Структурные компоненты и свойства процесса самоорганизации

Для процесса самоорганизации характерны следующие структурные компоненты и свойства.

16.2.1.1. Структурные компоненты процесса самоорганизации

Структурными компонентами, посредством которых

осваивается информация, являются:

1. Механизм управления, представленный в том или ином виде и отвечающий за получение, оценку, переработку информации и формулирование информационной программы ответного действия.

2. Канал обратной связи.

16.2.1.2. Свойства самоорганизующейся системы

К свойствам процесса самоорганизации относятся следующие:

1. Самоорганизующаяся система сохраняет состояние термодинамического равновесия.

2. Негаэнтропийный характер самоорганизующейся системы обеспечивается использованием информации.

3. Самоорганизующаяся система обладает функциональной активностью, выражающейся в противодействии внешним силам.

4. Самоорганизующаяся система обладает выбором линии поведения.

5. Целенаправленность действий.

6. Гомеостаз и связанная с ним адаптивность системы.

16.2.1.3. Механизм, обеспечивающий организационный процесс

Рассмотрим механизм, обеспечивающий организационный процесс. Пусть имеется некоторая система с направленным на нее внешним воздействием — вход сис-

280

темы. Вместе с вещественно-энергетическим потоком в нее попадает информация, представляющая собой собственную упорядоченность этого потока.

Эта информация оценивается в особом блоке — механизме управления.Здесь же вырабатывается программа ответного действия. В результате система реагирует на воздействие извне. В выходном вещественно-энергетическом потоке также имеется информационная составляющая. Часть ее по каналу обратной связи поступает на вход системы и снова попадает в механизм оценки и переработки информации. В результате система получает сведения об эффективности ее ответной реакции и изменяет направление и интенсивность действия, если это нужно для самостабилизации.

Таким путем многократного самоконтроля системы, получившие название «самоорганизующиеся»,настраиваются на внешние факторы, достигают равновесия с условиями среды существования и тем самым сохраняют себя.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА САМООРГАНИЗАЦИИ

Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации:

■ гомеостаз;

■ обратная связь;

■ информация.

Гомеостаз

Слово «гомеостаз» произошло от двух греческих слов: homois — подобный, одинаковый, сходный (например, всем известна гомеопатия — лечение подобным) и stasis — неподвижность, состояние. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Понятие «гомеостаз» применяют к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей), в генетике, кибернетике. Таким образом, гомеостаз — это стремление живой системы сохранить стабильность своей организации, рода, популяции.

Гомеостаз присущ любому существу, любой живой системе. Стремление к гомеостазу — мощнейший фактор эволюции, открывает прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Разрушение организации живой системы означает ее гибель. Живое всегда стремится сохранить свою стабильность — это факт эмпирический. Для неживой материи стремление сохранить свой гомеостаз выражен в принципе Ле Шателье, который является следствием закона сохранения (см. ТЕМУ 11.7)

Однако диалектика развития неоднократно демонстрирует нам неоднозначность результатов и противоречивый характер любых утверждений типа «только так и не иначе». Устойчивость, доведенная до предела, прекращает свое развитие. Чересчур стабильные формы — тоже тупиковые формы, развитие которых прекращается. Чрезмерная адаптация или специализация столь же опасна для совершенствования, как и его неспособность к адаптации. То есть стремление к гомеостазу должно компенсироваться другими тенденциями, определяющими рост разнообразия.

282

Обратная связь

Важнейшей характеристикой процесса самоорганизации является обратная связь. Механизм обратной связи—

это реакция системы на внешнее воздействие. Более точно можно сказать, что механизм обратной связи— это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.

Существуют отрицательные обратные связи,которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие, и положительные обратные связи,которые ухудшают стабильность системы.

Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как оно компенсируется тенденцией разнообразия.Одна из таких тенденций порождается принципом минимума диссипации энергии(рассеяния энергии), уже рассмотренном ранее (см. ТЕМУ 10.5). Это является таким же эмпирическим обобщением, как и принцип сохранения гомеостаза.

Уже неоднократно говорилось о том, что живые системы — это всегда открытые системы (закупоренное в консервную банку со временем протухает). Живым системам свойствен метаболизм, т.е. обмен энергией и веществом с внешним миром (обмен веществ), без которого они существовать не могут. Одной из ведущих тенденций развития живых систем является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды, уменьшая тем самым свою локальную энтропию — меру хаоса.

Это тоже является эмпирическим фактом: так же, как и стремление сохранить гомеостаз, живому свойственно стремление так изменить систему, направить эволюционный процесс в такую сторону, чтобы увеличить способность системы усваивать внешнюю энергию и вещество.

Таким образом, одной из особенностей любого из важнейших эволюционных процессов, протекающих в живом мире, является противоречие между тенденциями к стабильности, т.е. сохранению гомеостаза, и укреплению отрицательных обратных связей,и тенденциями к поиску новых, более рациональных способов использования внешней

энергии и вещества, т.е. укреплению положительных обратных связей.Способы решения этих противоречий могут быть различными, и это обстоятельство ответственно за самые разнообразные организационные формы материального мира.

Здесь хочется также отметить, что распространена теория двойственной обратной связи,согласно которой обратная связь в природных системах представлена в двух формах: информационнойи неинформационной.Считается, что неинформационный тип распространен в неживой природе, а информационный появляется, начиная с органического уровня материи. Организация систем в живом мире порождает совершенно иной, новый тип механизмов развития, неизвестный в неживой природе, содержащий механизмы обратной связи. Это и есть та главная особенность, которая отличает живое от неживого. Однако некоторые прокариоты и вирусоподобные существа, традиционно относимые к живому миру, по-видимому, все-таки лишены способности формировать петли обратной связи. Поэтому уместнее здесь перейти к третьей характеристике — информации.

16.3.3. Информация

Содержание понятия информациитесно связано с понятием отражения, которое уже было рассмотрено (см. ТЕМУ 14.). В общем случай информацияозначает отражение взаимодействующих тел. В результате воздействия одного объекта на другой запечатлеваются форма тела, структура, черты поведения.

Таким образом, информация— это отраженная структура, воспроизводящая структуру оригинала. Растительный мир, животный мир, мыслящий человек и человеческое общество — это гигантская иерархия систем с информационной самоорганизацией.

16.3.3.1. Этимология понятия «информация»

Употребляя понятие «информация»,важно помнить об этимологии этого понятия. В обычном, т.е. житейском, смысле оно означает сумму сведений, которые получает субъект — человек или группа людей, животных, — об окружающем мире, о самом себе, другом субъекте или изучаемом явлении, т.е. сведений, с помощью которых он может точнее прогнозировать результат своих дей-

284

ствий и отбирать способы использования своих возможностей для обеспечения собственных интересов, достижения поставленной цели. В этой трактовке информации центральной фигурой оказывается человек (субъект), который использует полученные сведения по своему усмотрению. Понятие «субъект» можно и обобщить, распространяя его на все живые существа, а также на организмы, обладающие целенаправленным действием.

Информациянужна субъекту для обеспечения возможности успеха некоторых целенаправленных действий. Например, белка, прыгая с ветки на ветку, должна знать, как далеко от нее следующая ветка, приблизит ли она ее к преследуемой цели, способна ли она ее удержать? Качество информациизависит от того, насколько белка способна оценить положение ветки, ее соответствие программе своих действий. Другой пример — дорожно-транспортные происшествия происходят как раз из-за неспособности пешеходов и водителей адекватно оценивать информацию (пешеходу кажется, что он успеет перебежать перед движущимся транспортом; водителю кажется, что он впишется в поворот, и т.д.).

Таким образом, качество информациизависит также и от субъекта, его способности воспринимать и обрабатывать информацию.Если белка окажется, например, близорукой, то информация о положении ветки может оказаться для нее не только бесполезной, но и вредной или даже смертельной. Значит, качество информацииоценивается прежде всего тем, насколько знания, получаемые о предмете или окружающей обстановке, помогают в принятии решений. Ценность и смысл информацииполностью раскрываются только тогда, когда существует цель.

На развитие утвердившегося в широких кругах понимания смысла информациии на развитие соответствующей теории информации оказали огромное влияние работы Н. Винера и К. Шеннона.

Теория информации— это раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации (см. ТЕМУ 16.1.1.1). Основные понятия теории информации — количество информации.В докибернетический период информациюсвязывали исключительно с человеческим сознанием. Две концепции информациисуществуют и в настоящее время:

1. Информация свойственна обществу, живым системам, кибернетическим устройствам и не присуща неживой природе.

2. Информация присутствует во всех материальных системах.

В живой природе к формам движения, лежащим в основе выработки сигналов, несущих информацию, прибавляется биологическая форма движения, а в человеческом обществе — и общественная.

Изменения, происходящие в системе в результате отражения или спонтанно, реализуются в форме вещественных или энергетических сигналов. Информация— это содержание сигнала, а значит, содержание отражения и изменения вообще.

Таким образом, можно говорить о двух видах информации:

■ информациякак мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, мера разнообразий (сложности, организации, порядка), мера изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы;

■ информациякак форма мышления, которое является высшим продуктом мозга.

Информациякак степень упорядоченности системы внутренне присуща самой системе независимо от ее познания.

16.3.3.2. Роль и место информации

За последнюю четверть века появилось огромное количество статей, сочинений, посвященных обсуждению понятия информации и сфер ее применения.

При описании последовательности развития материального мира информация появляется в нем лишь тогда, когда начинают изучаться системы с целенаправленным действием. Именно такие системы порождают необходимость использования термина «информация», так как без него невозможно описать процедуры принятия решения, целенаправленного поведения, невозможно изучать зависимость характера принимаемых решений от изменения внешних условий.

По мере развития живой природы и общества, роста разнообразия и сложности организационных форм не-

286

прерывно изменяется и место и значение информации, ее влияние на скорость и другие характеристики единого процесса развития и самоорганизации материи. Поэтому проследить все такие изменения интересно не только с исторической точки зрения, но и с точки зрения практического значения — для оценки их возможных тенденций в настоящем и будущем.

Избыток информации может быть гораздо более вреден, чем, например, избыток пищи. Чрезмерное ее количество может служить причиной потери целостного представления об окружающем мире и приводить к ошибочным решениям.

16.3.3.3. Понятие ценности информации

Понятие ценности информациидовольно сложно, так как информация— это не просто некоторое возмущение, внешний сигнал, действующий на систему, но и внутренняя оценка этого возмущения или сигнала. Информацияи ее оценка возникают и могут быть понятыми лишь в контексте «субъект—объект».

В процессе развития человечества передавались знания и навыки, необходимые для выживания племени, рода, популяции. Чем более квалифицированным был носитель знаний, опыта, мастерства, тем выше была ценностьпередаваемой информации,тем лучше она позволяла последующим поколениям производить все большее количество совершенных форм и т.п.

Ценность передаваемой и хранимой информациипроявилась и в рождении еще одного своеобразного механизма отбора — морали и нравственности. Тот устойчивый механизм поведения, который формировался на основе определенных норм поведения, стал источником морали и нравственности, значение которых для судеб человечества непрерывно возрастает.

На процесс формирования устоев и нравственности ушли десятки, а может быть, и сотни лет. И нормы поведения никогда не были однозначными и неизменными. Однако и их возникновение и их изменение порождались не целесообразностью, а информацией. Если ценность информации определяется качеством поведения, вырабатываемого на ее основе, то это означает, что в игру вступает интеллект. Он сопоставляет, анализирует, делает выводы, принимает решения. Интеллект дает воз-

можность не только предвидеть результаты, но и осознать противоречивость их целей, принципиальную мно-гокритериальность их бытия. Ситуация типа «буриданов осел» — типичная человеческая ситуация (другой пример — «синица в руках и журавль в небе»). Животный мир не знает подобных коллизий. Объясняется это тем, что человек живет в условиях, отличающихся значительно большей неопределенностью, чем животные, — тех не гложут сомнения. Этот уровень неопределенности и является источником не только нетривиальных решений, но и возможных ошибок, когда человек, отнюдь не желая, действует тем не менее во вред себе самому.

Информация и память

Человеку в процессе своей жизнедеятельности в силу тех или иных причин приходится воспроизводить в принципе необратимый процесс, изучать его характеристики, сохранять о нем информацию и т.п.

Он использует для этого память. Память — это способность к воспроизведению прошлого опыта, это одно из основных свойств нервной системы, выражающееся в способности длительно хранить информацию о событиях внешнего мира и реакциях организма и многократно вводить ее в сферу сознания и поведения.

Понятие «память» тесно связано с понятием «информация». Говоря о памяти системы или организма, мы имеем в виду способность системы:

■ в той или иной степени сохранять свои параметры и
делать доступной для исследователя возможность ис
пользования информации о ее прошлом;

■ обеспечивать запись (кодирование), хранение и пе
редачу информации от одних поколений другим.
Необходимость использования информации, ее на
копления и хранения, т.е. памяти, возникает лишь на
определенном этапе саморазвития материального мира.
Развитие процессов формирования памяти началось од
новременно с появлением жизни, шло разными путями.
В результате сложнейшего процесса самоорганизации
возникает совершенно непохожая на другие формы па
мяти генетическая память, о которой мы поговорим по
зднее. Генетическая память существовала уже у прока
риотов, однако решающий шаг был сделан лишь в эпоху
эукариотов (см. ТЕМУ 17.4.2).

288

Механизм генетической памяти совместно с отбором и мутациями способствует совершенствованию популяции, их адаптации к изменяющимся внешним условиям, но не дает организму никакой свободы выбора. Иная ситуация возникает, когда анализируются процессы восприятия раздражений, т.е. информация о внешней среде и выработка ответных реакций, которые обеспечивают гомеостаз конкретного живого организма. Восприятие и реакция уже не являются однозначно определенными, а зависят от качества рецепторов, способности распознавать сигналы и от множества других факторов, связанных с «информационной службой» организма, т.е. оценивается, по Шеннону, способность системы выделять сигнал на фоне помех.

В ходе развития памяти появлялись качественно новые ее формы, способные воспринимать, хранить и передавать новый тип информации, ранее не игравшей никакой роли в развитии живого. Так создавались книги, несущие через бездну лет сведения, изобретались магнитные виды памяти, цифровые и т.д.

Вместе с развитием памяти изменялись и способы использования информации. Ее значение и характер влияния на эволюционные процессы возрастают по мере усложнения организационных форм живого мира. Дальнейшее развитие материи и жизни требует более массивных объемов информации, все новых и новых непрерывно усложняющихся знаний. Эти особенности усложнения «алгоритмов развития» отчетливее проявляют себя по мере усложнения целей, механизмов отбора, структуры интеллекта и общественных форм жизни.

Обретя разум, человек приобрел вместе с ним не только новые возможности, но и новые трудности — трудности выбора способа действий. С одной стороны, вместе с интеллектом, он получил удивительную способность предвидеть результаты собственных действий и поступков, возможность создавать и использовать в собственных целях огромные массивы информации: они на много порядков выше тех, которые используют самые разумные животные. С другой стороны, эта информация раскрывает перед человеком сложную противоречивость окружающего мира, понимание которой приводит его в плен неопределенности.

Человеческий мозг, усваивая многообразную информацию, сам по себе не в состоянии полностью перерабатывать ее, т.е. извлекать из нее достаточно полную и ясную картину происходящих событий. Эта ограниченность индивидуального интеллекта определяется физико-химическими свойствами мозга и его морфологией. Она проявляется в том, что у человека появляется представление о множественности возможных продолжений, которое в сложных и чрезвычайных ситуациях мешает ему сделать однозначный выбор. Противоречие, состоящее в том, что человеческий мозг способен воспринимать значительно большую информацию, чем может ее переработать, т.е. непосредственно использовать, имеет далеко идущие последствия.

16.3.3.5. Две точки зрения на информацию

Существуют две точки зрения на информацию:

1. Принимает уровень живой природы за нижнюю границу естественных информационных явлений.

2. Относит информационные процессы и к неорганическим образованиям.

Согласно первой точке зрения, реальность информации в неживой природе допускается лишь в структурно-связанном, пассивном виде, т.е. неорганические системы не наделены свойством оценки и ответной реакции воздействия. Они не способны учитывать характер упорядоченности внешнего воздействия, интерпретировать поступающую последовательность сигналов и изменять соответствующим образом.

Но в природе нет рубежа, отмечающего начало информационных процессов. Природа в информационном отношении не рассечена на две несвязанные части. И в живой и в неживой природе оба вида информации не только неразрывны, но и диалектически взаимопредполагают друг друга. Тезис о пассивной информации в неживой природе доказывает лишь то, что у неорганических образований отсутствует высокоразвитая способность ее организационно использовать, как это делает, например, мозг человека. Одной из фундаментальных функций мозга является конструирование представлений об окружающей среде и соответствующих причинных взаимодействий внутри нее и использование этой информа-

ции для предсказания событий (подробно об этом рассказано в ТЕМЕ 20.8).