图灵新知:信息简史.pdf

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书籍描述

编辑推荐
百万级销量科普畅销书作家詹姆斯?格雷克七年磨一剑
带来一段人类与信息遭遇的波澜壮阔的历史
告诉我们如何在信息时代的信息爆炸中生存
2011年度《纽约时报》畅销书
2011年度《出版商周刊》年度最佳图书
2012年度英国皇家学会科普图书奖
美国笔会爱德华?威尔逊科普文学奖
英国笔会赫塞尔-蒂尔特曼奖得主
推荐作序
雷 军(小米董事长,金山软件董事长)
吴 军(《浪潮之巅》、《数学之美》作者)
刘 钢(中国社会科学院哲学所研究员)
推荐人
田溯宁(宽带资本董事长,亚信创始人)
俞敏洪(新东方董事长)
徐小平(真格基金创始人,新东方联合创始人)
刘韵洁(中国工程院院士)
汤涛(香港浸会大学数学系主任,北京大学客座教授)
王桥(东南大学信息科学与工程学院教授)
姬十三(果壳网CEO,科学松鼠会创始人)
联合推荐
一部“简”史怎么这么厚?你或许会问。那只是因为人与信息遭遇的历史由来已久,而信息的存储、获取、操纵和传递又与我们息息相关,尤其是在一个所谓“信息社会”、“信息时代”里。科普畅销书作家詹姆斯?格雷克(其《混沌》一书销售已超过百万册)从这段厚重的历史中精选出几个关键片段,为我们勾勒出了信息的过去、现在与未来,并给我们提供了一个看待信息的全新框架,从而让我们意识到信息是定义现代社会的特征,也是我们理解这个时代的关键。
很少有人敢为信息作史,毕竟这个主题太过宏大,但格雷克以极大的勇气和七年时间的准备,成功描绘出了一幅波澜壮阔的生动图景。对于任何想了解信息时代是如何发展而来,它又将走向何处的读者,这都将是次极富启示的阅读体验。
《信息简史》2011年甫一面世便登上《纽约时报》畅销书榜,并入选当年《出版商周刊》年度最佳图书,2012年更陆续荣膺久负盛名的英国皇家学会科普图书奖、美国笔会爱德华?威尔逊科普文学奖、英国笔会赫塞尔-蒂尔特曼奖,引发了广泛关注和热情赞誉。

名人推荐
《信息简史》是一部雄心勃勃又富有洞见的图书,它以热情洋溢的笔触带领我们追溯了从非洲会“说话”的鼓到电子计算机的漫长历程,并在其中添加了大量有益的论据和事例。这是本非常难得的书,它为我们理解周围的世界提供了一个全新的框架。
——乔斯琳•贝尔•伯内尔(英国天体物理学家,2012年英国皇家学会科普图书奖评委会主席)
在《信息简史》中,格雷克带领着读者广泛涉足了各个科学领域,从麦克斯韦妖到哥德尔不完全定理,从黑洞到自私的基因,不一而足。尽管其中有些概念理解起来颇有难度,但就像他先前的作品,如《混沌》和《费曼传》,格雷克为那些能跟得上科学的读者提供了条理清晰的论述,也为那些仅想识其大意的读者准备了通俗易懂的类比。此外,书中还有许多老少皆宜的奇闻轶事。
——杰弗里•农贝格(加州大学伯克利分校信息学院教授),《纽约时报》
阅读该书是一段美妙的历程,我时常会惊喜于作者裁剪材料、呈现细节的能力——竟能把如此漫长的一段历史浓缩在一本书中,同时又能用通俗的语言解释深奥
的理论,用奇闻轶事让人手不释卷。此外,本书的译文上佳,这在如今尤其难能可贵。因此,无论是以信息为业的信息产业从业者,还是愿意更深入地理解周围
世界的普通读者,我都愿意向大家推荐这本詹姆斯?格雷克的《信息简史》。
——雷军(小米董事长,金山软件董事长)
在信息“碎片化”时代,这是一本值得收藏并反复阅读的书。生动的语言,哲学式的思考,超群的洞察力,为我们描绘信息史。而这个历史正在开始它最壮丽的
时代:大数据时代。“万物源自比特”,大数据如同波涛汹涌的海洋,在这个数据大航海时代,我们会扮演什么角色?有何作为?
——田溯宁(宽带资本董事长,亚信创始人)
《信息简史》让我联想到《时间简史》,但这次我是能看懂其中的大部分内容了。与霍金一样,詹姆斯?格雷克选取了一个宏大的主题,大概很少有人敢这样去想
吧。但他敢想敢做,并且在我看来,做得还相当不错。
——俞敏洪(新东方董事长)
这似乎是本无所不包的书,其中既有我们熟悉的文字、词典、电话、电报,也有我们不熟悉的,如非洲会说话的鼓、麦克斯韦妖、随机性、量子比特等。但这正
表明信息无处不在,各个领域都可以从信息和信息论的视角重新加以认识。我个人最感兴趣的是第3章“两本词典”(第一本英语词典以及著名的《牛津英语词典
》)。相信各位读者也能从中找到自己感兴趣的章节,获取有益的信息。
——徐小平(真格基金创始人,新东方联合创始人)
从2003年以来,作者便集中精力于《信息简史》的写作,很少有作家能花如此长的时间于一本书上。所以它的成功不是偶然的,而是格雷克上下求索的激情所致
。从书后的参考文献的统计来看,共涉及560种著作,可见其用心良苦。
——刘钢(中国社会科学院哲学所研究员)
香农的信息论的意义怎么评价都不过分。无论是大数据、移动互联网等新趋势,还是我们日常使用的网络、电脑、电话、手机等,其中的很多原理都可以追溯到
1948年香农的那篇开创性论文。但香农的地位往往为主流科学史所低估,更不为普通公众所了解。詹姆斯?格雷克的《信息简史》将很大篇幅放在了刻画香农的生
平及其影响上,可谓精当。
——刘韵洁(中国工程院院士)
此书写的历史:编码、电报、电话、信息;穿插之间的理论家和实践家:巴贝奇、爱达、贝尔、香农、图灵、维纳、柯尔莫哥洛夫;以及由这个信息史产生的理
论:信息论、熵、编码、随机性。通过此书,读者好像在人类文明史、科学史的森林中漫步,吸取养分;好像在知识的海洋中漫游,极目远望。……书翻译得不
错,比较流畅,专业术语翻译得也比较到位。这是这几年看到的比较成功的科学翻译作品。
——汤涛(香港浸会大学数学系主任,北京大学客座教授)
除了格雷克,很难设想还有谁能够以如此恢弘、理性而又充满诗意的文笔将“信息”融入人类文明的整体进程进行审视。他的宏大视野穿透了计算机、通信以及
互联网的技术表象,从诗人拜伦之女爱达、艺术家摩尔斯、量子力学大师薛定谔、分子生物学家沃森、计算机科学先驱者图灵,一直谈到天才香农在贝尔实验室
、普林斯顿高等研究院和麻省理工学院的非凡经历。格雷克让我们深信——香农所创造的绝不仅仅只是一个支撑起了通信技术体系的数学理论。如果说科学革命
让“物质”和“能量”占据了我们的世界观,那么自香农创立信息论之后的六十多年,“信息”已然成为我们世界观的核心。
——王桥(东南大学信息科学与工程学院教授)
《信息简史》是一本有意思的书。我一直觉得应该有一本这样的书介绍一下信息的历史,詹姆斯?格雷克的这本书正好补上了我这个缺憾。不过这本书与其说是一
部科技史书,不如说总结了一种世界观,即信息是宇宙固有的组成部分,就和力、运动等概念一样。而世界上几乎任何事物都可以用信息的方式量化,或者说就
是“万物皆比特”。
——吴军(《浪潮之巅》、《数学之美》作者)
大家常说,我们身处一个“信息时代”。但转念想想,其实我们对于“信息”了解得并不多。詹姆斯?格雷克的《信息简史》让我们对信息有了全新的认识,这是
一段愉快的阅读体验(尽管你需要耐下心来慢慢品味)。因此,我愿意向所有有兴趣理解我们的世界、我们的时代,以及它是怎样发展而来,又将走向何处的读
者推荐这本书。
——姬十三(果壳网CEO,科学松鼠会创始人)

媒体推荐
《信息简史》是一部雄心勃勃又富有洞见的图书,它以热情洋溢的笔触带领我们追溯了从非洲会“说话”的鼓到电子计算机的漫长历程,并在其中添加了大量有益的论据和事例。这是本非常难得的书,它为我们理解周围的世界提供了一个全新的框架。

——乔斯琳·贝尔·伯内尔(英国天体物理学家,2012年英国皇家学会科普图书奖评委会主席)

在《信息简史》中,格雷克带领着读者广泛涉足了各个科学领域,从麦克斯韦妖到哥德尔不完全定理,从黑洞到自私的基因,不一而足。尽管其中有些概念理解起来颇有难度,但就像他先前的作品,如《混沌》和《费曼传》,格雷克为那些能跟得上科学的读者提供了条理清晰的论述,也为那些仅想识其大意的读者准备了通俗易懂的类比。此外,书中还有许多老少皆宜的奇闻轶事。

——杰弗里·农贝格(加州大学伯克利分校信息学院教授),《纽约时报》

作者简介
詹姆斯•格雷克(James Gleick)
生于1954年,本科毕业于哈佛学院,曾长期在《纽约时报》担任记者和编辑,并多年为《时代》周刊撰写技术专栏。1987年,他的首部作品《混沌:开创新科学》入围了美国国家图书奖和普利策奖的决赛,并成为畅销书,使得“混沌”、“蝴蝶效应”的说法家喻户晓,现已销售超过百万册。其后他又陆续出版了《费曼传:1000年才出一个的科学鬼才》(1992)、《越来越快:飞奔的时代飞奔的一切》(1999)、《牛顿传》(2003)等书,相继被翻译成了二十多种语言。
他是最早一批投入Internet创业热潮的人。1993年11月,他与合作者联合推出了Pipeline互联网接入服务,率先提供了用户友好的图形界面。十四个月后,Pipeline以一千万美元股票的价格出售。

目录
推荐序一
推荐序二
推荐序三
更多推荐
引子
第1章会说话的鼓(似是而非的编码)
第2章持久的文字(心智中并无词典)
第3章两本词典(我们文字的不确定性以及我们拼写的随意性)
第4章将思想的力量注入齿轮机械(喔,欣喜若狂的算术家啊!)
第5章地球的神经系统(就那么几根破电线,我们能指望它什么呢?)
第6章新电线,新逻辑(没有别的什么东西比它更严密地为未知所包裹)
第7章信息论(我想要的不过只是一颗寻常的大脑)
第8章信息转向(形成心智的基本要素)
第9章熵及其妖(你无法通过搅拌将果酱和布丁区分开来)
第10章生命的编码(关于生物体的完整描述都已写在了卵里)
第11章跃入模因池(它其实就是寄生在了我的大脑里)
第12章认识随机性(僭越之罪)
第13章信息是物理的(万物源自比特)
第14章洪流过后(一本宏大的巴别相册)
第15章每天都有新消息(或者诸如此类)
尾声(意义的回归)
参考文献
致谢
图片版权
译后记

序言
引子

通信的基本问题是,在一点精确地或近似地复现在另一点所选取的讯息。这些讯息往往都带有意义。
——克劳德•香农,《通信的数学理论》(1948)
在1948年这重要的一年之后,后来的人们自以为可以找出当时激发了克劳德•香农工作灵感的某些实用目的,但这只是事后猜测罢了。而他本人对此的看法迥然不同:我任由思绪信马由缰,种种设想会不时地冒出来。就像个科幻作家,我一直在思考的是:“假如是这样,事情又会如何呢?”[1]
也正是在1948年,贝尔电话实验室对外宣布他们发明了一种小型电子半导体。这是“一种出奇简单的设备”,真空管能做的任何事它都能做,而且效率更高。它小巧玲珑,小到一个巴掌里放得下上百个。这年5月,科学家们成立了一个委员会来为它命名。委员会给贝尔实验室的高级工程师发放了选票,列出了几个备选名字,如“半导体三极管”(semiconductor triode)、“微型真空管”(iotatron)、“晶体管”[transistor,由varistor(压敏电阻)和transconductance(跨导)两个词混合而成]等。最终,“晶体管”脱颖而出。“它可能将对电子和电信行业产生意义深远的影响。”贝尔实验室在新闻稿中这样宣布道。但这一次,现实超出了广告的溢美之词。晶体管引发了电子产业的革命,为电子技术的微型化和普遍应用开辟了道路,而它的三位主要发明人也很快获得了诺贝尔奖。对于贝尔实验室来说,它是皇冠上的明珠。然而,如果细究在那一年发生的重要进展,晶体管还只能屈居次席,因为它只是这场革命的硬件部分。
另一项更为意义深远、也更为基础的发明,出现在一篇专题论文中。这篇论文连载于7月和10月出版的两期《贝尔系统技术期刊》上,共79页。这次可没有什么新闻发布会。论文的题目既简单又宏大——《通信的数学理论》,而其传达的内容也很难用三言两语说清。但它是个支点,整个地球都将因此而被撬动。和晶体管一样,这项发明也引入了一个新词:比特(bit)。这个名字并没有经过什么委员会的投票,而是由这篇论文的唯一作者、时年32岁的克劳德•香农自行选定的。[2]现如今,比特已经跻身英寸、英磅、夸脱、分钟之列,成为量纲的一员。所谓量纲,就是测量的基本单位。
但它测量的是什么呢?“用于测量信息的单位”,香农写道,仿佛信息是种可测可量的东西。
表面上,香农是贝尔实验室数学研究组的成员,但他基本上独来独往。[3]当这个组撤离纽约的总部,搬到新泽西州郊野的新办公室时,他留了下来,常常待在旧办公楼的一个舒适的小开间里。这幢楼矗立在纽约西街上,是座12层高、沙砖结构的庞大建筑,背靠哈德逊河,面朝格林尼治村。香农不喜欢乘班车往返上下班,而是喜欢留在繁华的街区,在那里,他可以听到夜总会里吹奏的爵士黑管乐。那时,他正羞涩地追求一位在贝尔实验室微波研究组工作的年轻女士。微波研究组就在街对面的两层办公楼里,那栋楼原先是纳贝斯克饼干公司的厂房。大家都觉得香农是个聪明的小伙子。从麻省理工学院毕业后不久,他加入了贝尔实验室,从事与战争相关的工作,先是研发出了一种自动火控高射炮指挥仪,然后又集中精力研究保密通信(密码学)的理论,并用数学推导证明了所谓“X系统”的安全性——X系统是指英国首相丘吉尔和美国总统罗斯福之间的专用电话线路。因此,上司即使弄不明白他留下来究竟要搞些什么名堂,倒也乐得对他听之任之。
在20世纪中叶,美国电话电报公司并不要求其研究部门立即产出什么成果,甚至允许它们在看不出具有明确商业目的的数学或天体物理学方面自由研究。尽管如此,它们所做的多数现代科学研究还是直接或间接地与公司力图使所有人都相互联系起来的使命息息相关。范围虽然广阔,但这家电话公司的核心业务量却一直以来没有明确的描述。据美国人口普查局年度统计摘要中有关“通信”的内容,截至1948年,每天有超过1.25亿次的通话要经过贝尔系统那2.22亿公里的电缆和3100万门电话机进行传输。但这些数字只是对通信量的粗略估算。摘要还统计了几千家无线电广播电台、几十家电视台的数据,以及报纸、图书、宣传手册和信函的数量。[4]邮局可以计算信函和包裹的数量,但贝尔系统传输的究竟是什么,又应该以什么单位来计数呢?传输的肯定不是通话,也不是字词,当然更不是字符。或许只是电而已吧。公司的工程师都是电气工程师,他们个个都明白,电在这里替代了人说话的声波,空气中的声波进入送话器就会被转换成电波。而电话之所以比电报先进,关键就是因为有了这种转换。作为电话的前驱,电报已然显得老旧而古怪了。电报有着完全不同的转换原理,它用的是点和划组成的编码,而且这套编码不是基于声音,而是基于书面的字母表(字母表本身也是一种编码)。细看之下,我们能发现这其中抽象和转换的链条:点和划代表字母表中的字母;字母代表声音,并相互组合成字词;字词则代表意义的某种根基,而这恐怕最好还是留给哲学家讨论吧。
贝尔系统早在1897年就聘请了公司的第一位数学家乔治•阿什利•坎贝尔。他是明尼苏达人,曾在哥廷根和维也纳学习。他很快遇到了早期电话传输中的一个严重问题:信号在电路中会失真,传输距离越长,失真就越严重。坎贝尔给出的解决方案既用到了数学,也用到了电气工程学知识。[5]他的老板则被告知不必太在意两者的差别。香农在学生时代就对成为工程师还是成为数学家犹豫不决,然而在贝尔实验室,不管愿不愿意,他都要面对电路和继电器。不过,他最乐此不疲的还是钻研抽象符号。大多数通信工程师都专注于物理问题,如放大和调制、相位失真以及信噪比降级等,香农则喜欢博弈和谜题。他最早被密码学吸引,始于年少时阅读埃德加•爱伦•坡的侦探小说。他像喜鹊一样搜集故事里的蛛丝马迹,试图去破解疑案。在麻省理工学院做研究助理的第一年,他的工作是操作一台百多吨重的原型计算机——万内瓦尔•布什制造的微分分析机。这台机器使用巨大的旋转齿轮、机轴和机轮来解微分方程。在22岁那年,香农在硕士论文中把一个19世纪的思想,即乔治•布尔的逻辑代数,应用到了电子电路的设计上。(逻辑和电,这是多么不寻常的组合!)后来,他又有机会与数学家、逻辑学家赫尔曼•外尔合作,后者教给他什么是理论:“理论允许意识‘跳出自身的影子’,超越经验而把握超验,但这只能借助抽象符号实现(这一点是不证自明的)。”[6]
1943年,英国数学家、密码破译专家阿兰•图灵为了一个加密方面的任务造访了贝尔实验室。午餐期间,他与香农就人造思维机器的设想交换了意见。(“香农不仅仅想向这样一台大脑中输入数据,他还想把文化的东西灌输进去!”图灵惊呼道,“他想给它来点儿音乐!”[7])香农同样也和诺伯特•维纳打过交道,维纳曾在麻省理工学院教过他,并在1948年提出了“控制论”这门研究通信和控制的全新学科。与此同时,香农也开始特别关注起电视信号来,不过视角比较独特。他在想,可否采用某种手法打包和压缩电视信号,从而更快地加以传输。逻辑和电路的结合产生了新的结晶,就像是基因和编码的结合一样。为了寻找一种统一的框架来梳理他头脑中的各种想法,香农开始着手整合一种有关信息的理论。

理论的原材料在20世纪早期的世界里随处可见,信件和口信、声音和影像、新闻和指令、数字和图表、信号和标识,不一而足。无论是通过邮局、电线还是电磁波,它们都在川流不息地流动着。然而,还没有一个词能够概括所有这些东西。香农在1939年写给麻省理工学院的万内瓦尔•布什的一封信中写道:“时断时续地,我一直在研究传递信息(intelligence)的一般系统的某些基本属性。”[8] intelligence一词有着悠久的历史,语意丰富。托马斯•埃利奥特爵士在16世纪写道:“现在intelligence作为一个文雅的说法,用来表示通过相互交换信件或口信达成协议或约定。”[9]不过除此之外,这个词还有了其他多个含义。一些工程师,尤其是贝尔电话实验室的工程师,开始使用information一词。他们用这个词来表达一些技术性概念,如信息的数量、信息的测量等。香农后来也采纳了这个用词。
为了能应用于科学领域,必须给信息(information)一词赋予某些特定含义。回首三个世纪前,当时物理学的发展已经到了难以突破的地步,但随着艾萨克•牛顿将一些古老但意义模糊的词(力、质量、运动,甚至时间)赋予新的含义,物理学的新时代开始了。牛顿把这些术语加以量化,以便能够放在数学方程中使用。而在此之前,motion(运动)一词(仅举此一例)的含义就与信息一样含混不清。对于当时遵循亚里士多德学说的人们而言,运动可以指代极其广泛的现象:桃子成熟、石头落地、孩童成长、尸体腐烂……但这样,它的含义就太过丰富了。只有将其中绝大多数的运动类型扬弃,牛顿运动定律才能适用,科学革命也才能继续推进。到了19世纪,energy(能)一词也开始经历相似的转变过程:自然哲学家选取这个原本用来表示生动有力或强度的词,使之数学化,从而赋予了它在物理学家自然观中的基础地位。
信息这个词也不例外,它也需要一次提炼。
而对它加以简化、精练,并以比特度量后,人们发现信息几乎无处不在。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。它的出现最终引发了光盘和传真机、电脑和网络、摩尔定律以及世界各地的“硅巷”。信息处理、信息存储以及信息检索等也应运而生。人们开始将铁器时代和蒸汽时代之后的时代称为信息时代。“人类曾经以采集食物为生,而如今他们重新要以采集信息为生,尽管这看上去有点不和谐。” 马歇尔•麦克卢汉在1964年如此评论道。[10]时值电子计算和赛博空间(cyberspace)刚刚出现,他的预言走在了时代的前面。
现如今,我们已经可以清晰地认识到,信息是我们这个世界运行所仰赖的血液、食物和生命力。它渗透到各个科学领域,改变着每个学科的面貌。信息理论先是把数学与电气工程学联系到了一起,然后又延伸到了计算领域。在英语国家称为“计算机科学”的学科,在一些欧洲国家则被称为了“信息科学”。现在,甚至连生物学也成为了一门研究讯息、指令和编码的信息科学。基因封装信息,并允许信息的读取和转录;生命通过网络扩散;人体本身是一台信息处理器;记忆不仅存储在大脑里,也存储在每一个细胞中;如此等等。而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——它是一份字母表、一种编码,用60亿比特的信息定义了一个人。进化生物学家理查德•道金斯认为:“处于所有生物核心的不是火,不是热气,也不是所谓的‘生命火花’,而是信息、字词以及指令……如果你想了解生命,就别去研究那些生机勃勃、动来动去的原生质了,从信息技术的角度想想吧。”[11]生物体中的所有细胞都是一个错综复杂的通信网络中的节点,它们一刻不停地传输和接受信息,不停地编码和解码。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。
“如此看来,信息环路成为了生命的基本单位。”研究细胞间通信长达30年之久的维尔纳•勒文施泰因如是说。[12]他提醒我们,信息一词在科学中比在日常生活中具有更为深刻的内涵:“它意味着一种组织和有序的普适原理,也是对此的精确衡量。”基因在文化上的对应物是模因(meme)。在文化的演化过程中,模因扮演着复制者和传播者的角色——它可能是一股思潮、一阵时尚、一封“连锁信”,又或是一种阴谋论。运气不好的话,模因也可能是种电脑病毒。
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,使世界金融得以在全球神经网络上运行如仪,经济学也逐渐认识到自身实际上是一门信息科学。即便是在货币看上去是一种物质财富,在口袋、货舱或银行金库里显得沉甸甸时,它也是一种信息。无论是硬币、纸币,还是金币、贝壳,它们都只不过是阶段性的技术,用以表明谁拥有什么的信息。
那么,原子呢?物质有它自己的“通货”,而所有科学中最硬的物理学看起来似乎已经臻于成熟。然而,物理学同样发现自身受到了一种全新思维模式的冲击。第二次世界大战以后,物理学家迎来了他们的黄金时代,当时科学界的重大新闻似乎都是有关原子裂变和核能利用的。物理学家将自身声誉和研究资源都押在了研究基本粒子及其相互作用规律、建造巨型加速器,以及发现夸克和胶子上。对于这门高高在上的学科而言,通信研究简直与它风马牛不相及。在贝尔实验室时,香农没有考虑过物理学的事,而粒子物理学家也不需要比特。
而后,突然之间,他们需要了。渐渐地,物理学家和信息理论学家殊途同归。比特是另一种类型的基本粒子:它不仅微小,而且抽象——它存在于一个个二进制数字、一个个触发器、一个个“是”或“否”的判断里。它看不见摸不着,但当科学家最终开始理解信息时,他们好奇信息是否才是真正基本的东西,甚至比物质本身更基本。他们提出,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(他的研究跨越20世纪和21世纪,是与爱因斯坦和玻尔都曾合作过的最后一位健在者 )就用了一句颇具神谕意味的、由单音节词组成的句子加以概括:“万物源自比特(It from Bit)。”[13]“任何事物——任何粒子、任何力场,甚至时空连续统本身”都源于信息。这为我们提供了另一种方式来解读观察者悖论:实验结果会因为它是否被观察到而受影响,甚至被决定。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都必须由离散的比特表示出来。惠勒有点隐晦地写道:“我们所谓的实在(reality),是在对一系列‘是’或‘否’的追问综合分析后才在我们脑中成形的。所有实体之物,在起源上都是信息理论意义上的,而这个宇宙是个观察者参与其中的宇宙。”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。
而解开这个谜团的关键就是不见于经典物理学的所谓量子纠缠(quantum entanglement)现象。一旦粒子之间或量子系统之间发生了量子纠缠,那么即便相隔广袤的时空,它们的基本属性也仍然相互关联。即使相隔数光年,它们仍然能够共享某些实际存在,但又不只是实际存在那么简单的东西。这时会出现幽灵般的佯谬,无法解释,除非我们最终能够理解量子纠缠是如何编码信息的,无论是以比特的形式,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,它们实际是在做什么呢?其实是在交换比特、转换量子态以及处理信息,而物理定律就是处理信息时所用的算法。因此,每一颗正在燃烧的恒星、每一个星云、每一粒在云室中留下幽灵般痕迹的粒子,都是一台信息处理器,而宇宙也在计算着自己的命运。
那么,宇宙的计算量有多大?速度几何?它可以容纳多少信息,内存空间又有多大?能量和信息之间有着怎样的联系?翻转一个比特的能量开销又是多少?这些问题可不好回答,但它们也不像乍听上去那么神秘莫测。物理学家和量子信息学家(这是种新兴职业)正并肩奋斗来解答这些问题。他们计算之后,给出了初步的答案。(惠勒认为,“整个宇宙的比特数,无论以何种方式计算,都是10的一个很大次方”。[14]而根据塞斯•劳埃德的说法,宇宙的运算能力“不会超过在 个比特上执行 次基本逻辑运算”。[15])他们也以全新的视角来审视热力学的熵,以及臭名昭著的信息吞噬者——黑洞。惠勒因而宣称:“未来,我们将学会用信息的语言去理解和表达全部物理学。”[16]

随着信息的功能越来越多,变得难以计数,它开始显得有些过多了。现在人们会抱怨说,“TMI(too much information,信息过多)”。信息疲劳、信息焦虑以及信息过剩,是我们遇到的新问题。而信息过载这个魔头及其恼人的走狗,如电脑病毒、电话忙音、网页死链以及PowerPoint演示文稿等,也让我们深受其害。所有这一切,同样多多少少也和香农有牵连。世界变化得实在太快。约翰•罗宾逊•皮尔斯(就是那个提出了“晶体管”这个名字的贝尔实验室工程师)在回顾香农提出信息论时可能受到的影响时说道:“现在很难还原在香农之前的人们所面对的世界图景。尽管我们可以阅读他们留下的著作,但我们很难重拾那种无邪、无知而蒙昧不察的状态。”[17]
不过,我们对于过去确实有了新的认识。早在《新约•约翰福音》里就有说,“太初有道(word)”。而我们称自己的物种为“智人”(Homo sapiens),也就是有智慧的人;后来又有人单独区分了其中的现代人(Homo sapiens sapiens),也就是“智人中的智人”。普罗米修斯赠予人类的最宝贵的礼物,到底还不是火种:“我为人类发明了数,这是所有科学中最最重要的,还有排列字母的技术,这是缪斯诸艺的创造之母,借此可以把一切都牢牢记住。”[18]字母表是诸信息技术中的奠基性技术。而电话机、传真机、机械计算器,以及最终的电脑,它们只是用以存储、操作和传递知识的种种工具中的晚近发明。这些有用的发明已经融入我们的文化当中,成为我们日常词汇的一部分。比如谈到“数据压缩”,我们知道这和“压缩某种气体”的“压缩”截然不同。我们也知道信息可以被处理为信息流,被解析、分拣、匹配和过滤。iPod和等离子电视已成为我们家居的一部分,而发短信和用搜索引擎也融入了我们的日常技能。我们掌握这些技能,精于此道,才蓦然发现信息在生活中无处不在。但其实它一直都在那里。它曾经同样遍布于我们祖先的世界中,不论是实实在在的花岗岩墓碑,还是隐隐约约的窃窃私语,到处都有它的身影。打孔卡片、收银机、19世纪的差分机以及电报线路,都为编织那张我们身处其中的信息网作出了贡献。每一种新出现的信息技术,都在当时催生了信息存储和传输的新需求。随着印刷术的发明,出现了新的信息组织工具,如汇编词汇的字典、梳理知识的百科全书,以及整理事实的年鉴等。很少有信息技术会彻底过时,每一种新兴技术都会为其前辈技术赋予新的理解。因此,托马斯•霍布斯在17世纪时就抵制他所在时代的新媒体炒作,说:“印刷术的发明,固然是天才之举,然而较之于字母的发明,并没什么大不了。”[19]在某种程度上,他说得没错。每一种新出现的媒介,都会对人类思维的性质加以改造。长远来看,所谓历史,就是信息逐步从自发到自觉的一个过程。
有些信息技术在当时就会受到重视,有些则不会。但有一种技术,长久以来被严重误解,这就是非洲会说话的鼓。
注释
[1] Robert Price, “A Conversation with Claude Shannon: One Man’s Approach to Problem Solving,” IEEE Communications Magazine 22 (1984): 126.
[2]“晶体管”一词由约翰•罗宾逊•皮尔斯创造。“比特”一词则由约翰•怀尔德•图基(John W. Tukey)最早提出。
[3] Interview, Mary Elizabeth Shannon, 25 July 2006.
[4] Statistical Abstract of the United States 1950. 更准确的数字是:3186家无线电广播电台和电视台、1 5000份报纸和杂志、500万册图书和宣传手册,以及400亿件信函。
[5] George A. Campbell, “On Loaded Lines in Telephonic Transmission,” Philosophical Magazine 5 (1903): 313.
[6] Hermann Weyl, “The Current Epistemological Situation in Mathematics” (1925), quoted in John L. Bell, “Hermann Weyl on Intuition and the Continuum,” Philosophia Mathematica 8, no. 3 (2000): 261.
[7] Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma (London: Vintage, 1992), 251.
[8] Letter, Shannon to Vannevar Bush, 16 February 1939, in Claude Elwood Shannon, Collected Papers, ed. N. J. A. Sloane and Aaron D. Wyner (New York: IEEE Press, 1993), 455.
[9] Thomas Elyot, The Boke Named The Governour (1531), III: xxiv.
[10] Marshall McLuhan, Understanding Media: The Extensions of Man (New York: McGraw-Hill, 1964), 302.
[11] Richard Dawkins, The Blind Watchmaker (New York: Norton, 1986), 112.
[12] Werner R. Loewenstein, The Touchstone of Life: Molecular Information, Cell Communication, and the Foundations of Life (New York: Oxford University Press, 1999), xvi.
[13] John Archibald Wheeler, “It from Bit,” in At Home in the Universe (New York: American Institute of Physics, 1994), 296.
[14] John Archibald Wheeler, “The Search for Links,” in Anthony J. G. Hey, ed., Feynman and Computation (Boulder, Colo.: Westview Press, 2002), 321.
[15] Seth Lloyd, “Computational Capacity of the Universe,” Physical Review Letters 88, no. 23 (2002).
[16] John Archibald Wheeler, “It from Bit,” 298.
[17] John R. Pierce, “The Early Days of Information Theory,” IEEE Transactions on Information Theory 19, no. 1 (1973): 4.
[18] Aeschylus, Prometheus Bound, trans. H. Smyth, 460–461.
[19] Thomas Hobbes, Leviathan (London: Andrew Crooke, 1660), ch. 4.

后记
译后记
(我们是谁,我们来自哪里,我们去向何方)
我的反应是以深刻的内省和实证精神为坚实基础的,是作为暗喻的回声,是作为信息的游戏——同小孩子单纯的鹦鹉学舌有着本质区别。
——村上春树(1988)
前几日信手翻阅最新一期的《连线》(Wired)杂志,读到了下面这段描写人类活动的文字:
仅仅一天之内,人类就会产生数以百万计的书籍写作那么大的价值。在全球范围内,我们一共发送了1546亿封电子邮件,发了4亿条微博,还在WordPress上写了超过100万篇博客文章,并留下了200万条博客评论。在Facebook上,我们一共写了16亿字。总之,我们每天会在电子邮件和社交媒体写上约3.6万亿字,这相当于3600万册图书(作为对比,整个美国国会图书馆才不过拥有约2300万册图书)。
刚刚读完《信息简史》的您一定还有印象:美国国会图书馆的信息量,正是当年克劳德•香农勾勒的信息量估算表中位于顶端的最大信息量载体。而现如今,借助触手可及、无孔不入的信息输出和接收工具,人类每天需要面对的新生信息已经超过了过去几千年以来的总和。即使在中国的偏远地区生活的人们,也已经看上了电视,用上了手机。如果说仅仅数年前,人类还在被爆炸的信息巨擘挟带着向前踉跄,那么以今天的视角来看,说主流社会已经完全把运行的基础切换到了信息流动之上亦不为过。不是吗?人们已经学会了在每一次购物之际,都会将欲购商品与全球所有的同类商品从质量到价格、从包装到物流全方位地比较一番;在每一次旅游出行之前,都不仅会查看交通路线,并且会研究各种攻略,了解程度之详尽甚至使当地人相形见绌。政府在制定政策之前,也早已不再采用传统方法通过人工手段收集所需的材料,而是通过各种专家模型在接收实时海量数据的条件下,完成带有多方博弈和风险预估的精密计算。更不必说现代的商业和军事战争,已经实实在在地演变成了信息战,比对方提前一秒掌握信息,都有可能将形势彻底扭转。
正是因为信息已经真正地变得无所不在,所以人们往往会忽略它的存在。就像自然数,就像空气,就像语言,就像时间,人类在蒙昧未开的时代就已经先入为主地被它们所占领。结果,对它们的理解反而成了最困难的事。对于一出生就以为是自然而然的事物,对其展开思辩、追本溯源,除了要在浩如烟海的资料中披荆斩棘之外,更大的障碍来自于太擅长自欺的人心。很多时候,真理和真相不是没有近在眼前,甚至变换着各种表现想引起我们的注意,我们却对其视而不见。但是信息与上面列举的这些事物相比,又有几个很显著的特点。首先,信息并不是一种能够以意识直接接触,并通过直观感受就能够得出认识的事物,它需要经过抽象的过程才能完成认识。其次,虽然信息在本质上只是一种二元选择,但要从具体的物理过程中分析出信息量的度量方法,却决不像乍看之下那么简单。事实上,当代的科学分析发现,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。再次,信息虽然在人类社会实践和科学实验中以各种各样的原始形式发展了成百上千年,但是对它建立了真正的理性认识,却还是上个世纪中叶左右的事。这些特点都意味着,趁着人类还没有忘记信息主宰一切的时代之前的社会和科技形态,在这样关键的时间点上进行一次深刻的反思,是极其重要、功德无量的。更难得的是,也还仍然来得及。
所以,《信息简史》就是这样的一本书。它的前半部分描写了人类饱含着艰辛,又照耀着智慧光芒的一部历史。这里面包括非洲部落的原始通信工具、人类口语从神话传说到哲学论证的演化进程、作为符号固定剂的书写运动和通信标准化的辞书和码本、机械时代的巨匠先驱打造的工程奇迹,直至逐渐将信息的意义外壳彻底剥离,建立近代和现代的通信系统,并通过数学和理性将无关紧要的细节去除,洞察到信息的本质。作为承前启后的历史人物,克劳德•香农终于发表出了一篇宏论:《通信的数学理论》。这是人类第一次系统、全面、理性地认识信息,也是第一次赋予了“信息”一词精准的定义,从此奠定了一门新的学科——信息学。而几乎与此同时,图灵和哥德尔也分别达到了密码学和形式系统的巅峰,这真是信息史上的英雄时代!接下来,我们就看到信息学犹如一股洪流,在一个又一个的领域里掀起了颠覆性的革命:心理学、热力学、遗传学、传播学、量子力学,不一而足。每一门学科在经受了信息学洗礼后,面貌都焕然一新,不仅在技术上有了长足的进步,而且更重要的是在哲学思辨上大大地深化了。书的收尾用了浓墨重彩,讲述了信息学如何通过建立“全球知识”和全人类范围内的关系连接,深刻地改造了人类的社会形态和生活方式。全书以意义的解构和重新建构为线索,在几乎一切细节上都铺陈了大量精确到位、有血有肉的史实。可以说,关于信息学前世今生的全部主要内容,在本书中都可以找到权威、详尽的参考。原书的副标题是“一部历史,一个理论,一股洪流”,可以说是史中有论,论中有情,情中有理。这确实是一部科学传播读物中的上佳之作。
当初接手这本书的翻译时,对原著的难度之高可谓始料未及。译到第2、3章时,才发现里面有大量的涉及考古学和语言学的专业翻译要求。但彼时已经深深被原著博大精深的编排和风趣生动的文字吸引,欲罢而不能。在此处,幸得家父高学栋博士在文科的专业和内容方面的双重指导。而全书翻译成稿以后,又得图灵公司楼伟珊、李松峰编辑的费心润色,达于句词,本书在可读性方面,才总算有了交代。最终的定稿还经东南大学信号与信息处理学科主任、哈佛大学访问科学家王桥教授通读,提出了修改意见数十条。加上本人初译时的些微努力,《信息简史》乃六易其稿,方得定案。其中虽然艰辛反复难以备述,却同时又是一个与作者的天才思想和史学探索亲密接触的极高享受。现在这成果就呈现在读者面前,希望大家能免其苦,而尽其乐。
本书成稿过程中,承香港浸会大学数学系系主任汤涛教授,上海交通大学计算机科学系黄林鹏、张尧弼和梁阿磊教授,EMC中国卓越研发集团林应经理和林向东工程师,SAP美国劳佳工程师和SAP中国范德成工程师看顾,以及图灵社区上的网友acid-free、贾洪峰,对译稿提出过意见,对本人提出过鼓励。更要感谢父母和爱妻沈靓全家对我在翻译全过程中倾力投入而对家事疏于过问的谅解和支持。希望本书的出版,能给你们带来快乐。


于EMC中国卓越研发集团
2013年11月

文摘
版权页:



另一方面,普通制图员的图纸也不足以把这部机器描述清楚,毕竟它不只是一台机器。它是一个动力系统,许多部件具有多种模式或状态,或静止或运动,其影响会通过错综复杂的途径传播出去。那么到底有没有可能在图纸上把它描述清楚呢?为此,巴贝奇专门设计了一种新的形式工具,用他的话来说就是“机械记法”。这是一种符号语言,它不仅要再现机器的物理形态,还要再现其更难以把握的属性:时序和逻辑。这可是一番了不得的雄心,巴贝奇自己也颇为自得。1826年,在《论一种利用符号表示机械动作的方法》一文中,他自豪地向皇家学会报告了自己的成果。这种方法部分借助了分类。他分析了运动或能量通过系统进行“传播”的不同方式,而这些方式是多种多样的。一个部件可以简单通过直接连接到另一个部件上而受到影响,“比如固定在转轮上的钉子,或在同一根轴上的转轮和副齿轮”,它也可以通过“强烈的摩擦力”而连接到另—个部件并受到影响。一个部件可能被另一个部件持续不断地驱动,“就像转轮被副齿轮驱动的那样”,也可能被间断地驱动,“就比如转轴转一圈才将螺栓抬起一次的情况”。在这里出现了逻辑分支的景象:由于机器某些部分的状态不同,传播的路径也会发生变化。巴贝奇的机械记法是他在数学分析符号记法方面的研究的自然延伸。正如数学一样,机械也需要严密清晰的过程。他写道:“日常语言的形式实在太过冗赘而难当此任。而符号,如果选择得当、应用广泛的话,将会以一种通用语言的姿态出现。”对于巴贝奇来说,语言从来都不是细枝末节的问题。
1828年,巴贝奇最终赢得了一个大学教职,而且还是剑桥大学备受尊敬的卢卡斯数学教授教席。过去牛顿曾担任该教席。与在牛顿的时代一样,巴贝奇的工作并不繁重。

内容简介
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(第1章)。非洲土著部落曾用只有高低两个音的鼓声来传递复杂的讯息,但他们是如何做到的?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(第2章)、罗伯特?考德里的第一本英语词典(第3章)、查尔斯?巴贝奇的差分机与爱达?拜伦的程序(第4章)、沙普兄弟的信号塔与摩尔斯电码(第5章)。
但人类开始自觉地理解和利用信息始于克劳德?香农于1948年创立的信息论(第6、7章)。香农的信息论不仅大大推动了信息技术的发展,也引发了其他许多学科的信息转向(第8章),改变了人们对于诸如麦克斯韦妖(第9章)、生命的编码(第10章)、模因(第11章)、随机性(第12章)、量子信息论(第13章)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(第14章)、Google(第15章)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。
作为《混沌》、《费曼传》、《越来越快》、《牛顿传》等畅销书的作者,格雷克不仅在书中细致还原了历史细节,通俗解释了各种理论,还生动刻画了几位不为大众所熟知的人物:可编程计算机先驱、超越时代的查尔斯?巴贝奇,第一位程序员、诗人拜伦之女爱达?拜伦,计算机科学之父、天妒英才的阿兰?图灵,以及全书的主人公、信息论之父克劳德?香农。

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