Простейшая «Картина мира»

 Когда речь заходит об изучении систем общественной природы, взаимосвязь свойств системы и ее элементов гораздо более глубокая, чем это принято думать: не только свойства системы зависят от свойств элементов, но и обратно – свойства элементов, составляющих систему, могут зависеть от свойств системы. И по мере восхождения по ступеням сложности эта взаимозависимость проявляется все более и более отчетливо.

Понятие «система». Простейшая интерпретация «Картины мира». Центральная проблема: описание механизмов самоорганизации.  Проблема изменчивости. Проблема наследственности. Проблема «отбора». Интерпретация Универсума как динамической системы. 

Главы из книги академика Н. Н. Моисеева "Универсум. Информация. Общество". 

Никита Николаевич Моисеев, великий русский ученый,  выдающийся математик, глубокий мыслитель, оказавший огромное влияние на науку, на общественное мнение, на международную политику. 

1. Понятие «система»

В этой работе я уже использовал и дальше часто буду использовать термин «система», причем в его самом простом смысле. В силу особого значения для целей этой работы, повторю еще раз некоторые положения. Условимся называть системой любую совокупность взаимодействующих элементов. Это определение, как уже говорилось, совершенно тривиально, но, как мы это увидим ниже, имеет совершенно нетривиальные следствия. Прежде всего заметим, что любой объект нашего изучения представляет собой систему. Этот факт имеет глубокое значение для научного познания. И он был понят очень давно, вероятно, еще в античные времена. И был объектом изучения классического рационализма.

Однако это направление научной мысли связывало представления о свойствах системы со свойствами ее элементов. Более того, молчаливо предполагалось, что свойства системы можно вывести (изучить) на основе изучения свойств элементов, ее составляющих. Такой подход к изучению свойств системы получил название редукционизма. Он сыграл огромную положительную роль в развитии естествознания.

Но всё оказалось гораздо сложнее. Прежде всего обнаружилось, что изучение далеко не всех свойств системы может быть сведено к изучению свойств ее отдельных элементов. Простейший пример: аномальная зависимость плотности воды от температуры не выводима из свойств ее элементов – кислорода и водорода. Другими словами, система обладает особыми системными свойствами. Их изучение представляется важнейшим направлением современной науки. Его можно было бы назвать и так: изучение свойств кооперативных взаимодействий.

Но имеют место и гораздо более глубокие связи между свойствами системы и свойствами ее элементов. Некоторые системы как бы определяют свойства своих элементов, элиминируют, исключают некоторые из них, если эти элементы оказываются неспособными выполнять некоторые функции, необходимые для существования (наверное, точнее – стабильности) системы. Порой мне представляется, что многие системы напоминают инженера, управляющего сложной машиной. Если какая-либо деталь не удовлетворяет его требованиям, он не исправляет ее, а просто выбрасывает и подбирает новую, лучше соответствующую требованиям к системе. Это обстоятельство особенно хорошо просматривается на уровне систем общественной природы.

Другими словами, взаимосвязь свойств системы и ее элементов гораздо более глубокая, чем это принято думать: не только свойства системы зависят от свойств элементов, но и обратно – свойства элементов, составляющих систему, могут зависеть от свойств системы. И по мере восхождения по ступеням сложности эта взаимозависимость проявляется все более и более отчетливо. Особенно тогда, когда речь заходит об изучении систем общественной природы. Но это вовсе не означает запрета на изучение элемента системы как некоторую выделенную данность: вспомним, что я говорил в предыдущей главе об использовании принципа выделения элемента.

И последнее. Можно говорить о «целях» системы, какой бы природы она ни была. В неживых системах это стабильность и развитие, то есть непрерывное усложнение организационной структуры и многообразия элементов. В системах, принадлежащих миру живого, цель элемента – стабильность, которую принято называть гомеостазом. В системах общественной природы возникает целый спектр целей. Поскольку элементы системы, в свою очередь, являются системами, можно говорить и о целях элементов (подсистем). И они, эти цели подсистем, далеко не всегда совпадают с целями самой системы. Поэтому возникает представление о соразвитии, или коэволюции – термине, который стали употреблять последние 30 лет не только в биологии. Это важное понятие. Оно означает такое развитие подсистем (систем нижнего уровня), которое не нарушает развития исходной системы.

В этом смысле влияние системы на ее элементы качественно отличается от роли конструктора, поскольку элементы сами развиваются в силу механизмов самоорганизации, о которых я буду говорить ниже. Система не конструирует элементы, а лишь отбраковывает негодные, то есть служит фактором отбора.

Ниже я постараюсь показать значение системного подхода к развитию Универсума и роль введенных терминов… Но пока что вернемся к основной теме этой главы, к описанию простейшей интерпретации Универсума и особенностям развития, которое она описывает.

2. Простейшая интерпретация «Картины мира»

Простейшей интерпретацией я буду называть то представление о Системе, именуемой Универсумом, в которой речь идет только об особенностях динамики и эволюции косного, то есть неживого вещества. В этом условном мире еще нет биосферы, нет человека. Это – Вселенная Ньютона, Галилея, всего естествознания XVIII века.

Такая упрощенная модель отвечает представлениям о реальности с позиции не только постороннего, но и «абсолютного» наблюдателя, то есть наблюдателя, не принадлежащего Системе и не имеющего границ в своих возможностях познания. Поскольку такой наблюдатель не принадлежит Системе, то для него подобная виртуальная Система может быть весьма удобной интерпретацией того, «что есть на самом деле». Такая модель имеет и практический смысл, ибо это редукция как раз к той простоте, без которой путь к постижению сложности невозможен! Я бы сказал, что Вселенная Галилея – Ньютона – это необходимый шаг в постижении той сложности, с которой приходилось иметь дело практике XX века. Изучение такой упрощенной модели мироздания было важнейшим этапом развития естественных, и не только естественных, наук. Эта модель была основой миропонимания эпохи Просвещения, а затем и всего XIX века.

Кроме того, такая интерпретация имеет практический смысл и сегодня, поскольку деятельность человечества охватывает, во всяком случае, пока, лишь ничтожную часть Универсума, не оказывающего значимого влияния на его динамику, а тем более – развитие. В такой ситуации всё человечество можно представить себе в качестве «выделенного» субъекта. Подобная модель развития и организации косного вещества будет иметь практическое значение до тех пор, пока активность человека не станет влиять заметно (с точки зрения наблюдателя) на процессы космического масштаба (то есть мегамира) или на структуру микромира. Отметим еще одно немаловажное обстоятельство: для описания подобной «Картины мира» нам достаточно языка классической физики, и оно может обойтись без введения новой категории – «информация».

Сейчас существует целый ряд интерпретаций подобного рода, в основе которых лежит изучение и учет взаимодействий между элементами системы. Заметим, что все эти взаимодействия описываются на языке физики и химии и использование понятия «информация» для этой цели не требуется. Если же физики и химики апеллируют к процессам информационной природы, то в этом проявляется лишь удобство того жаргона, который начал использоваться после работ К. Шеннона.

В рамках подобной интерпретации на протяжении последних столетий и изучались взаимодействия между элементами. С ее помощью были установлены законы, которые получили надежнейшую эмпирическую проверку и позволили как некоторые эмпирические обобщения дать интерпретацию (точнее, интерпретации) возможной «Картины мира».

3. Центральная проблема: описание механизмов самоорганизации

Сегодня всё чаще и чаще, даже в областях, далеких от физики, используют термин «самоорганизация». Что он означает?

Единого, всеми принятого определения термина «самоорганизация» не существует. Разные авторы используют разные определения, бытует и термин «синергетика», который я стараюсь не использовать. Поэтому надо условиться о смысле термина «самоорганизация», прежде чем начать его использовать.

Условимся называть самоорганизацией системы такой процесс изменения ее состояния (или характеристик), который происходит без целенаправленного (может, лучше – целенаправляемого) начала, каковы бы ни были источники целеполагания. Можно говорить и о стихии самоорганизации – здесь мы ошибки не сделаем. Причины, побуждающие процесс самоорганизации, могут быть как внешними, так и внутренними. Если же речь идет об Универсуме как единой системе, то процесс ее изменения идет только за счет внутренних взаимодействий, то есть за счет факторов, принадлежащих Универсуму. Никаких внешних взаимодействий мы не наблюдаем, значит, согласно принципу Бора, мы не имеем права говорить, что они существуют.

И центральной проблемой теории систем является проблема описания этого процесса.

Механизмы самоорганизации Универсума, то есть материального мира и многих подсистем, его составляющих, далеко не познаны. Последнее означает, что для многих из них еще не создано интерпретаций, имеющих смысл эмпирических обобщений, и мы вынуждены опираться на те или иные гипотезы. Я думаю, что познание механизмов самоорганизации и составляют суть фундаментальных наук.

Однако сегодня мы уже понимаем, сколь разнообразны и многочисленны эти механизмы. И возникает естественный вопрос: не существуют ли некоторые общие принципы или интерпретации, позволяющие увидеть их общность (сделать шаг к простоте, который нам позволит приблизиться к пониманию сложности)?

Несмотря на ограниченность наших знаний, все же просматривается некоторая общая логика этого процесса. Ее можно будет увидеть, если мы сумеем найти общий язык, годный для описания схемы процесса самоорганизации для всех трех этажей мироздания – неживой, или косной, материи, живого вещества и общества. Пока же, в этой главе, мы будем говорить лишь о первом этаже, имея в виду в дальнейшем показать универсальность этой логики.

В качестве основы языка описания схемы механизмов самоорганизации мне кажется наиболее удобным (если угодно, даже естественным) использовать язык дарвиновской триады – «изменчивость», «наследственность» и «отбор». Смысл этих терминов, разумеется, должен быть существенным образом расширен по сравнению с тем, который в них вкладывал знаменитый автор теории происхождения видов. Кроме того, как мы увидим ниже, одного этого языка заведомо недостаточно. По мере восхождения по ступеням сложности его придется непрерывно расширять. Но точки зрения, выработанные в процессе анализа систем (этот термин я предпочитаю широко распространенному термину «системный анализ»), дают определенные основания для рационального расширения языка, удовлетворяющего принципу Оккама – минимальному привлечению новых понятий.

Во всяком случае, язык, основанный на использовании дарвиновской триады, позволяет увидеть то, что лежит в основе общей логики развития материального мира, логики, которая просматривается в основе развития всех трех этажей Универсума – неживой, или косной, материи, живого вещества и «мира человека». При всем качественном различии этих форм существования материи их развитие связывает общая логика! И переоценить значение этого факта невозможно.

Попробуем теперь расшифровать эти сакраментальные дарвиновские термины: изменчивость, наследственность и отбор – и дать необходимое расширение этих понятий. Начав, разумеется, с анализа системы косной материи.

4. Проблема изменчивости

«Бог играет в кости!», все-таки играет, хотя великий Эйнштейн и думал иначе.

Вопрос об изменчивости, может быть, и есть самый трудный, самый принципиальный вопрос, возникающий при анализе механизмов самоорганизации систем, поскольку он затрагивает святая святых современного естествознания – принцип причинности.

Развитие систем и их эволюция не могут реализоваться без создания «поля выбора», то есть без возникновения определенного, достаточно большого разнообразия организационных форм или виртуальных возможностей развития, без своеобразного «хаоса возможностей». Здесь Природа снова в чем-то напоминает инженера, проектирующего сложную машину: ему необходимо иметь достаточно большой набор разнообразных, но потенциально необходимых деталей, из которых он однажды создаст конструкцию, отвечающую тем или иным критериям. В этом, как мне представляется, и состоит созидательная роль хаоса, о чем сегодня толкуют ученые мужи, не очень объясняя, в чем состоит эта самая созидательная роль хаоса. Поэтому первый вопрос теории эволюции (развития) систем – это вопрос о причинах возникновения необходимого многообразия (то есть хаоса), без которого невозможно развитие, о механизмах, его рождающих.

Оставаясь вне обсуждения вопроса об исходном состоянии «реальности», ответ на который находится за пределами любого эмпирического знания (хотя и является объектом многочисленных гипотез, часто не противоречащих законам физики, как, например, гипотеза о начальном взрыве), примем существующую неоднородность окружающего мира как некоторую данность.

Илья Пригожин (и не только он) широко использует термин «флуктуация», имея в виду случайные флуктуации, случайные изменения системы. Я избегаю использования этого термина, хотя и глубоко убежден в том, что неопределенность и стохастика лежат в глубине вещей. Описать законы самоорганизации на языке чистого детерминизма мне представляется невозможным в принципе. Без стохастики и неопределенности очень трудно, если не невозможно, описать возникновение флуктуаций и разнообразия организационных форм материи и действия людей.

Допустив существование стохастических факторов, мы снимаем много вопросов. Здесь я снова сошлюсь на Бора, который говорил, что по-настоящему сложное явление нельзя описать на каком-либо одном языке. Он, правда, имел в виду взаимодействие явлений микро- и макромира, но его замечание носит гораздо более универсальный характер. И вряд ли «Картину мира» можно описать на языке чистого детерминизма. Наше утверждение о том, что без использования языка теории вероятностей не могут быть объяснены (и сформулированы) основные законы, управляющие миром, вовсе не означает, что мы достаточно отчетливо представляем себе природу стохастичности. Фиксируя ее присутствие, по-новому понимая смысл причинности, мы, тем не менее, почти ничего не можем сказать об ее истоках. Ведь причинность, в частности ее возникновение в Природе, тоже следствие причинности. Ведь она возникла не просто так!

Существование принципа причинности и присутствие стохастики и неопределенности – явления одного масштаба.

Заметим, что объективное признание вероятностного характера процессов эволюционного развития ставит совсем по-новому проблему причинности. На языке стохастики нам придется научиться формулировать и принцип причинности – это неизбежно. Эйнштейн это хорошо понимал и искал другие пути, но не нашел.

Несколько лет тому назад проходила дискуссия о содержании физических законов. Крайние точки зрения были высказаны Ильей Пригожиным и Рене Томом. Последний в отличие от Пригожина считал законами Природы только вполне детерминированные утверждения. Я думаю, что квантовая механика, которая стала ныне вполне практической наукой и оперирует только с распределениями случайных величин, подтверждает точку зрения Пригожина.

Но сводить описание явления изменчивости только к действию стохастики тоже нельзя. Существует множество причин, порождающих многообразие, и они являются предметом научных исследований. Некоторые из них хорошо известны, например, явление кооперативности, которое проявляется в многочисленных резонансах, когерентном излучении, появлении тех же бенаровских ячеек, о которых так любит писать Пригожин, и т. д. и т. п. Появление новых химических соединений можно трактовать с тех же позиций. По мере усложнения «объектов реальности», которые мы предполагаем рассматривать, роль стохастических факторов будет возрастать. Это тоже эмпирический факт!

Факт роста разнообразия возможных организационных форм в структуре окружающего мира часто называют «законом дивергенции». Этот термин я буду в дальнейшем использовать.

5. Проблема наследственности

Наследственностью системы я условлюсь называть зависимость ее будущего от настоящего и прошлого. Она существует во всех системах. Так, например, деформация горных пород и землетрясения определяются предшествующим их (пород) состоянием и историей изменения напряжений. Этот факт лежит в основе любой прогностики, и вулканизма в частности. Без факта наследственности (и знания прошлого) даже гипотетической силы лапласовский Разум был бы слеп!

Но степень этой зависимости от прошлого может быть очень разной. Условимся степень этой зависимости называть «памятью системы». Существуют системы с абсолютной памятью и с полным ее отсутствием. Конечно, это гипертрофированные, предельные случаи, в реальности их не существует. Но такие интерпретации (модели) иметь в виду необходимо, ибо изучение подобных систем – это редукция к простоте, без которой очень трудно понять сложность реальности. Попробую объяснить это обстоятельство на двух примерах.

Многие системы, изменение состояния которых согласовано с законами сохранения в косной Природе, могут быть описаны на языке обыкновенных дифференциальных уравнений, например система планет в модели Ньютона. Такие системы обладают бесконечной памятью. Подобное утверждение означает, что по состоянию системы в данный момент мы можем восстановить все прошлые состояния этой системы, всю предысторию наблюдаемого процесса. И более того – предсказать ее поведение в будущем. В таких системах какие-либо стохастические характеристики отсутствуют.

В качестве другого примера, демонстрирующего возможность полного отсутствия памяти, можно назвать развитое турбулентное движение жидкости. По данному состоянию такой системы мы ничего не можем сказать о ее прошлом, о той системе вихрей, которая это состояние породила. В «реальности» все системы имеют ограниченную память. Так, например, американский метеоролог Эдвард Лоренц показал, что максимальная память метеоусловий (то есть погоды) – две недели. Последнее означает, что два совершенно разных состояния атмосферы через две недели могут породить одни и те же погодные условия. В подобной ситуации любой прогноз при всем современном развитии метеорологии оказывается достаточно условным, что каждый знает по собственному опыту.

6. Проблема «отбора»

Имея некоторый набор виртуальных, то есть мысленно возможных, состояний системы, процесс самоорганизации «отбирает» некоторые (или некоторый) из них.

Простейшими критериями отбора являются законы физики, благодаря которым происходит изменение состояния системы и ее элементов. Нарушить эти законы никаким материальным структурам не дано. Другими словами, из множества возможных (виртуальных) организационных структур материального мира, которые могли бы быть порождены изменчивостью, существовать могут лишь те, которые удовлетворяют законам физики или химии. Но последнее вовсе не означает, что в результате отбора выделяется некая единственная форма, способная к дальнейшему развитию. Отбор многолик и сохраняет многообразие, он лишь отсекает нежизнеспособные формы организации материи. Пример тому – разнообразие химических соединений, состоящих из одних и тех же элементов.

Среди критериев отбора, помимо законов физики и химии, играют большую роль факторы стабильности тех или иных рождающихся организационных структур. Вот здесь мне хотелось бы напомнить то, о чем говорилось в предыдущей главе. Любой изучаемый объект не существует сам по себе, он всегда является частью некоторой системы более высокого уровня. И эта «высшая система» накладывает определенные условия на функционирование элемента и его структуру. В этом явлении как раз и проявляются те системные законы, о которых я говорил выше. Система отбраковывает те варианты развития своих элементов, которые препятствуют ее собственному развитию или сохранению стабильности. Она резко суживает возможную сферу изменчивости. Одним из таких ограничителей является устойчивость элемента, его соответствия тем функциям, которые он выполняет как элемент системы.

Совокупность механизмов самоорганизации, охватываемых языком дарвиновской триады, мне хотелось бы назвать РЫНКОМ. Он предъявляет принципам отбора множество вариантов виртуальных форм организации материи. А принципы отбора, то есть законы и стабильность, в данный момент выбирают допустимые. Тем, что этот РЫНОК, который я пишу большими буквами, производит отбор на основе сиюминутных характеристик, он напоминает рынок, который изучали еще Смит и Рикардо. Их рынок является частным случаем РЫНКА, о котором идет речь в этом разделе.

Примечание. Использование подобной терминологии шокирует представителей общественных наук. Но беру на себя смелость утверждать, что никакой другой схемы, кроме РЫНКА, природа не придумала! И люди, создавая систему рыночных отношений, пошли по проторенной тропе, другой просто не было. Иное дело – форма рынка, способы создания продукта, точнее, хаоса создающихся структур (продуктов), возможности кооперации и критерии отбора. Здесь уже необъятное поле для анализа. Но логика самоорганизации общая!

7. Интерпретация Универсума как динамической системы

Язык дарвиновской триады при всем его расширении, конечно, не исчерпывает языка, необходимого для описания многообразия форм эволюции Универсума, даже если ограничиваться самыми простыми интерпретациями. Одним из возможных и весьма плодотворных направлений в расширении этого языка я полагаю (так это и оказывается «на самом деле»!) использование представления Универсума и его составляющих в качестве динамической системы (точнее, динамической самоорганизующейся системы). Я использую этот термин в том смысле, как его ввел Анри Пуанкаре. Он означает систему, состояния которой в любой момент времени могут быть зарегистрированы (фиксированы) и по определенным законам изменяются во времени. Другими словами, для которых имеет смысл использование понятия «траектория». Конечно, за то столетие, которое прошло со времен Пуанкаре, понято много нового, но главные реперы теории остались неизменными.

Итак, динамической системой я буду называть любую систему, изменяющуюся во времени. Как правило, это будут нелинейные системы, с нелинейными взаимодействиями и нелинейными законами развития.

Развитие любой динамической системы происходит в окрестности некоторого атрактора. Этим термином называют одну из возможных траекторий или состояний системы, около которых и происходит реальное развитие событий. Они как бы притягивают близкие из возможных (виртуальных) траекторий. Сложная нелинейная динамическая система может иметь множество атракторов. До недавних времен в качестве атракторов рассматривались отдельные, исключительные состояния (прежде всего, состояния равновесия). Однако недавно Эдвард Лоренц показал на конкретном примере существование «странных атракторов», которые представляют собой некоторое множество траекторий, даже для вполне детерминированных систем ведущих себя неотличимо от стохастических. Мне удобнее называть области притяжения атракторов каналами эволюции, чем они и являются в действительности, если использовать термин «эволюция». Эти области отделены друг от друга некоторыми энергетическими барьерами, которые мне удобно называть границами стабильности или границами атракторов.

В силу изменчивости системы происходит некоторое накопление возмущений, в результате которой система теряет стабильность. Но это не потеря устойчивости в ее классической, хорошо изученной для линейных систем форме, когда происходит экспоненциальное разбегание траекторий, а переход системы из одного канала эволюционного развития в другой. Такую потерю стабильности Пуанкаре назвал бифуркацией. В послевоенные годы Рене Том для описания подобного явления стал использовать термин «катастрофа». Я эти термины считаю равноправными.

Таким образом, развитие динамической системы происходит по следующей схеме. До поры до времени система эволюционирует по «дарвиновской схеме»: происходит медленное накопление новых особенностей. Но в какой-то момент ее «дарвиновское» развитие теряет устойчивость (или согласованность с развитием системы высшего уровня – нарушение условий коэволюции) и происходит переход в новый эволюционный канал. В этот переходной период роль памяти системы ослабевает, и определяющими оказываются стохастические факторы. Вот почему постбифуркационное состояние практически непредсказуемо.

Заметим, что первый пример подобного перехода был дан великим Эйлером еще в XVIII веке, когда он изучал колебание нагруженной колонны, о чем я еще буду рассказывать.

Итак, для описания логики развития в простейшей модели Универсума как системы неживой материи, оказался достаточным общий язык универсального эволюционизма и не потребовалось понятие «информация». Мы смогли ограничиться использованием лишь нескольких первопонятий и общими соображениями теории динамических систем.

Сделав этот важный шаг на пути расставания с простотой, перейдем к обсуждению следующего уровня сложности.

 

 

Другие материалы

09.05. | Гость | Статью
09.05. | Гость | Статью
09.05. | Гость | Статью
В группе: 1,564 участников
Материалов: 1,489

Целью научно-исследовательской лаборатории проблем непрерывного экологического образования является проведение научных и методологических исследований

Цели и задачи лаборатории Целью научно-исследовательской лаборатории проблем непрерывного экологического образования является проведение научных и научно-методологических исследований в сфере непрерывного экологического образования, обновление концепции такого образования, выработка теоретических и методологических его основ. Реально развивать три направления непрерывного...

Фотогалерея

Художник Погонин Сергей

Интересные ссылки

Коллекция экологических ссылок

Коллекция экологических ссылок

 

 

Другие статьи

Активность на сайте

сортировать по иконкам
2 года 24 недели назад
YВMIV YВMIV
YВMIV YВMIV аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 291,446 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

2 года 26 недель назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 291,446 |

Thank you, your site is very useful!

2 года 27 недель назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 291,446 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

3 года 3 недели назад
Евгений Емельянов
Евгений Емельянов аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 291,446 |

Возможно вас заинтересует информация на этом сайте https://chelyabinsk.trud1.ru/

2 года 27 недель назад
Гость
Гость аватар
Ситуация с эко-форумами в Бразилии

Смотрели: 8,585 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!