Биология или технология: что передает больше информации в секунду?

Ответ на этот вопрос может стать другим в 2113 году.

Когда люди пытаются дать определение жизни, они, как правило, сосредотачиваются на таких вещах, как воспроизводство или метаболизм. Это правда, что перемещение материи и энергии, чтобы просто оставаться в живых или производить потомство, является фундаментальной характеристикой живых систем. Но есть и другой, возможно, более всеобъемлющий способ понимания жизни, который ставит на первый план информацию. С этой точки зрения, то, что делает жизнь особенной – то, что отличает ее от всех других физических систем, – это ее способность использовать информацию. Звезды, например, можно описать в терминах информации, но бессмысленно думать о них как об использующих эту информацию. Под “использованием” я подразумеваю намеренное хранение, копирование, передачу и обработку информации для достижения какой-то цели.

Но что, если мы хотим взглянуть на жизнь как на процесс планетарного масштаба? Идея биосферы – совокупности жизни на Земле – возникла более века назад. Российский биогеохимик Владимир Вернадский ввел термин “биосфера”, когда понял, что жизнь не является пассивным участником геофизической эволюции Земли. Напротив, Вернадский увидел, что жизнь как биосфера является равноправным игроком в определении траектории развития планеты наряду с другими “геосферами”: атмосферой (воздухом), гидросферой (водой), криосферой (льдом) и литосферой (сушей). С тех пор концепция биосферы стала основополагающей в самых разных областях – от климатологии до астробиологии.

Если мы признаём информацию в качестве важнейшего компонента жизни, а также рассматриваем жизнь как процесс планетарного масштаба, возникает вопрос: как мы можем объединить эти две точки зрения, чтобы понять информацию в планетарных масштабах? Учитывая сложность взаимодействия информации со всей биосферой, этот вопрос может показаться трудным. Но недавно Манасви Лингам, Амедео Бальби и я опубликовали работу, посвященную этой проблеме, – и результаты оказались весьма увлекательными.

Манасви, астрофизик из Технологического института Флориды, возглавил исследование. Он плодовитый теоретик, прекрасно разбирающийся в таких разных темах, как клеточная сигнализация и звездная эволюция, я всегда получаю огромное удовольствие от работы с ним. Один из самых важных навыков, которым должен обладать талантливый ученый, – это умение правильно выбрать проблему: из всех вопросов, которые вы можете задать по определенной теме, на какие вы действительно можете ответить? Размышляя об информации и биосфере, Манасви увидел способ выявить один конкретный аспект проблемы: передачу информации. Какова, спрашивает он, общая сумма информации, которую жизнь на Земле передает из одного места в другое? Получение такого числа кажется довольно сложной задачей. Так как же он это сделал? Ответ заключался в том, чтобы сосредоточиться на клетках.

Измерение потока информации

Чтобы сделать свою оценку, Манасви сначала подсчитал общее количество прокариотических клеток в биосфере. Такие цифры на самом деле не так уж сложно получить, поскольку масса живой материи на Земле во всех ее различных формах (включая микробы) была определена множеством различных способов. Затем нужно разделить эту массу на клетки, в результате чего общее число прокариотических клеток составит около 10²⁹ или 100 000 триллионов триллионов (ух ты!).

Поскольку клетки общаются, выделяя химические вещества, следующим шагом было определить, с каким количеством партнеров может общаться одна клетка. Манасви подсчитал, что их может быть шесть, если считать по ближайшим соседям. Наконец, на основе экспериментов выяснилось, что скорость передачи информации между клетками составляет 10^-4 бита в секунду. Сложив все вместе, включая то, как часто данная клетка решает отправлять сигнал, Манасви обнаружил, что глобальная скорость передачи информации в современной биосфере составляет 10²⁴ бит/с.

Это замечательное число само по себе, поскольку оно показывает, что в биосфере передается огромное количество информации. Но чтобы понять его смысл, нам нужно с чем-нибудь его сравнить. Вот где все становится интересным.

Техносфера

Манасви провел аналогичные расчеты глобальной скорости передачи информации для всей техносферы. Техносфера – это машинный эквивалент биосферы: совокупность технологий, которые люди внедрили по всему миру. Учитывая, что мы живем в цифровую эпоху, можно подсчитать, сколько информации передается в техносфере в секунду. Если оценить это число через интернет-трафик, то глобальная скорость передачи данных составит 10¹⁴ бит в секунду. Это более чем в миллиард раз меньше бит в секунду, чем в биосфере. Таким образом, на данный момент биосфера передает гораздо больше информации, чем человеческие технологии вместе взятые.

Ключевым здесь является “на данный момент”. Оказывается, стремительное развитие цифровых технологий ведет нас к тому, что техносфера обгонит биосферу по передаче информации уже к началу 22-го века (точная дата, которую рассчитал Манасви, – 2113 год).

Таким образом, к 2113 году, созданная человеком техносфера, будет передавать больше бит, чем биосфера (из которой появились люди). Что это будет означать? Что будет означать преодоление этого порога для эволюции нашего вида и эволюции планеты? Это большой вопрос, на который у меня пока нет ответа. Но важно то, что мы не смогли бы даже сформулировать этот вопрос, если бы у нас не сформировался такой глобальный взгляд на информацию и жизнь. В этом и заключается сила нового мировоззрения.

Ключевым здесь является термин “пока”. Оказывается, стремительное развитие цифровых технологий ставит нас на путь, когда техносфера обгонит биосферу по передаче информации уже к началу 22-го века (точная дата, которую нашел Манасви, – 2113 год).

Таким образом, к 2113 году техносфера, созданная человеком, будет перемещать больше бит, чем биосфера (из которой появились люди). Что это будет означать? Что будет означать преодоление этого порога для эволюции нашего вида и эволюции планеты? Это большой вопрос, на который у меня пока нет ответа. Но, что не менее важно, мы не смогли бы даже сформулировать этот вопрос, если бы у нас не было такого глобального взгляда на информацию и жизнь. В этом и заключается сила нового взгляда.

Адам Франк, профессор астрофизики Рочестерского университета. Группа вычислительных исследований Фрэнка разработала передовые суперкомпьютерные инструменты для изучения того, как формируются и как умирают звезды.

Читайте также: Являются ли НЛО реликтами более ранней технологической цивилизации нашей планеты?