Hoe kan informatie fysiek zijn, en welke implicaties heeft dit voor onze filosofie van betekenis?

In de discussie over de aard van informatie, is het cruciaal te begrijpen dat informatie, ondanks haar abstractie, onlosmakelijk verbonden is met fysieke processen. Dit idee heeft diepe implicaties voor de manier waarop we de relatie tussen fysica, semantiek en informatie beschouwen. Een belangrijk uitgangspunt is het idee dat informatie niet simpelweg een abstractie is, maar een fysiek fenomeen, zij het op een indirecte manier.

Deze benadering roept echter filosofische vraagstukken op, zoals de aard van ‘abstractie’ en de relatie tussen abstracte vormen en fysieke gebeurtenissen. Informatie, als een vorm die over de fysieke wereld wordt geprojecteerd, lijkt niet direct fysiek van aard te zijn. De manier waarop informatie niet alleen een patroon is, maar ook de kracht heeft om fysiek gedrag te beïnvloeden, roept het eeuwenoude vraagstuk op over de relatie tussen abstractie en materie.

De bekende uitspraak van Norbert Wiener (1961) dat “informatie informatie is, geen materie of energie,” vestigt de aandacht op dit probleem. Volgens Wiener heeft informatie weliswaar een fysiek effect, maar is het niet identiek aan de materiële of energetische processen die de informatie uitvoeren. Dit roept de vraag op: hoe kan iets dat niet fysiek is, toch fysieke effecten hebben? Waar komt de causale kracht van de abstractie vandaan?

De vraag naar de metafysische status van informatie heeft filosofen verdeeld. Aan de ene kant is er het idee van ‘reducible physicalism,’ dat informatie niet meer is dan de georganiseerde structuren van fysieke gebeurtenissen. Dit is de kijk die wordt gedeeld door Dretske (1981), Millikan (1984) en vele anderen. Aan de andere kant zijn er filosofen die, zoals Chalmers (1996), informatie beschouwen als een fundamentele eigenschap van de werkelijkheid, net zo fundamenteel als materie of energie. In deze visie is de wereld op het meest basale niveau digitaal, en is informatie het allerfundamenteelste bestanddeel van het universum.

De tegenstelling tussen deze twee visies – de materialistische en de fundamentele visie – is niet louter filosofisch. Ze beïnvloeden hoe we denken over de interactie van informatie met de fysieke wereld. Dit heeft ook implicaties voor disciplines als de cognitiewetenschappen, kunstmatige intelligentie en de natuurkunde, waar informatie vaak wordt gezien als een noodzakelijke voorwaarde voor de werking van systemen, maar niet noodzakelijkerwijs als fysiek van aard.

Een ander aspect dat belangrijk is om te begrijpen, is de mate waarin ‘informatie’ en ‘betekenis’ elkaar overlappen. In de meeste theorieën over informatie wordt ervan uitgegaan dat de betekenis van een teken of symbool afhankelijk is van de context waarin het wordt gebruikt, en de correlatie die het heeft met de fysieke werkelijkheid. Het gaat dus niet alleen om het signaleren van feiten, maar ook om de manier waarop informatie een betekenis vormt die relevant is voor een specifiek systeem of waarnemer.

Verder is het belangrijk om de implicaties van de ‘informatie als energie’ theorie te overwegen. Volgens het zogenaamde Landauer-principe vereist elke bit informatie een minimale hoeveelheid energie om te worden verwerkt. Dit heeft gevolgen voor de manier waarop we zowel natuurlijke als kunstmatige systemen begrijpen, aangezien de verwerking van informatie onvermijdelijk energie vereist. Dit wordt vooral relevant in het licht van moderne technologieën zoals kwantumcomputing, waarbij de fundamenten van de informatieverwerking op het allerkleinste niveau worden herzien.

Kortom, het begrip van informatie als een fysiek fenomeen biedt een nieuwe lens om naar de wereld en haar dynamieken te kijken. De vraag of informatie nu fundamenteel of fysiek te verklaren is, blijft echter een centrale kwestie. Het is een vraag die niet alleen de filosofie van informatie aangaat, maar ook praktische implicaties heeft voor wetenschap, technologie en zelfs onze alledaagse perceptie van de werkelijkheid. Het lijkt dat we, hoe verder we in dit onderwerp duiken, steeds verder moeten nadenken over wat informatie werkelijk is en hoe het zich verhoudt tot de fysieke wereld waarin we leven.

Hoe Thermodynamische Entropie de Basis vormt voor Informatie en Representatie

Thermodynamische entropie is een maat voor de wanorde van een systeem. Vanuit het perspectief van beperking, zoals eerder besproken, kan entropie ook worden begrepen als de mate van vrijheid die een systeem ervaart. Volgens de Tweede Wet van de Thermodynamica neigt een thermodynamisch systeem naar evenwicht, wat inhoudt dat het systeem steeds chaotischer wordt en de elementen meer en meer oncorreleerd raken totdat ze een evenwichtige verdeling bereiken – maximale entropie. Op dit punt heeft elk element in het systeem minder beperkingen en meer vrijheid. Dit betekent dat het systeem zich in vrijwel elke mogelijke toestand zou kunnen bevinden, maar de kans om zich in een specifieke toestand te bevinden, is astronomisch laag doordat de elementen gelijkmatig verdeeld en oncorreleerd zijn.

Wanneer deze natuurlijke neiging om naar maximale entropie te bewegen wordt verhinderd of omgekeerd in een systeem, bijvoorbeeld wanneer elementen zich lokaal beginnen te correlateren, wijst dit erop dat er iets externs het systeem verstoort. Een situatie waarin een zeer waarschijnlijke toestand niet optreedt, wijst vaak op externe invloeden. In andere woorden, de probabilistische verdeling van de mogelijke toestanden van het systeem verandert door externe invloeden, en dit verbindt thermodynamische entropie met informatie.

De basis van de interdependentie tussen Shannon's informatie-entropie en Boltzmann's thermodynamische entropie kan eenvoudig worden samengevat: een afname van ofwel Shannon- of Boltzmann-entropie gebeurt niet spontaan, dus wanneer dit wel gebeurt, is het bewijs van de interventie van een externe invloed. Dit principe helpt bij het verduidelijken van hoe informatie wordt overgedragen en hoe entropie zowel in thermodynamische als informatieve zin werkt.

De relaties tussen deze entropieën geven een beter begrip van hoe representatie in de fysieke wereld verankerd kan worden. Veel naturalistische filosofen beschouwen de correlaties tussen gebeurtenissen in de natuur als de natuurlijke basis voor representatie. Wanneer een wereldgebeurtenis zich herhaaldelijk en statistisch correleert met een andere gebeurtenis binnen een lokaal domein, wordt de natuurlijke informatie van de eerste gebeurtenis overgedragen naar de tweede. Vanuit het perspectief van beperking kunnen de beperkingen van de ene gebeurtenis de beperkingen van de andere propagateren. Dit biedt een formele karakterisering van natuurlijke informatie, maar hoe kunnen we de fysische aard van deze informatie begrijpen?

Een belangrijk inzicht van Shannon is dat de informatie die door een signaal wordt overgedragen, niet wordt bepaald door de intrinsieke eigenschappen van het signaal zelf, maar door de fysieke eigenschappen die representatie mogelijk maken. De fysieke eigenschappen van signalen kunnen op twee manieren worden geanalyseerd: als formele en fysieke aspecten, waarbij de formele aspecten afhankelijk zijn van de fysieke. Dit impliceert dat informatieoverdracht een fysisch proces is, en daarom onderhevig aan de wetten van de thermodynamica.

In dit geval kan de informatie die door het signaal wordt overgedragen, niet worden bepaald door de intrinsieke eigenschappen van het signaal zelf, maar door de verstoringen die optreden door een externe invloed. Dit zorgt ervoor dat de veranderingen in het signaal ook veranderingen in de mogelijke toestanden van de wereld reflecteren die het systeem beïnvloeden. De fysische dynamica van het systeem worden daarmee de basis voor het begrip van informatie en representatie.

Het is belangrijk te begrijpen dat de dynamiek van de entropie zowel de informatieve capaciteit als de betrouwbaarheid van een systeem beïnvloeden. Wanneer entropie toeneemt door externe verstoringen, veranderen de mogelijke toestanden die informatie kunnen dragen, en het kanaal wordt minder betrouwbaar. De veranderingen in entropie, zowel thermodynamisch als informatief, moeten altijd worden begrepen in de context van hun fysische middelen en de externe invloeden die werken op het systeem.

Hoe Signaleringsspellen Communicatie en Betekenis Vormgeven

Signaleringsspellen, als theoretisch raamwerk, bieden een interessante benadering van hoe communicatie kan ontstaan tussen zenders en ontvangers. Echter, hoewel ze belangrijk inzicht bieden in de werking van signalen, schieten ze tekort in het volledig verklaren van de conventies van betekenis en representatie. Dit komt doordat signaleringsspellen de semiotische aard van conventies vaak over het hoofd zien. De Amerikaanse filosoof Charles Sanders Peirce, die de semiotiek ontwikkelde, stelde dat conventies twee aspecten hebben: de conventie van het tekenvoertuig (de vorm van het signaal) en de conventie van de referentiële relatie (de betekenis of inhoud die door het signaal wordt overgedragen). Signaleringsspellen geven een gedeeltelijke verklaring van de conventie van het tekenvoertuig, maar laten de referentiële relatie buiten beschouwing. Dit verklaart waarom misverstanden in communicatie vaak optreden: het ontbreekt aan een volledige semiotische benadering.

In een eenvoudig signaalspel zijn er twee mogelijke staten van de wereld (S1 en S2), twee soorten signalen (M1 en M2) en twee mogelijke acties (A1 en A2). Er is echter geen vooraf gedefinieerde relatie tussen de staten van de wereld en de signalen, of tussen de signalen en de acties. Het centrale probleem van het signaalspel is het coördineren van de juiste actie op basis van de toestand van de wereld. In dit opzicht biedt het signaalspel een oplossing voor het zogenaamde "state-act coordination problem": hoe kunnen acties correct reageren op de verschillende staten van de wereld?

Dit probleem wordt opgelost wanneer er een informatief F ontstaat, een relatie tussen de zender en de ontvanger die hen in staat stelt om de juiste actie uit te voeren, afhankelijk van het signaal dat wordt ontvangen. Wanneer de zender en de ontvanger een gemeenschappelijk belang hebben (namelijk het verkrijgen van een maximaal rendement wanneer ze correct coördineren), ontstaat er een communicatiekanaal dat hen in staat stelt om informatie over de wereldstaat effectief te delen. Dit leidt tot een coördinatieprobleem waarbij de spelers een keuze moeten maken tussen verschillende strategieën.

De keuze tussen verschillende signaleringssystemen, zoals gedefinieerd door Lewis, brengt ons naar het concept van Nash-evenwichten. In dit kader wordt een Nash-evenwicht als een stabiele situatie beschouwd waarin geen enkele speler zijn of haar strategie unilateraal kan veranderen zonder slechter af te zijn. In het signaalspel kunnen er verschillende Nash-evenwichten ontstaan, afhankelijk van de keuze van de signalen en de reacties van de ontvanger. Wanneer een spel zich in een strikt Nash-evenwicht bevindt, zoals F1 of F2, zijn de gekozen strategieën zo dat elke speler niet zou kunnen verbeteren door hun strategie te veranderen.

Een belangrijk punt van discussie is waarom een van de signaleringssystemen in een spel wordt gekozen en hoe het gehandhaafd wordt. Terwijl Lewis met zijn rationele keuze theorie stelde dat de structuur van signaalspellen en de strategieën van de spelers als gemeenschappelijke kennis moeten worden beschouwd, stelt Skyrms dat dit probleem beter wordt begrepen door middel van evolutionaire speltheorie. Volgens Skyrms ontwikkelen interacterende individuen spontaan signaleringssystemen, wat kan worden gemodelleerd met behulp van replicatordynamica. Dit impliceert dat een van de signaleringsstrategieën in een populatie uiteindelijk de overhand krijgt, omdat deze strategie evolutionair stabiel is. Dit biedt een verklaring voor de oorsprong van communicatie en de stabiliteit van signaleringssystemen zonder te moeten terugvallen op de concepten van voorafgaande kennis of psychologische factoren zoals salientie.