157540 (Эволюция с позиций синергетики и общей теории систем), страница 2

Любые системы, даже самые простые типа гвоздя или даже отдельного атома, построены и функционируют по этим принципам, несмотря на сложность такого построения систем (анатомии) и видимую внешнюю простоту подобных систем. Этого требует закон сохранения, основной закон нашего Мира [4], который гласит, что ничто не может происходить просто так и для осуществления любого действия должен быть соответствующий механизм. Мы не всегда можем выделить, например, блок управления у гвоздя, но он обязательно присутствует в нем в той или иной форме. У гвоздя есть его собственная цель – держать свою форму, даже если по нему бьют молотком. Если у него достаточно резервов, в понятие которых входит количество и качество его СФЕ, то его блок управления всегда будет следить за тем, чтобы он сохранял свою прямоту, несмотря на изгибающее его внешнее воздействие. Причем он всегда сохраняет силу своего противодействия строго в соответствии с силой удара по нему. Если он будет действовать с большей силой, то он согнется в сторону изгибающей его силы, если его резервов недостаточно чтобы противодействовать изгибающей его силе, то он согнется в том же направлении, что и действующая на него сила. Но гвоздь, как правило, сохраняет свою прямоту, при условии достаточности его резервов. Это значит, что у гвоздя есть цель – сохранять свою форму и если ему это удается, то он как система функционирует нормально, достигая своей цели и используя для этого свой блок управления и СФЕ.

Сложные блоки управления по мере усложнения в дополнение к анализатору-информатору последовательно включают в себя:

· анализатор-классификатор с дистанционными рецепторами внешнего воздействия типа фото- хемо- и прочих таксисов, рождается с готовой "базой знаний" и "базой решений", которые входят в понятие "инстинкт" и которые не пополняются в течение жизни данной системы – есть у всех животных (рис. 5А), включая примитивных, но нет у растений и систем минерального мира. Классифицирует внешние ситуации на основе "базы знаний" и вырабатывает решения о собственных поведенческих реакциях на основе "базы решений".

· анализатор-коррелятор – предназначен для самообучения данной системы (данного животного) путем постоянного пополнения "базы знаний" и "базы решений" за счет собственного опыта, нет у примитивных животных, но есть у животных, уже способных к самообучению, но еще не способных перенимать опыт других систем (рис. 5В). Определяет новизну внешней ситуации и степень корелляции влияния новой ситуации на возможность выполнения собственных целей. Если степень корелляции высокая, заносит описание этой ситуации в свою "базу знаний". Затем выявляет степень корреляции влияния принятого решения о своей поведенческой реакции в ответ на новую ситуацию на достижение цели. Если степень корелляции низкая, меняет свою поведенческую реакцию и так до тех пор, пока степень корелляции влияния поведенческой реакции на возможность выполнения собственных целей не будет высокой. Тогда найденное новое решение заносится в собственную "базу решений".

· анализатор-абстрактор низших порядков – первая сигнальная система, содержит "базу абстракций низшего порядка" – описание действий других систем, которые являются значимыми сигналами, служащих абстрактным символом определенных ситуаций. При "рождении" системы "база абстракций низшего порядка" пустая и заполняется в течение жизни системы на основе самообучения. Предназначен для постоянного пополнения "базы знаний" и "базы решений" данной системы (данного животного) за счет использования опыта других систем. Но "базы знаний" и "базы решений" исчезают со смертью данной системы, есть только у высших животных вплоть до человека (рис. 6А).

· анализатор-абстрактор высших порядков – вторая сигнальная система, содержит "базу абстракций низшего и высшего порядка" – описание действий других систем, а также знаковых сигналов, которые являются значимыми сигналами, служащих абстрактным символом определенных ситуаций и действий . При "рождении" системы "база абстракций низшего и высшего порядка" пустая и заполняется в течение жизни системы на основе самообучения. Предназначен для постоянного пополнения "базы знаний" и "базы решений" данной системы (данного животного) за счет самообучения и опыта других систем, но "базы знаний" и "базы решений" не исчезают со смертью данной системы, а остаются в виде грамоты и символьного описания технологий, есть только у человека (рис. 6В).

Следовательно, не исполнительные элементы (СФЕ) являются критерием классификации объектов нашего Мира, а наличие или отсутствие обмена веществ и сложность блока управления систем. Не количество ножек и бугорков на зубе является критерием классификации животных, а сложность блоков управления животных как систем. Таким образом все объекты (системы) нашего Мира можно разделить на четыре подмира (мира), один из которых – мир минеральный, в котором нет обмена веществ, и еще три мира живых систем, у которых есть обмен веществ, но разные блоки управления [3, 4]. Таким образом в нашем Мире есть четыре подмира (мира) систем:

· мир минеральный

(системы с простым блоком управления типа простого автомата и нет обмена веществ),

· мир растений

(системы с простым блоком управления типа простого автомата и есть обмен веществ),

· мир животных

(системы с сложным блоком управления всех уровней, включая инстинкты и первую сигнальную систему)

· мир человека

(системы с сложным блоком управления всех уровней, включая инстинкты, первую и вторую сигнальную систему)

Все существующие на сегодняшний день концепции саморазвития материи пытаются описывать самоорганизацию элементов в основном минерального мира и почти нет описаний самоорганизации мира растений, животных и человека. Вернее, во всех попытках описаниях живых систем нет никакого различия между различными классами систем, будь то системы минерального мира или человек, как будто человек является всего лишь набором определенных минеральных элементов через их группировку в органической и биохимии. Поэтому они являются неполными и не могут претендовать на универсальность и на всеобщность. Вероятно это связано с тем, что до сих пор не было четкого и однозначного определения каждого из этих миров. Здесь же предлагается разделить все объекты нашего Мира на четыре большие группы – мир минеральный, мир растений, мир животных и мир человека, и критерием раздела являются обмен веществ (нет в минеральном мире) и различие сложности блока управления у растений, животных и человека.

В таком случае эволюцией будет развитие объектов как систем (вернее, их блоков управления) каждого мира и последовательный переход этих объектов из более низкого мира в более высокий. Прежде всего эволюционируют не системы, а их блоки управлений, и вместе с ними эволюционируют их СФЕ, чтобы обеспечить выполнение целей данных блоков управления.

Каким же образом происходит организация (построение) систем? Кто или что принимает решение об организации или реорганизации систем? Кто строит блок управления новой или реорганизованной системы? Кто задаёт уставку – задание для системы? Почему петля ООС строится для выполнения именно данного условия? В каких системах возможна самоорганизация и в каких не возможна?

На эту тему сегодня существует множество спекуляций и нет ни одного однозначного ответа. Синергетика предлагает механизм самоорганизации материи, организации изнутри, т.е., материя сама по себе "знает" как ей нужно организовываться и что нужно для этого делать. Этому послужили некоторые факты, неожидаемые, но наблюдаемые при некоторых химических реакциях.

До пятидесятых годов ХХ века считалось, что в реакциях неорганических компонентов периодические явления наблюдаться не могут, хотя первые сведения о наблюдении таких реакций датируются концом XIX века. Современный этап в исследовании колебательных химических реакций начался со случайного открытия, сделанного в 1958 году Б. П. Белоусовым, который заметил, что если растворить лимонную и серную кислоты в воде вместе с броматом и солью церия, то окраска смеси изменяется периодически от бесцветной до бледно-желтой. Систематическое исследование этой реакции провел через несколько лет А. М. Жаботинский (реакция Белоусова-Жаботинского). Он же отметил возникновение в ходе этой реакции различных упорядоченных структур. Сразу после этого было открыто множество вариантов реакции с более быстрыми и более медленными осцилляциями. Более детальное изучение глубинных механизмов реакции было проведено только в семидесятых годах [16].

Для того, чтобы объяснить процессы самоорганизации материи из хаоса современная синергетика использует три основных понятия:

· открытость систем

· нелинейность неравновесных системы

· флюктуации внешних воздействий и результатов действия.

Было предложено множество различных механизмов такого рода реакций и для этого в первую очередь использовалось понятие открытых систем. Открытые системы, в которых наблюдается прирост энтропии, называют диссипативными. В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного хаотического движения, в тепло. Если замкнутая система (гамильтонова система), выведенная из состояния равновесия, всегда стремится вновь придти к максимуму энтропии, то в открытой системе отток энтропии может уравновесить ее рост в самой системе и есть вероятность возникновения стационарного состояния. Если же отток энтропии превысит ее внутренний рост, то возникают и разрастаются до макроскопического уровня крупномасштабные флюктуации, а при определенных условиях в системе начинают происходить самоорганизационные процессы, создание упорядоченных структур [8, 9 ].

Но любые системы являются открытыми (диссипативными), нет полностью закрытых систем, потому что они реагируют с другими системами, разрушаются и в них всегда есть прирост энтропии в той или иной степени. Тем не менее не все системы при встрече образуют новые системы. Процесс отрицательной энтропии – это процесс разрушения за счет потери системой своих СФЕ, которые расходуются на взаимодействие с другими системами. Если система полностью закрыта, она никак не будет реагировать с другими системами нашего Мира, никак себя не проявит и поэтому она для нас не будет существовать. Хотя не все системы реагируют между собой, а лишь только те, которые удовлетворяют условиям гомореактивности входов и выходов этих систем (см. ниже по тексту), но всегда можно найти промежуточные системы, которые будут реагировать с тем системами, которые не могут прямо реагировать между собой. Система всегда реагирует только на внешнее воздействие и без него она бездействует (не функционирует). Внешним воздействием для нее являются результаты действия других систем, а взаимодействие систем – это образование между ними своеобразных связей через их результаты действия, на что всегда затрачивается энергия. При образовании новых связей между системами могут образоваться новые системы с новыми свойствами и новыми целями, в которых данные системы уже выступают в роли элементов новых систем [4]. Так как на образование связей расходуется энергия, поэтому взаимодействие систем возможно только лишь при избытке энергии, внутренней или внешней, поэтому и образование новых систем (процесс положительной энтропии) возможно лишь при "потоке" энергии.

И любые системы являются нелинейными, потому что они всегда дают одиночный результат действия, если было одиночное внешнее воздействие (рис. 7В). Величина этого результата действия может быть различной, от нулевой (рис. 7А) до максимальной (рис. 7С), но этот результат действия всегда будет только в ответ на внешнее воздействие и его величина всегда будет в определенной пропорции с величиной этого внешнего воздействия. Причем, величина результата действия в ответ на изменение внешнего воздействия будет менятся не плавно, а скачками (квантами), в зависимости от числа включающихся в функцию СФЕ, вырабатывающих кванты результатов действия, потому что каждая СФЕ функционирует по закону "все или ничего" [4]. Если на систему будет оказана серия одиночных внешних воздействий, система выдаст серию одиночных результатов действий, каждое из которых будет пропорционально силе внешнего воздействия. Будет ли это одиночный квант результата действия или же их пакет, но это всегда одиночный пакет независимых квантов действия, которые мы не всегда можем выделить и отдельно измерить.

Поскольку внешним воздействием для любой системы являются результаты действий других систем, а результаты действия всегда квантованы, то и системы реагируют не на любую произвольную величину внешнего воздействия, а на их кванты. Следовательно, и реакция систем на внешние воздействия и их результаты действия всегда квантованы (дискретны). Если система состоит из множества "мелких" СФЕ, то отдельные кванты результатов действия заметить практически невозможно и может создаться впечатление о плавности наращивания функций системы. Невозможно заметить скачок электрического тока в цепи, если в него добавляется один электрон. Но тем не менее прирост электрического тока является дискретным (квантованным), потому что осуществляется за счет попадания в ток дискретных частиц (электронов или "дырок").

Другими словами любые системы являются генераторами одиночного результата действия (в электронике – генераторами одиночного импульса), содержащего один (рис. 7В) или много (пакет) квантов (скачков) результата действия (рис. 7С), в зависимости от величины внешнего воздействия и числа сработавших СФЕ.

Если же внешнее воздействие является продолжительным и непрерывным, то одиночные результаты действия системы (одиночные пакеты квантов) сливаются в один продолжительный и непрерывный и внешне это выглядит как будто системы являются генераторами постоянного результата действия, хотя на самом деле непрерывный постоянный и продолжительный результат действия системы состоит из относительно коротких одиночных результатов действия, каждый из которых может состоять из множества квантов действия (рис. 7D).

Следовательно, мы не всегда "видим" нелинейность систем и линейность в ряде случаев возникает только лишь потому, что мы не всегда различаем отдельные кванты.

Кроме того, любой одиночный результат действия любой системы является независимым от системы его породившей и существующим самостоятельно после того, как он был произведен (рис. 8А). Поэтому он может быть внешним воздействием как для любой другой системы, так и для той же самой системы, которая его породила, если он попадет на ее вход, при условии гомореактивности входа-выхода данной системы (рис. 8В). А так как у любой системы есть микроциклы ее действий [4], то между моментами его рождения и началом его воздействия на вход породившей его системы проходит определенное время, в течение которого система не может реагировать ни на какое внешнее воздействие (фазы относительной и абсолютной рефрактерности) и, следовательно, порождать очередной результат действия. Поэтому между появлениями очередных результатов действия системы появляются промежутки времени и поэтому системы, у которых их результат действия попадает на их же вход и поэтому является внешним воздействием для них же, являются генераторами переменного (прерывистого) результата действия.