Люди и кибернетика

Начнем с рассказа о том, что сделал Е. Федоров.

Член Петербургской академии наук Евграф Степанович Федоров (1853-1919 гг.) прославил русскую науку исследованиями в области минералогии и кристаллографии, ставшими известными во всем мире. Его основное открытие состояло в следующем. Для любого вещества, способного к кристаллизации, существует определенное, весьма небольшое количество геометрических форм, которые принимают возникающие кристаллы. Независимо от того, как шел процесс кристаллизации, несмотря на огромное количество внешних факторов и причин, которые сопутствовали этому процессу, существует лишь вполне ограниченное число возможных форм кристаллов, или законов, как их назвал Е. Федоров, возможных построений кристаллической решетки.

Но величие исследователя состоит не только в том, что ему удалось установить новый,, неизвестный дотоле факт, а в том, что открытая им закономерность является проявлением некоторых общих свойств нашего материального мира. И структура кристаллической решетки - это один из фрагментов вообще организации материи.

Исследования Е. Федорова показывают, что, во-первых, образование различных организационных форм подчиняется некоторым общим законам, управляющим нашим миром, переступать которые никому не дано; вовторых, приводят к выводу о необходимости специального исследования проблем организации материи, примером которой являются формы кристаллов. И первый из таких общих законов, которым подчиняются любые системы, - это закон, названный "принципом устойчивости". Речь идет о таких состояниях равновесия систем, которые не могут разрушиться малыми внешними возмущениями. Этот принцип студенты иногда в шутку называют "принципом карандаша" или "принципом Колумба", имея в виду легенду, согласно которой великий путешественник умел ставить яйцо вертикально на острую вершину, не разбивая его. Конечно, теоретически яйцо, так же как и карандаш, можно поставить на острие, такое положение равновесия существует и не противоречит законам физики. Но долго на острие, скажем, карандаш стоять не будет. Все дело в принципиальной стохастичности мира, в котором мы живем и где любая система, любое тело, любой объект непрерывно испытывают случайные, непредсказуемые возмущения. Если бы нам и удалось поставить карандаш на его острие, то в следующий момент какое-либо случайное возмущение, например колебание воздуха или незаметная для глаза вибрация подставки, отклонит его от вертикального положения и он упадет под действием силы тяжести. Так что наблюдать мы можем лишь те положения равновесия, о которых можно сказать, что "дальше падать некуда!".

В свете сказанного открытие Е. Федорова означает, что нам известны все устойчивые кристаллические формы организации материи. И чтобы разрушить ту или иную кристаллическую решетку, надо приложить значительные усилия.

Теория организации начала оформляться с того момента, когда ученые увидели, как важно для понимания природы изучаемых процессов уметь выделять устойчивые, долговременно существующие характеристики, которые и являются основными фрагментами организации. И вот почему академика Е. Федорова мы с полным правом можем называть "отцом теории организации".

Знание состояний равновесия системы и тех свойств, которыми обладают эти состояния, может оказать неоценимую помощь при решении многочисленных задач практического характера. Например, тот же процесс кристаллизации показывает, что окончательным предельным состоянием, в котором в конце концов оказывается кристаллизирующееся вещество, то есть форма его кристалла, и будет его устойчивым положением равновесия. И благодаря исследованиям Е. Федорова мы это состояние можем знать заранее.

Естественные науки, и прежде всего физика, создали хорошую методическую базу для изучения структур, определяющих развитие тех или иных процессов механических, технологических, биологических... Знание основ этого метода может оказаться очень полезным и для решения гораздо более трудных проблем общественной природы.

Мы живем в непрестанно меняющемся мире, где те организационные формы, которые были устойчивыми при одних условиях, становятся неустойчивыми при их изменении; происходит перестройка структуры системы.

Такую перестройку можно сравнить с изменением характера горной реки, когда она, вырвавшись из скалистой теснины на равнину, разливается и из мощного и бурного потока, который пробивал себе путь в скалах, превращается в реку, спокойно несущую дальше свои воды.

С проблемой перестройки предельных состояний связана специальная научная дисциплина "Теория катастроф".

Сейчас ей посвящено много солидных исследований и литературных работ. Занимается она изучением явлений, связанных с качественной перестройкой структуры, или организации процесса. Так как эту проблему долго разрабатывали преимущественно физики, которые исследовали много интересных явлений, связанных с возникновением новых структур, то приведем еще один пример из физики, который поможет нам более отчетливо увидеть некоторые особенности, связанные с изменением структуры системы в процессе ее функционирования. Пример, который мы сейчас рассмотрим, был изучен еще Л. Эйлером более двухсот лет назад и оказался, вероятно, толчком для создания современной теории катастроф.

Рис. 1

Предположим, что у нас есть круглая вертикальная колонна (см. рис.), на которую давит сверху некоторая сила (груз). Если эта сила мала, то с колонной ничего не произойдет: она будет находиться в вертикальном положении равновесия. Предположим теперь, что на колонну мы подействовали некоторой горизонтальной силой, например ударили по ней кувалдой. Что с нею произойдет под действием этого удара?

Колонна как-то изогнется и начнет колебаться около своего положения равновесия. В силу естественного демпфирования (например, трения о воздух) эти колебания будут постепенно затухать, а колонна возвращаться к своему исходному положению равновесия.

Но так будет происходить только в том случае, если вертикальная нагрузка достаточно мала. А что произойдет, если эта нагрузка станет увеличиваться?