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中图分类号：G201文献标识码：A文章编号：1003—0751(2006)06—0240—04
困扰信息科学的一大难题
20世纪40年代末，以申农的《通讯的数学理论》和维纳的《控制论》问世为标志，信息论诞生了，信息论的诞生是科学史上一个重要的里程碑。1959年，美国宾西法尼亚大学莫尔电子工程学院又率先提出了“信息科学”的概念，从此信息论逐步发展成为一门新兴的信息科学。半个多世纪以来，信息论及信息科学得到了突飞猛进的发展，信息概念日益深入人心，信息已经成为人们使用频率最高的词语之一；信息技术也得到广泛应用，极大地改变了人类的生产与生活方式，改变了人类社会的面貌。有不少学者认为，人类社会正从“工业社会”转变为“信息社会”，人类正面临着一次新的“信息革命”。
半个多世纪以来，信息论及信息科学取得了辉煌的成就，这是一个不争的事实，但是在辉煌的背后却始终有一个难题困扰着信息科学，这个难题就是信息的定义。在信息论诞生之初，信息论的奠基人之一申农就对信息进行了定义：“信息是使不肯定程度减小的量”。申农的这个定义是为了解决通讯的具体问题而拟定的，所以他认为信息只是消息的统计特性的参量，虽然申农给出了信息的数学描述和度量方法，从而定量刻画了信息传输问题，但是假若遇到那些不能测概率的情况，这种信息论就无能为力了，所以申农的信息论仅仅是一种狭义的信息论，而他的信息定义也只是一个狭义的定义。信息论的另一位奠基人维纳也对信息进行了定义，维纳认为信息是“我们在适应外部世界、控制外部世界的过程中，同外部世界交换的内容的名称。”①“信息是系统状态的组织程度或有序程度的标志”，“信息就是信息，不是物质也不是能。”② 维纳的定义超越了狭义信息论的局限，揭示了信息的普遍性，所以维纳的定义是一个广义的定义，具有重要的哲学意义；但是维纳的定义也存在着一些遗憾之处，由于他对信息的表述比较含蓄，所以通过这个定义，人们还无法对信息形成一个清晰而又准确的认识。例如维纳说信息是我们同外部世界交换的“内容”的名称，信息是系统状态的组织程度或有序程度的“标志”，然而这个“内容”与“标志”究竟是什么呢？维纳并没有作出明确的解释与回答。维纳还说，“信息就是信息，不是物质也不是能”，既然信息“不是物质也不是能”，那么信息究竟是什么呢？维纳也没有进一步作出明确的解释与回答。
信息究竟是什么？究竟什么是信息呢？半个多世纪以来，为了解决这个困扰信息科学的难题，信息科学家、系统科学家和哲学家们相继提出了200多个定义，这些定义虽然从各个不同的侧面分别揭示了信息的各种特征，虽然加深了人们对信息复杂性的认识，但是这些定义依然存在着这样那样的不足。这些不足主要表现在以下三个方面：
1.这些定义大都未能揭示出信息的本质所在，未能回答“信息究竟是一个什么东西”这样一个根本性问题。例如有许多定义都认为消息、报道、新闻、数据、知识以及谈论的事情就是信息，其实消息、报道、新闻、知识等只不过是信息的一些具体表现和现象，并非是信息的本质所在。这些定义仅仅反映了信息的具体表现和现象，并没有回答信息究竟是什么这样一个根本性问题，这是这些定义的一大缺陷。
2.不少定义的适用范围依然比较狭窄、局限，未能揭示出信息的普遍性。例如有不少定义都认为信息就是人类对客观事物的认识与反映，这些定义大都是从“人”的角度出发，把信息仅仅局限在“人的认识”范围之内。其实这是一种误解，因为世界上所有的物质形态都有可能产生、发出、传递、接受并存储信息，信息广泛存在于一切事物与一切过程之中，所以信息并不仅仅是人类反映、认识的结果。由于这些定义大都把信息局限在人的认识范围之内，所以这些定义依然未能完全揭示出信息的普遍性，依然是一些狭义的定义。
3.还有一些定义缺乏严谨的科学表述，不够准确、完善。半个多世纪以来，由于仁者见仁、智者见智、众说纷纭、莫衷一是，所以一直到21世纪的今天，信息这一重要概念依然没有一个能够为科学界普遍接受的、准确而又完善的定义。半个多世纪过去了，人们依然无法明确地知道究竟什么是信息，也不知道信息究竟是一个什么东西，信息科学依然处于困惑之中。信息科学研究的主要对象就是信息，但它却不能明确地告诉人们究竟什么是信息，这种状况不仅会造成信息科学的困惑局面，而且还有可能引发信息科学的危机。假如我们把信息科学比作是一座巍峨的宫殿，那么信息概念就是支撑这个宫殿的一块巨大的基石；如果基石不稳，那么这座巍峨的宫殿也就很难稳固，所以信息的定义问题已经成为困扰信息科学的一大难题。
信息不仅是信息科学的基石，而且也是支撑系统科学的一个重要基础概念。正是由于信息缺乏一个准确完善的定义，所以系统科学家们也面临着一个难题，这就是如何在基础科学层次的系统研究中成功引入信息概念的问题。我们知道，系统的形成、存在与发展都离不开信息，对系统的研究也离不开信息概念，但是系统科学家们又不知道如何对待信息和熵。由于系统科学家们一直未能解决这个难题，所以几十年来系统科学也一直处于一种困惑的局面。西方的圣塔菲学派和我国的钱学森学派都是专门研究系统科学的著名学派，但是他们经过多年探索也未能对信息作出科学的解释，更无法为信息拟定一个准确完善的定义。20世纪80年代末，钱学森学派不得不下决心暂时不把信息作为系统科学的基本概念，而留待今后条件成熟时再作弥补。几十年来，系统科学同信息科学一样，也一直未能从这种困惑中走出来。③
这种状况表示，人类还没有完全把握信息的本质，人类对信息的认识尚不够深入、成熟，所以人们也就很难对信息作出严谨的科学表述。
信息的新定义
概念是反映对象本质属性的思维形式，准确、清晰的概念不仅是正确思维的基础，而且也是我们研究问题、讨论问题的基础。如果概念自身模糊不清，那么我们也就很难形成正确的认识，也很难对问题展开讨论。信息是一个十分重要的概念，它是信息科学和系统科学的基石，如果信息长期没有一个准确、完善的定义，那么不仅会影响人们对信息的认识、研究与讨论，而且还有可能造成信息科学和系统科学的危机，所以为信息提供一个准确、完善的定义已经成为信息科学与系统科学的一个当务之急。为了给信息提供一个更准确、更完善的定义，作者反复探索了近20年之久，经过多年探索，作者终于为信息拟定了一个新的定义，其内容如下：
信息就是系统的密码，就是构成系统的元素排列组合所形成的密码，这些密码是系统组织状态的度量与反映。
新定义以维纳的定义为基础，但又与维纳的定义有所不同，新定义究竟具有哪些新的特点呢？新定义又是如何对信息作出新的解释的呢？
1.首先，新定义揭示了信息的本质，明确回答了“信息究竟是一个什么东西”这个根本性问题。信息的本质是什么？信息究竟是什么呢？新定义明确指出：信息就是系统的“密码”。概念是反映对象本质属性的思维形式，一个好的定义不仅能够准确地反映对象的本质属性，而且还能够明确地告诉大家对象究竟是一个什么东西，使大家能够对对象有一个明确无误的认识。维纳曾经说过，“信息就是信息，不是物质也不是能”，既然信息“不是物质也不是能”，那么信息究竟是什么呢？维纳并没有作出明确的回答。正是由于维纳的定义过于含蓄，所以人们很难通过他的定义，对信息形成一个清晰而又准确的认识。而新定义则就明确指出：信息就是系统的“密码”，这样通过新定义，人们就有可能把握信息的本质，就有可能明确地知道信息究竟是一个什么东西，就有可能对信息形成一个准确而又清晰的认识，这是新定义的一大特色。
2.新定义揭示了信息的本质，明确指出信息就是系统的密码，然而系统的密码究竟是什么？这些密码又是如何形成的呢？新定义又进一步揭示了密码的本质与形成机理：
密码由构成系统的元素排列组合所形成，这就是说系统的密码其实就是元素之间的排列与组合。通过元素之间的排列与组合形成系统的密码，而系统的密码就蕴涵在元素的排列组合之中，也就是说信息就存在于元素的排列与组合之中，新定义不仅揭示了信息密码形成的机理，而且也揭示了信息的存在方式。
系统论认为，所谓系统，就是相互作用着的若干元素的复合体，正是元素之间的排列与组合构成了系统，而这些元素的排列与组合又必然会形成相应的密码，这就是说构成系统的元素就是荷载信息的载体，而系统的信息就蕴涵在这些密码之中。在系统的通讯过程中也是如此，系统传递的密码也是由相关元素的排列组合所形成的，构成这些密码的元素就是我们常说的“信号”。由于信息密码就是元素或信号排列组合的结果，所以从这个角度讲，我们也可以把信息定义为：
信息就是元素或信号排列组合所形成的密码。
3.新定义不仅揭示了信息的本质与形成机理，而且还揭示了信息的普遍性。我们在前面曾经指出，信息是一种极其普遍的现象，它广泛存在于一切事物与一切过程之中，但是有不少定义并未能反映出信息的普遍性，它们大都把信息定义为一种局部的、特殊的现象，这是许多定义的不足之处。而新定义就明确指出：信息就是系统的密码，这就是说只要有系统，就必然会有信息。我们知道系统是一种极其广泛的现象，世界上所有的物质及精神形态、世界上所有的事物其实都是系统，就连世界本身也是一个巨大的系统。由于系统是一种普遍的存在，所以信息也必然是一种普遍的现象。由于新定义反映了信息的普遍性，所以新定义是一个广义的信息定义。
4.新定义不仅揭示了信息的本质、普遍性与形成机理，而且还尝试从科学的角度对信息作出了更为严谨的表述。信息是一个十分重要的概念，我们如何从科学的角度对信息作出更为严谨的表述呢？新定义明确指出：信息“是系统组织状态的度量与反映”。所谓系统的组织状态其实就是系统的有序程度，由于系统的组织状态或有序程度就蕴涵在信息的密码之中，所以如果用更严谨的科学语言进行表述，那就是：信息就是系统组织状态或有序程度的度量与反映；如果用更精确的数学语言来表述，那就是：信息就是系统组织状态的函数。
维纳也曾指出：“信息是系统状态的组织程度或有序程度的标志”，然而信息究竟是通过什么东西进行“标志”的呢？维纳并没有作出明确的回答，而新定义就明确指出，信息是通过密码进行“标志”的，也就是说系统的组织状态或有序程度是通过密码进行“度量与反映”的，这是新定义与维纳定义的不同之处。更为重要的是，新定义明确指出了信息就是系统组织状态或有序程度的“反映”，由于信息具有“反映”功能，这就从理论上解释了信息为什么会具有知识性、传播性等这样一些特性。
新定义有可能改变对信息的困惑局面
半个多世纪以来，信息科学家、系统科学家和哲学家们之所以不能为信息提供一个准确、完善的定义，信息的定义问题之所以会成为困扰信息科学与系统科学的一个难题，其根本原因就是因为人们对信息还存在着诸多困惑，正是这些困惑阻碍了人们对信息本质的认识与把握。由于新定义揭示了信息的本质、普遍性以及形成机理，由于新定义对信息作出了比较严谨的科学表述，所以通过新定义，就有可能消除对信息的种种困惑，就有可能改变信息科学与系统科学的困惑局面。我们为什么说新定义能够消除对信息的种种困惑？为什么说新定义能够改变信息科学与系统科学的困惑局面呢？
1.半个多世纪以来，人们对信息的最大的困惑就是信息的本质，人们不知道信息究竟是一个什么东西。可想而知，如果人们根本就不知道信息是一个什么东西，那又如何能够为信息提供一个准确而又完善的定义呢？又如何能够对信息作出严谨的科学表述呢？所以，要想消除对信息的种种困惑，首先需要消除的最大困惑就是信息的本质。
信息究竟是一个什么东西？信息的本质是什么？对于这个问题，新定义作出了十分明确的回答：信息就是系统的密码，信息的本质就是密码。我们为什么说信息的本质就是密码呢？作者认为，由于世界上的所有事物都存在于一个纷繁复杂的联系之网中，所以世界上的所有事物，大到浩瀚的宇宙，小到至微的粒子都是以系统的方式存在着，也就是说所有的事物都是由更小的部分所构成，所有的系统都是由更小的元素组合而成。正是由于所有的事物都是由更小的部分所构成，正是由于所有的系统都是由更小的元素组合而成，正是由于所有的事物或系统都与其他事物或系统发生着复杂的联系，所以这些元素或事物就必然会形成各种各样的排列与组合，而元素或事物进行排列组合时又必然会形成各种不同的密码，这就是说：
世界上所有的事物或系统都具有自己的密码，而事物或系统的信息就蕴涵在这些密码之中，也就是说密码就是事物或系统的“百科全书”，密码就是信息的存在方式，密码就是信息的本质与灵魂。
为什么说信息的本质就是密码？为什么说密码就是事物或系统的“百科全书”呢？我们在信息的新定义中曾经指出：信息密码就是系统组织状态的度量与反映，既然密码是对系统组织状态的“反映”，那么通过密码就有可能获得系统的信息。我们在新定义中还曾指出：密码是由元素的排列组合所构成，既然密码是由元素的排列组合所构成，那么在密码中不仅蕴涵着组成事物或系统的元素、元素的排列组合状况以及系统的有序程度或组织状态等各种信息，而且在密码中还直接或间接地蕴涵着更多的信息，例如构成事物或系统的材料、结构、形状、运动、能量、功能以及与其他事物或系统的联系和相互作用等等各种信息，也就是说通过密码这个“百科全书”，就有可能了解事物或系统的所有信息。例如我们破译了生物的遗传密码，那么我们就有可能了解生物的遗传信息，这是因为生物的遗传信息都蕴涵在遗传密码之中，遗传密码就是生物的“蓝图”或“百科全书”。
2.经过长期观察人们发现，世界上所有的事物或系统在通讯过程中都有可能产生、发出、传递、接受并存储信息。在事物或系统的通讯过程中，信息为什么能够从事物或系统中“跑”出来呢？信息为什么能够从一个事物或系统传递到另一个事物或系统呢？从事物或系统中“跑”出来的究竟是什么东西呢？在事物或系统之间传递的又是什么东西呢？长期以来，由于人们很难对这些问题作出科学的解释，所以这些问题也成为长期困扰信息科学的难题。但是通过新定义，我们就有可能对这些难题作出合理的解释。新定义明确指出：信息其实就是系统的密码，这就是说在事物或系统的通讯过程中，从信源发出的其实就是事物或系统的密码，在信道中传递的也是密码，而信宿所接受的同样也是密码。信源正是通过密码发出了自己的信息，而信宿也正是通过密码接收到了信源所发出的信息，所以作者认为：
由于信息的本质是密码，所以世界上所有的事物或系统，它们产生、存储的信息其实就是密码，而它们发出、传递以及接受的信息同样也是密码。信息密码可以通过载体从事物或系统中“跑”出来，也可以通过载体从一个事物或系统传递到另一个事物或系统，通过密码发出、传递、接受并存储信息，这就是信息之所以能够传递的谜底，也是事物或系统之间能够进行信息交换的根本原因。
申农曾经说过，信息是“使不肯定程度减少的量”，信息为什么能够“使不肯定程度减少”呢？新定义有可能对这个问题作出较好的解释，由于信息的本质就是事物或系统的密码，在通讯过程中，如果能够获得并破译对方的密码，那就有可能了解事物或系统的信息，这样“不肯定程度”就必然会减少。维纳也曾说过，信息就是“我们在适应外部世界、控制外部世界的过程中，同外部世界交换的内容的名称”。人同外部世界交换的究竟是什么呢？通过新定义，我们就有可能对这个问题作出更准确的回答：人同外部世界交换的其实就是信息密码。
长期以来有许多人都认为，信息就是消息、报道、新闻、数据、知识以及谈论的事情，信息就是“关于事物运动的状态和规律”。信息确实具有知识的秉性，通过信息人类确实能够获得各种消息、报道、新闻、数据和知识；信息确实能够反映“事物运动的状态与规律”，通过信息人类确实能够认识“事物运动的状态与规律”。为什么通过信息就能获得各种消息、报道、新闻、数据和知识呢？为什么通过信息就能使人认识“事物运动的状态和规律”呢？这是因为在人对外界事物的反映与认识过程中，人的感觉器官与大脑接受并破译了外界事物传来的信息密码，由于这些信息密码中包含着各种消息、报道、新闻、数据和知识，所以通过这些密码人就可以获得各种消息、报道、新闻、数据和知识；由于在这些信息密码中还包含着事物运动状态与规律的信息，所以当人的大脑破译了这些密码之后，就能够认识“事物运动的状态和规律”。人类之所以能够了解、认识外部世界的各种信息，其根本原因正是由于人们接受并破译了其中的信息密码；如果不能破译其中的密码，那么即使我们接受到外部世界发出的信息，我们依然不可能知道信息的内容是什么，正像哲学家维特根斯坦所说的那样：“即使一头狮子说话，我们也不能理解它。”我们为什么不能理解狮子的“话语”呢？其根本原因就是因为我们不能破译其中的信息密码，所以我们也就无法了解狮子发出的信息；假若有一天我们破译了其中的密码，那么我们就有可能听懂狮子的“话语”，并有可能与狮子甚至所有的动物进行“对话”与交流。
3.半个多世纪以来，由于人们还不能完全把握信息的本质，不能对信息作出严谨的科学表述，不能用数学工具对信息进行更精确的刻画，所以信息科学与系统科学一直处在困惑的局面。但是通过新定义，我们有可能改变这种困惑的局面，这是因为新定义不仅揭示了信息的本质，而且对信息作出了较为严谨的科学表述，这些表述能够使人们对信息的认识更加深入、成熟，能够使人们更好地把握信息的本质。物质、能量和信息是构成客观世界的三大要素，经过多年研究，科学已经对能量与物质的关系有了比较深入的了解：能量是对物质运动的度量。如果说能量是对物质运动的度量，那么信息与物质又有什么关系呢？维纳曾经说过，“信息就是信息，不是物质也不是能”，如果说信息既不是物质又不是能，那么信息究竟是什么呢？长期以来，人们对这个问题的认识同样是见仁见智、众说纷纭，一直没有一个肯定的结论，而新定义就对这个问题作出了明确的回答：信息就是系统组织状态的度量与反映。系统的组织状态其实就是物质的组织状态或物质的有序程度，如果说信息是对系统组织状态的度量与反映，那么也就是说信息就是对物质有序的度量与反映，于是通过新定义我们就可以得出这样一个结论：
如果说能量是物质运动的度量，那么信息就是物质组织或有序的度量，或者说信息就是物质组织状态的函数。
新定义不仅揭示了信息的本质、普遍性以及形成机理，而且对信息也作出了更为严谨的科学表述，所以新定义不仅是一个比较准确、完善的定义，而且也是一个广义、普适的定义。为信息提供一个准确、完善的定义确实是一个科学的难题，笔者冒昧提出自己的一点浅陋之见，希望得到专家学者以及同仁们的教正。
注释：
①维纳：《维纳著作选》，上海译文出版社，1978年，第4页。
②维纳：《控制论》，科学教育出版社，1962年，第48页。
③苗东升：《21世纪100个科学难题》，吉林人民出版社，1998年，第783—785页。