Жанр: Наука
Информатика, кибернетика, интеллект (Философские очерки)
...конкретизация
философского принципа саморазвития.
Понятие самоорганизации используется в различных смыслах. Например, о
самоорганизации говорят тогда, когда повышение организации в большей или меньшей
мере происходит само по себе, спонтанно; ее также связывают с автономным
развитием, которое управляется изнутри, а не извне; под самоорганизующейся
системой понимают кроме того систему, способную изменять внутреннюю структуру и
способы поведения. В последнем случае понятие самоорганизации оказывается
связанным с понятием обучения. Однако такие (однофакторные) характеристики
самоорганизации показывают, что для раскрытия содержания этого интегрального
принципа одного признака недостаточно.
В обосновании философского статуса самоорганизующейся системы это понятие
предложено рассматривать на основе четы97
рех системных принципов: активности, целенаправленности, надежности
функционирования и вероятностно-стохастической детерминации [21]. Данная
концептуальная "модель" самоорганизации, выражающая ее системный характер,
получает интерпретацию и развитие в различных областях естественнонаучного,
технического и социального познания. При этом концепция самоорганизации
реализует исследовательскую установку на выявление внутренних факторов развития,
которые позволяют показать доминирующую роль внутренних противоречий,
находящихся в соответствии с системой внешних закономерностей. Иначе говоря,
подобное понимание самоорганизации раскрывает внутренние механизмы и внутренние
причины самодвижения тех форм материи, к которым принадлежат самоорганизующиеся
системы. Как бы качественно ни различались такого рода системные объекты, они
обладают общими характеристиками самодвижения, которые выражены в принципах
самоорганизации. В этом отношении самоорганизация представляет собой высшую
форму развития динамических систем и может рассматриваться как одно из
специфических проявлений самодвижения материи [22].
Понятие самоорганизации в отличие от понятия организации выражает диалектический
аспект последней, включая в себя в основном те организации, которые воплощены в
сложных саморазвивающихся (относительно автономных) системах. В общем случае под
самоорганизацией понимается способность системы к стабилизации некоторых
параметров посредством направленного упорядочения ее структурных и
функциональных отношений с тем, чтобы противостоять энтропийным факторам среды.
Процессы самоорганизации характеризуются при этом возрастанием упорядоченности
системы, энергоинформационным взаимодействием со средой и процессами
самоуправления. Исходя из необходимости взаимодействия системы с окружающей
средой и приняв тезис о том, что наличие подходящего окружения есть необходимое
условие самоорганизации, важно раскрыть определяющую роль внутренних факторов
системы в организации своего поведения. Именно такой, диалектический подход к
пониманию самоорганизации представляет наибольший интерес.
Кибернетика, по-новому поставив проблему самоорганизации, внесла важный вклад в
решение вопроса о том, "каким образом связывается материя, якобы не ощущающая
вовсе, с материей, из тех же атомов (или электронов) составленной и в то же
время обладающей ясно выраженной способностью ощущения" [23]. Результаты
кибернетики подтверждают выдвинутую В. И. Лениным гипотезу о генезисе
психического в процессе эволюции материи. Плодотворность ленинской идеи об
отражении как общем свойстве материи проявляется в том, что она дает ключ к
теоретическому осмыслению моделирования особенностей высших форм
самоорганизующейся материи на качественно ином субстрате.
98
Идеи современной кибернетики позволяют детально анализировать и облекать в
конкретную форму философские принципы активности. Концепция активности
кибернетических систем основывается на диалектических принципах решения проблемы
источника развития. Признание активности свойством развивающейся материи
помогает глубже понять законы материального мира и, в частности, переход от
неживой материи к живой. Анализ самоорганизующей активности кибернетических
систем открывает новый аспект общей концепции активности. Благодаря обратным
связям возможности реализации активности резко возрастают; обеспечивается
избирательность взаимодействия, обусловливающая устойчивость систем и приводящая
их к упорядоченному состоянию.
Самоорганизующую активность кибернетических систем не следует отождествлять со
способностью к гомеостатическим формам стабилизации в ответ на воздействия
внешней среды. Самоорганизующая активность, будучи одним из факторов
прогрессивного развития (саморазвития), базируется на оптимальном сочетании
стабилизирующих форм самоорганизации (с преобладанием отрицательных обратных
связей) с целенаправленной трансформацией систем (на основе положительной
обратной связи). Поэтому такая активность выступает как необходимое и
существенное внутреннее свойство самоуправляемой и саморегулируемой системы,
проявляющееся не только в ее относительной самостоятельности, независимо от
изменения внешних условий, но и в преодолении возмущающих воздействий среды и в
подчинении последней своим внутренним целям.
Проблема активности переплетается с проблемой внутренней целесообразности
(целенаправленности) больших систем. Ее решение предполагает знание внутренних
механизмов технической и биологической целесообразности, а также не в меньшей
мере целесообразности, присущей общественным системам. Природа активности и
целенаправленности кибернетических систем - в их внутренней организованности.
Важнейшим фактором целенаправленного поведения таких систем является надежность
структурно-информационных отношений, позволяющая системе в целом функционировать
безотказно, соблюдать правило достоверности информации в процессах приема,
переработки и накопления, что, в свою очередь, служит необходимым условием
эффективного решения стоящих перед системой задач.
В теории самоорганизующихся систем важное значение имеет понятие сложности. Для
того, чтобы система приобрела способность к самоорганизации, самообучению,
самовоспроизведению, необходим некоторый критический уровень сложности. Отсюда
следует, что понятие сложности способно выражать не только количественные, но и
качественные особенности систем.
При исследовании самоорганизации необходимы вероятностные представления, которые
являются исходными, базисными в кибернетике. Основные идеи в теории автоматов
были выдвинуты
и обоснованы исходя из принципов вероятностной логики. Необходимость
статистического подхода в теории автоматов вытекает, например, из того факта,
что практически не может быть абсолютно надежного автомата [24]. В системах
высокоорганизованных (биологических, социальных) оптимальное соотношение
однозначно детерминированных и вероятностных процессов находит воплощение в
сочетании (единстве) централизованного управления и самоуправления частей,
единстве иерархичности и автономности. Важно отметить недостаточность схемного
принципа при объяснении функциональных структур мозга. Для мозга характерно
сочетание упорядоченности (на уровне поведения) с определенным (функциональным)
беспорядком при общей инвариантности структуры. Статистическая организация -
существенный элемент самоорганизации функциональных структур мозга. Более того,
это характерное свойство любой самоорганизующейся системы.
Широкое использование понятия самоорганизации в современной науке и философской
методологии предполагает ответ на вопрос, какой категорией оно является -
общенаучной или философской. В более общем плане возникает проблема общенаучных
понятий, критериев их принадлежности к разным уровням научной методологии [25].
Понятие самоорганизации вследствие формализации в логико-математических теориях
получает применение, например, как в молекулярной, так и в эволюционной
биологии. С ним в биологию входят те методы, которые были развиты в
формализованных теориях самоорганизации. Правда, последние обычно претерпевают
необходимую модификацию. Кроме того, принцип самоорганизации, приобретя глубокое
общенаучное содержание в частных теориях и конкретных науках, оказывается
родственным философскому принципу самодвижения, саморазвития применительно к
высшим уровням организации материи.
Итак, принцип (понятие) самоорганизации конкретизирует, уточняет на определенных
уровнях методологии - логико-математическом, техническом, теоретикобиологическом
и социологическом - принцип самодвижения и саморазвития материи в
его диалектико-материалистической концепции. Отсюда следует не только научнометодологическое
значение понятия самоорганизации в различных областях
естествознания и техники, но и его философский смысл. Последний содержится, в
частности, в понятии "самоорганизующаяся система", которое характеризует вполне
определенный класс объектов, представляющих интерес на разных уровнях познания и
практики. Философский смысл общенаучного понятия "самоорганизующаяся система"
определяется его связью с диалектическим принципом саморазвития и системнокибернетическим
подходом, оказывающим значительное влияние на формирование
научной картины мира. Кибернетика сближает сложившиеся области научного познания
и делает возможной связь между учеными различных специальностей.
Диалектический подход к кибернетической проблематике самоорганизующихся систем
необходим в философском рассмотрении проблемы искусственного интеллекта, которая
является одной из центральных в кибернетике.
§ 2. Самоорганизация биологических систем (кибернетический подход)
Выдвинутая диалектическим материализмом идея соединения, совмещения принципа
развития с принципом единства мира получает воплощение в интегративных
концепциях современной науки. Возникновение таких необычных с классической точки
зрения новых научных дисциплин, как молекулярная биология, экология, генетика,
биофизика, синергетика, кибернетика, выражающих стиль мышления науки XX в.,
ставит целый ряд философско-методологических проблем. В общем виде эти проблемы
связаны с обоснованием методологического единства структуры науки, осознание
которого облегчает ее развитие. Процессы математизации, кибернетизации и
физикализации научного знания побуждают к исследованию природы научных теорий, к
анализу путей и способов, с помощью которых наука преодолевает силу традиций как
естественнонаучных, так и философских. Представляется, например, конструктивным
распространение методов и идей более развитых наук о "низшем" на область менее
развитых наук о "высшем". В этом процессе междисциплинарного обмена информацией
"науки более развитые, описывающие относительно простые объекты, могут
существенно влиять на науки, исследующие явления более сложной природы. Эта
всеобщая закономерность познания проявляется в современную эпоху в процессе
воздействия математики, кибернетики, физики и химии на биологию" [26].
Развитие биофизики и кибернетики детерминируется насущными задачами познания все
более тонких и глубоких физических, кибернетических и биологических структур.
Жизнь как совокупность веществ и функций определяет постановку биологических и
физико-кибернетических задач. Необходимым становится физическое и
кибернетическое исследование таких биологических процессов, как отбор и
эволюция. Физика и кибернетика выступают в единстве при изучении структур и
законов эволюции живого. Кибернетика и теория информации дают возможность
строгого физико-математического анализа явлений жизни. Однако кибернетическим
подходом, рассматривающим биологические организации на уровне кибернетических
структур, проблема познания живого, конечно, не исчерпывается. Для изучения
сущности жизни наряду с кибернетикой и молекулярной биологией необходимы
молекулярная биофизика, биофизика клетки и биофизика сложных систем. "Задачи
биофизики состоят в познании явлений жизни, основанном на общих принципах
физики, в изучении атомно-молекулярной структуры вещества" [27]. Проблема
молекулярной биофизики в отличие от кибернетики - в нахождении конкретных
молекулярных механизмов накопления, кодирования, передачи, перекодирования
биологической информации, природы шумов, разрушающих эту информацию,
регуляторных механизмов, обратной связи. Роль кибернетики является ведущей в
изучении природы регуляторных процессов, организации и информации в аспекте
молекуляторной физики и физической химии. Иначе говоря, молекулярная биофизика
не противостоит таким наукам, как биокибернетика и термодинамика, а объединяется
с ними.
Взаимодействие и взаимопроникновение наук физико-биолого-кибернетического
направления важно в концептуальном отношении: оно позволяет вырабатывать научные
стратегии большого методологического значения. Объединение концепции эволюции с
концепцией структуры, выражая диалектическую природу научного познания,
формирует вместе с тем понятийный аппарат, адекватный новым проблемам познания
сущности жизни. Одной из таких проблем, выдвинутых на передний план бурно
развивающейся биологической наукой, становится проблема самоорганизации живого
как в смысле возникновения жизни, так и на уровне формирования структурных
элементов современных живых систем [28].
Проблема самоорганизации была поставлена основоположниками кибернетики; идеи
самоорганизации в различных вариантах впервые получили обоснование в работах Н.
Винера, Дж. Неймана, Г. Паска, Р. Эшби, Ст. Бира. Н. Винер придавал большое
значение разработке этой проблемы [29], понимая под самоорганизацией процесс
втягивания в синхронизм, образования единого ритма работы многочисленных и
разрозненных до этого элементов системы. Такой подход к самоорганизации как к
достаточно специфическому принципу функционирования различных по природе систем
открывает возможности его биофизического истолкования.
В современных теориях происхождения жизни концепция самоорганизации занимает
важное место. Как пишут С. Фокс и К. Дозе, снабдив свою работу историческим
обзором развития идей самоорганизации, "приблизительно с 1960 г. наступила новая
эра в исследовании проблемы возникновения жизни. Исключительно возрос интерес к
процессам самоорганизации, или самосборки, макромолекул, образующих
микросистемы" [30]. Понятие самосборки рассматривается как понятие, служащее
краеугольным камнем происхождения жизни. Показано, что эволюция шла и продолжает
идти по пути самоупорядочения при образовании
макромолекул, самосборки этих молекул и самовоспроизведения собранной
микросистемы. Все эти процессы теоретически не укладываются в рамки случайных
явлений.
Самоорганизация, таким образом, представляет собой проблему для биофизики,
кибернетики и молекулярной биологии. Ее концептуальное оформление позволяет
соотнести принципы и понятия данных наук с их предметом и методом. По замечанию
М. Бунге, "подобная контекстуальность, или относительность статуса основных
идей, несомненно, желательна, поскольку открывает новые возможности для поиска
все более плодотворных и глубоких идей, все более содержательных понятий и
постулатов, из которых в свою очередь могут быть выведены понятия, бывшие
первичными ранее" [31].
Современное естествознание в основном базируется на теории абиогенного
происхождения жизни, впервые развитой А.И.Опариным (1924 г.). Согласно этой
теории, информационные макромолекулы типа нуклеиновых кислот и белков могли
возникать из сравнительно простых органических соединений, образовавшихся на
Земле в условиях ее первичной восстановительной атмосферы. Успешный синтез
важных для жизни биохимических соединений в условиях, имитирующих существовавшие
ранее на Земле, подтверждает эту теорию. Характерным является следующее
положение А. И. Опарина: "...Сейчас все более и более становится очевидным, что
нельзя (как это было еще недавно) рассматривать возникновение жизни как какое-то
внезапное, изолированное явление, как какую-то счастливую случайность. Оно
представляет собой неотъемлемую составную часть общего закономерно протекающего
процесса развития Вселенной" [32].
В прошлом при рассмотрении этой проблемы обычно предполагалось, что
возникновение жизни - редкое и странное явление. Оно связывалось со
специфическим переходом от углеродистых соединений к аминокислоте, от нее - к
белку, а затем путем естественного отбора и эволюции - к разумным существам.
Принципы кибернетики позволяют подойти к этой проблеме иначе. Теоретическое
доказательство того факта, что самостоятельное развитие вероятно для машин, что
кибернетика развития - жизнеспособная область, дает возможность отвлечься от
строгой специфичности явлений возникновения жизни. Наиболее решительно эту точку
зрения выразил У. Р. Эшби. "Я утверждаю, - писал он, - что... поиски
специфических условий совершенно ошибочны. Справедливо как раз обратное - каждая
динамическая система дает начало своей собственной форме разумной жизни и
является в этом смысле самоорганизующейся..." [33]. До недавнего времени не было
опыта обращения с системами средней сложности. Современные вычислительные
машины, будучи сложными системами, способствуют пониманию процессов
возникновения жизни, так как в них складываются несколько более простые варианты
тех же явлений.
Такой подход позволяет, по крайней мере, ввести кибернетические принципы
самоорганизации в изучение пограничных между физикой и биологией вопросов.
Поскольку кибернетика занимается системами на уровне их организации, то здесь,
говоря методологически, она выступает как физика биологии. В аспекте кибернетики
биологические процессы с их целесообразностью могут быть объяснены исходя из
физических законов. Именно Н. Винер впервые определил информацию как новую
физическую переменную [34].
В рамках молекулярной биофизики стало возможным акцентировать внимание на
проблеме моделирования добиологической эволюции макромолекул. Несомненный
интерес представляет теория М. Эйгена, в которой предложена концепция
самоорганизации и феноменологически рассмотрены биологические процессы отбора и
эволюции на основе неравновесной термодинамики и теории информации. М. Эйген
показал, что для решения проблемы взаимоотношений между причиной и следствием в
биологии "необходима теория самоорганизации, которую можно было бы применить к
молекулярным системам, или, точнее, к некоторым особым молекулярным системам,
находящимся в среде с определенными свойствами" [35]. Принципиальным в теории М.
Эйгена является вывод, согласно которому для биологии важна ценность информации,
а не ее количество. Информация, накопленная в процессе эволюции, - это
"оцененная" информация, и число битов мало что говорит о ее функциональном
значении. Поэтому нужна новая переменная, которая характеризовала бы уровень
эволюции, - "ценность".
Комплементарность информации и энтропии ясно показывает ограниченную
применимость классической теории информации к проблемам эволюции [36]. Для
понимания процессов эволюции нужно знать не количество информации, а программу
биологического развития, заложенную в генах, и способ ее реализации. Значит,
встает вопрос о содержании информации, о ее ценности для развития. Информация
возникает или приобретает ценность посредством отбора.
Самоорганизация зависит от определенных химических предпосылок, а также от
специальных условий среды; то есть самоорганизация - это не "просто" свойство
материи. По словам Ф. Энгельса, "...жизнь должна была возникнуть химическим
путем" [37]. Предбиологическая фаза - это химия. В работе М. Эйгена показано,
что наличие каталитических функций в сочетании с различными механизмами обратной
связи, придающее системе способность к автокаталитическому росту, выступает
одним из решающих предпосылок самоорганизации. Однако "автокаталитический рост"
не может происходить в системе, которая находится в равновесии или вблизи
равновесия. Это приводит к вопросу о том, какие условия среды необходимы для
самоорганизации. Отбор и эволюция не могут происходить в равновесных или
почти равновесных системах даже при наличии для этого нужных веществ. В
системах, находящихся вблизи равновесия, автокатализ не будет приводить к росту,
так как каталитическое ускорение в равной степени сказывается и на прямой и на
обратной реакциях. Вместе с тем вблизи стационарного состояния могут возникать
колебания. Существование таких нестабильностей и служит предпосылкой для
селективного роста и эволюции.
Кроме того, самоорганизация и дальнейшая эволюция функционального поведения
должны начинаться на уровне самовоспроизводящегося молекулярного кода [38].
Носителями его являются нуклеиновые кислоты и белки. Реальный гиперцикл,
построенный из нуклеиновых кислот и синтезируемых с их участием белковферментов,
обеспечивает отбор макромолекул с объемом информации, достаточным и
необходимым для возникновения живой системы. Тем самым раскрывается физический
смысл генетического кода. По замечанию Г. Патти, "живое отличается от неживого
своей способностью обеспечивать большую надежность процессов хранения и передачи
наследственной информации на молекулярном уровне по сравнению с любой
термодинамической или классической системой" [39]. Нелинейные системы обладают
всеми свойствами, необходимыми для начала самоорганизации, и допускают
дальнейшую эволюцию до уровня, когда система может выйти за рамки специальных
условий, требуемых для ее возникновения. (Уровень сложности таков, что
вероятность получить его путем случайной сборки ничтожно мала). То есть
информация приобретает свой смысл только посредством функциональной корреляции.
"Вследствие такой нестабильности, - пишет М. Эйген, - нуклеация этой
функциональной корреляции (мы можем назвать ее возникновением жизни) оказывается
неизбежным событием - если благоприятные условия существования потока свободной
энергии поддерживаются в течение достаточно длительного времени. Это первичное
событие не уникально. В любом случае код станет универсальным вследствие
нелинейной конкуренции" [40].
Данный вывод, полученный в рамках молекулярной биофизической теории, относящейся
к фазе самоорганизации как переходу от неживого к живому, по существу,
подтверждает приведенный в начале параграфа тезис, построенный на достаточно
общих биокибернетических принципах самоорганизации. Оба вывода получены
благодаря рассуждениям, основывающимся на признании определяющей роли
структурно-динамических (существенно неравновесных) принципов,
распространяющихся на замкнутые системы, функционирующие в условиях относительно
неизменной среды, где неизбежное следование одного события за другим создает
совершенный "детерминистический мир". Проблема выживания в последнем сводится к
отысканию ограничений, которые управляют переходами от предыдущего события к
последующему. "Ясно, - замечает по этому поводу Г. Ферстер, - что
самым простым из всех таких детерминистских миров был бы мир, где вовсе не
происходит переходов, т. е. где все находится в неподвижном и равномерном покое.
Поэтому-то мировой океан, где колебания температуры, изменения концентрации
химических элементов, колебания разрушительных сил и т.д. сохраняются на
минимальном уровне, явился колыбелью жизни" [41].
Необходимость неравновесности процессов, приводящих к образованию первичных
функциональных структур, обоснована, в частности, П. Гленсдорфом и И. Пригожиным
[42], описавшими тип событий, ведущих к переходу от неживых объектов к живым.
Показано, что разрушение структур есть ситуация, преобладающая вблизи
термодинамического равновесия; наоборот, создание структур может осуществляться
по определенным нелинейным кинетическим законам вне области стабильности
состояний, отвечающих обычному термодинамическому поведению. Поэтому одной из
наиболее интересных в этом отношении проблем статистической физики и
термодинамики является распространение концепции порядка на неравновесные
ситуации для систем, в которых появление упорядоченных структур при
термодинамическом равновесии было бы маловероятным. Вблизи равновесия не
реализуемы также периодические процессы, характерные для живых систем.
Возникновение новой структуры (в теории И. Пригожина - диссипативной структуры)
в открытой системе всегда есть результат нестабильности.
Важно заметить, что упорядоченность открытых систем возрастет или останется
постоянной не вопреки второму началу термодинамики, а вследствие ее законов.
Упорядоченность поддерживается оттоком энтропии в окружающую среду. Строгая
количественная формулировка таких фактов требует построения термодинамики
открытых систем, термодинамики неравновесных процессов. Поскольку в описание
подобных процессов в явной форме входит время, речь идет уже не о термостатике,
но о физической кинетике [43]. И. Пригожин и его сотрудники показали, что в
результате химических нестабильностей автокаталитические гомогенные системы
вдали от равновесия могут образовывать структурные неоднородности в пространстве
и времени, в частности, создавать осциллирующие структуры. По И. Пригожину,
отклонение от равновесия и характеризует уровень диссипации. Вдали от равновесия
и за пределами неустойчивости флюктуации усиливаются. В этом отношении
диссипативная структура является гигантской флюктуацией, стабилизированной
потоком энергии и вещества из внешнего мира.
Открытие действующего в диссипативных структурах нового принципа упорядоченности
- порядка через флюктуацию - свидетельствует о том, что при определенных
условиях структуры могут образовываться спонтанно и сами себя поддерживать.
Режим самоподдержания означает некоторую индивидуальность и определенную
автономию от среды. В отличие от кристалла (рав106
новесной системы), который растет в неопределенность, если полагается на свое
собственное "решение", диссипативная структура находит и поддерживает свою форму
и величину независимо от ближайшего окружения. Диссипативная структура "знает на
деле", что ей импортировать и экспортировать, чтобы себя содержать и обновлять.
Такая автоном
...Поділитися у соцмережах
