Самоорганизующиеся системы

Распространенное понятие в науке — процесс выравнивания. То есть, если система разделена на пару свободно взаимодействующих подсистем, и одна из них имеет большее количество некоторого вещества чем другая, то будет, в конечном счете, достигнуто состояние равновесия системы в целом, в котором распределение вещества в обеих подсистемах будет рав­ным. Мы говорим, что более типично и более «самоорганизованно» вы­равнивается энергия. Типичный пример этого процесса относится к энер­гии в форме тепла и выражен во втором законе термодинамики: если взаи­модействуют горячее тело и холодное тело, тепло будет переноситься от горячего к холодному телу, пока они не разделят количество теплоты в равной степени; затем перенос прекращается.

В этом случае система, состоящая из этих двух тел, была активна. Энергия в форме тепла была доступна для переноса от первой подсистемы ко второй и могла попутно производить полезную работу. Мера того, на­сколько полезная работа могла производиться, называется энтропией. Эн­тропия — мера дисбаланса энергии в системе. В термодинамической сис­теме, это отношение количества теплоты доступной для работы к абсо­лютной температуре системы. Со временем все тепло «выравнивается», это отношение вырастает до единицы. После этого система умирает, в том смысле, что деятельность внутри нее обязательно останавливается. Повы­шение энтропии происходит автоматически; это — закон природы: при прочих равных условиях, энтропия стремится к своему максимуму.

Понятие энтропии трудно понять, особенно, потому что оно развива­ется в отдельных отраслях науки в несколько иной форме. В кибернетике, в частности, мы встречаем ее отрицательную версию, названную негэнтропией. Вполне возможно, негэнтропия — мера информации. Это озна­чает, что система, получающая энтропию, теряет информацию. Со време­нем энтропия повышается до единицы, вся энергия выравнивается и нам нечего сказать о системе как таковой — она умерла. У нее нет информации для передачи.

Эти понятия и этот основной закон природы очень сильно влияют на сущность самоорганизации. Снова рассмотрим систему, разделенную в две свободно взаимодействующие подсистемы. Предположим, что одна из них более организована, чем другая. Следует ли из этого, что она должна раз­делить уровень своей организации с менее организованной системой? Аналогично ли «вещество структурированности» теплу, и будет ли оно выравниваться? Ответ — нет; фактически, верно обратное: система, которая организационно несбалансированна, будет иметь тенденцию к еще большей несбалансированности. Причина в том, что понятие организации ближе к доступной информации, чем к доступной энергии; ее совершенст­вование, следовательно, измеряется скорее ростом негэнтропии, чем эн­тропии.

Предположим, что две подсистемы начинают с одним и тем же ко­личеством энергии. Подсистема А израсходовала большую часть этой энергии в процессе своей внутренней организации. Подсистема В израсхо­довала меньшее количество энергии в процессе организации до более низ­кого уровня. Таким образом, А более организованная и более истощенная в плане энергии, чем В. Соответственно, при возникновении взаимодейст­вия, энергия должна, согласно правилам энтропии, перетекать от В к А. Теперь слишком поздно для В пытаться удержать один уровень организа­ции с А. Она сталкивается с уменьшением запаса энергии, доступной для собственной организации, в то время как А увеличивает свой запас. Так более организованная А «кормится» от менее организованной В. В конеч­ном счете, А разрушает В полностью (в изолированной системе). Заметьте, что граница А, которая служит разделом с В, должна отображаться как вторжение на территорию В. То есть, степень организации перемещается против направления потока энергии.

Теперь обсудим экологические процессы: они относятся к взаимо­действию организма и окружающей среды. Поэтому рассматриваемая сис­тема названа (для краткости) экосистемой. Отрицательная обратная связь важна в экосистеме; она сокращает чрезмерно большие животные популя­ции, например, через экологический гомеостазис. Но именно в экосистеме мы сталкиваемся также и с положительной обратной связью — тенденцией некоторого изменения быть автоматически усиленным. Распространение более организованного за счет менее организованного — типичный при­мер положительной обратной связи.

Оба типа обратной связи видны в действии в самом простом орга-низме₅ который мы можем исследовать: живая клетка. Николас Рашевски, один из тех, кто посвятил себя научному исследованию и строгой форму­лировке биологических механизмов, излагает эту теорию в его «Матема­тических принципах биологии». Клетка существует в гомеостатическом равновесии с окружающей средой, обмениваясь веществом в обоих на­правлениях через мембрану. Если некоторое вливание вещества произве­дено внутри клетки так, что происходит более высокая концентрация ве­щества внутри чем снаружи, то это вещество будет стремиться диффунди­ровать через мембрану — чтобы просочиться в окружающую среду в не­большом количестве. Но если вещество будет исчерпано внутри клетки, так, что концентрация вещества станет выше снаружи чем внутри, значит, будет возникать диффузия внутрь. Это — энтропический процесс, но он не достигнет окончания, потому что он не изолирован; клетка, например, мо­жет продолжать производить вещество неограниченно. Но присутствует тенденция — имеет место бесконечный поиск баланса. Рашевски выражает этот гомеостатический механизм системой уравнений.

Уровень диффузии через мембрану зависит от проницаемости мем­браны, и того, что управляет самой природой — размера клетки. Если бы скорость продуцирования вещества спонтанно увеличилась сверх возмож­ной скорости вытекания, то концентрация внутри клетки увеличилась бы до бесконечности. Пусть технологический процесс требует энергии, в виде кислорода. Так как он расходуется внутри клетки, принимая, что имеется бесконечный запас кислорода снаружи, тенденция «выравнивания» требу­ет, чтобы кислород перетекал внутрь. Но система уравнений Рашевски по­казывает, что норма потребления кислорода стремится к предельному зна­чению. Этот факт должен сдерживать производство внутри клетки. В част­ности, это ограничивает скорость продуцирования чем-то меньшим, чем норма диффузии за пределы клетки, — иначе клетка взорвалась бы. Клетка фактически имеет критический радиус, свыше которого никакое стабиль­ное состояние диффузионного взаимодействия не существует. Возможно механизм (в отличие от химии), благодаря которому достигнута эта спо­собность к самоорганизации, не понят должным образом. Однако поведен­ческие факты ясны. Потребность регулирования уровня производства в со­ответствии с уровнем оттока удовлетворена регулятором впуска кислоро­да. Он проверяет повышение концентрации вещества в каждом случае его выхода из под контроля. Это описание изоморфно отображается в описа­ние регулятора хода парового двигателя Ватта.

Кроме того, мы можем обнаружить в той же самой клетке явление положительной обратной связи. Хотя оно достаточно слабо для того, что­бы как-то изменить (непосредственно) экологический гомеостазис, оно может сильно повлиять на самоорганизацию. Предположим, что производ­ство уже рассмотренного вещества внутренне контролируется катализато­ром, функция которого — замедлять это производство. Катализатор — в форме частиц. Так как произведенное вещество течет наружу, это должно привести к движению частиц катализатора наружу. Следовательно, произ­водство вещества будет невозможно вокруг оболочки клетки. Затем, как это часто случается в природе, случайные изменения создают скопление этих каталитических частиц в одной точке на оболочке клетки. В таком случае производство вещества в этой точке будет совершенно запрещено: оно будет возникать с большей концентрацией в любом другом месте. Это означает, что диффузия направлена к точке, где сгруппированы каталити­ческие частицы — поток, который будет содержать еще частицы. В этом случае имеется положительная обратная связь. Случайная группа частиц не рассеивается энтропией, а пополняется притоком большего количества частиц. И это в свою очередь усилит тенденцию. Таким образом, клетка приобретает большую структурированность, большую организацию. Клет­ка имеет теперь самоорганизованную и саморегулирующуюся полярность.

Критерий, по которому можно распознать сложную систему, которая сама организует себя, должен быть четко определен. Некоторые утвер­ждают, что должны быть выполнены многие сложные условия; другие за­являют, что почти любая сложная и разнообразно взаимодействующая система выберет меру самоорганизации самостоятельно. Последняя точка зрения будет обсуждена, но по довольно специфической (возможно идео-синкратической) причине. Организация — скорее атрибут наблюдателя системы, чем системы непосредственно; она представляет собой развитие аргументов, выдвинутых ранее относительно распознавания системы как являющийся системой вообще.

Считается, что субъект этого запроса — сложная, взаимодействую­щая система с высоким многообразием. Такая система имеет бесчисленное число типов поведения; и согласно здравому смыслу это поведение выну­ждает наблюдателя подходяще описать ее либо как зачаточную, либо как организованную. Но даже если он не может объяснять ее поведение и на­зывает ее хаотической, наблюдатель может вполне признавать, что «долж­на быть причина» для этого поведения. Далее он говорит, что видимый ха­ос—мера его собственного незнания. Принимая во внимание взаимосвязь и взаимообусловленность естественных явлений, мудро принципиально утверждать, что система организована.

Живой пример в подтверждение этого описания может быть взят непосредственно из термодинамики. В системе, состоящей из молекул газа, может в данный момент существовать радикальный дисбаланс: концентрация молекул в одной части системы. Энтропическим процес­сом дисбаланс выравнивается, пока не появится полностью однородный газ, ограниченный системой. Это экспериментальный факт, и причина того, почему это происходит, совершенно ясна. Никто не обсуждает то­го, что энтропия стремится к максимуму. Интересный факт — традици­онно термодинамики называют несбалансированную систему упорядо­ченной (потому что дисбаланс имеет своего рода порядок — большую и меньшую концентрацию молекул), и совершенно уравновешенную сис­тему они называют беспорядочной (потому что она однородна, и моле­кулы газа могут находиться вообще где угодно). Описанный процесс на­зван преобразованием порядка в беспорядок. Согласно нему, система получает энтропию и теряет организацию. Но что может быть более упорядоченным, или лучше организованным, чем полностью однород­ное распределение молекул? Это означает, что вероятность того, что любое место занято любой молекулой точно такая же для всех точек пространства и всех молекул. Это (если мы решим сказать именно так) -совершенство организации, абсолютная упорядоченность. Только, когда вероятности различны, и молекулы сконцентрированы в определенных зонах всей области, то имеет место беспорядок. Таким образом, на тех же самых фактах и той же самой математике, наверное, предпочтитель­нее использовать понятие преобразования беспорядка в порядок.

Нельзя говорить, что система созревает до более организованного состояния, если фактически процесс энтропии заставляет ее дезынтег-рировать — терять сложность. Предположим, что мороженый пудинг совершенной формы вытащен из холодильника и оставлен в теплой комнате. Согласно этому определению, система будет вызревать к со­стоянию, в котором тарелка будет заполнена текучей жидкостью, кото­рая должна быть в этом случае объявлена более организованной, чем она была прежде. Если этот результат противоречит обычному подхо­ду, что он и делает, причина не в том, что ссылка на сложность была опущена. Мороженый пудинг действительно развился до более вероят­ного состояния чем прежде, и, следовательно, более, а не менее, орга­низован относительно окружающей среды. Нет; то, что было опущено — это ссылка на цели пудинга.

Это фактически целенаправленный контекст системы, который оп­ределяет, должна ли система быть названа совершенно организованной или полностью дезорганизованной. Уровень организации, соединяющий эти крайние состояния, градуирован пригодностью системы к достижению цели. Целая единица описания мороженого пудинга — это то, что он дол­жен быть (относительно) холодным и сохранять формующуюся форму. Осознание цели, таким образом, определяет физическое состояние, кото­рое будет считаться «совершенно организованным» на шкале. В этом по­нимании пудинг, который распадается в теплом месте, в конце концов, по­теряет организацию, что удовлетворяет традиционным представлениям. Но энтропия системы возрастает, и как мы сказали, это означает, что орга­низация также должна увеличиться. Какое решение этого парадокса?

Ответ в том, что пудинг никогда не должен быть извлечен из холо­дильника. В процессе его извлечения, целенаправленный контекст был из­менен. Пудинг был настроен на программу «адаптация» к теплой комнате, к выполнению которой он приступил — вследствие чего эта система «со­зрела». Если пудинг намеревается остаться холодным, сохранить форму, тогда уместная окружающая среда, к которой он должен адаптироваться — холодильник. Все сказанное означает, что если максимальная энтропия оп­ределяет созревание и, следовательно, максимальную организацию, то контекстуальная система {S), состоящая из первоначальной системы (s), взаимодействующей с непосредственной окружающей средой (е), должна быть определена относительно цели первоначальной системы (s). Только в том случае, если так определено, частные значения для уравнения энтро­пии (тавтологически) указаны так, что процессы энтропии направляют систему (s) к максимально организованному состоянию и никуда больше. Это в свою очередь означает, что система (s) и окружающая среда (с) рас­сматривается как относительно изолированная система (S) внутри большей окружающей среды (£).

При анализе первоначального парадокса становится ясно, что систе­ма (s), получающая относительно окружающей среды (Е) энтропию — это пудинг, который тает в теплой комнате и становится более организованным относительно нее. Когда мы говорим, что эта концепция организации бесполезна, мы подразумеваем, что цель пудинга состоит в том, чтобы быть холодным и отформованным; он, следовательно, изолирован от ком­наты при помощи окружающего его холодильника. Энтропическая девиа­ция внутри этой системы определена соотношением (s - е). Поскольку е более холодная чем s, пудинг становится более организованным в допус­тимом смысле (то есть относительно цели). В чем же состоит назначение большей окружающей среды (E), комнаты снаружи холодильника?

С точки зрения системы (s - e), которая также является точкой зрения наблюдателя пудинга, комната — источник возмущений окру­жающей среды, целью которого служит подавление: она — разруши­тель пудингов. Теперь конечно холодильник в частности является ме­ханизмом достижения гомеостазиса в контуре (sе) вопреки внеш­ним возмущениям внешней среды. Система (sе) ультраустойчива. Все типы непрограммируемых возмущений могут быть реализованы в наружной части комнаты противниками мороженых пудингов. Они мо­гут разжигать огонь на полу (которого не ожидал проектировщик холо­дильника); они могут замораживать комнату в надежде относительно усыпить бдительность холодильника, и затем быстро нагревать ее сно­ва. Это все без толку. Мы, знающие, как работают холодильники, по­нимаем, что эта машина имеет внутренний механизм управления: рав­новесие восстанавливается в случае его потери.

Мы не приучены к пониманию того, что порядок более естественен, чем хаос. Люди ожидают, что природа будет хаотической, и думают о по­рядке как о чем-то привнесенном в природу умными людьми. Как в преоб­разовании беспорядка в порядок в физике, который мы, однако, объявили, более предпочтительным, чем преобразование порядка в беспорядок, так и в сфере живых существ. Уже достаточно много говорилось об экологиче­ском равновесии; однако факт, что каждая экосистема, которая окружает нас, имеет собственную упорядоченность, продиктованную энтропией со­зревания, в общем не отмечен. Следующий пример сможет помочь осве­тить это положение. Это частный пример экосистемного управления, к существованию которого давно уже притягивается внимание.

Cabbage aphis — это тля. Она весит около миллиграмма и питается, сидя на капустных листьях. Предположим, что в начале летнего сезона взята только одна тля. Начинается размножение (партеногенез). Тля раз­множается быстро и с большой фертильностью. Если ничто не повлияло на процесс, то есть, если вся тля в свою очередь жила и размножалась в усло­виях достаточности капусты, очевидно, что к концу сезона появилось бы относительно большое количество тли. Люди хорошо сознают, что этот экспоненциальный процесс размножения впечатляет, - но на сколько впе­чатляет? Какой бы вес тли оказался в результате эксперимента? Мы не знаем ответ, но подготовлены быть впечатленными общим количеством, которое, очевидно, могло бы достигать несколько тонн. Но согласно док­ладу Нью-Йоркской Академии Наук, на самом деле ответ — 822 000 000 тонны — который равен приблизительно пятикратному весу полного чело­веческого населения.

Этого фантастического распространения тли не произойдет; многочис­ленное потомство, которое является производительной силой тли, поглоща­ется внутри экосистемы гомеостазисом. Не существует никакого «Контрол­лера Тли», никакого получения лицензий, никаких правил ни юридических, ни моральных с помощью которых можно предотвратить всемирное навод­нение тлей (или совершенно любым другим животным). Не существует и процесса массового сокращения животной популяции вплоть до полного уничтожения целой разновидности. Это не хаос, а наиболее замечательный порядок. И он заключается в той упорядоченности, которую садовод совер­шенствует своим пестицидом — не для того, чтобы выстроить порядок из хаоса, как он может думать, а для того, чтобы внести локальное изменение в гомеостатическое равновесие одного набора выделенных подсистем. Это происходит посредством изменения локальных рамок подсистемы таким об­разом, что энтропическая девиация была направлена на разрушение тли.

Управление системами с высоким многообразием всегда имеет от­ношение к формированию определения энтропии, которая обслуживает частные цели, и с определением успеха как завершенности системы с ее максимальной энтропией.

Представления о том, что самоорганизующаяся система становится тем, чем она является на основании тенденции, родственной энтропии, на самом деле существенны, и их смысл должен быть понят. Вопрос, на кото­рый нужно ответить: что делает природу такой умной?

Раз уж свойство самоорганизации было определено, как структурное регулирование множества возмущений в контексте с множеством перво­очередных целей, оно прекращает быть чем-либо «умным». Ум самоорга­низующейся системы постоянно находится в умах наблюдателей, которые пытаются представлять себя определяющими правила: они останавлива­ются перед трудностью этой задачи. Как можно было бы, например, запро­граммировать пчелу строить медовые соты в виде шестиугольной решет­ки? Или каким образом — и действительно как — можно было бы запро­граммировать облако горячего газа в космосе, чтобы обеспечить сохране­ние равновесной температуры превышающей 6 000°С? Предполагается, что мы придерживаемся наших знаний естественных законов и отказыва­емся заниматься таким бессмысленным занятием, как исследование приро­ды этого программирования, мы можем понять, как такие приемы приме­няются. Это не более, чем попытка рассмотреть, как самоорганизующиеся системы могут быть созданы и области управления. Таким образом, по­скольку концепция энтропии была представлена различными способами, будет полезно получить более-менее точное ее определение.

В классической термодинамике понятие энтропии объясняется при­мерно так. Имеется система, состоящая из частей, некоторые из которых более теплые, чем другие. В каждый элементарный момент времени, кро­шечное количество теплоты изменяет свое местоположение в этой системе (пока, в конце концов, полностью не перераспределится). Значение коли­чества теплоты, которое переносится, имеет прямое отношение к общей температуре системы в это время. Это соображение дает классическую ма­тематическую формулировку для энтропии:

Теперь, когда теплота обменивается на основе энтропической девиа­ции, каждое из состояний на пути от несбалансированной системы до вы­равненной системы может быть достигнуто бесчисленным числом спосо­бов. То есть, поскольку теплота выравнивается по стадиям, нет необходи­мости знать, где каждая конкретная частная молекула находится на любой стадии. Если бесчисленных способов, о которых говорилось, g, и все они равновероятны, то энтропия возрастает с логарифмом g. Это — формули­ровка энтропии, которая может быть найдена в статистической механике, и она записывается даже проще:

S = k log g,

где к — константа или, если быть точным, постоянная Больцмана.

Очевидно, любая система имеет большое количество возможных со­стояний, которые в данный момент мы считаем равновероятными. Так что энтропия системы — это логарифм вероятности того, что система нахо­дится в данном состоянии. Когда система полностью созрела (как это было описано ранее), это означает, что она находится в наиболее вероятном со­стоянии. Так что энтропия — это естественная «сила», которая несет сис­тему от невероятного состояния к вероятному.

Чтобы извлечь всю пользу из этого открытия, мы должны оценить энтропию в виде, который учитывал бы то, что все состояния системы в большинстве случаев не в равной степени вероятны. Рассмотрим состоя­ние L Вероятность Р, того, что система находится в состоянии i, меньше единицы, так как она могла бы быть в каком-то другом состоянии. Так что выражение для S с учетом вышесказанного должно быть перезаписано, чтобы согласовать сумму всех возможных состояний, измеряя вероятность каждого. Следовательно,

Для проверки предположим, что имеются только четыре возможных состояния системы, и что каждое является фактически в равной степени вероятным. Тогда новое будет иметь вид:

S= - k 4 log= k log ,

которое задается первоначальным выражением.

Эти классические выражения даются исключительно как помощь для понимания; мы не будем начинать вычислять их. Дело в том, что система имеет тенденцию двигаться от менее к более вероятному состоянию, и темп этого изменения пропорционален логарифму отклонения вероятности в любой момент времени.

Теперь становится понятно, что энтропическое движение переводит структуру экосистемы к модели, которая гарантирует равновесие между системой и окружающей средой. Если наблюдатель определил набор це­лей, соответствующий его стремлениям, и выразил энтропическую девиа­цию, которая соответствует этим потребностям, он выравняет самооргани­зацию системы. Затем он обращается к изменениям, проявляющимся как доказательство управления, которые с его точки зрения действительно яв­ляются таковыми. Несомненно, если система движется к тому, что он при­нимает за желаемый результат, она - «управляема». Кроме того, управле­ние, которое было проявлено в процессе самоорганизации, пропорцио­нально «самоосведомленности» системы о собственном неправдоподобии, измеряемом по отношению к наиболее вероятному состоянию завершен­ности. Термин «самоосведомленность», несомненно, также может исполь­зоваться для системы, находящейся в процессе самоорганизации, и для на­блюдателя движение должно выглядеть эволюционным и целенаправлен­ным. Наблюдатель проектирует свое собственное видение цели системы. Таким образом, система кажется наблюдателю управляемой в соответст­вии с уровнем самоосведомленности (то есть информации относительно себя самой), который она проявляет. Или, если быть точным: степень про­явленного управления пропорциональна логарифму количества эффектив­ной информации, доступной системе.

Эти заключения могут быть проверены в случае с пчелами, которые «должны быть запрограммированы», чтобы строить шестиугольные соты, и облаком горячего газа, которое «должно быть запрограммировано» со­хранять высокую температуру. Каждая из этих систем — фактически са­моорганизованная, их «управление» заключается в энтропической девиа­ции. Фактически, они не должны программироваться; им необходимо лишь определить, чем они являются на самом деле.

Рассмотрим пчелу. Она выделяет воск, и строит свою соту, быстро вращаясь среди воска. Таким образом, о пчеле можно думать, как об окру­женной герметической оболочкой в форме цилиндра воска. В таком случае вопрос состоит в том, как они должны быть запрограммированы, чтобы конструировать шестиугольную соту? Настаивать на ответе на данный во­прос — значит, оставить наблюдателя биться над загадкой «ума» пчел. В этом случае пчеле должна быть известна математика; они должны общать­ся друг с другом в математических терминах. В этом случае пчела — чрез­вычайно умна; хотелось бы конструировать компьютеры настолько же изобретательными. Но проблема совершенно необъективна. Цилиндры, после того как они сформировались, сплющиваются вместе под действием гравитационного поля. Следовательно, каждый будет смещаться вниз, на­сколько он сможет. Если бы имелись какие-либо промежутки, вращаясь, пчелы заполнили бы их. Предположим, что первая пчела спускается к это­му нижнему слою: она вполне может опуститься на спину другой пчеле. Но это — исключение; фактически рой пчел одновременно работает на всех уровнях, так что рассмотренная пчела с трудом сможет сбалансиро­вать свою соту в неустойчивом равновесии на низлежащей — она будет низвержена со своего насеста. Очевидно, второй слой пчел неизбежно уст­роится в углублениях между пчелами слоя основания. И так далее.

Теперь рассмотрим пчелу, занятую всей этой деятельностью. Она находится в углублении, сформированном двумя пчелами низшего уровня; она касается двух пчел с обеих сторон (делая три соты в ряд на ее уровне); и так что еще две пчелы в верхнем уровне находятся в углублениях, вслед­ствие этого образования. Следовательно, ее соты касаются тангенциально шесть других сот, равноотстоящих от нее. Воск по прежнему мягкий, и ка­пиллярные силы вынуждают дуги окружностей сходиться друг к другу. Сотовая структура, которая выглядит настолько изобретательной, является просто экосистемой.

Самоорганизующаяся система в этом случае названа организован­ной, потому что она удовлетворяет критериям наблюдателя проекта: она обладает эстетически удовлетворительной регулярностью; она обладает превосходной экономией (максимум пчел в минимуме пространства), и, следовательно, выглядит целенаправленной для экономного гражданина. Она организовывает себя энтропическим процессом, однако, без примене­ния мыслящей или хотя бы инстинктивной плановой функции. Для орга­низации она подвергается выравниванию в системе под воздействием трех обобщенных сил: гравитация, капиллярность и случайное движение. За­метьте, как необходимое многообразие в «блоке строительства шести­угольников», которого не существует, снабжает систему таким количест­вом пчел, каково их общее число — не трудное для выполнения условие. Заметьте, что управляющие инструкции, необходимые для конструирова­ния шестиугольников, определяются однородным преобразованием для каждой пчелы: «падай, толкайся, цепляйся».

В размышлениях об управлении, кажется, люди слишком механичны и самосозерцательны. Идеи механичны, потому что в разработке мы не достигаем результатов, если части системы не действуют совершенно пре­допределенным образом: инфраструктура работающей машины должна быть полностью определена. Идеи управления самосозерцательны, потому что наиболее внушительная естественная система в глазах человека — это он сам, и он управляется мозгом. Следовательно, если система находится под управлением, организованна, мы стремимся искать коробку, которая содержит «задания», «программы», «компьютер». Но наибольший урок кибернетики то, что наиболее типично — в природе нет такой штуки. Ес­тественные системы организовывают себя в течение времени, чтобы быть тем, чем они в действительности являются. Для наблюдателя, который оп­ределяет критерии, по которым результат будет назван организованным, этот процесс кажется похожим на обучение или, в общем, на адаптацию. Фактически, это — процесс энтропии.

Нет ничего особенно замечательного в поиске системой более веро­ятного состояния по сравнению с менее вероятным состоянием, которым она обладает в любой конкретный момент. И со статистической точки зре­ния, состояние любой системы обычно в достаточно высокой степени не­вероятно. Конечно, мы также не распознаем этого. Говоря обычным язы­ком, вещи, которые имеют тенденцию, чтобы считаться более вероятными, являются таковыми потому, что они такие есть. Что произойдет, если че­тыре человека сидят и играют в бридж, и случится, что каждому выпадет на руки целая масть? Учитывая, что игроки доверяют друг другу и не предполагают наличия шулерства, они станут очень возбужденными; они могут писать в газеты, чтобы обсудить астрономически неравные шансы против этого случая. При этом, однако, они не остановятся, чтобы поду­мать, что это частное распределение карт не более невероятное, чем част­ное распределение, полученное в каждой отдельной партии, которую они когда-либо засвидетельствовали. Любое частное распределение в высокой степени невероятно; однако любое частное распределение может быть по­лучено совершенно легко, простой раздачей карт. Волнение образовано распознаванием случая, когда целая масть падает каждому игроку.

Теперь механизм самоорганизации становится, в конце концов, яс­ным, когда стало понятно, что система должна быть признана организо­ванной, когда она в наиболее вероятном состоянии. Главный пример этого встречается в процессе роста. Зерно должно рассматриваться как усили­тель многообразия, поскольку оно несет в себе описание чего-то большего, чем оно само. Но оно также несет в себе временный план роста завершен­ности: самоорганизующуюся способность. Этот план не только определяет набор архитектурных связей, он определяет критерий завершенности. То есть любая органическая семенная программа, которая начинает и управ­ляет ростом, «знает, когда остановиться». Эта способность применяется не только к макроструктуре, так, чтобы Вы и я были приблизительно пра­вильного размера, чтобы быть распознаны как люди; она также применяет­ся к инфраструктуре организма: каждая конечность, каждый орган, каждое волокно ткани должно быть очерченным, от черепа до кончиков ногтей, растет к пределу.

В течение роста, дальнейший рост определяется следующим: разви­тие (за исключением протекающего под массивным вмешательством сна­ружи) не может быть приостановлено, пока план не выполнен. В этом диа­пазоне, частично выросший организм находится в маловероятном состоя­нии, и двигается к наиболее вероятному состоянию — взрослому состоя­нию. Рост может быть расценен, таким образом, как процесс энтропический. Процесс роста останавливается, когда генетическая информация ис­черпана, в действительности, целиком и полностью обменяна на потенци­ал. Любая форма уравнения энтропии сможет формализовать этот процесс.

Рост, в этом случае, является самоорганизующейся деятельностью системы, в которой эта система «учится быть тем, чем она является». Семя «целенаправленно борется», чтобы высвободить взрослого, заточенного в него. Для семени необходимое многообразие — это генотип, который оно непрерывно усиливает, генерируя большее количество многообразия из относящегося к окружающей среде входа для формирования фенотипа. Однако генотипическому многообразию предшествует в свою очередь не­обходимое многообразие; количество информации и упорядоченность оп­ределены родительским генетическим шаблоном. Таким образом, процес­сы воспроизведения и роста означают развитие некоторой организованной структуры, которой мы назвали организацию, через природу и через время, вдоль интервала жизненного цикла для каждого индивидуума. Обмены энергии объясняют эту возможность в терминах функционирования орга­низма, но только энтропические обмены могут объяснять функционирова­ние организации без быстрой деградации в поколениях потомков. Органи­зация фактически сохраняется от родителя к потомству поставками негэнтропии в окружающую среду, которую генератор многообразия в организ­ме может использовать. Так становится возможной эволюция, так степень организации двигается против потока энергии и увеличивается с энтропи­ей. Таким образом, эволюция, так же как рост непосредственно, является самоорганизующейся характеристикой.

Становится все более очевидным аргумент, что свойства живых ор­ганизмов, которыми мы больше всего восхищаемся и пытаемся понять, -параметры самоорганизующихся систем. Обучение и адаптация, рост и эволюция, возникают в энтропических процессах, которые не требуют на­личия «контрольных центров», но используют всеобъемлющие естествен­ные законы. Все они основаны на свойствах механизма выравнивания, гомеостата.

Затем было выдвинуто утверждение, что целенаправленная природа этих жизненных характеристик проектируется на систему наблюдателем, который интерпретирует энтропию в телеологических (целенаправленных) терминах. Сущность идеи состоит в том, что поскольку системы, управ­ляемые природой в направлении выравнивания энергии, и поскольку орга­низация сохраняется в этом процессе по причинам уже обсужденным, эти системы сопротивляются против возмущений. Наблюдатель, интерпретируя это, заявляет, что гомеостатическая система имеет адаптивные воз­можности: потому что, хотя окружающая среда изменяется все время, ор­ганизм увековечивает собственную структурную идентичность, организа­цию. Аналогично, когда наблюдатель замечает сохранение идентичности по поколениям, сопровождаемым длительным увеличением в организации, он заявляет, что гомеостатическая система имеет эволюционные возмож­ности. Вид выживает, и увеличивает целесообразность выживания в этом процессе. Эти способности целенаправленны, по мнению наблюдателя, только потому, что он может видеть, что они способствуют выживанию. Принимая во внимание влияния, которые, очевидно, атакуют адаптирую­щийся организм и развивающуюся разновидность, наблюдатель думает об успехе в обоих случаях как о высоко невероятных событиях: вследствие его целенаправленных объяснений. Как было показано, однако, успех не невероятен (в среднем), но возможен; потому что невероятность не более невероятна, чем любая альтернативная невероятность, и в любом случае они перемещаются непрерывно к более вероятным состояниям все время.

Отметим, что эти объяснения целенаправленных механизмов далеко не объясняют «цель». Они не уверяют нас в том, что самоорганизующиеся системы не целенаправленны, а только говорят, что имеется естественный механизм, которому дано имя цели. Как каждый может его интерпретиро­вать, это — субъективное понятие и оно должно зависеть от соответствия и согласования со словом «цель». Так, например, не представляется воз­можным, основываясь на данной главе ни делать атеистические, ни теоло­гические выводы. Но, может быть, необходимо сказать то, что должно быть объяснено, или теистически, или атеистически, - не ум или сила стремления организма к поиску выживания, но существование, универ­сальность и простота закона энтропии.

Энтропическим процессом, который ведет самоорганизацию, явля­ется гомеостазис, но мы научились здесь не думать о нем как о слепом. Жизнеспособные регуляторы управляются энтропией, но генерирование многообразия, производящее распространяющиеся состояния, из кото­рых должны быть отобраны успешные, содержится вне системы. Часть этого влияния, несомненно, датирует задним числом собственное пове­дение системы посредством коенетических переменных, как обсужда­лось ранее. Коенетические переменные уменьшают распространяющееся многообразие, резервируя некоторые подмножества возможного диапа­зона множества состояний. Во-вторых, многообразие уменьшено на об­ратную связь уничтожающего вида, основанную на экологически прове­ренных мутациях.

В-третьих, многообразие сокращено механизмом обучения, который обеспечивает мнимую случайность мутаций, вследствие чего происходит создание эпигенетического ландшафта, как в теории Ваддингтона.

Экосистема — это чувствительная мутация. Она дает гомеостату за­дачу, которая, наконец, может быть выполнена в доступное время. Вид под информацией понимается сообщение, устраняющее неопределенность в той области, к которой оно относится. может развиваться, индивидуум может обучаться. Жизнеспособная систе­ма, любого вида, может адаптироваться. Это — устройство управления, которое выбирает случайное из случайности. Вместо значения «совершен­но непредсказуемый по форме и содержанию», случайный означает «в зна­чительной степени предсказуемый по форме, но не по содержанию». И обучение, и адаптация, и эволюция — действительно стохастические про­цессы, контролируемые и обусловленные специальными обратными свя­зями через алгедонические контуры.

Дата добавления: 2014-01-11