Алгоритмы развития

Понимание главного содержания процесса самоорганизации материи как изменения ее организации позволяет описать процессы развития систем последовательностью переходов от одних квазистабильных состояний, характеризуемых определенными параметрами организации, к другим. Предлагаемый подход отвечает тому представлению о роли временных масштабов при изучении процессов, протекающих в окружающем мире, которые мы находим в многочисленных публикациях В. И. Вернадского. Заметим, что такое представление лежит, по существу, в основе инструментария современного системного анализа. В самом деле, в каждом конкретном исследовании всегда каким-либо образом определяется временной интервал, в пределах которого изучается тот или иной объект, – например, глубина прогноза погоды или количество жизненных циклов популяции. Определение подобного интервала является важнейшей характеристикой исследования, определяющей цель исследователя.

Но если в любом исследовании всегда присутствует некоторый характерный интервал времени, то по отношению к нему мы можем провести (и всегда проводим) некоторое ранжирование или классификацию отдельных процессов. Например, в ряде случаев можно изучать функционирование объектов, считая их организацию неизменной, как в задаче об исследовании механических свойств кристалла. Это будет один вариант асимптотических теорий. В других случаях можно лишь игнорировать детали некоторых быстропротекающих явлений. Это будет другой тип асимптотических теорий. Поясним сказанное на примере анализа изменения характеристик климатических процессов.

Говоря о погоде, мы имеем в виду характерные времена порядка нескольких Дней. И для ее изучения важнее всего структура атмосферной циркуляции – распределение фронтов, характер циклонов и т. д. На фоне этой «организации» погоды мы изучаем ее видимые детали: где и когда выпадут осадки; каков будет суточный ход температуры; чему будет равна максимальная скорость порывов ветра и т. д. Если же речь идет об анализе долговременного климатического процесса, о его зависимости от астрономических факторов, например, то динамика отдельных циклонов отступает на второй план. Зато появятся новые характеристики: особенности динамики океанических масс, структуры энергообмена «океан – атмосфера», изменение альбедо и ряд других, которые в «чисто погодных» исследованиях считаются Постоянными. Таким образом, наши рассуждения общего характера приводят в конце концов к вполне конкретным методическим рекомендациям в анализе процессов самоорганизации.

Одновременно мы видим, что понятие организации – достаточно условно, что многое зависит от требований, предъявляемых к анализу. То, что в одних условиях мы можем считать параметрами функционального характера, в других можно отнести к элементам организации.

Остановимся еще на двух особенностях эволюции, теперь уже – живой материи, особенностях, которые будут играть важную роль в последующем изложении.

Сегодня получил широкое распространение термин «гомеостазис». Он означает, в частности, что любому живому существу свойственно стремление к самосохранению или стабильности организма. Многие считают – и я долго разделял эту точку зрения, – что отрицательные обратные связи, которые поддерживают состояние гомеостазиса, как раз и есть та основная особенность, которая отличает все живое от неживого: живое всегда стремится сохранить свою стабильность. Но, видимо, это распространенное мнение не вполне точно. В самом деле, с одной стороны, например, принцип Ле Шателье, справедливый для неживой материи (он является следствием законов сохранения), можно трактовать как «стремление» сохранить гомеостазис. С другой стороны, некоторые прокариоты и вирусоподобные существа, которых мы относим, естественно, к представителям живого мира, по-видимому, лишены способности формировать петли обратной связи. Не вдаваясь здесь в обсуждение этих трудных и спорных вопросов, мы тем не менее можем утверждать, что стремление к гомеостазису, к сохранению собственной стабильности, стабильности рода, популяции всегда было одним из мощнейших факторов эволюции, фактором, который оказывал прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Но диалектика развития непрерывно демонстрирует нам неоднозначность результатов любых конкретных тенденций и противоречивый характер любых категорических утверждений типа «только так и не иначе». Устойчивость, доведенная до своего предела, прекращает любое развитие. Она противоречит принципу изменчивости. Чересчур стабильные формы – это тупиковые формы, эволюция которых прекращается. Чрезмерная адаптация или специализация столь же опасна для совершенствования вида, как и его неспособность к адаптации. Стремление к гомеостазису должно компенсироваться другими тенденциями, определяющими рост разнообразия организационных форм. А эти тенденции неизбежно будут формировать механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей. Одна из таких тенденций порождается, видимо, принципом минимума диссипации энергии, о котором уже шла речь в этой главе. Мы говорили о том, что этот важнейший принцип отбора может быть распространен и на живые системы, а также предложили его расширенную формулировку. Обобщенный принцип минимума диссипации – это такое же эмпирическое обобщение, как и принцип сохранения гомеостазиса.

Живые системы – это открытые системы, поскольку им свойствен метаболизм, т. е. обмен энергией и веществом с окружающим миром. И одной из ведущих тенденций их развития является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды, уменьшая тем самым свою локальную энтропию. Этот факт – эмпирический: стремление так изменить систему, в такую сторону направить эволюционный процесс, чтобы увеличить ее способность усваивать внешние энергию и вещество, столь же свойственно живому, как и стремление сохранить гомеостазис. Эти тенденции в известных условиях могут оказаться противоречивыми, что особенно хорошо видно при анализе общественных форм организации.

В результате непрерывно совершающихся компромиссов между этими тенденциями возникают и быстро развивающиеся, «прогрессивные» формы эволюции, какой является, например, человек, и формы более стабильные, развивающиеся значительно медленнее и даже практически остановившиеся в своем развитии, вроде термитов или муравьев11.

Таким образом, важнейшей особенностью эволюционного процесса является противоречивое взаимодействие тенденций двух различных типов – тенденций к стабильности, нуждающийся в укреплении отрицательных обратных связей, и тенденций поиска новых, более рациональных способов использования внешних энергии и вещества, необходимо требующих формирования положительных обратных связей и ограничения стабильности. Способы разрешения этих противоречий, т. е. структуры возникающих компромиссов, могут быть самыми различными. И это обстоятельство тоже в значительной степени ответственно за разнообразие организационных форм материального мира.

4. Об одной интерпретации процессов развития

Нильсу Бору принадлежит известное высказывание о том, что описать процессы, протекающие в окружающем мире, с помощью одного языка невозможно. Необходимо много разных языков описания, в каждом из которых яснее проявляются те или иные особенности изучаемого явления. Понимание, необходимое человеку в его практической деятельности, требует рассмотрения предмета с разных позиций. Проблема понимания – это вечная проблема. Она стоит перед философией и другими науками со времен древних греков и носит не только идеологический, но и психологический характер. И сформулированный тезис Бора достаточно общепринят: вопросы интерпретации всегда занимают в любой научной дисциплине весьма важное место. Интерпретация особенно нужна при изучении проблем развития, где разнообразие материала делает становление понимания Особенно трудным. Различные интерпретации процесса самоорганизации, позволяющие рассмотреть его в разных ракурсах, дают возможность более отчетливо представить себе то общее, что присуще разным формам движения, и те различия, которые определяют необходимость непрерывного расширения средств анализа. Одна из таких интерпретаций связана с вариационной трактовкой принципов отбора. В 1744 г. французский математик и физик Мопертьюи обратил внимание на то, что законы Ньютона допускают вариационную формулировку. Другими словами, он показал, что движение, совершающееся по законам Ньютона, обеспечивает экстремальное значение некоторым функционалам. Будучи сыном своего века, он придал этому факту определенный телеологический смысл. Позднее появилось много других вариационных принципов: принцип наименьшего действия Гаусса, принцип Гамильтона – Остроградского, принцип виртуальных перемещений и т. д. Сначала вариационные принципы были открыты в механике, а затем в электродинамике и в других областях физики. Оказалось, что все основные уравнения, с которыми оперирует физика, определяют траектории, являющиеся экстремалями некоторых функционалов.