第一节 为什么需要引入信息概念
前面几章依次讨论了客观存在、物质结构、运动与变化、因果关系，以及时间与空间。沿着这一研究路径继续推进，就会遇到一个问题：客观世界中的物质对象及其状态变化，如何成为主体能够认识的内容？
客观对象可以具有各种属性，也可以通过相互作用产生不同现象。主体则通过感官接收外界刺激，并借助记忆、比较、判断和推理形成认识。但客观世界的存在，并不意味着主体能够直接掌握它的全部状态、关系和变化原因。
例如，主体看到地面潮湿，可以据此识别地面存在水分，却不能仅凭这一现象确定水分来自降雨、洒水、管道泄漏还是其他原因。地面潮湿是观察到的现象，地面存在水分是对现象的识别，而水分的来源则是需要进一步调查和验证的问题。
在这个过程中，至少存在几个需要区分的环节：客观对象及其状态、对象与主体发生作用的过程、主体获取的感知材料，以及主体依据这些材料形成的判断。它们彼此联系，却不能直接等同。
因此，需要引入信息这一概念，分析客观状态及其差异如何通过一定的物理过程被获取、保存和处理，以及主体如何利用这些内容形成认识。
本章并不试图用一个定义取代信息科学、通信理论或认知科学中的所有信息概念，而是围绕本书的研究任务，建立一套能够衔接物质过程与主体认识的分析框架。
第二节 信息的工作定义
“信息”在不同研究领域中具有不同含义。它可以指信号中能够被区分的内容，可以涉及消息传递与编码，也可以在特定数学模型中表示不确定性的变化，还可以指具有语义意义的内容。
这些用法之间存在联系，但适用条件和研究重点并不相同。如果不区分它们，便容易在论证过程中把某一领域的定义直接用于另一领域。
在本书当前的研究范围内，可以暂时将信息定义为：
信息，是在特定条件下能够被区分、获取或处理，并为识别对象、事件、状态或判断提供区别依据的内容。
这一工作定义包含三个方面。
第一，信息涉及可区分性。假如两种状态在某个接收系统的分辨能力范围内无法区分，那么对该系统而言，它们就可能表现为相同的输入。即使两种状态在客观物理结构上存在差异，也不意味着这个系统能够获取相应差异。
第二，信息的获取需要相应条件。主体通过视觉获取图像，需要光与视觉系统之间发生物理作用；通过听觉获取声音，需要声波作用于听觉系统。信息能否被获取，与载体、传递过程、接收系统的结构及其工作状态有关。
第三，信息的作用取决于具体关系。同一段声音，对熟悉相应语言的人可能具有明确含义，对不熟悉该语言的人可能只是无法理解的声音输入；对语音识别系统而言，它还可能成为需要分类和处理的声学信号。
因此，讨论信息时，需要明确三个问题：什么内容存在差异，这些差异能否被获取，以及这些差异在什么条件下能够发挥识别作用。
还需要区分信息内容与主体对信息的认识。某种内容能够为识别提供依据，不代表主体已经识别出相应内容；主体认为自己获得了某项信息，也不代表其判断一定符合客观情况。
信息的表达、传递和获取同样需要区别。信息内容可以通过不同形式得到表达，但表达形式不等于所表达的内容；接收者获得某种物理输入，也不代表已经理解其中表达的内容。
需要说明的是，这一定义是为本书分析认识过程建立的工作概念。它并不能直接替代信息论中的统计信息量、通信系统中的编码信息，也不能单独解决语义信息的全部问题。后续论证必须根据具体研究对象选择相应的概念。
第三节 物质、状态、差异与信息
在物质一元论的研究框架下，信息的产生、保存、传递和处理都需要考察相应的物理实现条件。但如果因此直接断言信息就是某一种物质载体，或者认为描述了物质的全部物理属性就已经确定了其表达内容，又会把不同层次的问题混在一起。
一张纸和一块存储芯片都是物质对象，但它们的材料构成并不能单独决定其记录了什么内容。两份材料组成相近的存储介质，可以保存完全不同的文件；同一份数字文件，也可以通过不同的物理介质保存，只要这些介质能够在规定条件下维持相应的可识别结构。
因此，需要区分三个相互关联的层次。
一、物质载体
物质载体是承载或实现信息的物理对象、过程或状态。例如，纸张上的墨迹、存储介质中的磁性状态、芯片中的电学状态，以及空气中传播的声波，都可以在特定条件下承担信息载体的作用。
载体具有自身的物质构成、物理性质和工作条件。这些条件会影响信息的保存、传递和获取。
例如，纸面上的文字可能因为磨损而难以辨认，存储介质可能因为损坏而丢失数据，声音信号也可能因传播过程中的衰减和干扰而变得难以识别。
二、物理状态及其差异
同一物质对象可以处于不同状态，不同状态之间可能存在能够测量或识别的差异。
例如，纸面上的笔画可以具有不同形状，声波可以具有不同频率和振幅，存储单元可以呈现不同的电学状态。这些差异为区分不同输入或记录内容提供了物理条件。
但客观差异并不自动等于某个接收系统能够利用的信息。差异能否被识别，还取决于系统的感知能力、测量精度、编码规则及具体任务。
三、信息内容
在一定的编码规则、识别能力或使用条件下，物理状态及其差异可以被识别为特定的信息内容。
例如，在规定的编码系统中，一组电学状态可以对应一个数字字符；在自然语言系统中，一组声音可以对应某个语词。
这里的关键是，物理状态与信息内容之间存在相应的识别或编码关系。脱离这种关系，仅仅描述载体的材料构成和物理状态，通常还不足以确定它所表达的具体内容。
由此可见，物质载体、物理状态和信息内容是三个需要分别分析的层次。它们不能相互割裂，也不能直接合并。
同一信息内容可以通过不同载体实现，但载体之间的转换需要具体的物理过程，并受到存储容量、传输条件和转换精度等因素的限制。反过来，同一物质载体也可以通过不同状态记录不同内容。
这一分析有助于明确本书的研究范围：信息的实际表达、保存、传递和处理不能脱离物质过程，但信息内容也不能仅凭载体的材料构成来确定。
第四节 信息与不确定性
信息的一个重要作用，是帮助主体区分原本无法确定的不同情况。
例如，某人只知道一个房间里有一盏灯，却不知道灯当前处于开启还是关闭状态。在其他条件不变时，他面对两种可能情况。如果获得一条可靠的信息，确认灯处于开启状态，那么他对灯当前状态的不确定性就会减少。
不过，不确定性减少并不意味着认识必然正确。
如果某人收到一条错误消息，误以为灯已经关闭，他的主观不确定性也可能减少，但判断结果与实际状态不符。因此，至少需要区分两个问题：信息是否改变了主体对可能情况的判断，以及改变后的判断是否得到事实支持。
信息论对信息量有更严格的数学处理。在特定概率模型下，某个结果出现时所对应的自信息量可以表示为：
I(x)=-\\log_2 P(x)
其中， 表示具体结果， 表示该结果在所采用模型中的概率。当该概率大于零时，可以按照这一公式计算相应的信息量。
例如，在公平硬币的模型下，正面和反面各自的概率均为二分之一，因此单次结果对应一比特的自信息量。
这一计算描述的是特定概率模型下的统计信息量，并不直接表示消息的语义价值、真实性或实际用途。一条罕见消息可能具有较大的统计信息量，却与当前问题无关；一条常见提醒的统计信息量可能较低，却能帮助主体避免严重错误。
同样，主体接收到更多消息，也不代表认识必然改善。冗余内容、错误消息、无关数据和相互矛盾的陈述，都可能增加处理负担，甚至使判断偏离事实。
因此，在研究认识时，不能只问主体获得了多少信息，还需要考察信息针对什么问题、来源是否可靠、内容是否与证据一致，以及它是否足以支持当前判断。
第五节 信息的获取与识别
信息不会因为客观存在，就自动成为主体的认识。
外部环境中的物理过程，需要通过一定途径作用于主体的感官系统，才能形成相应的感知输入。主体能够获取哪些内容，受到感官结构、作用条件以及自身状态的限制。
以视觉为例，外部物体反射或发出的光进入眼睛，经过视觉系统的处理，形成与光学刺激相关的神经活动。主体随后可能识别出物体的轮廓、颜色、位置和运动状态。
但视觉输入并不直接等于完整的对象认识。观察者可能看到远处的一个深色轮廓，却无法立即判断它是人、树木还是其他物品。随着观察距离缩短、视角发生变化，或者获得其他信息，原有判断可能随之改变。
在理论分析中，可以将这一过程区分为三个环节：
第一，刺激作用。外部物理过程通过一定方式作用于感官系统。
第二，感知形成。感官系统对输入进行处理，形成相应的感知活动。
第三，对象识别。主体依据感知材料及已有认识，对对象的属性、类别或状态作出判断。
这三个环节在实际认知活动中可能紧密衔接，但它们的作用并不相同。感官接收到刺激，不代表主体已经识别对象；主体识别出对象，也不代表已经掌握对象的全部属性及其形成原因。
人类感官也不是对环境的无限精确记录装置。视觉和听觉具有各自的感知范围，许多物理过程无法被普通感官直接感知，需要借助仪器测量、实验设计和理论推断。
仪器能够扩展信息获取的范围，但仍然存在测量范围、分辨率、噪声水平和校准条件等限制。测量结果也需要通过适当的方法进行解释。
因此，认识的起点是主体在特定条件下获取有限的感知材料，而不是对客观世界全部内容的直接掌握。要从这些材料形成可靠认识，还需要进一步进行识别、比较和判断。
第六节 记忆、比较与分类
主体获取当前信息后，还需要将其与既有经验联系起来，才能形成相对稳定的认识。
记忆使过去的经验能够在当前认知活动中继续发挥作用。主体可以依据先前接触过的对象、事件和关系，识别当前输入的特征，并据此作出分类或预测。
例如，一个人第一次看到某种植物时，可能只能感知它具有绿色叶片、细长枝条和特定形状。经过观察、学习或他人讲解，他逐渐将这些特征与某个植物类别联系起来。之后再次看到相似对象时，即使没有重新分析所有细节，也可能迅速完成初步识别。
这说明，认识并非每次都从空白状态开始。既有经验为当前信息提供了比较基准，使主体能够将复杂的感知输入组织为具有相对稳定意义的类别。
但记忆和比较也可能造成错误。
如果主体过去多次见到某类对象在特定情境中出现，就可能逐渐形成一种预期。当新对象具有相似特征时，主体容易将其归入原有类别，即使它实际上属于另一种情况。
例如，一个人曾经多次在夜间听到敲门声后发现来者是熟人，便可能把相似的敲门声与熟人联系起来。但下一次敲门的人也可能是陌生人。既有经验能够帮助主体快速判断，却不能保证判断正确。
记忆不仅参与信息保存，也参与信息解释。主体根据过去的经验理解当前输入，而当前输入又可能修正既有经验。认识活动因此具有一定的循环性：已有认识影响新信息的解释，新信息则可能为已有认识提供支持、补充或反证。
分类同样具有条件性。主体依据某些特征将对象归为一类，意味着这些特征在当前任务中被视为具有区分作用。分类标准不同，划分结果也可能不同。
例如，按照生物学特征划分的对象，与按照商业用途、外观或使用场景划分的对象，可能形成不同的类别体系。这些分类未必互相矛盾，因为它们所依据的特征和研究目的可能不同。
不过，分类具有条件性，并不意味着分类可以任意进行。有效分类需要明确标准，并检验这些标准是否适合当前问题。如果分类无法稳定地区分对象，或者分类结果持续与客观特征冲突，就需要重新审视分类方法。
