現(xiàn)的。這一過程包含兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：從信息源到穩(wěn)定載體（LAB），再從載體到接收者（LBC）。載體必須比信息源更穩(wěn)定，才能實現(xiàn)信息的長期保存。

金老師與華老師進(jìn)一步提煉了信息儲存的三個核心特質(zhì)：穩(wěn)定性，確保信息跨越時間；選擇性，載體只能保存信息的有限側(cè)面；可解讀性，必須破譯載體與信息源之間的對應(yīng)關(guān)系，信息才能真正被利用。這三點(diǎn)構(gòu)成了考古學(xué)、刑偵學(xué)乃至生命科學(xué)共同的研究基石。

兩位老師還特別指出，人類記憶本身就是“記”（LAB）與“憶”（LBC）的完美結(jié)合，是我們學(xué)習(xí)、適應(yīng)和創(chuàng)造的基礎(chǔ)。

在人工智能與大數(shù)據(jù)重塑存儲方式的今天，重讀這篇關(guān)于信息儲存本質(zhì)的思考尤顯珍貴。它提醒我們：在追求存儲容量與技術(shù)效率的同時，更應(yīng)關(guān)注信息在傳遞中的保真與解讀。我們該如何為這個時代保存真正有價值的信息？這篇文章將帶給讀者深遠(yuǎn)的啟示。

圖：《 阿爾諾芬尼夫婦像 》

信息何以不朽？

——跨越千年的存儲密碼

文/金觀濤 [美]華國凡

信息儲存的本質(zhì)：從源到載體的傳遞

信息的一個重要特征是它能被儲存起來。我們已經(jīng)熟悉了物質(zhì)的儲存：我們知道，保存物質(zhì)往往極其困難。一個橘子，放不了多久就會爛掉；一批鋼材，長期不用就會銹蝕。保存信息當(dāng)然也會遇到同樣的麻煩，但與單純保存物質(zhì)有許多不同的地方。

古代秦王朝本身早在地球上消失了，可是關(guān)于秦王朝的大量信息仍然保存在歷史書籍和各種文物之中。每一個生物個體的壽命都不長，但作為一個物種，可以延續(xù)成百上千萬年，現(xiàn)在仍然生存的一些藍(lán)綠藻甚至在幾十億年中沒有發(fā)生顯著的形態(tài)上的進(jìn)化。

顯然，在長期的世代交替中被保存下來的不是生物的個體，而是物種遺傳物質(zhì)中的信息。

信息儲存的含義究竟是什么呢？我們可以從控制的角度進(jìn)行一些研究。以秦王朝的信息保存為例，我們用A表示信息源，B表示信息的保存方式，C表示信息的接收者，它們分別包含以下一些可辨狀態(tài)：

A＝{a1、a2、a3、…an}，其中a1、a2、a3、…an表示秦王朝發(fā)生的各種事件。

B＝{b1、b2、b3、…bn}，其中b1、b2、b3、…bn表示史書和各種文物的可辨狀態(tài)。

C＝{c1、c2、c3、…cn}，其中c1、c2、c3、…cn表示今天一位歷史學(xué)家頭腦中關(guān)于秦王朝的知識。

假定這位歷史學(xué)家生活在秦王朝時代，他可以通過A→C信息傳遞過程獲得關(guān)于秦王朝各種事件的知識，建立如下的對應(yīng)關(guān)系，我們把這個過程表示為變換LAC（圖1）。

圖1

如果這位歷史學(xué)家生活在今天，秦王朝A已經(jīng)不存在了，他要通過LAC過程來直接獲得信息顯然已不可能。

但存在另一種A→B的過程，也就是存在另一種可辨狀態(tài)B，它與A曾經(jīng)有某種對應(yīng)關(guān)系。B可能是史書、鐵器，也可能是一個陶罐或者一枚刀幣。雖然A消失了，但B一直被保存下來。

這樣，如果建立B和C之間的對應(yīng)關(guān)系，這位歷史學(xué)家也能獲得關(guān)于A的知識。這個過程可以表示為變換LAB和LBC兩個階段（圖2）。

圖2

信息儲存的三大核心特征

我們把B看作對信息源A的信息的保存。一切信息保存可以歸結(jié)為這樣一種變換過程。如果仔細(xì)研究一下，可以發(fā)現(xiàn)信息保存還有幾個共同的特點(diǎn)。

（1）B本身不一定是A，可以是與A完全不同的東西，但B的可辨狀態(tài)一定要具有穩(wěn)定性，比A能保存更長時間。

照鏡子的過程也包含著LAB和LBC變換，但鏡子中的映像不能被用來保存實物的信息，因為映像的可辨狀態(tài)跟實物同時產(chǎn)生，同時消失。照片就不同，它可以在實物的可辨狀態(tài)發(fā)生變化以后仍然存在，因此可以用來保存信息。

為什么化石能保存古生物的遺跡呢？原來，古生物的莖、葉、貝殼、骨骼等堅硬部分，經(jīng)過礦物質(zhì)的填充和交替作用，形成保持原來形狀、結(jié)構(gòu)以至印模的鈣化、碳化、硅化、礦化的生物遺體和印跡。這些石化了的物質(zhì)，當(dāng)然比生物遺體具有更長的壽命。

圖：生物化石

從這個意義上來說，信息的保存實際上也是一種傳遞性變換，把不穩(wěn)定的可辨狀態(tài)變換成一種穩(wěn)定的可辨狀態(tài)。

（2）B通常只反映了A的某一個側(cè)面。假定A是一個橘子，它有一定的形狀、顏色、味道、氣味、化學(xué)組成等等，實際上它的可辨狀態(tài)可能含有無窮個變量，它處于一個極為巨大的可辨狀態(tài)空間中。

但B往往只包含這極為巨大可辨狀態(tài)中的幾個有限狀態(tài)。例如一張橘子的彩色照片只能儲存橘子的顏色和二維形狀，它不能保存橘子的氣味、味道、細(xì)胞形態(tài)等信息。B的可辨狀態(tài)的多少決定著所儲存的信息量的大小。

比如我們問一個問題，今天進(jìn)化而來的生物，會不會把自己進(jìn)化歷史的信息儲存在組成生物的電子之中？回答是明確的，一個電子中不可能含有生物過去歷史的信息，因為世界上任何兩個電子都是一樣的，它的可辨狀態(tài)太小，不能保存信息。

實際上，真正像圖2.10那樣一一對應(yīng)的情況并不多見。所謂一一對應(yīng)，就是A有一個ai，B一定有一個bi與之對應(yīng)，B有一個bi，A也一定有一個ai與之對應(yīng)。

橘子與照片之間顯然沒有這種一一對應(yīng)的關(guān)系，橘子的酸味、甜味在照片上就反映不出來。在很多情況下，A和B之間是多對一的關(guān)系，假如在十億分之一的世界地圖上，八達(dá)嶺和十三陵只能用同一個點(diǎn)表示，在百萬分之一地圖上這兩個地方就很容易區(qū)分，當(dāng)然再要分辨出定陵和長陵的位置還有困難。分辨率高的地圖儲存的信息量就大些。

其實，我們也可以把信息的儲存看作一種特殊的信息傳遞過程，它也遵守信息量衰減的規(guī)律。生物體能如此精確地保持成千上萬代不改變性狀，可以想象，遺傳物質(zhì)所儲存的信息量一定相當(dāng)可觀，生物的性狀和基因密碼之間必定有相當(dāng)精確的一一對應(yīng)關(guān)系，任何照片和地圖都無法與之媲美。

圖：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

（3）要使儲存下來的信息可以被利用，我們必須具體地了解對應(yīng)關(guān)系LAB和LBC。說起來也奇怪，有些學(xué)科看起來所研究的對象完全不同，例如考古學(xué)、犯罪偵查學(xué)和分子遺傳學(xué)，但它們本質(zhì)上都是研究A、B、C可辨狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系。

保存信息的環(huán)節(jié)B往往成為這些學(xué)科研究的中心。考古學(xué)家會把一堆斷簡殘片或者一幅破爛的帛畫與2000年前發(fā)生的一場戰(zhàn)爭聯(lián)系起來，偵探感興趣的也許是現(xiàn)場的一點(diǎn)血跡或者一個指紋，他會由此聯(lián)想到罪犯作案的情節(jié)和動機(jī)。相比之下，分子遺傳學(xué)家的任務(wù)就更艱巨一些，他們不但要把遺傳密碼翻譯出來，還試圖通過改變密碼創(chuàng)造出一些新的物種。

信息儲存的終極示例：人類記憶與有限信息

我們最熟悉的信息儲存無疑是我們?nèi)祟愖约旱挠洃涍^程，它幾乎每時每刻都在進(jìn)行。“記憶”這個詞本身就包含著“記”和“憶”兩個部分，前者意味著LAB，后者意味著LBC。

這種把生活中發(fā)生的事件記下來并且能夠在日后清晰地加以追憶的過程，使我們把現(xiàn)在的行為與過去的行為連成一氣，使我們具有學(xué)習(xí)和積累經(jīng)驗的能力，也使我們具有高度控制、調(diào)節(jié)與適應(yīng)的能力。

不過大腦中LAB與LBC過程發(fā)生的機(jī)制還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有弄清楚，人們對記憶過程中可辨狀態(tài)的物質(zhì)基礎(chǔ)知道得還是太少了。

通過以上的分析，讀者或許可以從行為和結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來了解，儲存物質(zhì)和儲存信息有一個明顯的差別。

儲存物質(zhì)時，實際上我們要保存無窮多的信息。比如一個橘子，要計算它究竟包含了多少信息幾乎是不可能的。而當(dāng)我們儲存信息時，信息量總是有限的，它只儲存了物質(zhì)信息中極小的一部分，是對我們的認(rèn)識有用的一部分。

本文系摘選自《控制論與科學(xué)方法論》一書第二章節(jié)第6節(jié)。為便于閱讀，部分段落做了拆分和刪減，推文標(biāo)題為編者所擬，學(xué)術(shù)討論請以原文為準(zhǔn)。文中部分配圖來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系公眾號后臺刪除。

內(nèi)容編校：穎睿

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