Текст
                    Н. Н. МОИСЕЕВ
АЛГОРИТМЫ РАЗВИТИЯ
О
МОСКВА «НАУКА»
1987
ББК 20.1 М 74
УДК 100.11/13
Рецензент
член-корреспондент АН СССР А Яблоков
Моисеев Н. Н.
М 74 Алгоритмы развития (Моисеев Н. Н. — М.: Наука, 1987. — с. — (Серия «Академические чтения»), 70 к 14200 экз.
На основе идей В. И. Вернадского дается развернутое изложение мирового эволюционного процесса. Автор стремится показать общность процессов, протекающих в неживой материи, в биоте и обществе. Значительное место в книге занимает проблема места информатики и вычислительной техники в реализации принципа коэволюции биосферы и общества. Анализируются экологические кризисы, возможные последствия ядерной войны.
ББК 20.1
М
1502000000-245
054(042)-87
КБ-3—49—1987
© Издательство «Наука» 1987 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Изучение биосферы и общества как единой системы, которая включает верхний слой суши, гидросферу (прежде всего океан), атмосферу, биоту н, конечно, человека с его общественными структурами, попытка описать динамику этой системы с помощью математических моделей неизбежно ставят множество вопросов методологического и общеметодического характера. Центральным среди них оказывается вопрос о возможности создания синтетического языка, позволяющего единым, образом представить развитие системы от неживого состояния к зарождению жизни, ее эволюции вплоть до появления человека и развития общества. Этот язык должен допускать постепенное расширение, т. е. включение новых понятий по мере перехода к объектам все более и более сложной природы и организации.
Вопрос о языке возник еще на грани 60-х и 70-х годов, когда в Вычислительном центре АН СССР мы начали обсуждать возможность создания системы моделей, имитирующих динамические процессы, протекающие в биосфере, и искать пути для описания кооперативного поведения общества, рассматриваемого как противоречивое единство разнообразных социальных организмов. Вопрос о языке имел сначала чисто прикладное, даже служебное значение. Одиакопостепеиноон перерос в самостоятельную проблему, и для этого было достаточно оснований.
Логика работы постепенно привела к пониманию того, что создание единого нзыка, синтетического представления
3
единого процесса развития является, по сути дела, разработкой определенной картины мира, без которой вряд ли возможно предложить обоснованную стратегию глобальных исследований, т. е. изучения природы и общества как единого целого. Такая картина должна отвечать существующему экспериментальному материалу. Она будет, конечно, достаточно условной, и тем не менее в ней должна быть отражена определенная концепция развития материи, ее самодвижения или, лучше сказать, самоорганизации. Мне казалось, что подобная работа может представлять известный интерес и с позиции философии, поскольку она демонстрирует материальное единство мира и диалектику его развития.
Основная трудность, с которой пришлось столкнуться, состояла в том, что различные формы движения и уровни организации материи — неживая, или «косная» материя, жизнь и общество — были разобщенными предметами интересов разных специалистов — физиков, биологов и обществоведов. У каждого из них сложились свои традиции, свой стиль мышления и свой язык. Необходимость преодоления этой трудности и разработка эскиза мирового процесса развития диктовались самой логикой исследований взаимоотношения природы и общества и создания на ее основе инструментария, позволяющего анализировать последствия крупномасштабных антропогенных воздействий. Но такую работу можно было проделать, только опираясь на ту или иную научную традицию.
Будучи по образованию математиком и физиком, я выбрал, естественно, тот путь синтеза, который утвердился физикой, и попытался последовательно провести -«физи-калистскую позицию» на всех этапах анализа. Но, отдавая себе отчет в недостаточности такого подхода, продиктованного практическими нуждами математического моделирования, я счел необходимым выделить ряд коренных вопросов, которые в него не укладываются и требуют тех или иных гипотез, в том числе и не подтвержденных каким-либо
4
экспериментальным материалом или наблюдениями. В процессе работы мне пришлось знакомиться с новыми для меня направлениями знаний и вести длительные обсуждения множества вопросов со специалистами далеких от меня областей деятельности. Особое значение имело для меня изучение наследия В. И. Вернадского (сначала я даже задумал написать эту книгу в ключе современной интерпретации идей В. И. Вернадского и демонстрации фундаментальности его научной позиции для решения современных глобальных, т. е. общепланетарных, проблем). Начало работы, связанной с попытками описания глобальных процессов, протекающих в биосфере, во многом обязано нескольким лекциям покойного Н. В. Тимофеева-Ресовского, которые он прочитал в конце 60-х годов в Вычислительном центре АН СССР. Эти лекции и общение с их автором оказали большое влияние на формирование моих общеметоднческих и методологических концепций.
Первоначально схема «алгоритмов развития», о которой здесь будет идти речь, разрабатывалась, если так можно выразиться, «для внутреннего пользования», т. е. как отправная методическая позиция для той практической деятельности по математическому моделированию крупномасштабных экологических ситуаций, которой в те годы занимался Вычислительный центр АН СССР '. При этом некоторые выводы методологического характера показались мне не совсем тривиальными, и я посвятил им специальную работу 2. В ней, однако, не нашли отражения мои взгляды на общий эволюционный процесс, точнее, общий процесс развития и то место, которое занимает в нем информатика. Эти взгляды сложились у меня к концу 70-х годов.
Окончательная структура книги определилась под влиянием дискуссий относительно двух, казалось бы, далеких друг от друга вопросов. Первый — в каком отношении находятся развитие интеллекта и эволюция живой материн? Этот вопрос обсуждался с профессиональными филосо
5
фами. При этом я понял, что предлагаемая и используемая мной система взглядов достаточно естественна и не вызывает с их стороны существенных возражений.
Второй вопрос — какое содержание следует вкладывать в понятие «искусственный интеллект» и как оно связано с современными проблемами глобального характера? Он вызвал значительно больше споров. Мой подход оказался как бы на перепутье между двумя весьма различными точками зрения: биологов и инженеров — специалистов в области информатики. В обсуждении выяснилось,,, что оба указанных вопроса связаны между собой весьма тесными узами. Этот факт заслуживает серьезного внимания.
Рукопись настоящей книги была прочитана членом-корреспондентом АН СССР И. Т. Фроловым и доктором философских наук В. Г. Гороховым, которые сделали ряд замечаний философско-методологического характера, за что я им искренне признателен. Не менее важным для меня было обсуждение рукописи с моими товарищами по Вычислительному центру — кандидатом физико-математических наук И. Г. Поспеловым и доктором физико-математических наук Ю. М. Свирежевым, которым я также хотел бы выразить свою глубокую благодарность.
Особую благодарность я приношу наиболее суровому из моих оппонентов — доктору биологических наук А. Г. Назарову, который помог мне увидеть то существенное, что разделяет взгляды физиков и биологов, понять различие их подходов к анализу глобальных проблем экологии и построению общей картины развития, что, однако, не помешало мне сохранить свою точку зрения.
И в заключение отмечу, что я вполне отдаю себе отчет в том, что предлагаемая книга может вызвать многие нарекания. Мне, специалисту в области информатики, очень трудно удовлетворить профессиональным требова
6
ниям и физиков, и биологов, и обществоведов одновременно, хотя именно их я и вижу своими читателями. Тем не менее я предлагаю им эту книгу, ибо глубоко убежден в необходимости работ, которые перебрасывают мостики между специальностями и знакомят с тем, какие ракурсы видения предмета могут возникать в смежных дисциплинах. Без этого просто невозможно говорить о синтезе физической, естествоиспытательской и обществоведческой, гуманитарной позиции, столь необходимом в современной жизни.
ВВЕДЕНИЕ
За последние 10—15 лет все большее и большее количество людей, живущих в самых разных странах, начинают интересоваться проблемами глобального, или, что то же самое, общепланетарного, характера. Это вполне закономерно, поскольку наша цивилизация обрела сегодня такую мощь, которая сопоставима с мощью глобальных процессов естественного происхождения, а по многим показателям даже их превосходит.
Любое живое вещество всегда активно воздействует на окружающую среду. Изменяя ее, оно само участвует в круговороте химических элементов. При моделировании биосферы мы имеем дело с быстропротекающнми геохимическими циклами. В процессе движения химических элементов их известная часть выносится из круговорота и образует осадочные породы, например торф, уголь и т. д. Эти породы снова возвращаются в круговорот, ио через периоды времени геологических масштабов. Они представляют собой своеобразные «отходы» активной деятельности живого вещества. Так вот, например, поданным В. А. Ковды (1975 г.), современное человечество в этом смысле эффективнее остального живого мира в 2 тыс. раз: объем отбросов органического происхождения биосферы равен 107 т в год, а человечества — 2« 1О10 т в год. Таким образом, влияние человека на биосферу является теперь существеннейшим фактором ее эволюции, изменения ее не только локальных, но и глобальных характеристик.
8
Этот факт таит в себе опасность поставить под угрозу само существование человечества.
Среди глобальных проблем наиболее острой становится проблема войны и мира: ядерная война, как теперь мы уже знаем, приведет к такой перестройке биосферы, которая исключит возможность существования людей. Но не только война может оказаться причиной катастрофической перестройки биосферы. Ни один вид живого ие способен существовать в среде, созданной из своих отбросов, -— вот почему тенденции всевозрастающего загрязнения окружающей среды не могут не вызывать глубокое беспокойство.
В силу описанных причин возникает прямая необходимость изучения биосферы и общества как единой развивающейся системы, особенностей эволюции этой системы в условиях растущих антропогенных нагрузок и непрерывного роста взаимозависимости существования людей, даже если они живут на отдаленных друг от друга континентах.
Все более широкие круги общественности начинают осознавать, что стихийное, неконтролируемое развитие производительных сил может окончиться катастрофой. Понимание людьми этого факта означает, что общество в своем развитии вступает в эпоху ноосферы, когда человеческий интеллект должен взять на себя заботу н ответственность за судьбу планеты. Ее дальнейшее развитие должно теперь сделаться направляемым, ориентированным на общие цели. А для этого необходимы новые знания, которые я условно объединю названием «теория развития ноосферы». Эта теория призвана осветить будущие ступени цивилизации, если, конечно, какой-то маньяк не развяжет всеразрушающий ядерный конфликт.
Теории ноосферы еще нет. Для ее создания у нас пока не хватает знаний. Теория развития ноосферы должна быть синтетической дисциплиной. Ей предстоит объединить многие науки (пожалуй, даже все!) — естественные, технические, гуманитарные. В самом деле, ведь она должна
9
не только сформулировать общие принципы коэволюции (гармоничного взаимообусловленного существования) человека и биосферы, ио и предложить инструмент, позволяющий найти способы преодоления тех кризисов и бед, которые подстерегают человечество на его тернистом пути.
Но чтобы подготовить возможность создания теории развития ноосферы, нам предстоит переосмыслить мнргие достижения гуманитарной, технической и естественнонаучной мысли, увидеть их в новом ракурсе. Такая работа, безусловно, потребует огромных усилий представителей многих специальностей.
В наших попытках найти нужный ракурс мы идем не совсем по целине. Система взглядов на характер взаимоотношений человека и окружающей среды, на роль и обязанности человека в будущем мире уже доброе столетие разрабатывается учеными, прежде всего нашими соотечественниками. «Философия общего дела» Н. Ф. Федорова *, «Биогеоценология» В. Н. Сукачева и Н. В. Тимофеева-Ресовского, «Всеобщая организационная наука, или Тектологня» А. А. Богданова и, конечно, «Учение о биосфере и ее постепенном переходе в ноосферу» В. И. Вернадского представляют собой звенья единой цепи, единого русла нашей отечественной мысли, заложившей основу современного понимания проблем взаимоотношения человека и природы, поднявших их на уровень проблем общепланетарного значения. Сопоставление идей этого великого наследства с новыми достижения современного естествознания и обществоведения все больше и больше убеждает меня в том, что единственной позицией, позволяющей разобраться в невообразимо сложном узле проблем, которые должна решать будущая теория развития ноосферы, является целостное представление о процессах развития материи, ее самоорганизации — представление, в котором появление человечества, разума предстает как естественный этап развития космического тела — Земли. Раскрытие
10
механизмов самоорганизации, может быть, и есть то самое важное, что необходимо для познания возможных путей дальнейшего развития цивилизации.
В самом деле, с ростом могущества человека резко ускоряются многие процессы, протекающие в обществе и биосфере. Если раньше заметные изменения в состоянии общества и окружающей среды требовали столетий, то сейчас они совершаются буквально на глазах одного поколения. И тем не менее они остаются теми же взаимосвязанными процессами развития живой и неживой природы и общества. Как и раньше, ими управляют объективные законы. При этом определенность и неизменность законов природы совсем не означают предопределенности (детерминированности) общих процессов развития. Появление нового фактора развития земной жизни — разума — не меняет этого утверждения. Он — порождение природы и не может изменять ее законов. Тем не менее разум способен ставить цели развития. Но для их достижения он должен следовать объективным законам.
Принцип материального единства мира и принцип развития — только такое соединение и может послужить гносеологической базой системы знаний, в которую однажды окажется уложенной растущая, как снежный ком, совокупность сведений о всех тех процессах развития, с которыми нас сталкивает человеческий опыт и которые являются лишь фрагментами единого процесса — мирового процесса самодвижения, самоорганизации материи. Развитие неживой природы и космоса, появление разума и общественных форм движения материи, возникновения техносферы2 и ее развитие уже недостаточно изучать изолированно. Для построения теории развития ноосферы да и для будущего всей цивилизации представляется совершенно необходимым видеть их звеньями единой цепи.
Сегодня такая научная позиция начинает завоевывать все большее признание, ибо она открывает пути для изучения проблемы самоорганизации материи. А эти проб
11
лемы интересуют сегодня практически всех. Ими начинают заниматься физики, математики, экологи, философы... В научном обороте появился термин «синергетика», произведений от древнегреческого слова «синергос», или «вместе действующий».
Что означает этот термин? В процессе дижения материи непрерывно возникают и разрушаются более или менее стабильные структуры, которым свойствен «метаболизм». Они далеки от термодинамического равновесия, а их относительная устойчивость поддерживается благодаря использованию внешних энергии и вещества. Так вот то, что обозначается термином «синергетика», претендует иа изучение этих процессов, и потому данный термин близок к понятию развития. Однако, по моему мнению, синергетика еще не превратилась в самостоятельную дисциплину, обладающую собственным инструментарием и четко выраженным предметом исследования.
Примечание. Понятие «синергетика», конечно, не исчерпывает философской категории развития. Оно занимает в содержании этой категории лишь определенную «экологическую нишу». Не исключено, что синергетика постепенно превратится в самостоятельную дисциплину, изучающую существенно нелинейные процессы. Уже сегодня начал возникать своеобразный язык, позволяющий общаться ученым, изучающим нелинейные и неравновесные процессы физической, химической, биологической и даже социальной природы. Возможно, что со временем возникнет и соответствующий инструментарий. Тем не менее в этой книге я буду по возможности избегать термина «синергетика», используя, если это допустимо, другие, более привычные понятия.
Глава первая ЕДИНСТВО ПРОЦЕССА РАЗВИТИЯ
1.	Дарвиновская триада
Система взглядов, развиваемая в данной работе, опирается на те представления о характере процесса развития нашей планеты, которые были сформулированы В. И. Вернадским и вошли в историю научной мысли как учение о биосфере и ее постепенном" переходе в ноосферу. Сейчас это учение начинает оказывать все большее влияние на характер мышления исследователей, а может быть, и на цивилизацию в целом.
В основе учения В. И. Вернадского лежит представление о взаимозависимости процессов, протекающих иа Земле. Все они связаны друг с другом и являются фрагментами ее развития. Важнейшим событием в истории нашей планеты было появление на ней жизни, резко ускорившей все процессы преобразования неживой, по терминологии В. И. Вернадского, «косной» материи.
В. И. Вернадский считал жизнь космическим феноменом. «Жизнь. ..,— писал он, — является не случайным явлением в мировой эволюции, ио тесно с ней связанным следствием» '. Как мне представляется, он был первым из ученых-естественников, который понял космическое значение факта возникновения жизни на Земле и начал систематическое исследование ее влияния иа планету, представляя жизнь «буфером» между космосом и «косным», т. е. неживым, веществом Земли. В самом деле, Земля, будучи космическим телом, непрерывно испытывает воздей
13
ствие космических процессов. А жизнь, способная усваивать энергию Солнца непосредственно и трансформировать ее в земное вещество, многократно усиливает это воздействие.
Таким образом, Земля, ее биосфера видятся нам иыие как единая система, в которой жизнь связывает в одно целое процессы, протекающие иа Земле, с процессами космического происхождения. И сегодня изучение ее как целостной системы представляется жизненно необходимым.
В. И. Вернадский начал систематическое изучение единого процесса развития с момента возникновения Земли, который отстоит от сегодняшнего дня на 4,5 млрд лет. Опираясь на открытия последних десятилетий, мы можем нарисовать более полную (чем у В. И. Вернадского) картину мирового эволюционного процесса, сдвинув начало отсчета уже на пару десятков миллиардов лет. Поэтому тот эволюционный процесс, который изучал В. И. Вернадский, сейчас мы имеем право рассматривать лишь как фрагмент единого процесса развития материи.
Чтобы получить единое, синтетическое описание всего процесса самоорганизации материи~(т. е. нашей Вселенной), нельзя обойтись без некоторого фундаментального предположения. Это может быть или гипотеза Большого взрыва, или нечто ей эквивалентное, утверждающее возникновение Вселенной, т. е. момент начала единого процесса развития. Сегодня мы можем отнести его отметку назад иа 2 • 1О10 лет. Но хотя современные космологические гипотезы и соответствующие опытные факты (реликтовое излучение, например) открыли горизонты, которые были неведомы во времена В. И. Вернадского, они только раздвинули то представление о единстве процесса развития материального мира, которое было исходной, отправной точкой его учения.
За последние десятилетия было сделано еще несколько эпохальных открытий, позволяющих уточнить учение
14
В. И. Вернадского и связать воедино многие факты, которые до этого носили фрагментарный характер. Во-первых, совсем недавно были обнаружены следы жизни иа Земле, которая существовала 3,5—3,8 млрд лет тому назад. Другими словами, возникновение Земли как космического тела и появление на ней жизни произошли, по космическим масштабам, почти одновременно. Этот факт переоценить невозможно!
Другое открытие не мёньшей значимости — это доказательство существования на Земле генетического кода, единого для всего живого. Единый алфавит из четырех букв — это, вероятнее всего, следствие некоего процесса естественного отбора, сохранившего наиболее устойчивую, наиболее приспособленную к нашим земным условиям форму передачи наследственной памяти — наследственной информации, которая кодируется нуклеиновыми кислотами. Это открытие является важнейшим аргументом в пользу утверждения о том, что жизнь, во всяком случае в ее современных формах, способных сохранять наследственность, ие была занесена из космоса, а родилась здесь, в наших земных условиях 2. Единство генетического кода очень трудно объяснить, отрицая, что жизнь возникла на Земле и является естественным этапом ее эволюции. Этот факт, который воспринимался В. И. Вернадским в качестве «эмпирического обобщения», т. е. не противоречащим опытным данным, теперь не только постепенно уточняется, но и превращается в строго установленное положение.
Еще один аргумент в пользу гипотезы о земном происхождении жизни на нашей планете дает нам изучение оптических свойств живого вещества. Оказывается, что в отличие от «косного» вещества В. И. Вернадского живое всегда оптически активно. Это означает, что его молекулы обладают общей асимметрией, определяющей его способность в поляризации света, который проходит через живое вещество. В неживом же веществе молекулы всегда имеют
15
разные свойства симметрии. В результате их смешения такое вещество не обладает способностью к поляризации. Аминокислоты же, из которых состоят живые организмы (а также вещество, прошедшее сквозь организм или образовавшееся в результате его распада), обладают такой способностью. Этот факт, открытый еще в прошлом веке Л. Пастером и П. Кюри, имеет огромное значение для понимания особенностей мирового эволюционного процесса вообще и возникновения жизни в особенности, роли жизни в трансформации материи и изменении ее свойств.
Представим себе два рода молекул — оптических изомеров — так называемые правые и левые молекулы. Они неразличимы по своим физико-химическим свойствам. Чтобы отличить их, необходим специальный инструмент, если угодно, некоторый фильтр, распознающий особенности их симметрии. Таким фильтром служит живое вещество, которое всегда построено из однотипных (как правило, левых) оптических изомеров. Почему же все живое характеризуется такой асимметрией — ответа на этот вопрос пока нет!3 Однако, как представляется, благодаря этому факту у иас теперь есть возможность отличать вещество биогенного происхождения от вещества «косного».
В распоряжении ученых сейчас уже есть определенное количество вещества космического происхождения (метеориты, лунный грунт и т. д.). Его изучение показывает, что и в космосе происходят процессы, в результате которых там появляются следы биологических макромолекул. Это обстоятельство трудно переоценить. Оно еще раз показывает, что усложнение организации материи и выход ее в предбиологическую фазу характерны не только для нашей планеты. Это типично, по-видимому, для Вселенной в целом, т. е. для мирового процесса развития материи.
Вместе с тем пока иет ни одного подтверждения гипотезы о том, что в космосе существует вещество биогенного происхождения, т. е. вещество, обладающее оптической
16
активностью. Вот почему предположение о том, что земная жизнь имеет земное происхождение, является наиболее естественным. И оно — это предположение — ничуть не противоречит тезису В. И. Вернадского о том, что жизнь «не является случайным явлением в мировой эволюции».
Наконец, четвертый факт, имеющий фундаментальное значение для нашего понимания общей картины мирового процесса развития, — это новые данные об эволюции органических макромолекул. Особую роль в изучении этой эволюции сыграли исследования М. Эйгена. Мне кажется, что из всего множества фактов предбиологической эволюции, которые были установлены этим исследователем за последние годы, важнейшим следует считать демонстрацию возможности возникновения — уже на уровне биологических макромолекул — явления редупликации, т. е. размножения и метаболизма.
В последние годы все большее внимание в теории самоорганизации привлекают проблемы самовоспроизведения без изменения организации системы. Такое явление получило название аутопоэза. И по-видимому, только М. Эйгену удалось построить математическую модель аутопоэтической системы, отражающую реальный процесс эволюции биологических макромолекул 4.
Я думаю, что именно эти достижения науки, эти замечательные факты позволяют нам сегодня считать возникновение жизни естественным этапом саморазвития материи, одной из форм ее самоорганизации. Но надо заметить, что подобные факты, сколь бы они ни были принципиально важными, практически не приблизили нас к пониманию того, что принято называть феноменом жизни, а тем более к тому пониманию, которое позволило бы нам дать его достаточно полное определение. Но вероятно, благодаря им мы начинаем постепенно догадываться, что между живым и неживым, может быть, и не существует столь резкого рубежа, который предполагался до сих пор. Граница между живым и неживым веществом, наверно,
17
размыта, а многообразие форм самоорганизации материи, может быть, содержит относительно устойчивые образования, которые трудно отнести только к живой или только к неживой материи. Лишь отойдя достаточно далеко от этой границы, мы можем с уверенностью говорить о том, что заведомо является живым, и сформулировать для него знаменитый принцип Пастера—Реди: живое — это только то, что происходит от живого.
Примечание. Отсутствие известных нам форм вещества, которые не могут быть идентифицированы в качестве живого или «косноп», допускает объяснение с двух принципиально различных позиций. Если мы примем гипотезу о том, что живое вещество не может возникнуть из неживого, т. е. справедливость эмпирического принципа Пастера—Реди для всех уровней организации вещества, то мы должны будем заключить либо о самостоятельном происхождении живого, либо о вечности его существования. Если же мы примем схему развития материи, согласно которой жизнь есть естественный этап развития ее организационных форм, то нам останется принять лишь одну гипотезу — о неустойчивости переходных форм. Последняя гипотеза кажется мне предпочтительней — оиа естественна для специалистов, занимающихся с$чцественно нелинейными проблемами. В самом деле, в природе мы можем наблюдать лишь относительно долгоживущие образования (обладающие относительно большой стабильностью), которые и являются предметом наших исследований. И хотя не существует решающего опытного материала, который бы подтверждал формулируемую гипотезу, я буду принимать именно ее! В этом случае ответ на вопрос о том, что же, в конце концов, есть живое, может быть, и не столь уж важен. Мне кажется, что более важно понимание того, что переход от неживого к живому — это лишь один из этапов единого процесса самоорганизации, бесконечного процесса, бесконечного усложнения форм существования материи.
18
Лица, занимающиеся философско-методологическими проблемами биологии, часто выделяют как одну из характернейших методологических особенностей исследования жццого необходимость целостного подход? при изучении живых объектов (необходимость рассматривать их с точки зрения категории целого). В самом деле, только условно можно говорить о частях живого организма как о живых. Не может быть живой руки или живой головы независимо от организма, которому они принадлежат. Конечно, на определенном уровне сложности организации ее изучение необходимо требует целостного или, как еще говорят системного рассмотрения. Однако этот подход характерен не только для исследования живого вещества. Многие другие явления окружающего мира тоже нельзя понять, игнорируя их целостный характер. (Вместе с тем не всякие живые объекты нуждаются в указанном подходе — так, разрубив червяка на части, мы получим столько новых червяков, на сколько частей его разрубили.)
За последние годы многое удалось понять и в том, что можно назвать механизмами развития (в частности, эволюции8), в том, как происходят изменения структуры (организации) материи, как возникают новые качества, что является движителем процесса самоорганизации. Становится все более понятным, что единый мировой процесс развития — это не просто игра случая, а непрерывное усложнение организации, происходящее в результате взаимодействия объективной необходим,ости со столь же объективной стохастичностью нашей Вселенной. Реальность такова, что необходимость вовсе не исключает случайность, но определяет потенциальные возможности развития, которые описываются законами природы.
Единый процесс развития охватывает неживую природу, жизнь и, наконец, общество. Все это — звенья единой цепи, и поэтому естественно попытаться описать весь процесс развития на одном языке, в рамках единой схемы, с использованием общей терминологии. Такое связное
19
описание процессов развития резко упрощает саму технологию системного анализа биосферных процессов. Но дело не только в этом. Создание общего языка позволяет наглядно увидеть глубокую генетическую связь между различными фрагментами мирового процесса развития.
Однако, чтобы создать такой язык, необходимо решить проблему ключевых понятий и расширения их содержания и смысла по мере расширения области использования. В качестве таких ключевых понятий мы возьмем дарвиновскую триаду: изменчивость, наследственность, отбор.
Условимся называть изменчивостью любые проявления стохастичности и неопределенности. Они составляют естественное содержание всех процессов микромира, но, конечно, имеют место и на макроуровне. Неопределенность и стохастичность лежат в основе функционирования всех механизмов нашего мира и порождают многочисленные проблемы философского и специально-научного характера. Их далеко не всегда можно объяснить — далеко не всегда нам ясны причины возникновения стохастичности и неопределенности. Но изменчивость является фактом — одним из основных «эмпирических обобщений», с которыми нам непрерывно приходится сталкиваться. Мы часто апеллируем к ней как к исходному понятию при объяснении явлений и процессов живой и «косной» природы. Вместе с тем изменчивость — случайность и неопределенность — проявляется не сама по себе, а в контексте необходимости, т. е. законов, управляющих движением материи и развитием ее организационных форм.
Классическим примером, показывающим, что стохастика (изменчивость) соседствует с детерминистическими законами, является турбулентность. В этом на первый взгляд абсолютно хаотическом движении жидкости всегда можно обнаружить своеобразную строгую упорядоченность. Оно подчиняется строгим физическим законам, в нем наблюдается стабильность средних характеристик, существуют определенные формы организации (коэффициенты
20
сопротивления, среднее значение завихренности и т. д.). Но объяснить возникновение турбулентности без обращения к случайности (случайным возмущениям) невозможно. И по существу, все развитие нашего мира можно представить моделью некоего турбулентнообразного движения материи — как непрерывное образование новых форм организации, их неизбежное разрушение, последовательность переходов от одних состояний к другим. Различие будет заключаться лишь во временных масштабах, в степени детализации анализа и характере интерпретации результата. Таким образом, все наблюдаемое нами —это единство случайного и необходимого, стохастического и детерминированного.
Случайность и неопределенность — это понятия не тождественны — пронизывают все уровни организации материи. Процессы, протекающие в неживой природе (та же турбулентность, броуновское движение и т. д.), процессы биологические (типичный пример — мутагенез), социальные процессы (к примеру, конфликты) — все они подвержены действию случайностей, которые мы далеко не всегда можем проследить так, чтобы понять их источник, а тем более правильно учесть, делая анализ или прогнозируя события.
Но хотя глубинный источник изменчивости нам часто бывает неясен, именно она создает то «поле возможностей», из которого потом возникает многообразие организационных форм — наблюдаемых н изучаемых нами, относительно долгоживущих образований. Она же вместе с тем служит и причиной их разрушения — такова диалектика самоорганизации. Одни и те же факторы изменчивости стимулируют и созидание и разрушение. Не меньшую роль стохастнчность и неопределенность играют и в повседневной жизни людей, порождая, в частности, неоднозначность отображения реального мира в их сознании, а значит, неопределенность в их поведении и реакциях на воздействия окружающего мира.
21
Второй важнейший фактор, определяющий процессы развития, — наследственность. Этим термином мы будем обозначать не только способность материи сохранять свои особенности, но и ее способность изменяться от прошлого к будущему, способность «будущего зависеть от прошлого».
Будущее, конечно, определяется прошлым далеко не всегда однозначно (как, например, в задаче Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений, правая часть которых удовлетворяет условиям Липшица). В реальности такая однозначность представляется совершенно исключительным явлением. Поэтому факт наследственности означает лишь то, что понять возможности будущего нельзя без знания прошлого. (Может быть, отсюда и происходит тот живой интерес к истории, который присутствует практически у каждого человека.)
Иногда понятие наследственности отождествляется с понятием причинности. Но это разные понятия. Наследственность лишь одна из составляющих причинности, как, впрочем, и изменчивость. Только вся триада — изменчивость, наследственность, отбор — достаточно полно раскрывает смысл термина «причинность».
Итак, наследственность — это термин, отражающий влияние прошлого на будущее. И часто, не зная хорошо прошлого, мы невольно относим многие наблюдаемые факты к цислу случайных, т. е. к изменчивости. В этом есть определенный резон. Приведем пример, показывающий, что подобное отнесение — обычное (привычное) и закономерное явление в инженерной практике.
Инженеры-гидравлики и гидротехники, оценивая размеры речного стока, знание которых необходимо для обоснования проектов орошения, считают случайной величиной боковую приточиость, т. е. тот объем воды, который поступает в реку из притоков и ключей. На этом основании характеристики боковой приточности они определяют обрабатывая данные наблюдений за ряд лет методами ста
22
тистики. В действительности же боковая приточность определяется рядом факторов, вполне доступных самостоятельному наблюдению: толщиной снежного покрова в предшествующую зиму, характером весенних осадков, влагой, накопленной за предшествующие годы, и др. Мы, однако, не знаем точной связи между этими факторами, имевшими место в прошлом, и их следствиями — боковой пригодностью в настоящем и будущем. В подобных ситуациях инженеру ничего не остается, как интерпретировать изучаемую величину в качестве случайной и применять для исследования ее свойств правила обработки случайной информации.
Примечание. Рассмотренный пример интересен во многих отношениях. Прежде всего он показывает, что в ряде случаев явления, кот'орые мы относим к изменчивости, оказываются на самом деле следствиями феноменов, имевших место в прошлом. Это обстоятельство имеет самостоятельный интерес и заслуживает специального исследования. Ведь оно означает, что в известных условиях наследственность может трактоваться как изменчивость (и наоборот). Значит, между этими двумя понятиями далеко не всегда можно провести строгую разграничительную линию. Все это имеет глубокую связь с принципиальной неустойчивостью подавляющего большинства процессов, с которыми нас сводит природа.
Третье, пожалуй самое трудное, понятие дарвиновской триады — отбор. Биологи трактуют его соответственно своей дисциплине, в результате чего обычна такая его интерпретация: «выживает сильнейший, наиболее приспособившийся», т.е. выживает тот, кто выжил! Внутривидовой отбор потому и называется отбором, что он отбирает те признаки, те особенности, которые, возникнув в результате действия случайных факторов, затем передаются в будущее за счет действия механизма наследственности. Конечно, подобная трактовка механизма естественного отбора крайне упрощена — это лишь его скелет. Но она
23
выражает тот образ мышления, которому мы обязаны достижениями современной биологии.
Мне, как представителю физики, математики, информатики, пытающемуся воссоздать образ единства эволюционного процесса, недостаточно подобных интерпретаций фундаментального термина «отбор». Мне необходима его более широкая трактовка, позволяющая распространить понятие отбора на объекты «косной» материи, с одной стороны, и процессы, протекающие в обществе, — с другой. Но прежде чем этим заняться, вернемся еще раз к понятию изменчивости.
Не так давно было открыто и изучено явление, получившее название «странный аттрактор». Оказалось, что траектории многих детерминированных систем могут полностью заполнять некоторый фазовый объем: в любой окрестности любой точки этого объема всегда будут находиться точки, принадлежащие траектории одной и той же системы. Движение таких систем характеризуется высшей степенью неустойчивости: две любые сколь угодно близкие точки будут порождать совершенно различные траектории. Такие особенности движения были названы в математике некорректностями. Французский математик Ж. Адамар считал, что в «правильных физических теориях» всегда должна иметь место «корректность»: малым причинам должны отвечать малые следствия. Если задача оказывалась некорректной, то она, согласно Адамару, была неправильно поставлена. Этот принцип, который долгое время играл важную роль в математической физике, теперь приходится пересматривать. Процессов, которым свойственна «некорректность», в природе гораздо больше, чем это было принято думать еще несколько десятилетий тому назад. Траектории подобных систем, в частности систем, обладающих «странным аттрактором», несмотря на то что они порождаются вполне детерминированными уравнениями, подобны траекториям, порождаемым случайным процессом. Они не только хаотичны, но из-за сильной
24
неустойчивости их невозможно прогнозировать — любая сколь угодно малая неточность в вычислениях, а они неизбежны при работе электронных вычислительных машин, ведет к совершенно неправильным результатам. В связи с этими свойствами «странного аттрактора» и нз-за аналогичных «неустойчивостей» невольно возникает целый ряд вопросов. Вот, может быть, главные из них.
Если явление «странного аттрактора» (или ему подобные) типично в природе, то не заставляет ли оно нас увидеть стохастичность макромира в совершенно новом свете? Может быть, для ее объяснения нет необходимости использовать соображения, связанные со стохастичностью микромира? В самом деле, ведь процессы, порождающие «странный аттрактор» (или явление «универсальности» по Фейгенбауму), приводят к поведению систем, неотличимому от случайных процессов. И ведь они возникают сами по себе, в системах вполне детерминированных, не подверженных каким-либо случайным возмущениям.
И далее: может быть, принципиальные «некорректность» и неустойчивость, порождающие хаос, неупорядоченность, — это естественное состояние материи, ее движения, на фоне которого время от времени возникают как исключительные явления более или менее устойчивые образования? Может быть, только эти образования мы и способны видеть и изучать, а все остальное происходит без свидетелей и мы способны регистрировать лишь финальные события? Если встать на эту точку зрения, то, возможно, имеет смысл назвать принципами отбора те причины, которые в «некорректном мире» вызывают к существованию более или менее устойчивые образования, которые мы только и можем фиксировать в наших наблюдениях?
Все перечисленные вопросы — труднейшие, и на них у нас пока нет удовлетворительного ответа. Все они тесно связаны с другим, еще более глубоким вопросом: что такое законы природы?
В одной из последних моих книг 6 я говорил о них как
25
о некоторых моделях, отражающих те или иные черты реальности с той точностью, с которой мы сегодня способны их представить или воспроизвести. Мы видим и регистрируем происходящее. Наш опыт показывает, что кажущийся хаос случайностей рождает нечто определенное и закономерное. Вот почему законами природы мы не можем назвать что-либо иное, кроме тех связей между явлениями и событиями, которые мы можем установить эмпирически или средствами логического мышления. Только эти связи мы можем отождествить с теми правилами, которые действуют в нашем мире и определяют его процессы саморазвития.
Ставя своей целью создание некоего языка,, годного для описания процессов различной физической природы, мы, по-видимому, должны будем ограничиться сформулированным утверждением. Попробуем интерпретировать сказанное, обратившись к концепциям точного естествознания, возникшим еще в XVIII в.
В механике со времен Мопертьюи (и Лагранжа) принято говорить о «виртуальных движениях» или множествах «возможных продолжений», понимая под этим любые «возможные» движения, согласные со связями, но не обязательно удовлетворяющие законам физики (Для того чтобы подчеркнуть трудности определений и условность языка, обратим внимание на то, что согласие со связями — это тоже закон природы.) Эти «виртуальные движения» могут порождаться любыми произвольными, в том числе и случайными, причинами. Значит, уже в XVIII в. было понято, что изменчивость (если угодно, стохастичность) предоставляет природе целое «поле возможностей», из которого отбирается, т. е. реализуется, лишь некоторая исключительная совокупность, удовлетворяющая некоторым специальным условиям (принципам отбора).
Подчеркнем, что в такой трактовке проявляется прямая аналогия с тем понятием отбора, которое используется в биологии. Отбор, следуя своим объективным законам,
26
совершает природа, а разум лишь фиксирует этот факт, отражая с той или иной степенью точности ту реальность, которая «есть на самом деле». В XVIII в. этот факт сделался достоянием механики: было установлено, что реальные движения из множества виртуальных отбираются с помощью законов Ньютона, которые являются простейшими принципами отбора.
Сегодня мы способны гораздо глубже и шире представить себе судьбу любых динамических систем и связь между виртуальными и реальными движениями. Из всего множества движений, согласных со связями, в реальность «пропускаются» лишь некоторые исключительные движения.
Набор фильтров, которые это совершают, т. е. принципов отбора, очень велик. И законы Ньютона — только один из них. Внутривидовая борьба, порождающая отбор в живом мире, которую Ч. Дарвин назвал естественным отбором, — другой подобный принцип. Принципами отбора являются законы сохранения, законы физики и химии в частности. К числу принципов отбора относится, конечно, и второй закон термодинамики, невыводимый из законов сохранения.
Мне кажется, что особую роль в мировом эволюционном процессе играет принцип минимума диссипации энергии. Сформулирую его следующим образом: если допустимо не единственное состояние системы (процесса), а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему (процесс), то реализуется то ее состояние, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии. Этот принцип следует рассматривать в качестве некоторого «эмпирического обобщения». По своей формулировке он похож на принцип минимума потенциала рассеяния Л. Оисагера (1931 г.) и принцип минимума производства энтропии И. Пригожина (1946 г.), которые были сформулированы для проблем неравновесной термо
27
динамики. Но он не выводится из последних. Позднее мы еще вернемся к обсуждению соотношения этих принципов.
Примечание. В отличие от других вариационных принципов, в том числе принципов механики, сформулированный выше принцип минимума диссипации энергии не является строго обоснованным и вряд лн может быть обоснован в традиционном смысле этого слова. Вот почему я и назвал его «эмпирическим обобщением», тем более что примеров, ему противоречащих, я не знаю.
Я думаю, что принцип минимума диссипации энергии есть только очень частный случай значительно более общего принципа «экономии энтропии». В природе все время возникают структуры, в которых энтропия не только не растет, но и локально уменьшается. Этим свойством обладают многие открытые системы, в том числе и живые, где за счет притока извне вещества и энергии возникают более или менее стабильные состояния — «квазиравновес-ные структуры». С точки зрения классической термодинамики эти образования не являются равновесными — равновесие здесь понимается лишь в смысле стационарности.
Мне представляется справедливой следующая гипотеза. Если в данных конкретных условиях возможны несколько типов организации материи, согласующихся с другими принципами отбора, то реализуется та структура, которой отвечает минимальный рост (или максимальное убывание) энтропии. Поскольку убывание энтропии возможно только за счет поглощения внешних энергии и (или) вещества, реализуются те из мысленно возможных (виртуальных) форм организации, которые способны в максимальной степени поглощать внешние энергию и (нлн) вещество. Этот принцип отбора я буду называть обобщенным принципом минимума диссипации. Позднее я внесу в формулировку этой гипотезы еще некоторые уточнения.
28
2.	О механизмах развития
Выше я попытался показать возможности обобщения языка, выработанного впервые эволюционной биологией, для представления развития процессов в системах произвольной материальной природы. Если достаточно широко понимать основные ключевые слова — «изменчивость», «наследственность» и «отбор», то можно выработать весьма гибкие средства описания самых различных процессов самоорганизации материн — средства, позволяющие увидеть то общее содержание, которое присуще любым процессам развития, в том числе н общественным.
Теперь я попытаюсь построить классификацию принципов отбора и рассмотреть с единой точки зрения его механизмы. В практическом отношении это напоминает попытку Ампера дать классификацию наук. Для подобной классификации, может быть, еще и не настало время. Поэтому я сужу свою задачу и постараюсь выделить лишь два существенно’разных класса механизмов отбора. Эта задача мне представляется необходимой и выполнимой.
К первому классу я отнесу «адаптационные» механизмы. Это прежде всего, конечно, дарвиновские механизмы естественного отбора. Но подобные механизмы встречаются и в физике, и в химии, и в технике. Важную роль они играют и в общественной жизни. Основная их особенность состоит в том, что оии позволяют нам в принципе предвидеть (конечно, с определенной точностью) развитие событий — прогнозировать его. Это происходит потому, что адаптация — это самонастройка, обеспечивающая развивающейся системе устойчивость (стабильность) в данных конкретных условиях внешней среды. Значит, изучая эти условия, т. е. особенности среды, мы можем предвидеть (предсказать) тенденции в изменениях основных параметров системы, которые будут
29
происходить под действием этих механизмов. Другими словами, мы оказываемся способными заранее определить множество состояний (совокупность параметров) системы, которые будут обеспечивать ее устойчивость при данных условиях внешней среды. Этим обстоятельством уже давно пользуются селекционеры.
Что же касается физики и техники, то механизмы, обеспечивающие самонастройку системы, уже в течение многих лет являются объектом исследований специалистов по проблемам управления. Сегодня наука обладает достаточно развитой математической теорией систем, способных к адаптации. Поэтому, если мы в состоянии построить математическую модель системы и механизма ее самонастройки и располагаем достаточно полной информацией о свойствах окружающей среды, то, используя указанную теорию, мы сможем ие только предсказать тенденции, как это делают селекционеры, ио и дать с определенной точностью количественную характеристику развивающихся событий. Простейшие модели подобных механизмов широко используются в технике, биотехнологиях, при изучении динамики популяций и т. д. Зная достаточно хорошо внешнив-условия и их прогноз, а также те объективные законы, которые управляют развитием системы, мы можем быть уверены, что с помощью механизмов адаптационного типа развивающаяся система не обретет никаких новых, неожиданных свойств. Механизмы подобного рода позволяют параметрам системы изменяться лишь в достаточно ограниченных пределах. И эти пределы во многих случаях можно определить заранее.
Сформулированные утверждений отвечают практическому опыту людей. Тысячелетиями человек вел направленный искусственный отбор — селекцию растений и животных, адаптируя их к своим потребностям. И при этом ничего принципиально нового он не получил. Как бы ни были отличны по своему внешнему виду многочисленные
30
породы собак, они по-прежнему остаются собаками, принадлежат к одному и тому же виду.
Наверное, можно сказать и так: ни внешние возмущения, ни внутренние пертурбации не способны с помощью адаптационных механизмов вывести систему за пределы того собозримого канала эволюции», того коридора, который заготовила природа для развития этой системц. При действии механизмов адаптационного типа границы этого коридора, очерченные объективными законами нашего мира, достаточно близки друг к другу и достаточно обозримы в перспективе. Следовательно, путь развития в этом случае предсказуем со значительной точностью. Такая характеристика механизмов адаптационного типа может быть принята в качестве их определения.
Но существует и иной тип механизмов развития. Он имеет уже совершенно другую природу, хотя, как мы это увидим ниже, и для него дарвиновская триада полностью сохраняет свой смысл. Для иллюстрации этого типа механизмов рассмотрим течение жидкости а трубе.
Пока расход жидкости мал, ее течение носит ламинарный характер — оно следует закону Пуазейля: частицы жидкости движутся параллельно оси трубы, а эпюра скоростей имеет параболический характер. Чтобы протолкнуть этот расход жидкости сквозь трубу, требуется определенное усилие. Оно определяется разностью давлений в различных сечениях трубы. С ростом расхода эта разность до поры до времени будет расти по линейному закону, а эпюра скоростей будет сохранять свой параболический характер. Но достаточно потоку превзойти некоторый критический порог, как характер движения качественно изменится. Ламинарное течение перестраивается — оно превращается в турбулентное. Разность давлений при этом начинает быстро возрастать. Иными словами, существует некоторое критическое значение
31
внешнего воздействия, определяемое величиной расхода. Выше этого значения прежняя (ламинарная) форма движения жидкости существовать не может (старая организация системы разрушается). Вместо ламинарного движения жидкости возникает турбулентное.
Этот пример достаточно поучителен. Он показывает, что организация системы обладает пороговыми состояниями, переход через которые ведет к резкому качественному изменению протекающих в ней процессов, к изменению самой ее организации. Более того, в этом и аналогичных случаях переход от старой организации системы к новой неоднозначен, т. е. возможно целое множество различных новых форм организации. Поясним это более простым примером решения задачи Эйлера о нагруженной колонне. После того как вертикальная форма равновесия колоииы потеряет устойчивость, возникает целый континуум новых форм равновесия — они заполняют поверхность вращения, образующая которой представляет собой полуволну синусоиды. Смена форм равновесия происходит тогда, когда нагрузка на колонну превзойдет некоторое критическое значение. Что особенно важно в описанной ситуации — так это то, что мы не можем предсказать, какая именно новая форма равновесия будет реализована. Мы этого не знаем и не можем знать принципиально, поскольку будущая реализация зависит от случайных воздействий (например, порывов ветра), которым подвергается колонна в тот момент, когда внешняя нагрузка превосходит критическое значение.
Вот эта неопределенность будущего и есть главная особенность рассматриваемого типа механизмов. Она есть следствие того, что будущее состояние системы при переходе ее характеристик через критическое (или пороговое) значение определяется прежде всего флюктуациями. А они присутствуют всегда. И то, около какого из континуума возможных состояний равновесия будет
32
колебаться колонна при закритических величинах нагрузки, зависит от непредсказуемого порыва ветра! То же мы видим и в примере смены ламинарного течения жидкости турбулентным: мы лишены возможности предсказывать какие-либо детали турбулентности, хотя в условиях ламинарного течения мы точно знаем траектории всех жидких частиц. Мы не можем определить, как возникло данное турбулентное состояние потока, какое состояние предшествовало наблюдаемому. Можно сказать, что система не «помнит своего прошлого», если она испытала в своем развитии бифуркацию, т. е. разветвление путей эволюции при переходе через пороговое состояние своей организации.
Пороговые (или бифуркационные) механизмы свойственны не только миру «косной» материи. Но их проявление в процессах биологической и общественной природы значительно более сложное. Вот почему, выбирая иллюстративные примеры, характеризующие их особенности, я следовал такому высказыванию В. И. Вернадского: «Поэтому вполне позволительно и удобно воспользоваться и здесь (т. е. в биологии. — Н. М.) аналогией между живым веществом и газовой массой» 7.
Рассуждения о механизмах, которые были приведены выше, разумеется, достаточно условны и схематичны. Реальные процессы развития — это всегда целая гамма различных механизмов. Тем не менее приведенные рассуждения достаточно наглядны, чтобы можно было представить себе основные черты единого процесса развития.
Законы физики, химии и другие принципы отбора устанавливают определенные границы изменения состояний системы, так сказать, «каналы», внутри которых могут протекать процессы эволюции системы. В свою очередь, множество случайных факторов как бы пытается все время нарушить эти границы, изменить организацию системы. Если ее параметры и состояния не выводятся
33
из предначертанных рамок, механизмы развития носят адаптационный характер. Границы адаптации, т. е. границы этих «каналов», могут быть определены в том случае, если мы достаточно хорошо знаем законы, управляющие развитием.
Но в силу тех или иных причин система может однажды выйти на пересечение «каналов» адаптационного развития. И тогда вступают в действие иные механизмы, которые мы назвали, следуя А. Пуанкаре, «бифуркационными».
Кстати, термин «бифуркация» в последнее время (после работ Уитни и Р. Тома) все чаще стали заменять термином «катастрофа». Поэтому «бифуркационные» механизмы мы можем, следуя современной терминологии, переименовать в «катастрофные».
Итак, на перекрестке «эволюционных каналов» происходит «катастрофа». Характер развития качественно меняется. Возникает несколько новых и различных вариантов развития (эволюции). Этих вариантов столько, сколько новых «каналов» выходит на «перекресток». И что самое главное в характеристике бифуркационного механизма — это неопределенность путей дальнейшего развития: по какому из возможных «каналов эволюции» пойдет дальнейшее развитие, какова будет новая организация системы — это предсказать невозможно! Невозможно в принципе, ибо окончательный выбор пути обусловливается случайным характером неизбежно присутствующих возмущений.
Выделение механизмов адаптации и катастроф позволяет не только дать новую интерпретацию процессов развития. Оно позволяет сделать наглядным один принцип, имеющий важнейшее значение для понимания процессов самоорганизации вообще н эволюции живого мира в частности. Этот принцип носит название принципа дивергенции — расхождения (или размножения) новых форм организации (метафора — ветвящееся дерево).
34
Покажем, что этот принцип является прямым следствием механизмов бифуркационного типа.
Выше мы уже говорили о том, что именно эти механизмы ответственны за неопределенность процесса развития. Как расшифровать подобное утверждение?
Законы природы ограничивают множество возможных (виртуальных, мысленно допустимых) состояний материального мира и форм его организации, которые я условно назвал «каналами эволюции». Подчас берега этих «каналов» могут быть очень близкими — поддержание большинства химических реакций или сохранение гомеостазиса некоего вида возможно только в очень узком диапазоне изменения параметров внешней среды. Однако стохастический характер причинности может с помощью бифуркационных механизмов развести сколь угодно близкие, практически тождественные формы организации в совершенно разные стороны. Этот факт — один из основных источников «некорректностей», которые мы непрерывно наблюдаем в окружающем мире. Его легко интерпретировать на простом опытном материале.
Предположим, что две совершенно одинаковые круглые колонны находятся под действием одинаковых вертикальных нагрузок. Кроме того, на них действуют случайные порывы ветра. Эволюционные процессы каждой из них определяются непосредственным и одинаковым увеличением указанных нагрузок. Значит, у обеих колонн нагрузки достигают порогового значения одновременно. Однако, поскольку порывы ветра никогда не бывают строго идентичными, после потери устойчивости вертикальной формы равновесия новые равновесные формы у обеих колонн будут разными. Это значит, что колебания колонн после бифуркации будут происходить в разных «каналах», в данном случае в разных плоскостях. Вероятность того, что при новой бифуркации равновесные положения колонн совпадут, равна, очевидно, нулю.
С увеличением размерности системы — что всегда
35
бывает при увеличении ее сложности — количество состояний, в которых могут происходить катастрофы, быстро возрастает. Следовательно, чем сложнее система, тем больше вероятность увеличения числа возможных путей ее эволюции (т. е. дивергенции), а вероятность появления двух развивающихся систем в тождественных эволюционных каналах практически равна нулю. Это и означает, что процесс развития (самоорганизации) ведет к непрерывному росту разнообразия форм.
Заметим, что этот вывод о непрерывном усложнении организационных форм касается не только живого вещества. Он справедлив и в неживом мире (о чем мы только что говорили) и сохраняет силу и при переходе к анализу общественных форм организации материн (о чем мы будем говорить позднее).
Примечание. Среди биологов существуют сторонники и другой точки зрения. Например, последователи академика Л. С. Берга утверждали возможность конвергенции, т. е. ссхождения», форм. Дискуссии о дивергенции и конвергенции среди биологов не прекращаются и в настоящее время. Мне кажется, что факт существования механизмов бифуркационного типа и установление роли флюктуаций в известном смысле закрывают эти дискуссии: ведь вероятность появления идентичных форм организации в процессе развития равна нулю. Кстати, конвергенцию не следует путать со сходством отдельных особенностей (признаков) в организации тех или иных систем, функционирующих в идентичных условиях. Например, морские млекопитающие могут иметь рыбообразную форму; адаптация к внешним условиям порождает гомологические ряды Н. И. Вавилова; структура советских машиностроительных заводов может копировать соответствующую структуру американских предприятий и т. д.
Итак, выше мы сделали попытку использовать дарвиновскую терминологию (естественно, при существенном расширении ее содержания и смысла, принятого в бноло-
36
гии) для описания процессов различной природы. Предложенный подход отражает необходимость выработки общего языка, нужного для дальнейшего расширения фронта исследований системного, междисциплинарного характера.
Создание общенаучного языка описания процессов развития не только облегчает объединение специалистов различного профиля для решения общих задач, но и имеет определенное методологическое, мировоззренческое и эвристическое значение. Возможности аналогий, которые он открывает, имеют немаловажное значение для совершенствования интуиции исследователя.
3.	Структура организации и обратные связи
Среди понятий, которые используются для обсуждения проблем самоорганизации и развития, важное место занимают понятия структуры и организации. Изучая конкретные процессы развития, мы не можем ограничиться только общефилософским определением этих понятий, а нуждаемся в их конкретизации, тем более что теория организации уже достаточно давно существует как самостоятельная дисциплина с собственными методами и принципами.
Основателями этой теории, которые работали независимо друг от друга, можно считать известного кристаллографа Е. С. Федорова и врача, физиолога и известного общественного деятеля А. А. Богданова. Первый обратил внимание на то, что разнообразие архитектурных форм вещества значительно беднее разнообразия материала, участвующего в природных процессах. Это делало содержательным выделение структуры вещества как самостоятельного объекта исследований. Е. С. Федоров провел такое исследование на кристаллах. Оказалось, что независимо от химического состава вещества, способного к кристаллизации, существует лишь вполне опреде
37
ленный набор кристаллических структур. Е. С. Федоров дал его полное описание (закон Федорова).
Если для Е. С. Федорова наиболее важным было изучение структуры кристаллов, а соображения общесистемного характера были у него, так сказать, спобочным» продуктом исследований, то А. А. Богданов стремился исследовать прежде всего именно общие принципы организации материального мира. Теория Е. С. Федорова заложила основы статики в теории организации, т. е. изучения стабильных структурных форм. Теория А. А. Богданова ставила своей целью изучение динамики организационных форм, т. е. изучение характера их изменения под действием внешних и внутренних факторов. Иными словами, если Е. С. Федоров рассматривал организацию как неизменное свойство, присущее данному объекту, то А. А. Богданов на обширном материале нз разных областей естествознания и обществоведения показывал существование закономерностей в изменении организационных структур, общих для явлений самой разной природы.
Однако ни Е. С. Федоров, ни А. А. Богданов не дали четкого определения организации, считая его, по-видимому, одним из исходных Понятий. Мне представляется, что А. А. Богданов считал понятие организации неотделимым от понятия материи: любой материальный объект обладает определенной организационной структурой, любой процесс всегда протекает в рамках определенной организации, а само это понятие всегда связано с определенным материальным носителем.
С конца прошлого века математики начали заниматься проблемами, которые по своему существу очень близки теории организации. Это прежде всего некоторые области топологии и качественной теории дифференциальных уравнений. Я думаю, что благодаря усилиям математиков, работавших в этих областях, уже начал формироваться математический инструментарий теории организации.
38
Начало всем подобным качественным исследованиям было положено А. Пуанкаре ’.
Значение математических методов в теории организации стало особенно наглядным в последние годы, когда были обнаружены удивительные свойства «универсальности» систем различной природы, испытавших многократные бифуркации. Изученные сначала на относительно простых явлениях, таких, например, как отображение отрезка в себя, они, как оказалось, свойственны и процессам неизмеримо более сложной природы 9.
• Конечно, бессмысленно говорить об организации, не называя ее материального носителя. Но ведь похожая ситуация возникла и после открытия общей теории относительности. Теперь трудно оспаривать, что пространство вне времени, вне связи с распределением вещества и изучения и характером их движения есть некая фикция, некая абстракция. Но это вовсе не означает, что нельзя изучать свойства и особенности того же пространства, той же организации самих по себе. Изучение таких абстракций чрезвычайно важно для науки и составляет основу целого ряда теоретических дисциплин (и не только теоретических!). Теоретическая наука в отличие от эмпирии всегда имеет дело с идеализациями реальных объектов. И не только наука. Ведь изучаем же мы законы архитектуры, не вдаваясь особенно в изучение физических свойств тех материалов, из которых построены те или другие шедевры зодчества, и изучаем их архитектурные формы, мало беспокоясь о том, как используются здания.
Подобный путь формирования и использования абстракций традиционен для науки — это один из важнейших способов познания. Вот почему теорию организации А. А. Богданова 10 оправданно считать фундаментом теории систем. В самом деле, целостное представление о системе требует прежде всего изучения ее организации. И чтобы добиться такого представления, надо сначала ответить на вопрос, что такое организация. Во всяком
39
случае, объясним тот смысл, который мы будем вкладывать в это слово.
Любой процесс может быть описан в терминах состояния. Это могут быть фазовые переменные, относящиеся к конечномерным объектам, или функции (в том числе и функции распределения), если речь идет об объектах континуальной или стохастической природы. К числу характеристик состояния относятся также функционалы, зависящие от фазовых переменных. Все переменные состояния так или иначе изменяются во времени. И в каждом конкретном случае можно говорить о характерных временах их изменения, измеренных некоторым времене-подобным масштабом, являющимся характеристикой целей исследования.
Описание процесса изменения состояний — это и есть, с точки зрения математика или физика, описание процесса эволюции или развития изучаемого объекта. И в таком контексте понятие организации кажется, вообще говоря, ненужным — без него вроде бы можно и обойтись. Однако в процессе исследования того или иного объекта мы, как правило, обнаруживаем, что характерные времена изменения некоторых переменных его состояния значительно больше соответствующих времен других переменных. Вот эти первые переменные состояния мы и условимся относить к элементам организации. Другими словами, организация изучаемого объекта (системы) — это совокупность консервативных, медленно изменяющихся (в частном случае — постоянных, неизменных) характеристик объекта. У кристаллов это их геометрия — взаимное расположение вершин, ребер, граней. В турбулентном потоке — это средние характеристики давления, пульсации скоростей и т. д. С этих же позиций можно изучать и организацию живого мира, и общественные структуры, определяя каждый раз те характеристики эволюционного процесса, которые мы будем относить к организации. Например, в теории динамических систем
40
под организацией естественно понимать топологию ее фазовых траекторий, структуру аттракторов и т. д. В процессе исследования мы следим за изменением организации системы, изучаем условия ее коренной перестройки. С помощью такого языка часто оказывается возможным описать более наглядно те или иные свойства механизмов бифуркационного типа, поскольку именно в точках катастрофы и происходит резкое изменение организации.
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 нли 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 (н 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 асимптотиче
41
ских 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 самосохра
42
нению 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
43
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 муравьев “.
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 н вещества, необходимо требующих формирования положительных обратных связей и ограничения стабильности. Способы разрешения этих противоречий, т. е. структуры
44
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 нли 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
45
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.
Вокруг вариационных принципов развернулись споры. Физиков, математиков н философов (особенно последних) смущало то, что эти принципы можно трактовать в качестве проявлений некоторой высшей целесообразности. Даже в 30-х годах XX в. еще шли дискуссии по поводу вариационных принципов, причем они носили подчас весьма жаркий характер. Однако постепенно эти споры сами собой прекратились. Причиной тому послужило более глубокое изучение природы дифференциальных уравнений, описывающих физические процессы, и их связи с вариационными принципами. Оказалось, что практически для любого из уравнений, которые описывают законы сохранения, может быть составлен такой функционал (зависящий от фазовых координат системы), что для него эти уравнения являются уравнениями Эйлера. Другими словами, их решения являются экстремалями: на них этот функционал достигает своих экстремальных (или стационарных) значений. Этот чисто математический результат имеет глубокий философский смысл. В самом деле, живи мы в другой Вселенной с другими законами физики, все равно там были бы свои вариационные принципы, а значит, и своя «высшая целесообразность».
Вариационная формулировка законов сохранения — это одно из главных эмпирических обобщений физики. Однако законы сохранения не исчерпывают всех принципов отбора, которые выделяют реальные движения из множества мыслимых. Вместе с тем оказывается, что и другим
46
законам и ограничениям всегда можно придать оптимизационную формулировку. Особенно просто это сделать, если использовать способы описания, принятые в теории исследования операций12. Пусть, например, движение материальной субстанции ограничено кинематическим условием непроницаемости преграды:
(Мг = 0.
где vn — скорость частиц субстанции, перпендикулярная Г — некоторой поверхности, ограничивающей область пространства, допустимую для движения. Это условие можно переписать в следующем виде:
w(x) =>min,
где w(x) есть некоторый функционал, зависящий от фазовых переменных х. Его можно задать, например, в такой форме:
+ 1. еслн (уп)г ?^=0, _ j если (ujr =0
Переформулировка ограничения в вариационной форме, т. е. в форме требования экстремума для некоторого функционала, может быть произведена бесчисленным количеством способов.
К числу принципов отбора, допускающих оптимизационную постановку, относятся также принципы Онсагера и Пригожина.
Таким образом, движение неживой материи мы всегда можем описать в терминах многокритериальной задачи оптимизации:
W2=>min‘, W3 =>min ..,, (+),
где wi — это функционал, минимизация которого обеспечивает выполнение законов сохранения, — функционал, минимизация которого обеспечивает выполнение кинематических условий, и т. д.
Из математического анализа известно, что одновремен
47
ная минимизация нескольких функций (или функционалов) имеет смысл лишь при выполнении некоторых специальных условий. Обозначим через Qi множество экстремальных значений функционала wi. Тогда задача Wi=>min будет иметь смысл, если мы будем, например, разыскивать минимальное значение функционала на множестве Qi и т. д. Таким образом, множество функционалов должно быть упорядоченным, а пересечение множеств Q; минимальных значений функционалов w, — непустым. Тогда требование (+) определит некоторое множество допустимых состояний со. Это множество и является ареной развивающихся событий.
При описании явлений неживой природы функционалы и>, действительно всегда ранжированы, причем первое место принадлежит законам сохранения. Различные связи — голономные, неголономные — и любые другие ограничения имеет смысл рассматривать лишь для тех систем, для которых выполнены законы сохранения. Среди всех таких ограничений особое место для открытых систем занимает принцип минимума роста энтропии (минимума диссипации энергии). Он как бы замыкает цепочку принципов отбора: если законы сохранения, кинематические и прочие ограничения еще не выделяют единственной траектории развития системы, то заключительный отбор производит принцип минимума диссипации. Вероятно, именно он играет решающую роль в появлении более или менее устойчивых неравновесных структур.
В рамках описанной схемы можно дать следующую интерпретацию процессов, протекающих в неживой природе. Тенденции к разрушению организации и развитию хаоса, т. е. повышению энтропии, противостоит ряд противоположных тенденций. Это прежде всего законы сохранения. Но не они одни препятствуют разрушению организации. Принцип минимума диссипации энергии не только отбирает из тех движений, которые допускаются
48
законами физики (т. е. им не противоречат), «наиболее экономные», но и служит основой «метаболизма», т. е. содействует процессу возникновения структур, способных концентрировать окружающую материальную субстанцию, понижая тем самым локальную энтропию. Так, в стохастической среде, способной порождать явления типа «странного аттрактора», когда исходные малые различия состояний могут породить в последующем сколь угодно большие различия, в пространстве состояний возникают области, отвечающие локальным минимумам функционала ®s, характеризующего рост энтропии. Эти области возможных состояний оказываются «областями притяжения», в которых складываются условия для возникновения локальных структур, чья квазиустойчивость определяется их способностью использовать энергию и вещество из окружающего пространства. Указанные выше локальные минимумы и определяют те «каналы эволюции», о которых уже шла речь.
Картина, описанная для процессов, протекающих в «косном» веществе, принципиально усложняется на уровне живой природы, ибо здесь появляется тенденция (несводимая к законам физики) к самосохранению, т. е. стремление сохранить гомеостазис. Эта тенденция также может быть формализована совокупностью условий, каждое из которых допускает вариационную форму:
Ф,(х) =>min\ i= 1, 2, 3,...
Однако по отношению к функционалам Ф, природа уже не дает правил их автоматического ранжирования. В игру вступает новый фактор — естественный отбор. Значение функционалов Ф,, определяющих гомеостазис в данных конкретных условиях обитания, различно с точки зрения обеспечения гомеостазиса. Для каждого живого существа возникает свой «оптимальный» способ поведения, т. е. ранжирования функционалов Ф,. Естественный отбор отбирает тех представителей, которые
49
лучше других «умеют» ранжировать приоритеты для сохранения гомеостазиса в данных конкретных условиях, другими словами, лучше приспособиться к внешней среде.
Все сказанное только что можно выразить и несколько иначе. Естественный отбор сам определяет некоторый фукционал л, н существует некоторое оптимальное «поведение» 2, такое, что
min л(х) =>n(jf). X
Прн этом в отличие, например, от функционала действия живое существо вовсе не обязано реализовывать «поведение» х. Однако чем ближе будет его поведение к х, тем лучше живое существо будет приспособлено к окружающей среде и тем больше у него шансов выжить в данных условиях.
Живая система (например, популяция) существует в среде обитания, параметры которой испытывают непрерывные изменения. Это значит, что меняется и характер упорядоченности множества функционалов {Ф,}. Таким образом, для живого мира на множество функционалов, определяющих гомеостазис того или иного вида, уже нет однозначной, раз н навсегда определенной упорядоченности, которая существует, как мы это видели, на множестве функционалов {wj, т. е. на множестве «законов физики». В живом мире вступают в действие адаптационные механизмы, требующие непрерывной «переран-жировки» элементов множества {Ф;}. Живой организм, как это показал великий русский физиолог И. П. Павлов, приобретает систему рефлексовусловных и безусловных.
Используя язык многокритериальной оптимизации, который был введен в этом параграфе, мы можем сказать, что выработка рефлексов производит необходимую ранжировку функционалов Ф, и устанавливает алгоритмы их локальной оптимизации. (В теории управления
50
системы, обладающие четким алгоритмом обратной связи, называют рефлексными.)
В этой главе я выделил два класса механизмов развития — адаптационные и бифуркационные. Выработка рефлексов — это результат действия адаптационных механизмов. Любое постепенное изменение тех или иных свойств развивающейся системы, происходящее под действием естественного отбора, — это тоже результат действия подобных механизмов. И каждый раз такие механизмы отыскивают некоторый локальный минимум. Этот факт позволяет дать определение адаптационных механизмов на языке теории исследования операций: механизмы, реализующие алгоритмы поиска локальных экстремумов без прогноза изменений внешней среды, т. е. лишь по информации об окружающей обстановке, полученной в данный момент, мы и будем называть адаптационными механизмами.
Ракурс, который нам дает теория исследований операций, позволяет увидеть и особую роль механизмов бифуркации в развитии материн. Используя язык этой теории, мы могли бы сказать, что бифуркационные механизмы в отличие от механизмов адаптационного типа осуществляют нелокальную оптимизацию. То, что начинает происходить в природе, когда вступает в действие бифуркационный механизм, можно уподобить ситуации, в которой вычислитель, работая с диалоговой системой оптимизации, время от времени при решении сложной задачи отступает от использования локальных алгоритмов типа наискорейшего пуска. Так он поступает всякий раз, когда используемый алгоритм «зацикливается», т. е. когда последующие итерации с помощью этого алгоритма перестают совершенствовать систему, т. е. приближать нас к точке минимума. В этом случае опытный вычислитель, как правило, переходит на метод Монте-Карло или какой-нибудь другой метод нелокального спуска.
51
Изучение алгоритмов развития живых систем показывает, что здесь существенно изменяется и роль принципа минимума диссипации энергии по сравнению с его ролью в эволюции неживой природы. В самом деле, в живых системах речь уже не идет о росте энтропии — наоборот, здесь возникают формы, обладающие способностью уменьшать локальную энтропию. Метаболизм — поглощение свободной энергии и вещества — становится основой развития живых систем. Из принципа, который действует лишь тогда, когда другие принципы отбора не выделяют единственной траектории развития процесса, протекающего в неживом веществе, он превращается в тенденцию, свойственную любой живой системе, — тенденцию максимизировать локальное уменьшение энтропии за счет метаболизма.
Изучение особенностей самоорганизации живой природы показывает, что вместе с усложнением организации живых систем происходит нарастание противоречий между их стремлением к сохранению гомеостазиса, стабильности и тенденций максимизировать эффективность поглощения н использования внешних энергии и вещества. По-видимому, всю историю развития жизни на Земле можно было бы изложить на языке многокритериальной оптимизации. Не исключено, что разрешение противоречий между этими двумя основными тенденциями происходит по классическому образцу, установленному в теории исследования операций: спонтанно возникают те или иные свертки основных критериев, а естественный отбор загоняет систему в один из локальных экстремумов этого комбинированного критерия. Во всяком случае, история антропогенеза показывает, что подобная гипотеза не лишена определенных оснований.
Итак, эволюция живого мира может изучаться под тем углом зрения, который свойствен теории исследования операций, главной задачей которой является изучение компромиссов: тогда наблюдаемое состояние той или иной
52
системы — я имею в виду живые системы — оказывается всякий раз некоторым компромиссом. Заметим, что отыскание таких компромиссов происходит без участия интеллекта — принципы отбора сами формируют те механизмы, которые находят эти стихийные «алгоритмы эволюции». Совсем иначе складывается ситуация на социальном уровне организации материи.
Здесь ранжирование функционалов Ф;, определяющих условия гомеостазиса, и формирование их свертки становятся прерогативой интеллекта. Поскольку те или иные предпочтения, которые определяют поведение людей, являют собой субъективное представление о способах обеспечения социальной стабильности (на уровне индивида, рода, племени и т. д.), здесь субъективный фактор начинает играть все большую и большую роль. Теперь именно та неопределенность, которую он порождает, заменяет в ряде случаев природную стохастичность, необходимую для развития эволюционного процесса. Изменчивость теперь в значительной степени определяется' различиями в целях и в представлениях о путях их достижения. Мы видим, что деятельность интеллекта качественно меняет все алгоритмы отбора.
На уровне живой природы наиболее типичными и легко наблюдаемыми являются механизмы адаптационного типа, а бифуркации возникают лишь в исключительные моменты ее истории. На социальном уровне ситуация радикальным образом изменяется. Более того, говоря об общественных формах движения, мы должны существенным образом изменить ту условную классификацию механизмов развития, которую ввели ранее. В самом деле, развитие любой социальной системы из любого состояния может происходить заведомо не единственным образом даже и тогда, когда система не подвержена действию неизвестных нам сил, случайностям и неопределенностям. Все дело в том, что в процесс развития включается человеческий интеллект. Дальнейшее развертывание этого
53
процесса определяется тем выбором, той ранжировкой функционалов, если пользоваться нашим языком, которую делает человек. А предусмотреть действия людей отнюдь не просто: в одних и тех же условиях два разных человека часто принимают совершенно различные решения. Отсюда и возникает неединственность и неопределенность возможных продолжений процесса развития в каждый момент времени. Другими словами, каждое состояние социальной системы является бифуркационным. Именно это обстоятельство приводит к резкому ускорению всех процессов самоорганизации общества. По мере развития научно-технического прогресса и производительных сил организованные основы общества начинают изменяться во всевозрастающем темпе.
Заметим, что язык оптимизации (т. е. отыскания экстремальных значений некоторых функционалов или функций), с помощью которого мы описали алгоритмы развития на нижних уровнях организации материи, сохраняет свое значение и для социальной реальности. Однако интеллект производит фильтрацию возможных решений, возможных типов компромиссов неизмеримо эффективнее и быстрее, нежели это делает механизм естественного отбора. Активное участие интеллекта в процессах развития позволяет расширить область поиска оптимума. Системы перестают быть рефлексными, т. е. такими, в которых локальный минимум разыскивается по четко регламентированным правилам. Поэтому для описания новых алгоритмов развития, возникших в социальных системах, простого языка оптимизации становится уже недостаточно. Мы вынуждены широко использовать и другие способы описания, принятые в теории исследования операций и системном анализе. В частности, это язык и методы анализа конфликтных ситуаций и многокритериальной оптимизации.
Особое значение приобретает «обобщенный принцип минимума диссипации», область применения которого
54
непрерывно расширяется. На протяжении всей истории человечества стремление завладеть источниками энергии и вещества было одним из важнейших стимулов развития. И вместе с тем оио всегда было причиной конфликтов.
Но по мере развертывания научно-технического прогресса, по мере истощения земных ресурсов все более утверждается новая тенденция — стремление к экономному расходованию этих ресурсов. Возникают, в частности, безотходные технологии. Преимущественное развитие получают производства, требующие небольших затрат энергии и материалов (это прежде всего электроника). На протяжении всей истории человечества темпы развития энергетики опережали темпы развития других отраслей производства. Теперь они начинают выравниваться.
Способность использовать свободную энергию и другие ресурсы планеты практически всегда определяла исход конфликтов между социальными организмами и их организационными структурами, а также отбор таких структур. По-видимому, так будет и в дальнейшем. Поэтому изучение конфликтных ситуаций и принципов отыскания компромиссов приобретает на современном этапе особую важность. Именно в этой сфере знаний может проявиться потенциальная способность человека самостоятельно формировать алгоритмы развития.
5.	О принципах минимума диссипации
Обсуждая принципы отбора и механизмы развития, особое внимание я уделил принципу минимума диссипации. Этот вопрос не нов. Проблема «экономии энтропии» как меры разрушения организации и как меры необратимого рассеяния энергии неоднократно была предметом весьма тщательного анализа. Однако я придал ей не совсем обычную трактовку. Поэтому, формулируя те или иные положения, касающиеся принципа минимума
55
диссипации, необходимо показать их связь с теми утверждениями, которые формулировались другими авторами.
Мое утверждение, касающееся процессов, протекающих в мире «косной» материи, было следующим: если множество возможных устойчивых (стабильных) движений или состояний, удовлетворяющих законам сохранения и ограничениям, состоит более чем из одного элемента, т. е. они не выделяют единственного движения или состояния, то заключительный этап отбора, т. е. отбора реализуемых движений или состояний, которые также могут и не быть единственными, определяется минимумом диссипации энергии (или минимумом роста энтропии).
Именно это утверждение я и назвал «принципом минимума диссипации». Оно не является строгим утверждением, подобно принципам механики. Это всего лишь предположение, но достаточно правдоподобное и не противоречащее экспериментальному материалу. Кроме того, оно позволяет получать весьма полезные результаты для практики. Приведем один пример, иллюстрирующий его применение.
Рассмотрим установившееся движение по трубе смеси двух жидкостей разной вязкости, но одинаковой плотности. Коэффициент вязкости смеси этих жидкостей т] будет зависеть от их процентного соотношения. Обозначим через с концентрацию более вязкой жидкости. Рассматриваемое течение моделирует движение суспензии, представляющей собой жидкость со взвешенными в ней частицами, когда их характерный размер очень мал — в десятки раз меньше диаметра трубы. В этом случае, как это известно из многочисленных экспериментов13, в узкой зоне около стенок трубы взвешенные частицы отсутствуют. Это явление носит название пристеночного эффекта. Его аналитическое исследование было проведено Ю. Н. Павловским 14.
Движение смеси двух жидкостей одинаковой плот
56
ности и разной вйзкости можно интерпретировать как движение некоей вязкой жидкости, подчиняющейся уравнением Навье—Стокса, — жидкости, концентрация которой может быть некоторой функцией расстояния от центра трубы:
с = c(R).
Если считать количество жидкой субстанции и градиент давления вдоль оси трубы заданными величинами, то для каждого распределения с(/?) мы можем построить свое течение Пуазейля, причем расход Q будет зависеть от характера функции c(R).
Поставим вопрос: какой должна быть функция c(R), которая максимирует величину расхода Q при заданных перепаде давления вдоль оси трубы и процент' ном содержании в смеси более вязкой жидкости, т. е. какова должна быть функция c(R), которая минимизирует долю кинетической энергии жидкости, переходящую во внутреннюю энергию в результате действия сил вязкости?
Ю. Н. Павловский показал, что функция c(R), удовлетворяющая этому требованию, такова, что всегда около стенки трубы существует некоторый интервал, зависящий от перепада давлений и количества более вязкой жидкости в единице объема смеси, внутри которого с(/?)=0.
Таким образом, течение, удовлетворяющее минимуму диссипации энергии, обладает пристеночным эффектом. Обратное утверждение строго доказать не удается — оно всего лишь не противоречит экспериментальному материалу. Нетрудно привести еще серию примеров, показывающих, как, используя принцип минимума диссипации, можно объяснить целый ряд наблюдаемых явлений.
Итак, опытные данные показывают, что существует определенный класс явлений в неживом веществе, для которых принцип минимума диссипации энергии оказывается одним из важных принципов, позволяющих
57
выделить реальные состояния из множества виртуальных. На этом основании в предлагаемой книге и был сформулирован и использовался этот принцип — как некоторое эмпирическое обобщение, как некоторая гипотеза. Именно в такой форме он и был внесен в иерархию принципов отбора. Он играл роль «замыкающего» принципа отбора: когда другие принципы не выделяют единственного устойчивого состояния, а определяют некоторое целое их множество, то принцип минимума диссипации энергии служит дополнительным принципом отбора. Заметим, что среди неустойчивых движений могут быть и такие, которым отвечает мёньшее производство энтропии. Однако из-за их неустойчивости мы их не наблюдаем.
Наше утверждение не только не является строгой теоремой, но и вряд ли оно может быть обосновано с традиционных позиций, согласно которым обоснование того или иного вариационного принципа сводится к доказательству того, что экстремалями минимизируемого функционала являются уравнения движения. В нашем случае мы определяем функционал уже на множестве функций, удовлетворяющих уравнениям движения. Мне кажется, что обсуждаемый факт связан с общим стохастическим фоном любого явления, случающегося в нашем мире.
Заметим, что, никогда специально не формулируя, мы всегда пользуемся еще одним подобным принципом — «принципом устойчивости», который также связан со стохастичностью нашего мира. Этот принцип я бы сформулировал так: множество реально наблюдаемых стационарных состояний включает в себя лишь устойчивые состояния. Он тривиален, если учесть, что любая система все время подвержена действию случайных возмущений. В самом деле, мы никогда не наблюдаем карандаша, стоящего на своем острие, или маятника в его верхнем, неустойчивом состоянии.
Вариационные принципы возникли в механике и
58
сыграли выдающуюся роль в ее развитии и создании эффективных численных и аналитических методов решения различных прикладных задач. В последующем вариационный подход широко использовался и при создании более сложных физических теорий. На этом пути очень важные результаты быЛи получены еще в 1931 г. создателем неравновесной термодинамики Л. Онсагером, который сформулировал следующий вариационный принцип 15: при постоянных условиях на границе некоторого объема V имеет место равенство
6$ (<3s-<J>)dr = 0, v
(1)
где O's — производство энтропии, Ф — функционал рассеяния, а 6 означает обычный символ варьирования. Из (1), как это показал Бёрёш 16, могут быть выведены уравнения Навье—Стокса. В 1947 г. И. Р. Пригожиным для стационарных условий был получен другим путем принцип, который был назван им принципом минимума производства энтропии 17:
S as dr=O.	(2)
v
Оказалось, что при изученных условиях принципы (1) и (2) эквивалентны. Этот факт установил И. Дьярмати 1в.
Работы Онсагера, Пригожина и их последователей имели своей целью построение «классических» вариационных принципов, т. е. таких, из которых следовали бы законы сохранения, т. е. уравнения, описывающие движение среды. Другими словами, ими была сделана попытка построить принципы, носящие достаточно универсальный характер, такой, как и принципы механики. Однако для их вывода потребовалось сделать ряд серьезных предположений об особенностях изучаемых процессов (локальная обратимость, линейности в смысле Онсагера и т. д.). Благодаря этому развитие и использование принципов
59
Онсагера и Пригожина для анализа прикладных задач столкнулись с целым рядом трудностей. Для того чтобы их проиллюстрировать, рассмотрим, следуя К. П. Гурову *9, задачу о переносе тепла вдоль однородного стержня — классическую задачу, рассмотренную еще Фурье. В этом случае по теории Онсагера
/ 1 \ 2
as=£ ( Vy)
и принцип минимума производства энтропии (2) дает нам
6$z/vy)2dr=°.	(3)
Откуда, интегрируя по частям, находим
SS	Vy6ydr=0.
V 4	V
И следовательно:
V (у)=0.	(4)
Но равенство (4) в общем случае не эквивалентно закону Фурье:
А7’ = 0.
Отсюда вытекает, в частности, что процессы переноса тепла, удовлетворяющие закону Фурье, будут сопровождаться таким производством энтропии, которое не доставляет минимум функционалу
5 asdr=\	dr-
V	V 4
Вместе с тем И. Р. Пригожин дает следующую формулировку принципа минимума производства энтропии: «Теорема о минимуме производства энтропии.. . утверждает, что производство энтропии системой, находящейся
60
в стационарном, достаточно близком к равновесному состоянию, минимально» 20. Он, как мы видим, рассматривает сформулированный принцип, известный как теорема Пригожина—Глейнсдорфа, в качестве весьма универсального принципа, управляющего самоорганизацией диссипативных систем. В то же время пример, который я привел, показывает сложности, возникающие при выяснении условий применимости принципа минимума роста энтропии. Вот почему в данной книге я придал иное содержание принципу «экономии энтропии». Принцип минимума диссипации не эквивалентен принципам Онсагера и Пригожина, не следует из них и рассматривается в моей работе в качестве эвристического утверждения, отвечающего тому, что мы наблюдаем в окружающем нас мире 21.
До сих пор речь шла о неживой природе. В биоте проблема формулировки принципов отбора усложняется еще больше. Появляется стремление к сохранению гомеостазиса, которому отвечает представление об отрицательных обратных связях. Они, в свою очередь, являются некоторыми новыми принципами отбора, свойственными только живой природе. Но эти новые принципы действуют совершенно иначе, нежели принципы отбора в неживой природе. Так, законы сохранения массы или импульса не могут не выполняться. Ничему и никому ни при каких обстоятельствах не дано возможности нарушить их. Что же касается принципа стабильности (гомеостаза), то он проявляется как тенденция: живое существо стремится сохранить свою стабильность, но в принципе оно способно ее нарушить. При этом оно может погибнуть или выжить, но это уже другой вопрос. Таким образом, тенденция сохранения гомеостазиса, постоянно наблюдаемая у живых организмов, — это эмпирическое обобщение.
Точно так же и принцип минимума диссипации энергии проявляется в живом мире как некоторая тенденция. Эмпирический принцип переходит в эмпирическую тенденцию — любому живому существу свойственно стремление
61
в максимальной степени использовать внешние энергию и вещество. Я думаю, что это очень важный синергетический принцип, управляющий процессами самоорганизации. И он ие эквивалентен принципу сохранения гомеостазиса. Более того, в известных условиях первый может даже противоречить последнему. Я специально уже обсуждал эту проблему. Здесь заметим только, что с позиции представлений о самоорганизации разрешение возникающего противоречия вполне возможно: чтобы найти новые, более устойчивые состояния, живая система должна покинуть старое состояние, а это можно сделать только за счет внешних энергии и вещества и положительных обратных связей. Я думаю, что в живой природе описанное противоречие между тенденцией к локальной стабильности и стремлением в максимальной степени использовать внешние энергию и вещество является одним из важнейших механизмов отыскания новых форм существования мвтерии.
Глава вторая ПАМЯТЬ. ЕЕ ГЕНЕЗИС В ПРЕДДВЕРИИ ИНТЕЛЛЕКТА
1. Возникновение генетической памяти и обратных связей
В предыдущей главе я изложил исходные принципы той методологии, которая должна лежать в основе глобального анализа: сама Земля и все, что на ней происходило вчера, происходит и сегодня и будет происходить завтра, суть следствия общего процесса саморазвития, самоорганизации материи, подчиняющегося единой системе законов (правил), действующих в нашем мире. Пользуясь терминологией, получившей сегодня распространение, мы можем сказать, что все наблюдаемое нами, все, в чем мы сегодня участвуем, — это лишь фрагменты единого мирового синергетического процесса. Его течение обусловливается законами, характерные времена изменения которых лежат за пределами доступных иам знаний, что позволяет нам считать их постоянными. Все развитие нашего мира выглядит сложной борьбой различных противоположных начал и противоречивых тенденций иа фойе непрерывного действия случайных причин, разрушающих одни устойчивые (точнее, стабильные) структуры и создающих предпосылки для появления новых.
Несмотря на огромные успехи науки последних десятилетий, от нее сегодня, как и во времена В. И. Вернадского, остаются пока скрытыми основные детали важнейшей «земной тайны» — появления жизни на нашей планете, возникиовеиия буфера («пленки», по терминологии В. И. Вернадского) между космосом и «косным» веществом
63
Земли. Мы знаем только, что около 3,5—4 млрд лет тому назад на Земле появилась качественно новая форма организации материи, которая обладает удивительной способностью усваивать внешнюю энергию, прежде всего энергию Солнца, с помощью реакции фотосинтеза На этом этапе своего развития Природа нашла новый ряд состояний, которые обеспечивают материальным объектам значительно более глубокое значение минимума функционала, отвечающего обобщенному принципу минимума диссипации, — возникли организационные формы, способные не только рассеивать энергию, но и накапливать ее. Одновременно эти формы обладали невероятной способностью сохранять свой гомеостазис. В самом деле, первые прокариоты появились и жили . на Земле в условиях почти кипящего океана, при исключительной сейсмической активности и очень высоком уровне коротковолновой радиации. Я думаю, что из всех живых организмов, когда-либо существовавших на планете, они были, вероятно, самыми «жизнестойкими». Они обладали самой высокой способностью адаптации к быстрому изменению условий обитания, которое было характерно в то время для поверхности нашей планеты. И к этому надо добавить еще следующее — первые прокариоты были практически бессмертными. Именно бессмертными, как всякое неживое образование. Их можно было, конечно, разрушить, но собственной смерти они, вероятно, еще не знали. На этом этапе развитие уже отделило живое от неживого, ио пропасть между жизнью и смертью еще не была столь глубока, как сегодня.
Тем не менее будущее принадлежало не этим существам, обладавшим удивительной способностью сохранять гомеостазис. В конечном итоге эта ветвь процесса самоорганизации оказалась тупиковой. Господство прокариотов на Земле тянулось, вероятно, значительно больше одного' миллиарда лет. Это они создали газовую оболочку планеты и условия, которые позволили появиться гораздо позднее
64
эукариотам. Последним и была передана эстафета дальнейшего развития. Обладая кислородным дыханием, эукариоты могли утилизировать внешнюю энергию неизмеримо более эффективно. Другими словами, они в гораздо большей степени могли добиваться локального снижения энтропии. Но возникшие формы организации жизни заплатили за все это дорогой ценой: эти новые живые существа сделались смертными. Они потеряли способность первых прокариотов сохранять свой гомеостазис практически в любых условиях.
В предыдущей главе я пытался показать, что многообразие форм жизни связано определенным образом со множеством возможных компромиссов между тенденциями обеспечения собственного гомеостазиса и стремлением реализовать обобщенный принцип минимума диссипации. Возникает ситуация, которая чем-то напоминает движение по поверхности Парето. Как известно, это многообразие замечательно тем, что увеличение значения одного из критериев сопровождается уменьшением (строго говоря, не-увеличеиием) значений другого или других: на нем нельзя добиться одновременного роста значений всех критериев.
Примечание. Множество Парето играет важную роль в теории многокритериальной оптимизации. Предположим, что мы стремимся найти такую стратегию (вектор х), которая наилучшим образом отвечала бы нашим стремлениям увеличить значения критериев — скалярных функций Ф1 (•*)> Фа(*)- • • Тогда, задавая некоторое значение вектору х=х{, в пространстве критериев мы получаем некоторую точку/’(xj с компонентами ф| (х,), ф2(Х]). .. Предположим теперь, что мы нашли такую стратегию х, для которой
<Pi (*i) <Ф1 С*) J <P2(*i) <Ч>2(*)•• •
Очевидно, что теперь стратегию Xj мы можем уже не рассматривать — оно по всем критериям хуже %. Значит, нас могут интересовать только те точки Р (х) в пространстве критериев, для которых нельзя иайти другой точки
65
Р(х), такой, чтобы по всем критериям <₽Дх) <<рДх). Совокупность всех подобных точек Р в пространстве критериев и называется поверхностью (или множеством) Парето.
Появление эукариотов, которые иа определенном этапе сменяют прокариотов и становятся носителями дальнейшего развития жизни, служит иллюстрацией «паретовских компромиссов»: уменьшение стабильности отдельного организма, появление индивидуальной смертности сопровождались увеличением эффективности в использовании внешней энергии, что открывало совершенно новые возможности для развития жизни. Именно потеря бессмертия позволила включить в единый процесс развития новые механизмы эволюции. С момента появления эукариотов начинается быстрое совершенствование видов и стремительный рост их разнообразия.
Однако об этом периоде развития Земли мы знаем мало. Но нет сомнений в том, что он был одной из важнейших страниц истории нашей планеты. Появление эукариотов (и современных прокариотов) на авансцене жизни привело к возникновению генетического кода или, во всяком случае, было тесно связано с ним: без него ничто смертное не могло бы появиться в биосфере. Появление существ, индивидуальная жизнь которых конечна, стало возможным лишь при наличии специальной формы памяти, обеспечивающей реализацию принципа наследственности. И она возникла. Это был генетический код, с помощью которого запоминалась и передавалась необходимая наследственная информация. Напомню, что сейчас алфавит генетического кода состоит из четырех букв. Ничему не противоречит гипотеза о том, что в начале истории земной жизни могли быть и другие его варианты, но в наших земных условиях — подчеркну, в конкретных условиях земной жизни — сложившаяся форма передачи наследственной информации оказалась, вероятно, наиболее стабильной. Она позволила более надежно воспроизводить себе подобных, сохранив при этом оптимальную (для тех вре
86
мен) изменчивость — «уровень мутагенеза». Генетическая память резко интенсифицировала весь эволюционный процесс.
Примечание. Я думаю, что генетический код, как и все гениальные «находки природы», возник и утвердился в результате жесточайшей конкуренции и естественного отбора. Живые существа, наделенные другими способами кодирования наследственной информации, просто не выдержали бы конкуренции и погибли. Разумеется, высказанное мнение не более чем гипотеза. Никаких подтверждений для него мы не знаем. Но оно не противоречит изложенным выше принципам самоорганизации материи и согласуется с ними. Если жизнь возникла (или существует) и в других мирах, в других частях Вселенной, то вовсе не обязательно, что ее генетический код, т. е. структура ее наследствеииой памяти, будет такой же, как на Земле. В других условиях более надежной может оказаться иная форма хранения и передачи наследственной информации. Возникновение наследственной памяти, взаимосвязанное с появлением смерти и редупликации, т. е. способности воспроизводить себе подобных, означало появление качественно новых возможностей для расширения многообрв-зия оргайизационных структур. В самом деле, конечность существования отдельного организма обеспечивает высокий уровень изменчивости и, следовательно, адаптации к изменяющимся условиям и «открытие» возможностей более эффективно совершенствовать способы освоения внешней энергии.
Особую роль в эволюции жизни играет история развития нервной системы. Говоря о нервной системе, мы неизбежно вступаем в область кибернетики или, точнее, теории управляющих систем. Ведь вместе с жизнью возникает целенаправленная деятельность, прежде всего стремление сохранить гомеостазис.
Мы уже не раз употребляли понятие «гомеостазис», и настало время уточнить его смысл, тем более что это
67
понятие очень широкое. В медицине и биологии говорят о внутреннем равновесии и внутренней стабильности организма или об устойчивости живой системы, например популяции. Но не менее важна и оценка внешних характеристик, т. е. характеристик окружающей среды, их соответствия возможностям функционирования живой системы. Этот контекст более важен для данной работы, и именно в нем мы и будем использовать в дальнейшем понятие гомеостазиса.
Условимся называть границей области гомеостазиса (или просто гомеостазиса) данной живой системы множество (линию, поверхность, гиперповерхность) в пространстве параметров внешней среды, отделяющее область их значений, внутри которой существование живой системы возможно, от остального пространства. Переход из области гомеостазиса через ее границу означает прекращение существования живой системы.
Когда мы говорим о тенденции к сохранению гомеостазиса, мы имеем в виду стремление живого организма расширить границы своего существования. Это может быть достигнуто двумя путями. Во-первых, организм может так изменить свои собственные характеристики, чтобы область его гомеостазиса расширилась. Во-вторых, он, чтобы отодвинуть опасную границу, может изменить саму внешнюю среду, ее параметры. Эволюция живой природы использует, разумеется, обе эти возможности. Другими словами, живые существа стремятся не только сами адаптироваться к окружающей среде, но и изменять эту среду так, чтобы ее характеристики в наибольшей степени соответствовали их возможностям существования.
Чтобы обеспечивать свой гомеостазис, живое существо должно обладать целым рядом свойств. Во-первых, оно должно быть способным оценивать свое положение по отношению к границе гомеостазиса. Но для этого необходимы специальные устройства. В физиологии они называются рецепторами. Если использовать терминологию тео
68
рии управления, то мы должны будем сказать, что для сохранения своего гомеостазиса живое существо должно обладать специальной информациоииой системой. В простейшем случае рецепторы — это датчики (как гироскоп у автопилота) информирующие организм о его состоянии и состоянии окружающей среды. Далее, полученная информация должна перерабатываться и оцениваться. Наконец, на основе проведенного анализа должно приниматься определенное решение. Все эти функции и реализует нервная система, которую мы с полным правом может назвать системой управления организма, ибо все перечисленные функции присущи любой системе управления.
Примечание. Следует заметить, что нервная система — это не единственная управляющая система, которой обладает организм. Функции управления в достаточной степени рассредоточены. К числу управляющих относится, например, эндокринная система. Но нервная система, конечно, занимает в жизнедеятельности организма совершенно особое место.
Самая трудная для понимания функция системы управления — это акт принятия решений. Именно он ответствен за образование обратных связей, существующих в организме и связывающих организм и среду. Благодаря этой функции нервной системы организм способен не только оценивать свое положение по отношению к границе гомеостазиса, но и вырабатывать определенную .совокупность действий, компенсирующих нежелательные отклонения.
Хотя природа сформировала цепочки обратных связей еще на заре истории жизни, люди поняли их принципиальное значение и начали сознательно использовать относительно недавно — при проектировании технических систем. Наверное, интуитивно люди уже давно прибегали к принципу обратной связи — вспомним поведение рулевого на любом судне. Но первой технической системой, в которой принцип обратной связи был не только реализован, но и
69
послужил источником специальной теории, стал регулятор Уатта. Создателями этой теории принято считать И. А. Вышнеградского (бывшего при Александре II министром финансов Российской империи) и Дж. К. Максвелла. Они разработали теорию регулятора независимо друг от друга в конце 40-х годов прошлого века. Теорию управления техническими системами можно было бы назвать, не делая большой ошибки, теорией отрицательной обратной связи. Главные задачи, которые она долгое время решала, так или иначе были связаны с отысканием такой обратной связи, которая позволила бы компенсировать возникающие помехи и обеспечивать устойчивость некоторых избранных состояний или движений системы. Лишь в последние десятилетия возникли новые разделы теории управления, значительно расширившие область ее применения.
Н. Винер еще в 40-х годах нашего века утверждал, что существование отрицательных обратных связей у живых существ является одной из основных (может быть, и главной) особенностей, отличающих живую природу от неживой, если исключить технические системы, обладающие обратной связью по воле их создателя — человека. Это утверждение Н. Винера получило широкую известность. И в литературе нередко высказывается убеждение, будто факт существования отрицательных обратных связей как основное отличие живых существ от неживых предметов является открытием Н. Винера. Более того, Н. Винера иногда называют «отцом биокибернетики». Однако, несмотря на все заслуги этого выдающегося ученого в области кибернетики, подобное утверждение вряд ли оправданно. Еще за 15 лет до Винера П. К- Анохин также утверждал, что наличие отрицательных обрвтных связей, обеспечивающих устойчивость организмов, — это то самое главное, что присуще жизни, что создает у живых существ целеполагание — стремление к сохранению гомеостазиса, что отличает жизнь от процессов, протекающих в неоду
70
шевленной природе. Ученики П. К. Анохина считают именно его зачинателем современной бнокнбернетикн.
Но, по-видимому, ни П. К- Анохин, ни Н. Винер не были правы. Правильную точку зрения первым высказал, скорее всего, А. А. Богданов, который еще в 1911 г. занимался проблемами организационных структур. Его книга «Всеобщая организационная наука, или Тектология» написана довольно архаичным языком, и, конечно, самого термина «обратная связь» у автора просто нет, да и не могло быть, поскольку он появился лишь в 20-х годах в лексиконе технических специальностей. Однако, если перевести рассуждения А. А. Богданова на современный язык, можно будет сказать, что он утверждал, что для развития организации любой природы необходимы не только отрицательные, но н положительные обратные связи. Любая организованная система, любое живое существо в частности, если присмотреться внимательно к его деятельности, проявляет способности реализовывать оба типа обратных связей. Ведь одни только отрицательные обратные связи, доведенные до своего логического конца, приводят к застою, к деградации организации, к прекращению всякого развития и к исчезновению той вариабельности, без которой никакая эволюция живого невозможна. Прекращение эволюционного процесса вовсе не означает потерн живой системой устойчивости и способности сохранять гомеостазис. Природа демонстрирует удивительные примеры стабильности, когда на протяжении десятков, а то и сотен миллионов лет организмы того или другого вида — как растительного, так и животного царств — остаются практически неизменными. Поэтому для «прогрессивной» эволюции, т. е. такого процесса, который ведет к появлению новых качеств, к росту сложности организмов, к повышению уровня разнообразия, необходимы и положительные обратные связи. Они позволяют расширить поиск, полностью использовать потенциальные возможности изменчивости. В частности, тенденция к повышению эффек-
71
тнвностн использования внешней энергии вряд ли может быть реализована без использования положительных обратных связей.
В последующем изложении наряду с термином сорганизованная система» мы будем использовать в большей степени понятие сорганизм». Под организмом, следуя терминологии теории управления, будем понимать любую систему, которая не только имеет собственные цели, но и обладает определенными возможностями следовать нм. Живое существо всегда является организмом, поскольку оно не только имеет цель — сохранение гомеостазиса, но и обладает определенными возможностями ее достижения. Организмами являются и многие сообщества живых существ. Используя эту терминологию, мы можем сказать, что любой организм обладает способностью реализовывать как отрицательные, так и положительные обратные связи.
Редупликация, метаболизм, возникновение и устойчивость неравновесных с точки зрения термодинамики структур — все это укладывается в более или менее понятные схемы, и мы сталкиваемся с этими процессами уже на предбиологическом уровне развития вещества. Работы М. Эйгена и его последователей уже наметили определенные пути их математического моделирования. Что же касается механизмов обратных связей обоих типов (которые необходимо присущи всему живому), то их возникновение пока остается для нас стайной за семью печатями». Это ведь такое изобретение природы, для понимания которого у нас еще нет никаких аналогий. Мы пока еще очень далеки от того, чтобы представить себе модель процесса, который мог бы привести к появлению какого-либо подобного механизма. Следуя терминологии В. И. Вернадского, факт существования сложных механизмов обратной связи следовало бы назвать главным омпирическим обобщением» в той науке, которая занимается изучением развития Земли и жизни на Земле. В процессе естественной эволюции планеты на ней возникли живые структуры, обла
72
дающие механизмами обратной связи, — это мы можем только констатировать!
Сегодня часто употребляют выражение «теоретическая биология». В попытках расшифровать его говорят о необходимости создания теоретической биологии (на манер теоретической физики) и нередко сходятся на том, что такой науки пока еше нет. И это справедливо. Объем накопленного эмпирического материала действительно требует создания стройной теоретической системы, связанной единым становым хребтом, который подобен законам Ньютона в классической механике. Но такой фундаментальной основы в биологии пока еще нет. Поэтому мне представляется, что альтернативой царствующей эмпирии и разрозненным концепциям и теориям, являющимся результатом озарения гениев (а не следствиями дедуктивного анализа), суждено будет сделаться модели, описывающей возникновение обратных связей.
На этот путь нам указывает и опыт последнего десятилетия — М. Эйгену удалось построить модель редупликации биологических макромолекул. Если бы удалось сделать следующий шаг и построить нечто подобное для объяснения отрицательных обратных связей, сохраняющих гомеостазис, и положительных обратных связей, которые обеспечивают рост эффективности использования внешних энергии и вещества, то мы могли бы заменить сформулированное выше «эмпирическое обобщение» стройной логической схемой и тем самым заложить фундамент теоретической биологии.
2.	Рефлексное управление и нервная система
Итак, в процессе эволюции живые организмы обзавелись системой обратных связей, которая помогает нм обеспечивать собственную стабильность и дальнейшее развитие. Носителями реакций обратных связей являются нервная
73
и гормональная системы. Эволюционируя как система управления организмом, нервная система непрерывно усложняется и в результате превращается в систему, содержащую сложнейшие блоки переработки информации и выработки команд исполнительным органам.
В первой главе мы сослались на «синергетику». Этот термин включает в себя понятие эволюции в тот смысле, что любой эволюционный процесс, происходящий в живом мире, является проявлением синергизма, т. е. характеризуется возникновением стабильных, квазистационарных, но существенно термодинамически-неравновесных структур. Поэтому можно сказать, что в рамках единого синергетического процесса возникли более или менее устойчивые структуры, способные реализовывать обратные связи, которые играют роль новых принципов отбора, сужающих множество движений (вариантов поведения), доступных живому организму в силу законов неживой природы.
Проблема возникновения устойчивых структур, реализующих обратные связи, невольно сталкивает нас с проблемами редукционизма, с вопросом о сводимости законов, описывающих развитие живого мира, к законам, определяющим процессы, протекающие в неживой природе. Ответа на этот вопрос сегодня еще нет, и поэтому, может быть, представляет известный интерес переформулировать его с использованием принятого языка.
Любой процесс самоорганизации способен реализовать лишь те потенциальные возможности, которыми располагает природа. По мере развертывания этого процесса происходит непрерывное усложнение его деталей. В этой связи можно считать, что в своем усложнении Природа вводит в действие все новые и новые механизмы и принципы отбора из своего арсенала. Другими словами, усложнение организации означает, по существу, все более глубокое использование потенциальных возможностей Природы. Такой взгляд на мировой процесс развития не противоречит общим принципам диалектики. Но в то же время
74
он является лишь гипотезой. В основе его лежит тот факт, что для описания процессов, протекающих в живом мире, мы вынуждены вводить новые принципы отбора, которые отсутствуют в мире «косной» материи.
Тот «физикалистскнй подход», который был объявлен в этой книге, неизбежно приводит нас к следующему вопросу: можем ли мы быть уверенными в том, что принципы отбора, действующие в живом мире, заложены в «синергетический потенциал» Природы? Нельзя ли считать их только новым ракурсом рассмотрения общефизических законов, управляющих и неживой природой? Мне кажется, что проблему редукционизма сегодня следует формулировать именно таким образом.
После этих замечаний общего порядка вновь обратимся к проблемам развития нервной системы и анализу тех следствий ее постепенного совершенствования, которые нам потребуются для дальнейшего изложения.
Мы сказали, что функционирование механизмов обратной связи в живом организме обеспечивает прежде всего нервная система. Справедливо, возможно, и такое утверждение: все, что связано в организме с процессами регистрации, переработкой информации и с последующей затем процедурой выработки его поведения (т. е. принятия решения), можно назвать его нервной системой.
Последовательное совершенствование нервной системы в процессе эволюции является, может быть, наиярчайшнм примером, демонстрирующим возможности самоорганизации в живом мире. Проследить этот процесс во всех его деталях было бы чрезвычайно важно и с чисто прикладной точки зрения. Такое знание могло бы не только дать огромный материал для размышления естествоиспытателям, но и стать источником аналогий в инженерном деле и в исследованиях по кибернетике и искусственному интеллекту.	\
К сожалению, начальные этапы, начальные эпизоды возникновения нервной системы от нас скрыты очень проч
75
ной завесой. А как важно было бы знать, каким образом и на каком этапе возникла дифференциация клеток, среди которых были первые нервные волокна? Как происходило усложнение функций нервной системы? Здесь возникает, конечно, и целый ряд других вопросов, важных для биологов и физиологов. А кибернетический подход к анализу деятельности нервной системы, т. е. системы управления организмом, ставит, в свою очередь, еще множество других интереснейших проблем.
Выше я постоянно стремился подчеркнуть существование и значение двух противоречивых, но тесно связанных между собой тенденций — стремления сохранить гомеостазис и тенденции реализовать обобщенный принцип минимума диссипации энергии. Возникновение нервной системы было связано, по-видимому, с необходимостью сохранения гомеостазиса, с выработкой определенных рефлексов, обеспечивающих существование (выживание) организма. Что же касается второй тенденции, т. е. стремления в максимальной степени использовать внешние вещество и энергию, то сказать что-либо определенное по поводу ее реализации на первоначальных этапах развития нервной системы очень трудно. Наверное, еще никто и не пытался исследовать эту проблему. Я могу лишь предполагать, что на ранних этапах развития живого несовершенная нервная система вряд ли оказывала заметное влияние на рост эффективности в использовании внешних энергии и вещества. Этот процесс развертывался, вероятно, на физико-химическом уровне. В конечном итоге рост эффективности в использовании внешних ресурсов достигался, разумеется, через посредство естественного отбора, поскольку усвоение энергии и вещества оказывало определенное влияние на развитие организма и, следовательно, его нервной системы. Но проследить какие-либо детали этого процесса сегодня уже невозможно.
По мере совершенствования организмов и развития нервной системы положение начинает меняться, а с появле
76
нием зачатков интеллекта именно на нервную систему возлагается ответственность за совершенствование механизмов использования внешних ресурсов. С общенаучной и методологической точек зрения, очень важно было бы понять, как линия развития системы управления целенаправленной деятельностью живых существ приводит однажды к тому, что именно нервная система становится решающим фактором эволюции и формирования компромиссов между указанными двумя тенденциями.
Итак, развитие жизни можно рассматривать и в ракурсе тех возможностей использования внешних ресурсов, доступных организмам и видам, которые они вырабатывают в процессе эволюции. Конечно, до поры до времени единственным источником энергии было Солнце (ролью хемосинтеза в земной эволюции, на уровне нашего анализа, вероятно, можно и пренебречь). И вначале в распоряжении жизни был лишь одни механизм использования солнечной энергии — фотосинтез с его ничтожно малым коэффициентом полезного действия. За те 1,5—2 млрд лет, которые были эрой господства микроскопических водорослей и плесени (прокариотов) и которые понадобились для того, чтобы процесс самоорганизации смог создать механизм кислородного дыхания и его носителей (эукариотов), коэффициент полезного действия использования внешней энергии возрос в несколько раз. Количество используемой энергии на единицу биомассы по мере развертывания эволюционного процесса непрерывно росло. И этот рост происходил, по-видимому, по экспоненциальному закону.
Следующим фундаментальным шагом в развитии жизни после того, как она обрела кислородное дыхание, было появление живых существ, пищей для которых стали служить растения. Такие живые существа усваивали энергию в гораздо больших концентрациях, нежели сами растения. Затем появились животные, которые стали питаться животными. Это еще больше увеличило эффективность
77
использования внешней энергии. Наконец появился человек. Однажды он научился использовать не только энергию окружающей его живой природы, но и ту энергию, которую накопили прошлые биосферы, — ту энергию Солнца, которую биота сумела сохранить на Земле в форме ископаемых углеводородов. А в самом конце современного этапа истории жизни человек научился использовать и ту энергию, которую наша планета получила из космоса в период своего образования. На этом этапе нервная система уже имеет Разум, и ее роль в дальнейшем развитии биосферы становится определяющей.
Но вернемся вновь на много миллионов лет тому назад — к тем временам, когда основными управляющими воздействиями, которые могла вырабатывать нервная система, были элементарные рефлексы. Информация о них сохранялась генетической памятью и передавалась по наследству. Следуя терминологии теории управления, нервную систему на этом этапе развития можно назвать системой управления рефлексного типа. Напомню, что этим термином (который заимствован из физиологии) называются управляющие системы, в которых реакция на внешнее воздействие является его достаточно простой функцией.
Со временем эволюционный процесс начал приобретать новые черты. Поведение животных резко усложнилось. Их нервная система постепенно перестает быть рефлексной управляющей системой. Это происходит в силу того, что связь между внешними воздействиями и реакцией организма становится крайне сложной, в ней появляются многие опосредствующие звенья. Средн таких звеньев особое место принадлежит способности сдогадываться», которая начинает появляться у некоторых животных.
В последние годы очень интересные и показательные наблюдения были проведены этологами — специалистами в области поведения животных — над тем, как меняется
78
постепенно поведение популяций различных животных. Было установлено, что, например, популяции городских ворон проявляют явные способности «догадливости» и «изобретательности». Их удивительная скорость адаптации к изменяющимся условиям обитания, умение решать «задачи» добывания пищи с помощью достаточно сложных действий и многое другое свидетельствуют о незаурядных «интеллектуальных» способностях. Во всяком случае, их нервную систему никак нельзя отнести к числу рефлексных систем управления. Таким образом, на определенном этапе эволюции, задолго до появления человека, возник новый феномен самоорганизации, обусловленный целенаправленным поведением живых существ: нервная система высших животных и птиц перестала быть системой управления рефлексного типа.
Забегая вперед, я хотел бы сказать, что без понимания этого феномена, т. е. не поняв, как возник «алгоритм угадывания», вряд ли можно серьезно говорить о создании искусственного интеллекта — даже в том случае, если наши вычислительные устройства будут производить не миллионы, а миллиарды арифметических действий в секунду! А пока что мы очень плохо, понимаем, что представляет собой этот алгоритм. Это еще одна проблема, которую ставит перед биологами и специалистами в области создания и использования ЭВМ процесс самоорганизации материи.
Примечание. С помощью ЭВМ мы решаем обычно задачи, связанные с операциями, производимыми над множествами дискретных величин, и при этом используются практически только алгоритмы переборного типа. Такие алгоритмы не дают ключа к пониманию механизма отгадывания. А ворона, догадываясь, как надо открыть клетку с прикормкой, явно не использует переборного алгоритма.
79
3.	Механизмы кооперации
Существует еще одна линия единого процесса самоорганизации, которой современная научная картина мира обязана не меньше, нежели биологической концепции борьбы за выживание. Я имею в виду способность материальных образований к кооперации. В живом мире кооперативная деятельность столь же естественна, как и борьба за выживание, но она встречается и за его пределами. Сегодня физики и химики находят проявления кооперативного поведения и в неживой природе. (Впрочем, я думаю, что в последнем случае имеет место просто неверное толкование термина «кооперация».)
Кооперативность поведения совместно с внутривидовой борьбой (снова единство противоположностей) пронизывает весь процесс развития живой природы. Более того, по-видимому, внутривидовая борьба, стремление обеспечить гомеостазис, тенденция к использованию внешней энергии и кооперативные механизмы теснейшим образом переплетены друг с другом. Все это только различные стороны одного и того же единого процесса самоорганизации, его основные механизмы. Попробуем проиллюстрировать этот тезис.
Как уже отмечалось, сведения о начальном периоде жизни на Земле очень скудны. Практически любое утверждение, относящееся к этой эпохе, следует воспринимать лишь в качестве более или менее правдоподобной гипотезы. Одной из таких гипотез является, например, предположение о том, что первые многоклеточные существа возникли в результате кооперации ранее появившихся «элементов жизни». Такие объединения оказались, видимо, более устойчивыми, им гораздо легче было выжить, легче усваивать внешнюю энергию.
Гораздо позднее появилась взаимовыгодная возможность «разделения труда», и простые объединения «эле
80
ментов жизни» превратились постепенно в полноценные кооперации. Примерами таких объединений могут служить термитник или муравейник, в которых кооперация превратила сообщество животных в единый организм.
Историю становления человека также можно рассматривать сквозь призму кооперативных механизмов, поскольку любые зачатки трудовой деятельности — это уже проявления кооперативного начала. Другое дело, что кооперативные механизмы — это только одна из разновидностей процессов самоорганизации. К тому же естественная история дает нам многочисленные примеры, когда высокая активность кооперативного начала порождает чрезмерную устойчивость вида, препятствующую его развитию.
Любой процесс самоорганизации, любые более или менее устойчивые структуры — это всегда результат своеобразного компромисса между противоречивыми тенденциями. Любая противоречивая или, как говорят в исследовании операций, конфликтная ситуация 2 допускает бесчисленное множество вариантов ее разрешения. Если в результате конфликта или противоречия — эти термины будут для нас синонимами — одна из тенденций подавляется другой, то неизбежно возникает застой — эволюционный тупик; возникает очень устойчивая структура, практически не имеющая возможностей для развития. Только сохранение противоречий на достаточно высоком уровне способно обеспечить быстрое развитие, хотя при этом система может оказаться и не очень устойчивой. Прекращение достаточно быстрого развития мы можем назвать состоянием условной деградации. Условной — поскольку в таком состоянии вид животных все же может существовать (практически без значительных изменений) огромные промежутки времени. Примеры такой удивительной устойчивости дают нам те же муравьи и термиты.
Термиты (родственники современных тараканов) сформировались как вид 300—400 млн лет тому назад.
81
В те далекие времена они, по-виднмому, жили жизнью обычных насекомых — так, как сейчас живут, например, тараканы. Они хорошо приспособились к условиям, царившим тогда на планете. Можно сказать, даже чересчур хорошо! Именно это, вероятно, и заставило их скооперироваться. В результате появились термитники как единые организмы, в которых поддерживаются их древние, привычные условия. Термитов потому и называют «ушедшими в землю», что внутри термитников, внутри тех туннелей, которые они прокладывают, сохраняются и уровень влажности, и температура того времени, когда они жили жизнью обычных насекомых. В термитниках все противоречия разрешены, так сказать, «раз и навсегда». Индивидуальное развитие насекомых практически прекратилось уже сотни миллионов лет тому назад. Кооперативный механизм обеспечил полную стабильность термитных популяций.
Случай с термитами все же достаточно редкий. Гораздо чаще встречаются иные, более гибкие формы кооперации. Это и косяки рыб, и стада животных, и стаи Птиц. Например, стадо животных — это тоже своеобразный коллективный организм, которому легче обороняться от врагов. У члена стада вероятность быть съеденным хищником гораздо меньше, чем у изолированной особи. Имеются интересные наблюдения, которые показывают, что стадо копытных животных до поры до времени вообще не боится волков. Волки ходят между пасущимися животными и высматривают более слабых или больных. Здесь тоже имеет место своеобразная кооперация — кооперация между хищником и жертвой! Она полезна, например, популяции карибу, поскольку волки выбраковывают слабых особей. И оиа полезна также и волкам, которые, наметив легкую жертву, не тратят напрасно сил для погони за молодым и сильным животным.
Этологи установили и еще более замечательное свойство популяций, ведущих стадный образ жизни. Отдельные животные жертвуют собой во имя стада, для спасения
82
самок и потомства. Такне примеры альтруистического поведения кажутся нам совершенно удивительными, но они достаточно типичны.
В результате кооперации складывается новый организм, имеющий собственные цели, свой собственный гомеостазис, который он стремится сохранить всеми имеющимися у него средствами. Благодаря кооперации у него возникают новые возможности для достижения своих целей. При этом цели стада, а тем более популяции в определенных условиях могут противоречить целям отдельных особей. Иными словами, в кооперативных системах такого рода мы обычно сталкиваемся с противоречивым единством целого н его частей. Между противоречивыми тенденциями к сохранению гомеостазиса стада и к сохранению гомеостазисов отдельных особей кооперативный механизм находит своеобразный компромисс: вступая в стадо, животное в какой-то степени «жертвует» частью своих интересов, частью своей самостоятельности. Оно уже не может вести себя как угодно. Хотя индивидуальность, например, оленя в стаде не подавлена в той мере, как у термита или муравья, все же его поведение достаточно жестко регламентировано. Оно согласовано с интересами стада как единого целого.
Возникновение стадных организаций, кооперативных сообществ с их достаточно четким внутренним распорядком жизнедеятельности — это тоже результат отбора, того самого естественного отбора, о котором идет речь в эволюционном учении Дарвина. Только теперь отбор происходит не на уровне отдельных организмов, а на уровне организаций (сообществ). Выживает то стадо, то сообщество, которое обладает лучшей организацией, лучшей приспособленностью к условиям окружающей действительности. Мы еще вернемся к этому вопросу, а здесь пока еще раз подчеркнем, что жесткость отбора, т. е. острота преодолеваемых противоречий, является необходимым условием любой «прогрессивной эволюции», т. е. эволюции, в резуль
83
тате которой возникают новые организационные структуры, способные к дальнейшему развитию. Но отбор должен сочетаться с наследственным приобретением признаков, т. е. с определенной формой памяти. Какова же должна быть структура памяти, позволяющая совершенствовать не только морфологию организмов, ио и организацию целых сообществ.
4.	Негенетические формы памяти
Мы рассмотрели несколько непохожих друг на друга механизмов самоорганизации. Далеко не все детали их функционирования нам понятны. Еще труднее проследить развитие этих механизмов, в особенности понять, как происходили их становление, их «запуск». Об этом можно только гадать. Разумеется, в становлении механизмов самоорганизации — механизмов обратной связи, кооперативных механизмов и т. д. — огромную роль играет естественный отбор. Заметим, что эти механизмы, однажды возникнув, в свою очередь, превращаются в новые средства отбора. Но объяснить появление этих механизмов и их утверждение в арсенале алгоритмов развития действием одного только естественного отбора тоже, наверное, нельзя. Огромную роль в этом процессе играют различные формы памяти. Мы уже говорили о генетической памяти. Но существуют и другие типы памяти, играющие столь же важную роль в развитии живого мира. Развитие форм памяти и механизмов самоорганизации — это разные стороны одного и того же процесса.
Термин «память» можно трактовать по-разному. Здесь мы понимаем его достаточно широко: говоря о памяти, мы имеем в виду систему, обеспечивающую запись (кодирование), хранение и передачу информации от одних поколений к другим. Каждый из этих процессов может быть объектом самостоятельного исследования, а значение их особенностей и нх конкретных реализаций представляет
84
интерес не только для биологов, но н для инженеров, занимающихся вычислительной техникой. Развитие этих процессов началось, видимо, вместе с появлением жизни, шло многими путями и однажды привело к появлению существующих иыие форм памяти, прежде всего памяти генетической.
Хотя генетическая форма памяти существовала уже у прокариотов, решающий шаг в ее развитии был сделан, я думаю, в эпоху появления эукариотов. В самом деле, сделаться смертными они могли лишь при условии существования достаточно совершенного механизма передачи информации от одних поколений к другим. Генетическая память — это важнейший инструмент передачи наследственности живыми организмами. Можно думать, что процесс ее становления был очень длительным: он продолжался, вероятно, около двух миллиардов лет и носил весьма драматический характер. Можно допустить, что существовало несколько конкурирующих структур памяти. Утвердилась в конце концов только одна, остался лишь один алфавит, который не только был способен передавать все те сведения, которые необходимы для жизнеобеспечения последующих поколений, но и оказался более устойчивым, способным лучше, чем другие, приспособляться к превратностям земной судьбы. А остальные конкуренты, если они и были, исчезли в процессе естественного отбора.
После того как генетическая память сформировалась, как бы затем нн усложнялась жизнь, какие бы новые свойства живого ни проявлялись и ии заносились в эту память, ее язык, способы кодирования информации, ее хранения и передачи уже больше не претерпевали никаких изменений: хотя и появлялись новые слова, сам алфавит наследственности сохранял все те же «буквы» — четыре нуклеотида.
Примечание. О том, какова была истинная история становления генетического кода, можно лишь догадываться. Его появление и становление — это такие про
85
цессы, которые не оставили следов, и вряд ли нам когда-либо удастся восстановить их детали. Если гипотетическая схема утверждения генетической памяти более или менее соответствует реальности, то можно предполагать, что в других мирах, на других планетах, в других условиях совсем другие нуклеиновые кислоты кодируют наследственную информацию и формируют свои ДНК и свои алфавиты, порождающие совершенно иные механизмы передачи наследственной информации.
Естественно ожидать, что механизмы памяти не могли быть исчерпаны только памятью генетической — рост разнообразия и усложнения живых форм, изменение условий их обитания неизбежно должны были потребовать целого набора механизмов, в котором генетическая память могла выступать лишь в качестве одного из их представителей. И действительно, в процессе эволюции возникло много разнообразных форм кодирования, хранения и передачи информации. Однако природа ряда механизмов памяти нам непонятна, и мы можем строить о них лишь более или менее правдоподобные гипотезы. Подробное обсуждение таких гипотез заслуживает специальной работы. Здесь же мы проследим только одну линию развития памяти, так или иначе связанную с обучением. Она играет решающую роль в жизни сообществ организмов и является предтечей механизма памяти, который возникает вместе с появлением интеллекта. Но речь об этом — в следующей главе.
Мы уже говорили о кооперативных структурах. Онн дают пример организационных форм, которые не могут возникнуть и не могут существовать без специально организованной памяти, поскольку подобные структуры обладают наследственностью и способны к развитию. Описание различных вариантов памяти, которые способны обеспечить функционирование кооперативных структур, сегодня вряд ли может быть сколько-нибудь полным. Более или менее очевидно, что генетической памяти для этого
86
недостаточно. Кроме того, в целом ряде важнейших ситуаций мы можем вполне отчетливо представить себе основные особенности передачи поведенческой информации следующим поколениям и без участия генетической памяти. Это механизм, основанный иа обучении. Он является одним из широко распространенных механизмов хранения и передачи информации у высших животных. Особенно широко он распространен в стадных н подобных им кооперативных сообществах. Его схема очевидна: старшие учат младших. Учат по принципу «делай, как я!». Этот механизм рождает своеобразный эффективный язык, в котором важную роль играют не только примеры, но поощрения и наказания.
Это удивительный механизм: он обеспечивает определенные стандарты поведения, без которых сообщество не может выжить. Такие стандарты не наследуются отдельными организмами с помощью генетического кода, но обойтись без них животным столь же невозможно, как и без наследственных качеств, например без обоняния или хвоста. Животное должно знать, где и как находить пищу, что опасно, а на что можно и не обращать внимания. Конеино, многое приобретается собственным опытом. Но этого опыта недостаточно. Жизнь, увы, скоротечна, а внешние обстоятельства столь сложны и изменчивы! Вот н возникает потребность в системе воспитания и появляется эта удивительная система памяти. Мы хорошо видим, как работает этот механизм, но практически ничего не можем сказать о том, как он возник. Важно то, что появился новый язык, с помощью которого передается информация, не регистрируемая генетической памятью.
Заметим, что с любой формой памяти всегда связан определенный язык, с помощью которого информация записывается, запоминается и передается. В рассматриваемом случае языком являются прежде всего стереотипы поведения. Но как возник этот язык, почему его понимают только что родившиеся животные, какова его связь с гене
87
тической памятью — ответов на эти вопросы пока еще нет.
Конечно, целый ряд особенностей механизма памяти, основанного на обучении, мы сегодня понимаем уже достаточно отчетливо. Например, мы видим связь системы воспитания по принципу «делай, как я!» с той системой памяти, которой обладает нервная система любого уровня. Каждое животное способно запоминать определенный объем информации. Благодаря этому, помимо безусловных рефлексов, у животных возникают и рефлексы условные. Благодаря этому свойству нервной системы у животных появляется опыт. Но он не наследуется генетически, а передается лишь с помощью обучения.
Связь механизма обучения с той физиологической системой памяти, которая ответственна за формирование условных рефлексов, определяет возможности изменения стандартов поведения и, следовательно, развитие, эволюцию системы обучения, ее адаптацию к изменяющимся условиям обитания. Однако это важное обстоятельство никак не проясняет нам начального этапа в истории «системы обучения» — факт ее становления. Существование в живом мире «системы обучения», прежде всего системы, действующей по принципу «делай, как я!», приходится считать «эмпирическим обобщением».
Этология ставит бесконечное множество подобных проблем. Вряд ли, например, поведение насекомых, непе-ресекающихся изолированных друг от друга во времени поколений контролируется генетическим кодом. Но тогда как объяснить их совершенно однотипное поведение? Или же: почему вдруг начинается массовое переселение лемингов, когда для этого, казалось бы, нет никаких причин? Таким образом, кроме генетической памяти, изучение которой так далеко продвинулось за последнее время, существуют и другие формы памяти, механизмы которых изучены в гораздо меньшей степени, а чаще просто непонятны.
Эту главу я хотел бы закончить двумя замечаниями.
88
Первое связано с тем, что понятия наследственности и памяти часто отождествляются. Возможно, в этом есть какой-то смысл. Но мне представляется, что понятие наследственности следует трактовать значительно более широко. Память — это, как мы уже говорили, всегда некоторый конкретный механизм кодирования, хранения и передачи информации. Наследственность же — это понятие, обозначающее характер влияния прошлого на настоящее и будущее. Вводить понятие памяти, как и понятие информации, необходимо лишь при описании процессов, протекающих в живом мире и обществе, или для анализа процессов в техносфере, созданной деятельностью человека. При описании процессов, протекающих в «косной» природе, можно обойтись и без этих понятий 3. Что же касается наследственности, то это фундаментальное понятие дарвиновской триады можно использовать для описания процессов самоорганизации любой природы.
Второе замечание касается тех целей, которые я преследую.
Анализ, который предпринят в этой работе, имеет в конечном счете прикладное назначение. Человек в своей деятельности всегда обращается за советами к Природе. Правда, он не всегда их у нее получает. И тогда возникают «чисто» человеческие изобретения, например колесо или воздушный винт. Но, размышляя о том, что такое искусственный интеллект, какими должны быть пути его создания, хочется увидеть и понять, каким образом жизнь оказалась наделенной интеллектом, как он складывался в Природе, как из первой и, быть может, единственной клетки возникло в конце концов образование из многих десятков миллиардов нейронов — мозг, — способное не только изобретать, не только творить, но и познавать самого себя. И вот мы видим, что на этом пути естественного развития, в этом процессе самоорганизации материи возникают различные «самоорганизующиеся конструкции», прежде всего память. Не поняв их смысла, ве
89
роятно, невозможно осознать и особенности мышления. Феномен мозга — это тоже «произведение самоорганизации». И память в его становлении занимает совершенно особое место.
Я думаю, что проблема генезиса памяти и ее различных форм и проблема их развития н совершенствования — это проблемы не только физиологии. В равной степени оии значимы и для теории искусственного интеллекта. Их решение необходимо для создания тех конструкций, которые, будучи плодом рук человеческих, плодом деятельности его мозга, смогут бесконечно расширить возможности нашего интеллекта в познании окружающего мира.
Примечание. Для того чтобы лишний раз подчеркнуть сложность обсуждаемых вопросов и показать читателю, как мало мы здесь преуспели, я хотел бы заметить, что даже само понятие «память» не имеет пока однозначного толкования. То определение, которое было использовано в этой главе, носит чисто прагматический характер и отвечает тому интуитивному пониманию, которое есть у каждого человека. На самом деле, понятие памяти гораздо глубже: оно тесно связано и с проблемой времени, и с феноменом необратимости процессов, протекающих в нашем мире.
Глава третья СТАНОВЛЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТА
1.	Что мы буДем называть интеллектом?
Развитие нервной системы привело к появлению центральной нервной системы и мозга. Мозг и интеллект совсем не синонимы. У динозавров, которые господствовали на Земле в течение сотии миллионов лет, уже имелся мозг в современном понимании этого слова, хотя у травоядных гигантов его размеры не превосходили размеров куриного яйца. Появление мозга было важнейшим этапом эволюции нервной системы. Но до развития такого мозга, который был бы способен обладать интеллектом, живой материи предстояло пройти еще очень длинный путь.
Появление интеллекта как высшей познавательной способности — это не просто еще один важный этап в развитии нервной системы, подобный появлению центральной нервной системы. Это было начало нового периода единого мирового процесса саморазвития материального мира, когда материя оказывается в состоянии познавать саму себя. Появляется принципиальная возможность изменения всего характера ее развития, которое постепенно, в известных условиях сможет превратиться в направляемый процесс. В условиях Земли эта возможность возникает вместе с формированием человека, при определенном уровне развития науки я техники и надлежащей организации общества.
Появление на Земле интеллекта — это столь же естественный и закономерный этап ее развития, этай ее косми
91
ческой истории, как и возникновение иа ней жизни. И событие это столь же эпохально, как и появление жизни: оио радикально изменило темпы практически всех процессов, протекающих в биосфере. Задумываясь над общей схемой процесса самоорганизации материи, который привел к появлению человека, невольно приходишь к мысли, что эта схема должна быть достаточно универсальной, чтобы включать в себя и те процессы самоорганизации, которые описывает физика и химия. Это означает, что, например, на планете Марс, если бы она в силу тех или иных причин не успела так быстро остыть, если бы на ней в течение еще одного миллиарда лет продолжали существовать океаны, не превратившись в ископаемый лед, также могла бы возникнуть жизнь, может быть очень похожая на земную *. Следовательно, и там мог бы успеть начаться процесс, который однажды привел бы к появлению интеллекта.
Несмотря на эту универсальность развития, у нас нет никаких оснований предполагать более содержательные аналогии. Иными словами, если бы на Марсе возникла генетическая память, то набор нуклеиновых кислот, который кодирует информацию, мог бы оказаться, наверно, совершенно иным, а соответствующий алфавит имел бы совсем другое количество совсем других букв.
Все сказанное о Марсе — это только фантазия, но, обращаясь к ней, я имею целью рельефнее выразить основную мысль этой книги: и жизнь и интеллект2 представляют собой естественные и, может быть, даже типичные проявления самоорганизации материи. Их возникновение не только резко расширяет сферу ее возможных организационных форм, но и значительно ускоряет все процессы обмена веществом и энергией, т. е. сам процесс развития.
Процесс развития материального мира представляется как непрерывное развертывание новых, поначалу только потенциально возможных форм его организации. Появляются все новые и новые более или менее устойчивые
92
образования. Обмен энергией и веществом обеспечивает их существование вдали от термодинамического равновесия. Уже «косное» вещество демонстрирует невероятное разнообразие подобных образований. Появление жизни, а тем более интеллекта бесконечно расширяет это разнообразие. Чем выше эффективность механизмов, обеспечивающих метаболизм, т. е. обмен веществом и энергией, тем интенсивнее идет процесс самоорганизации.
Но вернемся к нашей теме. Заметим прежде всего, что зачатки интеллекта, безусловно, встречаются у существ, стоящих на ступенях эволюции ниже человека. И не только у высших животных, не только у обезьян, дельфинов, собак, но даже и у птиц. И тем не менее слово «интеллект» мы связываем с человеком. И только с ним. Сказанное требует комментариев.
Дело в том, что современная этология открывает удивительные образцы поведения животных, в которых они обнаруживают способность «предвидеть» результаты своих действий, легко «решать» те или иные «задачи». В этой связи в этологии и зоопсихологии сначала появилось выражение «ручное мышление:», а затем стали говорить и о «разумности:» поведения животных. Однако человеческий интеллект качественно отличается от «разума:» животных: человек способен мыслить абстрактно, образовывать общие понятия, отрываться в мышлении от реальности, рефлексировать, т. е. уметь видеть и изучать себя со стороны. Поэтому я буду связывать термин «интеллект» только с человеком. Интеллект принято противопоставлять таким свойствам человека, как чувство, воля, интуиция...
Если понятие «интеллект» мы связываем только с человеком, то понятие «мышление» можно трактовать более широко — как функцию любого (не только человеческого) мозга отражать действительность и использовать получаемую информацию для выбора образа действий, т. е. как способность порождать нерефлексность системы управления организмом. Мышление человека, обладающего интел
93
лектом, — это высшая форма мышления, т. е. отражения реальной действительности. Это уже не только физиологический, но и социально-исторический феномен.
Интеллект как порождение человеческого мозга возник, конечно, в результате развития нервной системы и тех обратных связей, о которых шла речь в предыдущих главах. Но как происходило их совершенствование? Как в результате развития нервной системы появилось мышление, т. е. способность не только отражать действительность, но и предвидеть результаты собственных действий и анализировать альтернативные варианты своего поведения? И самое главное: как возникла способность познавать себя — видеть себя со стороны, оценивать свое состояние, свое место в мире? Как появилась способность абстрагироваться — что, наверное, в первую очередь отличает человека от других живых существ и является одной из основных характеристик интеллекта? 3 Одним словом, как сложились все эти способности и какими были процессы нх становления — иа эти и подобные им вопросы мы еще долго не сможем получить необходимые ответы.
Изучение перечисленных проблем потребует согласованных усилий ученых разных специальностей. Не только физиологов и психологов. Для анализа вопросов, связанных с историей становления интеллекта, будет необходимо участие лингвистов, философов, физиков, специалистов в области информатики н теории управления. И любое продвижение, любая рациональная гипотеза, помогающая вскрыть механизмы развития и становления интеллекта, может иметь следствия большого прикладного значения, прежде всего для информатики. Вот почему попробуем посмотреть на проблему становления интеллекта в том ракурсе, в котором она видится специалисту в области теории управления.
Сначала будем говорить только об обратных связях типа рефлексов, т. е. о связях, которые обеспечивают простейшие функциональные зависимости между «входом>
94
и «выходом», между стимулом и реакцией, причиной и эффектом, который она порождает. Затем посмотрим, что может быть предложено вместо таких связей, как можно усовершенствовать обратные связи рефлексного типа в ситуациях, когда их недостаточно для достижения поставленных целей.
Представим себе летчика, управляющего самолетом. И предположим, что курс самолета отклоняется от заданного. Летчик это замечает и хочет исправить положение. Наиболее простой способ исправления курса состоит в том, чтобы надлежащим образом воспользоваться рулями. Такой способ и закладывается в программу автопилота: если отклонение от курса составляет угол а, то автопилот отклоняет элероны на угол ka, а угол рулей поворота меняет на угол са. Коэффициенты k и с — характеристики автопилота и особенностей данного самолета: они определяются точными расчетами, которые дает соответствующая теория. В результате подобной команды (если угол а достаточно мал) самолет сразу же возвращается на рассчитанный заранее курс. Автопилот, выполнивший эту команду, конечно, не «размышляет» о причинах сбоя и дальнейшей судьбе полета самолета. Он обеспечивает лишь простейшую рефлексную (или рефлекторную) обратную связь, которая мало чем отличается от обратной связи, реализуемой кошкой, пробующей температуру воды: если вода чересчур горячая или холодная, то кошка просто отдергивает лапу, причем тем быстрее, чем больше температура воды отличается от привычной.
Если самолет подвержен действию лишь небольших случайных возмущений, то и летчик, коль скоро он возьмет управление на себя, будет действовать подобно автопилоту. Но вот летчик заметил, что отклонения от курса начинают носить систематический характер н приводят к значительному изменению заданного маршрута. Тогда он вспоминает (в отличие от автопилота), что соблюдение точности курса не является самоцелью, что курс был рассчитан так, чтобы
95
самолет в нужное время оказался в нужной точке пространства. И если самолет сошел с курса, то для этого, вероятно, существуют какие-то причины. Летчик постарается установить эти причины — проверит, изменился ли характер работы двигателя, как изменился ветер и т. д. Получив эти сведения, он сможет предвидеть, как будет вести себя самолет в новых условиях. Поэтому он не будет следовать стандартной программе, заложенной в автопилот, но оценит внешнюю обстановку, свое положение относительно конечного пункта полета. Далее, проанализировав все это, он заново рассчитает курс, который в новых условиях лучше соответствует цели полета, нежели тот, который был ранее.
Заметим, что и в этой ситуации летчик реализует обратные связи: он вводит изменения в реальный режим полета самолета в зависимости от того отклонения от расчетного режима, которое он обнаружил. Однако теперь его действия уже не похожи на тупое следование рефлексам, они носят уже совсем иной характер, нежели реакция автопилота, — летчик согласовывает их с конечной целью.
Обратная связь, которую с помощью расчетов реализовал летчик, согласно представлениям теории управления, уже не будет рефлексной. Живой пилот действовал разумно, его действиями руководил интеллект. Именно интеллект позволил ему приобрести необходимые знания, с помощью которых он сумел предсказать возможное развитие событий в зависимости от тех действий, которые он предпримет, и произвести необходимый выбор.
Путь совершенствования системы управления живого существа шел, видимо, по линии развития обратных связей и их постепенного превращения из обычных рефлексов в связи уже гораздо более сложного, иерефлексного типа. Другими словами, совершенствовались не только рецепторы, т. е. способы регистрации окружающей обстановки, но и, что гораздо важнее, способы анализа и оценки получаемой информации. Последние дают возможность
96
оценивать изменения в обстановке, которые могут произойти в зависимости от того, как живое существо будет реагировать на информацию, поступающую из внешнего мира. На пути к интеллекту происходило ие просто увеличение объема поступающей информации и ее разнообразия, но и главным образом совершенствование способов ее анализа. От жестко запрограммированного образа действий к гибким программам, возникновение которых определяется осознанной необходимостью организма, — таковым видится путь развития нервной системы как системы управления.
Примечание. Математическая теория распознавания в какой-то мере приоткрыла завесу над тем, как создаются способы отбора рациональных действий из числа допустимых на основе накопленного опыта, т. е. гибкие программы. Их создание всегда предполагает существование тех или иных алгоритмов перебора. Нерефлексность обратных связей, в которых используются такие алгоритмы, определяется, в частности, различием опыта, а следовательно, и субъективных оценок.
Я рассматриваю интеллект, интеллектуальную деятельность с позиции информатики. Поэтому те определения, которые здесь используются, несколько отличаются от общепринятых — сформировавшихся в контексте психологических и философских исследований сознания. Под «интел-лектом» я подразумеваю способность мышления предвидеть события, предвидеть результаты собственных действий, анализировать и оценивать свое состояние и окружающую обстановку и принимать решения, сообразуясь со своими представлениями об окружающем мире. Это и означает, иа мой взгляд, «действовать сознательно:». Я уже обращал внимание на то, что зачатки интеллекта существуют и у животных, а отображение реальности нервной системой присуще любому живому существу. Но интеллект — это нечто качественно новое. Он позволяет ставить и формулировать цели, отличать хорошее от плохого,
97
способен изобретать, совершать открытия, устанавливать причинные связи между событиями, с помощью той или иной логики выводить следствия из исходных посылок и т. д. Но самое главное в интеллекте — это способность к отвлеченному мышлению, абстрагированию, благодаря которым и возникают самосознание и рефлексия. Человек приобретает не только собственное Я, но и способность оценивать его «со стороны».
Появление на Земле человека означает, что материя начала познавать саму себя, возникло сознание. Но сознание не эквивалентно интеллекту, а последний не является частью первого. Сознанием мы называем способность индивида выделять себя из окружающего мира. Оно не может формироваться без интеллекта, но в формировании сознания участвует и чувственное восприятие действительности.
Понятие «интеллект» используется сегодня и в технике, н в технических дисциплинах. Однако там оно осмысливается совсем иначе. Когда инженеры говорят об искусственном интеллекте, акцент обычно делается на технических вопросах — как организовать память (банки данных), как описать предметную область, сделать наглядной выходную информацию и т. д. Но, как мы видели, живой интеллект — это нечто качественно большее. Он возник в естественноисторическом процессе развития жизни как один из важнейших инструментов упрочения ее гомеостазиса. Может быть, изучая этот генезис, мы однажды поймем, как развивающаяся нервная система приобрела представления о целях и потребностях того организма, частью которого она является. И тогда термин «искусственный интеллект» превратится из лингвистического нонсенса в термин, отвечающий первоначальному смыслу этого слова.
Перечисляя все эти свойства н особенности интеллекта, я все время думаю о том, что каждое из них в той или иной мере встречалось и у предшественников человека. И очень
98
трудно отличить «разумное» от «неразумного», провести ту грань, которая резко отделит одно от другого. Здесь граница размыта не менее, чем между живыми и неживыми формами материального мира.
Примечание. Человека нечто отделяет от всего остального мира живых существ. Переход от приматов к человеку — это, конечно, не мгновенная перестройка организации, встречающаяся в неодушевленной природе (как, например, переход течения жидкости из ламинарного в турбулентное), а некоторый процесс. И все же и в том и в другом случае мы имеем дело с типичной бифуркацией, ибо и то время, которое потребовалось на превращение австралопитека в человека, на много порядков меньше других характерных времен, с которыми мы сталкиваемся при изучении эволюционных процессов.
Сегодня грань между разумным и неразумным становится заметной лишь тогда, когда мы сопоставляем человека и весь остальной живой мир. Поэтому мы и утверждаем, что разумное — это только человек. Этим утверждением мы, по сути дела, даем своеобразное определение слова «разумное» — настолько, по нашим представлениям, мыслительные возможности человека превосходят такие же возможности других живых существ (сказанное вовсе не означает, что каждый человек всегда действует разумно!). И такая уверенность не есть следствие антропоцентризма. Она оправдывается всем опытом человеческой деятельности, изучением антропогенеза и тем обстоятельством, что на Земле уже давно исчезли все предшественники человека, все звенья цепи, соединяющей его с приматами, человекообразными обезьянами, которых их более удачливые в то время сородичи однажды вытеснили из леса в саванну. Поэтому сегодня, когда мы говорим об искусственном подобии человеческого интеллекта и даже пытаемся создавать его, наверно, стоит напомнить длительную историю становления живого интеллекта н посмотреть на эпоху антропогенеза с тех позиций, которые позволят лучше по
99
нять кибернетическую основу «алгоритмов эволюции», приведших к появлению человека. Это, в частности, дает возможность избавиться от некоторых иллюзий, возникших в качестве издержек научно-технического прогресса. Представим в этой связи некоторые детали того фрагмента земной истории, который называется четвертичным периодом и эпохой антропогенеза.
Для этого нам тоже, конечно, потребуется определенная доля фантазии.
2.	Небольшой экскурс в историю антропогенеза
Какие особенности процесса развития материи привели к появлению «человека разумного» и общественных форм ее (т. е. материи) организации? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся сначала к теории самоорганизации и объясним ту позицию, которая позволит нам дать нетрадиционную интерпретацию ряда известных фактов.
Развитие как процесс самоорганизации материи выглядит крайне разнообразным и вместе с тем единым процессом. Невероятное многообразие неорганических веществ н образований и их атомистическое строение, дивергенция биологических форм и в то же время существование гомологических рядов, демонстрирующих наличие общих законов эволюции, огромное количество социальных организмов и их упорядоченность по способам производства — все это хорошо известно соответственно физикам, химикам, биологам, обществоведам. Откуда же такое многообразие и в чем его единство?
Все дело в том, и это я все время стараюсь здесь показывать, что процесс развития материального мира представляет собой непрерывную цепь компромиссов между разными противоречивыми тенденциями. Таким образом, смысл борьбы и единства этих противоположностей состоит в созидании новых организационных форм, которые
100
достаточно стабильны, чтобы можно было трактовать их как квазиравновесные структуры, согласованные между собой по целому ряду характеристик.
В этом сложном взаимодействии многих противоречивых начал, определяющих процесс развития, оказывается возможным и полезным выделить некоторые самостоятельные линии. Можно изучать, например, аспект стабильности (устойчивости как ее частного случая) живых форм, способность организмов сохранять свой гомеостазис и по этому параметру ранжировать типы организационных структур живой материи. Это будет одна из возможных классификаций, изучение которой имеет самостоятельный интерес. В такой классификации на первом месте будут стоять, вероятно, синезеленые водоросли 4. Одно из первых мест в ней займут также термиты, которые продемонстрировали и демонстрируют удивительную способность сохранять свой образ жизни.
Но совсем иная характеристика живого — его способность усваивать внешнюю энергию. На этой шкале распределение живых существ будет выглядеть уже совершенно иначе. Организация прокариотов займет в ней последнее или одно из самых последних мест. Могут рассматриваться и другие классификации живых систем. Биологу, скажем, важно знать разнообразие особенностей организма, его способность к эволюции, развитию, его пластичность, совершенство нервной системы и т. д. Типов классификаций может быть очень много. Это и понятно: любая организационная структура описывается таким количеством параметров, что ее однозначное упорядочение просто невозможно. Поэтому употребляемое биологами выражение «прогрессивная эволюция> я буду в дальнейшем брать в кавычки. Любая организация — это всего лишь одна из возможных форм самоорганизации материи. Здесь кстати следующий пример.
Одним из интереснейших явлений, которое изучает гидродинамика, является турбулентность. Ее порождает
101
потеря устойчивости ламинарной формы течения жидкости. Упорядоченное и хорошо наблюдаемое движение жидких частиц сменяет хаос турбулентного движения. Но и в этом беспорядке мы прослеживаем определенные закономерности. Они связаны с многообразием новых форм организации течения жидкости и характером их дальнейшей эволюции. Но можем ли мы выделить в этой эволюции «прогрессивные» или «более высокие» формы? В общем все формы турбулентного движения жидкости объективно присущи этому явлению и все они определяются законами физики. Все они, так сказать, «заготовлены впрок». А какая из всего многообразия возможностей реализации течений будет наблюдаться в действительности, сказать не только трудно, но и подчас невозможно из-за принципиальной непредсказуемости результатов действия механизмов бифуркационного типа.
Этот простой пример достаточно удобен для пояснения моей точки зрения: вся картина развивающегося мира представляется мне как единый процесс «турбулентнообразного» движения с разными временнйми и пространственными характеристиками его «вихреподобных» образований. Этот процесс развертывается в рамках дарвиновской триады. В силу свойств механизмов развития он в общем случае необратим и, следовательно, неповторим. Отсюда и основные трудностя его понимания и попыток его теоретической реконструкции.
Примечание. Предлагаемая интерпретация схемы развертывания мирового процесса развития — это следствие «физикалистской» позиции автора. Представители других специальностей создают иные образы. Так, например, специалисты в области эволюционной теории чаще всего концентрируют свое внимание на непрерывном возрастании сложности организационных структур (цефализации), в результате чего у них и появляется специфическая упорядоченность организмов. Возникает, например, понятие «высоты организации» организмов, которое широко
102
использовалось в работах В. Н. Беклемишева и И. И. Шмальгаузена.
Сказанное относится к любым процессам развития, в том числе и к антропогенезу, и к становлению разума. Поэтому попробуем с этих позиций интерпретировать их начальные стадии и дать возможную схему процессов, в результате которых внутри стада неоантропов возникали новые связи между отдельными особями, между стадом и окружающей средой, представить, как они деформировались по мере того, как наш предок постепенно приобретал свойства, все более и более отличающие его от животных; как действовали, наконец, алгоритмы эволюции в критические, поворотные моменты истории антропогенеза.
Этот процесс самоорганизации не был однозначным и прямолинейным. Он приводил к различным формам — и к тем, которые развивались, и к тем, которые практически останавливались в своем развитии, а затем безжалостно уничтожались все более и более жестким естественным отбором. Стремление к сохранению гомеостазиса, к сиюминутному успеху, позволяющему иаилучшим образом адаптироваться к тем или иным конкретным условиям, приводило зачастую к узкой специализации, например к гигантизму. Но такая специализация происходила — как и при всяком компромиссе — в ущерб развитию других нужных качеств, в частности разума. Поэтому даже незначительные изменения условий обитания быстро приводили эти формы к гибели.
Наибольшие перспективы развития получали далеко не всегда те, кто сегодня показался бы нам наиболее сильным и благополучным. Заметим сначала, что те приматы, к которым принадлежали наши предки, т. е. австралопитеки (их было, по-видимому, несколько разновидностей) , относились отнюдь не к самым сильным и наилучшим образом приспособленным к жизни в тропическом лесу. В противном случае они не ушли бы жить в саванну. Предки современных высших обезьян были, вероятно, зна
103
чительно лучше приспособлены к лесной жизни. Но именно это обстоятельство и сослужило нашим предкам добрую службу, сделавшись источником их последующей спрогрес-сивной» эволюции. Внешним толчком для нее оказалось изменение условий обитания.
В начале четвертичного периода (где-то около 3 млн лет тому назад) началось общее похолодание климата. Площадь тропических лесов стала сокращаться. Их место заняла засушливая саванна. Ареал обитания человекообразных обезьян и австралопитеков, которые занимали одни и те же экологические ниши, из-за этого резко сузился. И в лесах сохранились лишь наиболее приспособленные. Более слабые, менее приспособленные должны были либо погибнуть, либо найти новую область обитания и приспособиться к совершенно новым для себя условиям жизии. А условия жизни в саванне оказались не просто гораздо более сложными. Они качественно отличались от прежних, относительно благополучных, в которых наши предки обитали предшествующие миллионы лет. Привычная, можно сказать, равновесная форма существования оказалась нарушенной. И возник стремительный переходный процесс, который должен был привести либо к вымиранию вида, либо к появлению совершенно новых организационных структур. Произошло последнее.
В 60-е годы XX в. в Африке в Олдовайском ущелье антропологи сделали удивительные открытия, позволяющие с большой точностью восстановить облик того эволюционного дерева, одна из ветвей которого привела к появлению человека. После этих открытий стали более или менее понятны основные черты того переходного процесса, который соединяет человека и его обезьяноподобного предка.
В саванне нет спасительных деревьев, дающих пищу и кров, а самое главное — защищающих обезьян от многочисленных врагов. Наш хилый предок, выжитый из леса своими более удачливыми собратьями, вынужден был или
104
приспосабливаться к новым условиям обитания, или погибнуть. Он должен был приучиться к новой пище. Ему пришлось отказаться, от вегетарианства. Но именно это сделало его более сильным, энергичным и подвижным. Поскольку у австралопитека не было деревьев, иа которые он мог бы забраться, чтобы видеть то, что происходит вокруг, ему пришлось вытянуться во весь рост и встать иа задние лапы. Благодаря этому у него освободились передние конечности, которые постепенно превратились в руки, способные использовать палку или подвернувшийся камень в качестве орудия для добычи пищи или для защиты от многочисленных врагов. Таким образом, трудности нового образа жизни позволили реализоваться тем потенциальным возможностям эволюции, которыми овладели животные, названные теперь австралопитеками.
В этих условиях особое значение приобрели зачатки интеллекта, которые уже имелись у приматов. Ничтожное превосходство «интеллекта» начало давать, наверное, огромный эффект. Я думаю, что период Олдовайского ущелья (так называемый олдовай) характеризовался очень жестким отбором, прежде всего внутривидовым, в котором основную роль играла «интеллектуальная стратификация*. Косвенным подтверждением этого факта служит та потрясающая скорость эволюции, которая характеризовала начальные стадии антропогенеза. Она носила поистине взрывной характер. Наш предок поразительно быстро овладел возможностями использования тех примитивных предметов, которые оказались в его распоряжении. Но он не только пользуется подручными средствами. Он очень скоро начинает создавать новые вещи, ранее неизвестные природе. Это были уже орудия труда, созданные из камня, дерева и кости. Наконец, он подчиняет себе огонь. Одновременно, конечно, очень быстро прогрессирует и его мозг, совершенствуется нервная система. Прошло ничтожное по эволюционным масштабам время — всего несколько сотен тысяч лет, и потомки тех хилых созданий, которых
105
выселили из леса их более приспособленные конкуренты, превратились в сильных, темпераментных и умных хищников. Это уже не приматы, поедающие листья и плоды с деревьев, а разумные существа, способные сплотиться в организованные орды — я уже не могут употреблять слово «стадо». Они уже способны справляться с могучим зверьем предледниковых эпох. Это уже почти люди. И им не за чем возвращаться в лес. Но чтобы оценить, чего стоила эта эволюционная метаморфоза (или переходной процесс, если пользоваться языком теории управления), надо представить себе, сколь жесток был отбор, который за немыслимо короткий по эволюционным меркам срок создал совершенно новое существо — существо, которому предстояло качественно изменить всю историю планеты.
Примечание. Овладение огнем, который вселяет ужас всем животным, требовало уже весьма развитого разума. Этот факт принадлежит истории человека и имеет в ней эпохальное значение. Огонь не только согрел человека и помог ему пережить холод ледниковых эпох, не только защитил его от многочисленных хищников, но и дал ему возможность питаться вареной пищей, освободив тем самым значительные ресурсы его организма.
. Хотя генетическая информация в человеке и обезьяне кажутся достаточно близкими, эти виды живых существ совершенно несопоставимы. Главное, что их разделяет, — это структуры мозга. Особенно поражает степень резервирования деятельности мозга: у человека постоянно задействовано лишь несколько десятых долей процента клеток мозга, т. е. степень резервирования равна многим сотням. У человекообразных обезьян степень резервирования равна 5—7. Это значит, что у них постоянно задействовано 14—20 % мозговых клеток. В этом отношении обезьяны мало чем отличаются от других «достаточно умных» животных — дельфинов, собак. Таким образом, здесь возникает «парадокс резервирования», свойственный только человеку6. Эта качественная перестройка мозга
106
произошла по масштабам эволюции в «одно мгновение». Гораздо быстрее, например, чем лошадь сменила трехпалую лапу на одно копыто.
Между прочим, на этом основании некоторые весьма известные физиологи высказывали гипотезу о внеземном происхождении разума. Я думаю, что подобные гипотезы — плод недоразумений. Тождественность генетического кода человека и кодов простейших многоклеточных существ — нагляднейшее, на мой взгляд, тому доказательство. Совершенно невероятно предположение о том, что в других мирах, при других условиях мог бы возникнуть генетический код, характерный для земных существ.
Но перестройка информационной основы мозга — это лишь один из фактов, характеризующих эволюционный скачок. Не менее важно и появление лобных долей, качественно изменивших мироощущение индивида. К этому следует добавить и существеннейшие морфологические отличия человека от приматов, возникшие как бы «по мановению руки».
Конечно, это удивительная скорость развития требует какого-то объяснения, вскрывающего особенности отбора. Для этого было бы очень важно построить и изучить математическую модель процесса антропогенеза и на ее основании оценить количественно его возможные темпы. Но для этой цели мало пригодны стандартные генетические модели вероятностного типа, поскольку они не учитывают особенностей окружающей среды и меру жесткости отбора. А именно в этой жесткости, как я полагаю, и кроется суть дела. Потенциальная изменчивость, потенциальные возможности организма неоантропов в условиях чрезвычайно суровой борьбы за выживание и позволили процессу самоорганизации совершить этот удивительный скачок от австралопитеков к homo sapiens.
Итак, начальная стадия антропогенеза чрезвычайно показательна с точки зрения кибернетики и синергетики. Возникновение новой стабильной структуры — человека
107
разумного — началось в условиях, заведомо неблагоприятных для наших предков. Казалось, что их судьба предрешена. Австралопитеки погибнут, вытесненные из привычной среды обитания. В действительности же именно эта иеблагоприятиая коллизия, резко обострившая все противоречия их жизни, послужила для них стимулом последующего «прогрессивного» развития, подняла наших предков на его качественно новый уровень и заставила их однажды превратиться в людей.
3.	Появление еще одной формы памяти
Итак, я постарался объяснить, почему период развития неоантропов, в течение которого формировался мозг будущего человека, был удивительно кратким в сопоставлении с характерными временами других эволюционных процессов (вспомним, например, что за тот же период человекообразные обезьяны практически не изменилась). Но затем с какого-то момента скорость эволюционного процесса, который сначала приводил к быстрому морфологическому изменению прачеловека, начала постепенно спадать. Тысяч 30—40 лет тому назад развитие человека как биологического вида практически остановилось. Человек из Кро Маньена (грот во Франции) — общий предок всех людей, живущих ныне иа Земле, — по существу, ничем не отличался от нас6. Это означает, что в силу каких-то причин активность внутривидового отбора как основного двигателя биологической эволюции начала постепенно затухать. И морфологическое совершенствование человека практически прекратилось к началу ледникового периода. Последний ледниковый период земной истории пережили уже вполне современные люди.
Итак, окончание периода антропогенеза связано с новым качественным изменением всего процесса развития — морфологическое совершенствование человека закончилось. Биологическая эволюция прекратилась. Механизм
108
генетического развития человека на основе внутривидового отбора практически перестал функционировать. Для отказа от использования этого механизма, механизма, которому человек был обязан своим становлением, своей жизнью, должны были быть могучие причины. И они, конечно, были. Попытаемся объяснить их с позиций информатики.
Я думаю, что причина столь резкого изменения характера развития человека и в самом деле носила чисто кибернетический или, лучше сказать, информационный характер: на определенном этапе эволюционной истории сообществ неоантропов для их дальнейшего совершенствования потребовалась (и возникла) новая форма памяти. Человек начал создавать искусственные орудия, появился труд. Как известно, Ф. Энгельс подробно проанализировал влияние этого фактора на становление человеческого общества. Рассмотрим его теперь с позиций информатики.
Наиболее ярким выражением трудовой деятельности на начальном этапе ее истории было создание технологии обработки камня. Кстати сказать, эта была очень сложная технология, частично забытая в настоящее время. Затем человек научился обрабатывать кости и шкуры, зажигать и поддерживать огонь, т. е. защищаться от холода и варить пищу, что стало также немаловажным элементом его развития. Все это требовало навыков и знаний, которые и накапливались, как снежный ком. Интеллект нашего предка настолько развился, что сделался средством познания окружающего мира. Человек не только осознал, что плодоносные лето и осень однажды сменяются голодными зимой и весной и что надо, значит, готовить запасы продовольствия. Он изучал окружающую местность, пове-\ дение животных, способы охоты на них, научился врачевать раны, делать настои на травах, познавать собственные возможности и т. д. Все подобные знания накапливались поколениями, и их надо было передавать другим поколениям, ибо от этого зависела судьба не только племени (или орды), но и всей популяции.
109
Мы не располагаем никакими сведениями о том, какова была организация в сообществах австралопитеков. Но, представляя себе их достаточно слабыми животными, к тому же вынужденными кормиться охотой и собирательством, вряд ли можно думать, что они жили небольшими семьями. Вероятнее всего, организационной единицей было стадо. Сначала в этих стадах действовал обычный для животных стадный закон: лучшие куски доставались самым сильным, самок и детенышей защищали, а старых и немощных представителей отдавали в качестве естественной дани на съедение волкам, гиенам и всем тем, кто охотился на двуногих наземных полуобезьян.
Но со временем организация стадной жизни неоантропов, по-видимому, начала меняться. Главные гаранты существования стада становились другими. Его процветание зависело теперь не только от мощных челюстей, могучих бицепсов и быстрых ног. Появились искусственные орудия: топоры, копья, луки, стрелы... Появились знания, например, о том, как загнать мамонта в ловушку, чтобы обеспечить свое племя — это бывшее стадо — запасом пищи. Таким образом, основой жизни пралюдей во все большей мере станрвились знания и труд. Именно они обеспечивали расширение экологической ниши, значительно раздвинули границы гомеостазиса. Накопление и сохранение трудовых навыков и знаний стали жизненной необходимостью. Все это должно было не только сохраняться, но и передаваться от поколения к поколению, для чего генетическая память оказалась совсем непригодной — ведь трудовые навыки и знания по наследству не передаются. Недостаточно было для этого и стадной памяти, о которой я уже говорил н которая реализуется в процессе обучения по принципу «делай, как я!». С помощью столь примитивного способа обучения могли передаваться разве что самые простые навыки. Например, когда обезьяна использует палку для сбивания бананов, она, так сказать, «обезьянничает». Она учится сбивать
НО
бананы, подражая своим товаркам. Сложные же знания, например о свойствах кремния, о том, где его надо разыскивать и как его обрабатывать, таким способом уже не передать. Чтобы научиться делать кремневые топоры и организовывать массовую охоту с применением этих «технических средств», нужно было затратить, наверное, годы.
В стаде или, лучше сказать, первобытном племени появились умельцы, которые могли делать хорошие кремневые отщепы, зажигать и поддерживать костер, находить целебные травы. Были и другие знания, а также их хранители. Например, человек однажды заметил, что от браков между близкими родственниками часто родятся уроды. Подобные знания повлекли за собой формирование запретов (табу) и определенных норм поведения. (Хочешь иметь жеиу — раздобудь ее в чужой, а не в своей пещере!) Появились и другие запреты, часто облаченные в религиозную или мистическую форму, — человеческое сознание доросло до этого очень и очень давно. Но самым важным запретом стал принцип «не убий!». О нем надо поговорить особо, ибо он занимает совершенно исключительное место в становлении человеческого общества. Собственно говоря, возникновение именно этого запрета и поставило предел морфологическому совершенствованию организма человека. Но обо всем по порядку.
Наши предки почувствовали однажды, какое значение для жизни рода имеют опыт, знания, мастерство. Я думаю, что этим моментом — если здесь уместно говорить о моменте — и следует датировать возникновение родо-племенной организации, коренным образом отличающейся от стада неоантропов.
Животное, которое по возрасту не способно производить себе подобных, ие способно добывать себе пищу в количествах больших, чем это необходимо для его собственного пропитания, или ие способно защищать стадо от врагов, стаду уже не нужно. Более того, жизнь такого животного
111
только задерживает развитие популяции. И поэтому оно погибает, как правило, насильственной смертью. Средняя продолжительность жизни животного в стаде значительно короче биологически возможного предела его существования или, например, жизни в заповеднике либо зоопарке. Одним словом, как уже говорилось, стадо не защищает слабого, если это ие самка или детеныш, которым еще предстоит создать себе подобных.
В человеческом обществе все устроено сложнее. Общество защищает слабых, немощных старцев и не только помогает ими жалеет их, но и зачастую оказывает им разнообразные знаки внимания, уважения, симпатии. Откуда же берется этот альтруизм? Почему в любом обществе закон в равной степени карает насилие и иад старцем, и над младенцем, и над полным сил членом общества? Я думаю, что прививаемые всем нам с детства понятия добра и зла (так называемые «вечные истины»), в первую очередь и отличающие общество от стада, такого же материального происхождения, так же связаны с гомеостазисом, как и все другие свойства, приобретенные человеком в период антропогенеза. Другими словами, я думаю, что возникновение морали и отказ от эволюции отдельного организма имеют одну и ту же причину. В самом деле, именно этот альтруизм, эта защита слабых, эта дополнительная и весьма обременительная нагрузка, которую по необходимости взяло на себя формирующееся общество, и прекратили действие механизма естественного отбора.
Мораль, регламентирующая многие нормы поведения людей, возниклв из совокупности запретов, появившихся на заре становления человеческого образа жизни. Она является одной из наиболее консервативных составляющих общественной жизни человека, но и она эволюционирует, отслеживая те или иные общественные потребности. Так, запрет на убийство ближнего касался сначала только жителей своей пещеры, своего рода, своего племени. Потом он стал применяться более широко, хотя сам факт убийства
112
человека еще долго ие считался преступлением: убийство илота в Спарте или чужака в средневековой деревне были обычными ненаказуемыми поступками.
Принцип «не убий!», как и многие другие принципы человеческой морали, связан прежде всего с трудовой деятельностью, с необходимостью закреплять трудовые навыки, с созданием специальной формы памяти, способной обеспечить новый тип наследственности, который позволял бы не только хранить и накапливать эти навыки и приобретенные знания, но и развивать их. Эта необходимость привела со временем к возникновению еще одного нового феномена, еще одной системы (института) памяти, которую я буду называть системой «Учитель». И я думаю, что первым шагом к ее созданию был запрет «не убий!». Такая гипотеза имеет под собой определенные основания. В самом деле, указанный запрет способствовал выживанию тех умельцев, которые могли не только хранить нужные знания и навыки и рождать мастерство, но и передавать их следующим поколениям. Принцип «не убий!» разрешал противоречия между «сильным» и «умным» в пользу последнего.
Примечание. Когда я пишу слово «Учитель» с большой буквы, то имею в виду не человека, обучающего других, а всю ту систему передачи информации последующим поколениям, которую образуют общественные институты. Учитель как отдельный человек, профессией которого является быть наставником молодого поколения, — это важнейшая составная часть системы «Учитель», и она, эта часть, опирается на традиции, правовые институты и многое другое, что обеспечивает воспитание будущего члена общества.
Реализация акта защиты всех членов рода или племени противоречила отношениям, традиционно существовавшим в первобытном стаде. В самом деле, те мудрецы и умельцы, которые обеспечивали благосостояние племени, далеко не всегда были самыми сильными, самыми смелыми в муж
113
ских поединках, которым обычный внутривидовой отбор давал особые преимущества. Жизненной необходимостью стада пралюдей сделалась потребность защищать не только самок и потомство, но и тех, кто был носителем знаний и мастерства или мог бы им стать. Я думаю, что именно на этой основе и возник важнейший из запретов — «не убий!». Этот запрет лежит в фундаменте любой человеческой морали, существует в том или ином виде у всех народов, во всех религиях.
Конечно, но только он один составлял моральные нормы человеческих рас и популяций. Огромную роль играли и другие принципы, часто определяемые специфическими особенностями религиозной жизни людей. Но среди них можно выделить универсальные, связанные с трудовой деятельностью. Например, важнейшую роль играл принцип кооперации «помоги ближнему своему!» и многое другое, что мы находим практически во всех мировых религиях, так или иначе впитавших в себя опыт общественной жизни. Другими словами, объективные ценности, понятия добра и зла, все нам известные «вечные истины» являются, как правило, порождениями единого процесса самоорганизации, характеризуя те формы общественной жизни популяции «человека разумного», которые помогли ей выжить и превратиться в вершителя судеб, если и не всей Земли, то биосферы во всяком случае.
Формирование морали, представлений об окружающем мире, в том числе о добре и зле, становление духовного мира — процесс очень сложный и противоречивый. Он связан с неоднозначностью отражения окружающего мира в сознании людей и той неопределенностью целей, о которой мы не раз будем еще говорить. Химеры, суеверия и другие ложные конструкции были неотъемлемыми особенностями этого процесса. Однако с ними связаны и те ростки знаний, которые постепенно составили основу науки и научного мышления.
Но вернемся еще раз к принципу «не убий!». Мы
114
видели, что он сыграл особую роль в становлении интеллекта, обеспечив возможность создания совершенно новой формы памяти. Интеллект сам по себе не способен думать и делать выводы. Эти его способности обнаруживаются только в контексте новой — специфически человеческой — формы памяти. Только в этой связи интеллект оказался в состоянии обеспечить тот уровень развития трудовой деятельности, благодаря которому произошла коренная перестройка в течении мирового процесса саморазвития (самоорганизации), приведшая в конце концов к появлению человеческого общества.
Может быть, такое утверждение покажется читателю чересчур категоричным и он сочтет его следствием профессиональной ориентации специалиста в области информатики и прикладной математики. Но давайте посмотрим более внимательно на то, что оно означает.
Итак, запрет «не убий!», возникший на заре трудовой деятельности человека, обеспечил возможность сохранения жизии носителям знаний и умений в тех условиях, когда, оставаясь в стаде приматов, они наверняка бы погибли. В самом деле, как бы ни был стар, хил и немощен первобытный человек, умеющий делать хороший боевой топор, составлять план охоты или, что еще важнее, план боевых действий против соседнего рода или племени за те или иные угодья, племя уже не бросало его, не отдавало на растерзание волкам н гиенам. При переходе на новое место обитания оно брало его с собой, даже если он был не в состоянии без посторонней помощи выдержать этот переход. Такой человек был жизненно нужен племени — ведь он был не просто мастером своего дела, он был хранителем знаний и учителем. Итак, институт «Учитель» тоже возник благодаря запрету «не убий!». Учитель подбирал себе помощников и учеников, воспитывал и обучал их, передавал им знания и умения. Возникла сложная, очень дифференцированная система, которая обеспечивала преемственность знаний, культуры, традиций. Постепенно она
115
превратилась в важнейшую форму памяти — информационную основу существования современного общества.
Возникновение системы «Учитель» повлекло за собой разнообразные следствия. Прежде всего оиа оказала решающее влияние иа развитие языка. Ведь без развитого языка такая система просто ие может существовать. Чтобы хранить и передавать информацию, нужно уметь ее кодировать. Зачатки языка, системы кодированных сигналов существуют не только у человека, но и у многих животных. Но объем информации, которая необходима для обеспечения трудовой деятельности, столь велик, что отдельных гортанных звуков, которые служат приматам для предупреждения об опасности и выражения эмоций, заведомо не хватает для ее кодирования. Поэтому постепенно и возник человеческий язык во всем его совершенстве и великолепии. Процесс становления и развития языка сопровождался и морфологическими изменениями гортани неоантропов, причем, как я думаю, не язык неоантропов был следствием морфологических изменений гортани, а, наоборот, потребность в обучении, необходимость в развитии языка изменили гортань, дав ей возможность произносить членораздельные звуки.
Пройдут десятки тысяч лет, и однажды человек изобретет письменность. На заре человеческой истории появятся и первые библиотеки — хранители нужной информации и накопленной мудрости. Пройдут еще тысячелетия — и возникнут магнитная память, возможность записать фантастический объем информации в крошечном кристалле и т. д. Но все это лишь следствия того решающего шага, который был сделан, вероятнее всего, на заре палеолита (в эпоху раннего ашеля). И я думаю, что именно с этого момента мы вправе назвать нашего далекого предка человеком, хотя пройдет еще не одна сотня тысяч лет, прежде чем он примет человеческий облик.
Примечание. Процесс завершения биологической эволюции человека тянулся, наверно, сотни тысяч лет и
116
закончился, можно сказать, почти на наших глазах — тысяч 30—40 лет тому назад. При этом наш непосредственный предок — кроманьонец — был не только здоровее, но и в среднем умнее нас. В самом деле, за 1 тыс. поколений, которые сменились со времени появления первых кроманьонцев, мы стали гораздо больше отягощены различными наследственными заболеваниями. Неблагоприятный генетический «груз» у наших предков был, конечно, значительно меньшим. Шизофрения, слабоумие и другие наследственные дефекты — вот та цена, которую современное человечество платит за прекращение внутривидового отбора. И здесь мы снова попадаем в сферу диалектики: труд и мораль, которым человечество обязано своим возникновением и расцветом, имеют и обратную, отрицательную сторону, с которой общество уже сталкивается. Я думаю, что в начале следующего тысячелетия генетические проблемы человека поднимутся во весь рост. Хочется верить, что к тому времени люди будут обладать и нужной мудростью, и нужными возможностями, чтобы справиться с ними.
4.	Заключительная фаза антропогенеза
Возникновение запретов, прежде всего принципа «не убий!», зачатков морали имело глубочайшие последствия. Начала меняться сама организация стада неоантропов, оно стало превращаться в первобытный род (племя). Изменился весь характер процесса развития — бурный переходный период постепенно сменился относительно стационарным режимом, если пользоваться языком теории управления. Чем же характеризовался этот режим заключительной стадии антропогенеза.
Если род (или пока еще стадо) берет под свою коллективную защиту всех своих членов, то это качественно меняет весь характер внутривидовой борьбы. Может быть, «рыцарские бои» за самку сохраняются еще достаточно долго, но они уже не выводят подавляющее количество
117
самцов из сферы брачных отношений. В этих условиях внутривидовая борьба неизбежно начинает затухать, а поэтому постепенно сходит на нет и один из основных факторов биологической эволюции — естественный отбор. Принцип «не убий!», таким образом, неизбежно приводит к прекращению индивидуального развития организмов.
Тем не менее развитие человека продолжается. Однако теперь оно происходит не в индивидуальной, а в общественной сфере, в сфере развития общественных структур. Появляются все новые и новые формы общественной организации неоантропов. И теперь уже они начинают подвергаться отбору. Занимая одну и ту же экологическую нишу, наши предки, конечно, конкурируют между собой. Роды и племена, организация которых более приспособлена к данным условиям, вытесняют менее приспособленных. И последние постепенно сходят со сцены или перенимают организационные и трудовые навыки своих победителей. Таким образом, все компоненты дарвиновской триады — изменчивость, наследственность и отбор — продолжают действовать. Более того, в новых условиях общие темпы развития непрерывно ускоряются. Но все это происходит уже в другом ключе. Отбор переносится на новый уровень — на уровень организаций.
Примечание. В основе моего изложения лежит следующая схема: биологическая эволюция — бифуркация — общественное развитие. Подобная схема, конечно, очень груба. Прежде всего сам процесс перестройки (бифуркации) был очень длительным и неоднозначным. Да и закончилась ли она? Может быть, процессы развития человека гораздо сложнее и существуют связи между биологической эволюцией и общественным развитием, которые нельзя игнорировать? Пример тому — акселерация, которая происходит в развитых странах. В будущем эти связи могут возрасти еще больше. Одним словом, здесь еще много нерешенных проблем, которые стоят не только перед антропологами, но и социологами и физиологами.
118
Вполне возможно, что в течение четвертичного периода существовало несколько видов австралопитековых, которые, не выдержав борьбы с более приспособленными представителями человекообразных, были вынуждены покинуть привычные места обитания. Сходные условия, одинаковые исходные посылки, вероятно, определили и очень схожие пути развития. Искусственные орудия, труд, быстрое развитие интеллекта — все это привело, я думаю, и к сходным формам организации стадного образа жизни. Одним словом, можно думать, что параллельно шло развитие нескольких близких форм гоменидов. Наука, правда, не дает для этого утверждения необходимых и достаточно надежных подтверждений. Но, несмотря на то что оно носит чисто гипотетический характер, его вероятность представляется мне достаточно высокой. Во всяком случае, оно не противоречит логике процессов развития и неоднократно высказывалось многими антропологами. Вместе с тем гораздо менее вероятно, практически неправдоподобно другое предположение — о полной тождественности истории развития всех «изгнанных из леса» австралопитеков.
В самом деле, предположим, что около 3 млн лет тому назад только один вид человекообразных был вынужден переселиться из леса в саванну. Даже в этом случае в свете закона дивергенции видов, в силу относительной замкнутости областей питания, трудностей перемещения и т. п. у различных групп австралопитеков должны были бы возникнуть необратимые расхождения признаков. В этих условиях новый вид или совокупность видов не могли не появиться. Кроме того, особенности жизни порождали, конечно, существенные различия и в поведении стад этих человекообразных, в их навыках и традициях. В организации различных замкнутых сообществ просто не могли не наметиться серьезные расхождения. Даже если популяции пралюдей практически не отличались друг от друга в биологическом отношении, как сегодня, например, не от
119
личаются друг от друга люди, живущие в разных частях света, в организации общественной жизни, вероятно, быстро утвердилось значительное разнообразие. А в сфере производственной деятельности, в трудовых навыках и опыте ие могла не возникнуть глубокая стратификация.
Как бы там ни развивались события в действительности, на определенной стадии антропогенеза, когда основные экологические ниши уже оказались занятыми, внутри вида (или видов) неоантропов разгорелась жестокая борьба за существование. Но борьба эта шла не между отдельными индивидами, как это было в прошлом, а между стадами, родами, племенами. И в этой борьбе решающую роль играла общественная организация. Именно она определяла технологию производства, в том числе качество боевого инвентаря, дисциплину членов коллектива, умение хорошо ставить и выбирать общие цели, подчинять их достижению дикий, первобытный темперамент и т. п. Все эти обстоятельства и стали, по-видимому, решающими в отборе кандидатов на звание предков homo sapiens.
Таким образом, не интеллект сам по себе, а вся организация общественной жизни, способная проявить его возможности, оказалась сферой действия отбора. Выжили и сделались родоначальниками человека, может быть, и не самые умные и талантливые. Очень жесткий отбор сохранил такую популяцию гоменидов, которая в наибольшей степени отвечала условиям биосферы, складывавшимся на планете в преддверии голоцена. Это был естественный процесс образования устойчивых структур — типичное проявление синергизма.
Я думаю, что интеллект (разум) сам по себе вряд ли оказал сколько-нибудь значительное воздействие на формирование общественных структур. На начальном этапе развития человека возникновение тех или иных организационных форм, тех или иных запретов, как и сама внутривидовая борьба, было явлением в достаточной степени стихийным. И процесс эволюции носил отнюдь не прямо
120
линейный характер. Роды и племена, отстававшие в силу каких-то причин в своем развитии и вытесненные со своих охотничьих угодий более сильными конкурентами, могли оказаться в более трудных, но тем не менее более благоприятных условиях. Надо было лишь суметь к ним приспособиться, создать соответствующую технологию и т. д. Если это удавалось, то такие орды (племена) начинали быстро прогрессировать и через десяток поколений «начисто» обгоняли своих более сильных соперников. Другими словами, закон неравномерного, стихийного развития общества действовал еще в глухие доисторические времена. К этому надо добавить, что сотни тысяч лет тому назад существовало, возможно, много различных типов неоантропов, конкурирующих друг с другом и в чисто биологическом плане. Иными словами, наряду с борьбой между различными организационными структурами первобытных сообществ, борьбой, которая определяла основные особенности отбора во времена палеолита, имела место также и определенная биологическая разобщенность конкурирующих видов, занимавших, по-видимому, одну и ту же экологическую нишу. Это обстоятельство совсем не маловажный фактор в становлении современного человека.
Я уже обращал внимание иа то, что весь процесс самоорганизации живого мира можно излагать в контексте развития памяти. Такой подход позволяет обнаружить некоторые интересные особенности мирового эволюционного процесса. Попробуем проследить их.
На заре жизни сформировался первый способ хранения информации — генетическая память. При этом из множества ее возможных носителей — языков, которые с помощью определенного алфавита кодируют наследственную информацию, сохранился тот единственный язык, алфавит которого ныие только и используется земной жизнью: все живое на планете обладает одной и той же формой наследственной памяти. Этот факт удивителен. Он свидетельствует об особенностях отбора той эпохи. Особенности
121
эти были таковы, что из некоторого числа близких организационных форм генетической памяти в конечном счете сохранилась только одна. Произошло, видимо, нечто похожее на то, когда одну и ту же экологическую нишу занимают два близких вида. При этом один из них либо погибает, либо меняет свою область обитания7.
Значительно позднее появилась новая форма памяти — обучение. Ее появление знаменует начало еще одного важнейшего этапа процесса самоорганизации живой материи. Обучение по принципу «делай, как я!» определило возможность возникновения кооперативных сообществ у высших животных. Использование термина «кооперативное сообщество» здесь вполне уместно, ибо обозначенный им принцип обучения был, по существу, алгоритмом отыскания возможного компромисса между интересами (целями) отдельного существа и той организации — стада, популяции, — элементом которой он являлся.
Новую революцию, новый качественный скачок жизнь делает тогда, когда овладевает возможностью создавать «искусственное», т. е. новые формы неживой материи. Для этого потребовалось развить еще одну ноиую форму памяти, без которой нельзя сохранять и накапливать постепенно приобретаемый опыт в создании средств и способов труда. И надо заметить, что эта новая память, новая ее организация (запреты и система «Учитель»), позволяющая наилучшим образом наследовать опыт людей, наилучшим образом сочетать возможности человеческого интеллекта со способами передачи его достижений, также сохранилась в конечном итоге в единственном виде. Ее носителем сделался homo sapiens, который в силу невозможности конвергенции имеет единственного предка. Таким образом, здесь мы сталкиваемся с тем же феноменом, что и при возникновении генетической памяти. Но теперь «единственность окончательного результата» объяснить гораздо легче. Все возможные кандидаты на место человеческого предка действительно занимали практически един
122
ственную экологическую нишу. Различия между ними носили главным образом организационный, а не биологический характер: это были очень близкие виды гоменидов.
Можно попытаться представить себе накал борьбы за право называться предком современного человека. Слабые претенденты, обладавшие худшей родо-племенной организацией и, следовательно, худшей техникой, худшими боевыми дружинами, стирались с Земли без остатка: ведь каждая отдельная экологическая ниша может быть занята только одним видом. Последний эпизод этой трагедии разыгрался практически уже в историческое время. Во второй половине XX в. в печати не раз появлялись сообщения о том, что остатки кроманьонцев и неандертальцев найдены почти рядом (например, на Ближнем Востоке). При этом датировка их возраста углеродным методом давала очень близкие значения. Поэтому можно предполагать, что еще в последнюю ледниковую эпоху на Земле жили одновременно и кроманьонцы, и потомки неандертальцев (или другие виды гоменидов, близкие к неандертальцам). Но к началу голоцена на планете остались одни кроманьонцы.
Среди антропологов нет единства во взглядах на взаимосвязь между кроманьонцами и неандертальцами. Одни считают, и это наиболее распространенная точка зрения, что неандертальцы — это просто предшественники кроманьонцев. Другие же предполагают, что кроманьонцы и неандертальцы (во всяком случае, какие-то расы неандертальцев) — это два параллельно существовавших вида пралюдей. Весьма важным аргументом в пользу второй гипотезы является тот факт, что датировки останков тех и других очень близки. У поздних неандертальцев — неандертальцев культуры мустье — просто не было времени превратиться в кроманьонцев, ибо морфологически они весьма далеки друг от друга. Сторонники первой гипотезы, в свою очередь, справедливо замечают, что все останки кроманьонцев относительно очень молоды и что раса неандертальцев значительно более древняя. И онн спрашивают:
123
если вторая гипотеза верна, то кто же все-таки был предком кроманьонцев? Может статься, что истина лежит где-то посередине: «классический неандерталец:», живший около 100 тыс. лет тому назад, породил две близкие расы гоменидов, одна из которых и стала непосредственным нашим предком. Это и были кроманьонцы. Вторая раса гоменидов оставалась очень близкой к «классическим неандертальцам». (В дальнейшем этих последних мы будем называть просто неандертальцами.) И те и другие были уже людьми в том смысле, в котором я употребил это слово впервые. У неандертальцев также существовала общественная организация. Как и кроманьонцы, они умели трудиться и владели огнем. И те и другие, видимо, обладали практически одинаковыми умственными способностями, которые, наверное, мало чем уступали умственным способностям современных людей.
Антропологи считают, что у людей из Неандерталя были более развиты те доли мозга, которые ответственны за агрессивность. Это значит, что им было труднее согласовывать атавистические устремления мужских особей разделываться с себе подобными и соотносить свои потребности с потребностями всего рода и племени. Отсюда и вытекал целый ряд следствий, которые в конце концов привели их к трагическому концу. Вероятно, неандертальцы гораздо хуже подчинялись дисциплине, а действие различных запретов было значительно менее сильным. Поэтому в их ордах не могло сложиться достаточного внутреннего согласия и расположения к ближнему. В результате они не смогли создать такие цивилизации, технику, боевые организации, которые требовались для успешного противостояния кроманьонцам. Конечно, не следует думать, что неандертальцы были буквально поголовно физически уничтожены кроманьонцами. По-видимому, их судьба развивалась не столь прямолинейно. Все пралюди принадлежали в общем к одному и тому же большому роду гоменидов, и все они, подобно собакам и волкам, могли,
124
наверное, при известных обстоятельствах вступать в брачные отношения. И кто знает, может быть, в жилах многих современных людей течет кровь их далеких прабабушек, которых пощадили победители неандертальцев.
Выше я нарисовал некоторую гипотетическую картину завершения эпохи антропогенеза. Как происходил этот процесс на самом деле, сегодня узнать невозможно. Мне хотелось представить историю становления вида homo sapiens как некоторый фрагмент естественного процесса самоорганизации материи. Само собой разумеется, что эскиз этого фрагмента я пытался нарисовать, опираясь на те представления, которые сложились при изучении первобытного общества у специалистов в области информатики и системного анализа. Профессионал-историк или антрополог стал бы рассматривать его с совершенно иных позиций, он обратил бы внимание на другие особенности этого процесса. Я же хотел привлечь внимание читателя к тем сторонам процесса становления человека, которые отражают его синергетический характер, т. е. к системности становления любых организационных структур и их неизбежной внутренней противоречивости.
Несмотря на то что именно интеллект послужил источником выделения человека из числа других животных и поставил его над ними, окончательное формирование вида homo sapiens произошло под влиянием целого ряда факторов. Не исключено, что среди наших предшественников были и более умные, и более талантливые, чем мы сами, ветви гоменидов. Но коль скоро отбор происходил на уровне сообществ, родов и племен, то одним из решающих факторов становилось уже не совершенствование отдельного индивида, а особенности организации, если угодно, «социальной структуры» рода или племени. Именно такой ракурс рассмотрения единого процесса самоорганизации мне необходим, чтобы иметь возможность перейти к обсуждению следующего после антропогенеза периода единого процесса развития — периода, который привел к понятию ноосферы и искусственного интеллекта.
Глава четвертая О ЕСТЕСТВЕННОМ И ИСКУССТВЕННОМ
1. Искусственное как закономерное продолжение естественного
В предыдущих главах я попытался дать эскиз «мировой панорамы» единого синергетического процесса самоорганизации материи, который на определенном этапе привел к появлению человека и общества. Каждое «освоение» этим процессом новых квазистабильных форм организации материи резко ускоряло ход всех эволюционных процессов, протекающих на Земле *. Можно предположить, что на определенном этапе развития материи значительно ускорятся уже не только процессы земной эволюции, но и процессы, протекающие во всей Солнечной системе. Подобная гипотеза отвечает той общей схеме мирового процесса самоорганизации, которая развивается в этой работе. Такое ускорение всех процессов развития может быть связано лишь с деятельностью интеллекта и активностью человеческого общества — этого нового фундаментального фактора мирового процесса развития. Поэтому естественным шагом дальнейшего анализа должны стать проблемы воздействия интеллекта и общества на развитие мирового процесса самоорганизации. Но прежде чем начать это обсуждение, мы должны сделать одно отступление.
Мыслители, начиная со времен древних греков (Аристотель), а может быть, и гораздо раньше, как только они вообще появились, отделяли естественное, т. е. все то, что происходит в природе независимо от человека и подчиняется ее законам, от искусственного, т. е. всего того,
126
что создано человеком и подчиняется его законам, т. е. законам человека, И не только отделяли, но и противопоставляли. При этом, читая относящиеся к этому рассуждения, невольно проникаешься ощущением, что многие авторы глубоко убеждены в том, что «все природное — хорошо», а вот все, что идет от человека, по крайней мере, двусмысленно. Когда подобные мнения встречались в религиозной литературе, то там они казались естественными — ведь все природное от бога, а бог — это во всех отношениях совершенное существо. Однако противопоставления естественного и искусственного встречаются и в серьезных научных исследованиях.
В этой связи позволю себе процитировать известнейшего советского историка и антрополога, специалиста в области восточного средневековья Л. Н. Гумилева: «Что дала нам ноосфера (т. е. человеческая деятельность. — И. ЛТ)? От палеолита остались... кремневые отщепы, скребки и рубила; от неолита мусорные кучи в местах поселений. Античность представлена развалинами городов, а средневековье — замков. Даже тогда, когда древние сооружения целиком доходят до нашего времени, как, например, пирамиды или Акрополь, это всегда инженерные структуры, относительно медленно разрушающиеся. А ведь техника и ее продукты — это овеществление разума»2.
При чтении подобных рассуждений вольно или невольно возникают следующие мысли. А что собой представляют толщи осадочных пород? Разве это не те же бренные останки некогда удивительных «инженерных» конструкций, какими были когда-то, например, кораллы или папоротниковые леса? И надо ли возводить пропасть между тем, что произвели человеческие руки, и тем, что создал крошечный полип? Ведь и то и другое в конечном счете суть произведения природы. То и другое суть порождения одного и того же начала и результат единого процесса самоорганизации. Поэтому не следует ли нам принять иную точку зрения, состоящую в том, чтобы не противо
127
поставлять одно другому, а изучать развитие «естественного» и «искусственного» с единых позиций развертывания организационных форм материального мира? Такой подход естествен для человека, занимающегося синергетикой (или теорией организации, илн тектологией — сейчас для объяснения всего этого используется много различных терминов — почти синонимов).
Материя все иремя находится в движении, в ней все время возникают новые организационные структуры. Одни из них более устойчивы, обладают большим сроком существования, другие — менее стабильны. Если воспользоваться языком механики и математики, то можно будет сказать, что одни из них определяют на какое-то время «области притяжения» и диктуют «в своей окрестности» определенные правила поведения «траекторий» процессов развития эволюционного типа. В других случаях мы видим образования типа «странных аттракторов», порождающие хаос и стохастику, но вместе с тем содержащйе и определенный порядок. Существуют и иные формы стабильных (устойчивых) образований.
Некоторые из этих сложных процессов образования стабильных структур управляются механизмами, которые известны нам достаточно хорошо. Механизмы других процессов мы знаем хуже. О третьих можем только догадываться. Наконец о четвертых сегодня мы даже и догадаться не можем, так как соответствующие процессы протекают вообще без свидетелей. В самом деле, совсем не очевидно, что разум, возникший в процессе самоорганизации материи как инструмент ее самопознания, может отражать любую реальность. И эта неочевидность никак не противоречит ни объективности мирового процесса развития, ни принципиальной его познаваемости. Ведь процесс развития бесконечен, и в ходе его развертывания возникают все новые формы бытия и его познания. Разум постепенно создает конструкции и языки, которые позволяют интерпретировать наблюдаемые феномены, описывать их и делать «понят-
128
ными». И самое главное — предсказывать явления, само существование которых раньше ие укладывалось в какие-либо схемы, доступные пониманию. Постепенно меняется сам смысл того, что вкладывается в слово «понятно». Пример тому — специальная теория относительности. Еще в двадцатые годы ее изложение считалось крайне трудным. Ныне же она входит во все университетские программы, и по собственному опыту автору известно, что ее изложение студентам третьего курса не многим сложнее, чем, например, объяснение происхождения кариолисова ускорения.
Материальный мир принято разделять на три «царства» — на неживую природу (или, как ее называл В. И. Вернадский, «косное» вещество), живую природу и общество. Как ни расплывчаты границы, разделяющие эти «царства», переход от одного из них к другому в ходе развития материи представляет собой целую революцию. Каждая из этих революций означала качественное изменение характера естественного хода вещей, характера процесса развития материи. Во всяком случае, это верно для того процесса развития, который происходил и происходит на космическом теле, именуемом Землей.
Первое качественное измеиеиие процесса развития на нашей планете связано с появлением на ней жизни, которое открыло новый важнейший этап естественной эволюции Земли. Этот тезис мы подробно обсуждали выше. Он является более или менее общепринятым, хотя некоторые весьма авторитетные ученые придерживаются гипотезы о космическом происхождении жизни, полагая, что жизнь существовала всегда, а на Землю была занесена из космоса.
Вторая революция тоже качественно изменила ход развития Земли. В результате ее планета превратилась однажды в единую самоорганизующуюся систему. Эта революция связана с появлением интеллекта. На определенном этапе своего развития Природа обрела способность познавать саму себя. Но ведь от этого она не перестала быть Природой, а все процессы, которые в ней происходят,
129
теперь — уже с участием интеллекта — не перестали быть естественными! Давайте же еще раз посмотрим, как возник интеллект и что нового появилось в природе вместе с рождением «разумного начала».
Еще в первой главе я старался подчеркнуть особенность, которая отличает все живые формы организации материи, — они обладают обратными связями, без которых невозможно обеспечить сохранение их гомеостазиса. Вернемся теперь к обсуждению очень важного понятия «организм». Организмом я назвал систему, которая не только имеет собственные цели, но и располагает определенными возможностями их достижения. Само собой разумеется, что каждое живое существо всегда является организмом 3.
Основная цель живого организма, объективно ему присущая, — сохранение гомеостазиса. Но эта цель ие единственная, у живого могут быть и другие цели. И у любого животного имеются определенные возможности добиваться своих целей. Но органнзмические свойства присущи не только отдельным биологическим организмам — отдельным живым существам. Они присущи и целым группам (объединениям) живых существ, например стаду копытных, которое в известных условиях также представляет собой организм: стадо стремится сохранить целостность, располагая для этого определенными возможностями. Свойствами организма обладают самые разнообразные сообщества живых организмов и даже популяции 4.
Любому организму присущи обратные связи. Если речь идет об организме отдельного живого существа, то его функционирование обеспечивается прежде всего нервной системой. В более сложных организмах обратные связи возникают, например, как следствие установившихся правил коллективного поведения. В свою очередь, они определяются специальными механизмами памяти, связанными с обучением по принципу «делай, как я!».
По мере развития и усложнения организмов изменяется
130
и усложняется структура их обратных связей. Поначалу такие связи иосят рефлекторной характер. Но с усложнением эволюционного процесса зависимость реакции организма от внешнего воздействия на него становится все более опосредованной, рефлексность исчезает, а обратные связи определяются в первую очередь особенностями процессов переработки информации. У высших животных этот процесс без большой натяжки можно назвать процессом принятия решений.
В этом контексте мы можем рассматривать и появление на Земле человека, у которого нервная система достигает такого уровня совершенства, что становится возможным говорить о его интеллекте. Интеллект позволяет человеку ставить цели в своей активной деятельности, предвидеть ее результаты, изобретать то, чего не существует в природе, но что потенциально допустимо законами нашего мира. Благодаря интеллекту человек имеет возможность познавать эти законы, а также и самого себя! Возникают совершенно новые возможности коммуникаций между отдельными организмами, что приводит к появлению нового типа их объединений в организациях общественной природы. Это прежде всего такие организации, которые обеспечивают производственную деятельность людей, и они, конечно, обладают всеми особенностями организмов: они обладают целью — создавать «искусственное», а также и определенными возможностями ее достижения.
Итак, в процессе развития материя приобретает еще одно свойство, потенциально ей присущее, — она обзаводится интеллектом и общественными формами организации, способными прдизводить «искусственное», т. е. такие материальные объекты, которые могут быть созданы только с участием интеллекта и общественных форм памяти. С этих пор все, что в дальнейшем возникло, возникает и будет возникать на Земле, так или иначе связано с разумом — хотя это вовсе не значит, что все действительно разумно. И сама эволюция становится с этого времени
131
в известном смысле «искусственной», если под «искусственным» мы понимаем определенный этап в естественном развитии материального мира.
2. О парадоксах «искусственного»
Я старался обосновать точку зрения, согласно которой строгое размежевание искусственного и естественного вряд ли может быть оправдано логикой развития, ибо то и другое суть лишь разные стороны одного и того же процесса самоорганизации материи. Однако теперь мне придется утверждать нечто прямо противоположное. Дело в том, что, перешагнув невидимую границу, отделяющую «мир без интеллекта» от «мира с интеллектом», мы сталкиваемся с такими новыми особенностями жизнедеятельности, которые требуют специального рассмотрения. При этом в ряде случаев нам вольно или невольно приходится противопоставлять «искусственное» «естественному», чтобы отличить особенности развития, которые определены интеллектом, от эволюционных процессов, происходящих без его участия.
Анализ этих особенностей, как мы это увидим, приведет нас к необходимости введения нового понятия, которое естественно обозначить термином «искусственный интеллект». Заметим сразу, что его смысл будет значительно отличаться от того, который придается этому термину в обширной литературе, посвященной искусственному интеллекту.
Появление разума, конечно, не только не отменило развитие биосферы, но, напротив, многократно его ускорило, хотя эволюция индивидуального мозга на каком-то этапе прекратилась вместе с эволюцией отдельного человеческого организма. Диалектика учит нас, что в основе любого развития лежат противоречия. История развития материи, в том числе и биологическая эволюция, наглядно подтверждает это общее положение. Любой отбор, будь он
132
порожден внутривидовой борьбой или борьбой двух популяций за обладание экологической нишей, — это всегда проявление жесточайших противоречий. С появлением сознательной деятельности и интеллекта эти противоречия обостряются еще больше — разум интенсифицирует противоречия, перенося их из чисто биологической сферы в сферу социальную, общественную. Но вместе с тем интеллект открывает и новые возможности преодоления противоречий, создавая новые формы компромиссов. Благодаря разуму возникают новые правила поведения и способы действий, постепенно возникает наука. Именно с помощью науки люди оказываются во все большей степени способными находить выходы из «безвыходных ситуаций».
Таким образом, разум выступает в роли двуликого Януса. Он не только ужесточает противоречия, не только расширяет их сферу, но и снижает их остроту, находя пути их разрешения. Он создает человеку новые трудности, но и сам изобретает способы их преодоления. Именно в силу такой неоднозначности в результатах действия разума и происходит многократное ускорение процессов развития.
Интересно отметить, что благодаря действию интеллектуального начала постепенно расширяется сфера конфликтных ситуаций между людьми — расширяется ее география. Сначала противоречия носят совершенно локальный характер и разрешаются внутри рода или племени, среди жителей одной и той же пещеры. Но постепенно они н, следовательно, способы их разрешений — компромиссы — приобретают все более и более глобальный характер. Возникает межплеменная, а затем и межгосударственная рознь. Вместе с производственной деятельностью и частной собственностью возникают классы — еще одна форма противоречий. Постепенно усложняются взаимосвязи и взаимозависимость человека н окружающей среды, и это рождает еще одну форму противоречий, требующую
133
своего разрешения. (Мы еще будем говорить о ней более подробно.)
Примечание. Трудна и интересна проблема взаимоотношения разумного и стихийного начал. До поры до времени разум ограничивает сферу своего активного воздействия на окружающий мир лишь «локальными проявлениями разумности», мало меняя общий стихийный характер процесса самоорганизации. Но на определенном этапе развития общества и биосферы человек вынужден формировать коллективный «нелокальный разум». Вместе с тем он никогда не сможет исключить стихийное начало. Миллионы и миллиарды человеческих коллективов, по-разному отражающих окружающую действительность, всегда будут базой для проявления стихийного начала.
Разум и труд создают искусственные орудия, помогают людям овладевать ими и формируют совершенно новую среду обитания — техносферу. Они же позволяют человеку во всевозрастающих масштабах использовать внешнюю энергию для удовлетворения его растущих потребностей. Еще одно противоречие связано с тем, что потребности человека растут, по-видимому, значительно быстрее, чем возможности их удовлетворения. Это противоречие является одним из важнейших стимулов ускорения процессов развития.
Искусственные орудия рождают удивительный парадокс. Они создаются для того, чтобы облегчить людям жизнь. А очень часто случается и так, что вместе с появлением новой техники или технологии огромные массы людей начинают жить труднее и хуже. История дает нам не только многочисленные подтверждения этого тезиса, но и непрерывно демонстрирует его справедливость. Это обстоятельство давно уже стало предметом размышления философов и социологов. Дело в том, что достижения цивилизации, техники, технологии, культуры и другие блага, порожденные трудом и разумом, присваиваются — и по-разному — различными группами людей или классами,
134
создавая тем самым источник неравенства и неудовлетворенности.
Говоря об искусственном, т. е. обо всем том, что было порождено разумом и трудом илн не могло возникнуть без их участия, очень важно обратить внимание на еще одну особенность мирового процесса развития, а именно на множественность существующих культур н чрезвычайное разнообразие ценностных шкал. Несмотря на то что европейцы и китайцы, африканцы и индусы используют одни и те же машины, несмотря на то что все они произошли от одних и тех же кроманьонцев и все принадлежат к одному и тому же биологическому виду, у них сложились совершенно разные взгляды на жизнь, разные устремления, разные традиции и разные шкалы ценностей. Образ мышления, стандарты жизни, нормы поведения, характер искусства даже у народов, живущих в одних и тех же географических условиях, никогда не бывают совершенно одинаковыми. Классический пример тому — республики Закавказья. Несмотря на однотипность природных условий, в которых живут азербайджанцы, армяне, грузины н другие кавказские народы, несмотря на то что они живут рядом уже тысячелетия, культура каждого из них продолжает сохранять свою самобытность. И таких примеров можно привести сколько угодно.
Таким образом, мы можем констатировать существование большого числа различных форм организации духовной жизни людей даже при относительной близости (а иногда и тождественности) материальных условий их жизни. И несмотря на то что возникли разнообразные средства транспорта и связи, несмотря на миграцию мод, которую не могут остановить даже океаны, разделяющие континенты, несмотря на печать, телевидение, радио, это разнообразие и не думает исчезать. В этом я вижу большое благо для человечества.
В самом деле, объем «генетического банка» той или иной популяции, прежде всего генетическое разнообразие
135
ее индивидов, говорит о стабильности популяции, о ее способности противостоять изменению внешних условий. И в человеческом обществе имеет место нечто подобное. Но к действию генетических факторов добавляются еще и факторы общественные. Появляется социально-культурное многообразие, множественность цивилизаций. Все это дает обществу определенные гарантии в том, что в кризисных ситуациях оно окажется способным найти необходимые решения,нбо культура в конечном счете содержит в себе спрессованный человеческий опыт.
Конечно, в современных условиях происходит известная унификация не столько культур, сколько поведения. Развитие техники навязывает определенный стандарт общения, но японец остается японцем, узбек — узбеком, а итальянец — итальянцем. Особенности их культур приводят к очень существенным различиям в восприятии окружающего мира — одни и те же выражения часто скрывают совсем разный смысл. Мне кажется, что особенности национальных культур даже имеют тенденцию усиливаться (своеобразное проявление закона дивергенции?).
За последние четверть века (насколько я мог наблюдать) даже в такой в высшей степени стандартизованной стране, как США, произошла определенная консолидация ряда национальных общин. Во всяком случае, это касается итальянцев, евреев, японцев, не говоря уже о неграх. Особенно заметны эти процессы в Канаде. Канадец японского происхождения стремится жениться только на японке и старается, чтобы его дети хотя бы несколько лет прожили в Японии. Имея в кармане канадский паспорт, на вопрос о своей национальной принадлежности он даст однозначный ответ — японец! Я не раз убеждался в том, что даже третье поколение шотландцев в Канаде не только не забыло своего происхождения, но и чтит шотландские традиции куда более строго, чем это имеет место в самой Шотландии.
В чем дело? Почему столь разнообразна палитра человеческих культур? Почему она возникла и не только
136
поддерживается, но и становится даже многообразнее, несмотря на все новые средства коммуникаций, которые возникают и совершенствуются вместе с развитием науки и техники? На эти вопросы пока нет однозначного ответа. Высказываются лишь различные соображения о причинах, влияющих на это явление. Одни рассуждают о традициях, которые всегда достаточно консервативны, другие — об условиях жизни, особенностях экономического развития, социальной стратификации и т. д.
Есть еще один немаловажный фактор, который обычно не обсуждается. Люди сами по себе очень разные. Все время разводят их в разные стороны законы генетики. Если морфологически они почти идентичны, то их восприятие окружающего мира весьма существенно разнится. В одних и тех же условиях люди действуют, как правило, неодинаково. И это не только результат воспитания. Отображение реальности в сознании людей, видимо, не однозначно.
Наконец, существует и еще одна причина — общие законы развития, в том числе и закон дивергенции, о чем я уже упоминал 5. Развитие культуры и духовного мира человека подчиняется тем же законам материального мира, управляется теми же механизмами, которым была посвящена первая глава этой книги. Культурные процессы также можно интерпретировать в терминах поведения траекторий динамической системы в зоне «странных аттракторов», где время от времени возникают более или менее устойчивые образования, которые люди называют великими цивилизациями.
Вопросы, к которым мы неизбежно приходим, последовательно рассматривая разные стадии единого синергетического процесса развития материи, представляют, как мне кажется, значительный интерес для социологов. Они формируют еще один ракурс рассмотрения проблемы коллективного поведения. Несмотря на то что все люди потенциально способны воспринимать примерно один и
137
тот же объем информации, выводы, которые они из нее делают, получаются совсем не одни и те же. В частности, ориентация на чисто экономическое благополучие при оценке возможного поведения людей далеко ие всегда может оказаться правильной. Мотивы поведения отдельных людей, а тем более человеческих коллективов не укладываются в столь ограниченные рамки.
Обсуждаемые нами вопросы имеют не только познавательный или теоретический характер. С каждым десятилетием проблемы мотивации человеческой деятельности, ее связи с особенностями культуры, предпосылок появления новых стандартов поведения, обусловленных быстрым изменением условий жизни, приобретают все более важное значение для решения самых что ни на есть практических задач. Рост могущества цивилизации, прежде всего энерговооруженности современного общества, уже сейчас требует умения предвидеть действия людей, их реакции на те или иные акции глобального масштаба и, если это нужно, направлять их активность. Ведь сегодня человек потенциально способен уничтожить не только самого себя, популяцию «человека разумного» в целом, но, может быть, и всю биосферу!
Вот в этих условиях и возникает стремление как-то отделить естественные процессы от процессов искусственных, отделить то, что связано с деятельностью людей, от того, что происходит само по себе, без вмешательства человека. Конечно, выделение «второй природы» в самостоятельный мир достаточно условно. И все же оно дает нам возможность более детально изучить особенности развития техносферы и общества, а также тенденции в развитии человека, его интеллекта и миропонимания.
Образование абстракций н идеализаций, исследование реальных объектов в рафинированном виде — это стандартный научный прием. В применении к рассматриваемым проблемам он приобретает особое значение именно сегодня, когда разрушительные силы, которые оказались в руках
138
цивилизации, достигли такого уровня, что стали способны стереть человечество и всю жизнь с лица планеты. В этой связи могущество цивилизации начинает представляться неотвратимым бедствием, а весь наш «искусственный мир», т. е. техносфера, — неким монстром, с которым человечество, его породившее, уже не в состоянии справиться.
Однако все на свете существует в единстве и борьбе противоположных начал. Это одно из исходных положений диалектики. Оно наглядно проявляется и в нашем случае. В недрах цивилизации рождается разрушительный потенциал, который непрерывно растет и при неумелом использовании грозит катастрофой. Но одновременно цивилизация рождает и противоположное начало. Ее могущество не только деструктивно, но и конструктивно: цивилизация рождает и средства, необходимые для преодоления разрушительных тенденций. В этой связи уместно подчеркнуть, что поиск альтернативных путей развития — это тоже одна из важных составляющих цивилизации, возникновение которой относится к глубокой древности.
Появление сначала простейших орудий, затем машин н вообще всего того, что «настоящей природе» несвойственно, уже на заре цивилизации породило представление о противоборстве естественного и искусственного миров. Такое противопоставление содержится уже в древних мифах и древних религиях.
Рождающаяся техника перестраивала жизнь людей, изменяла социально-экономический облик общества. Использование машин н механизмов привело к резкому ужесточению классовых и иных противоречий, значительно повлияло на окружающую природу. Благодаря машинам и нх совершенствованию человек овладевал все новыми и новыми источниками энергии. Сначала это была энергия животных, затем воды и ветра, позже наступил век парового двигателя, который позволил поставить на службу обществу энергию законсервированных остатков былых биосфер. Далее их сменил век электричества, а сегодня
139
человек уже достаточно широко пользуется энергией атомного ядра, т. е. использует энергию, полученную Землей из космоса при ее рождении как космического тела. Теперь уже не за тысячи и даже не за сотни, а за десятки лет происходит полная перестройка энергетической основы общества. Благодаря машинам человек овладевает такими энергетическими возможностями, которые сравнимы с энергией самых мощных естественных процессов, подобных вулканизму, приливам, ураганам и т. д.
Нарастающие противоречия между разумом и природой, опасности, которые создает цивилизация для будущего человечества, постепенно начинают занимать все большее место в научных и философских исканиях. Все эти противоречия приобрели сегодня глобальный, т. е. общепланетарный и, может быть, даже космический, характер. Все более становится очевидным, что для их разрешения необходим поиск альтернатив современным тенденциям в развитии общества и его взаимодействии с окружающей средой. Наиболее привлекательной, с моей точки зрения, является та, которая рассматривает человечество как единое целое и как неотделимую часть того мира, который мы привыкли называть окружающей средой.
Примечание. Исторической справедливости ради отметим, что подобная точка зрения совсем не нова: о глобальных проблемах толковали еще в прошлом веке представители русского народничества и идеологи православия. Согласно их воззрениям, разум создает «искусственное», т. е. промышленность, индустрию, городскую цивилизацию, и потому ему следует противопоставить нравственность, в основе которой лежит религиозное начало; все порождения разума, отражающие его «внутреннюю природу», ответственны за все современные беды человечества (И. В. Киреевский и др.). Марксистская мысль тоже исследует противоречия между человеком и природой — противоречия, которые возникли совсем не сегодня, но она видит их разрешение вовсе не в отказе от разума и
140
цивилизации, которую он порождает, а в опоре на разум, науку, технику и развитие цивилизации.
Организм человека, в том числе человеческий мозг, уже давно перестал развиваться. И необходимо отдавать отчет в том, что с биологической точки зрения ои далеко не идеален, ие очень хорошо приспособлен к «цивилизован-иой> жизни. В самом деле, человек как биологический вид сформировался в предледниковую эпоху, когда условия его жизий, особенности внешней среды были совершенно иными, нежели сегодня. И нам неизбежно придется считаться с тем, что несоответствие чисто биологических характеристик человека, его темперамента, его разума изменяющимся условиям его существования будет в дальнейшем нарастать. И это нарастающее противоречие еще потребует специального анализа.
В течение последних 30—40 тыс. лет человек приспосабливался к окружающей среде за счет совершенствования своей общественной организации. Ведь несмотря на все могущество и силу нашего мозга, последний так же ограничен, как и мускульная сила человека, и ои так же, как и она, нуждается в помощи, в искусственных средствах и в специальной системе коллективных связей и коллективных действиях.
Человек несет в себе бремя того темперамента и агрессивности, которые были ему необходимы для того, чтобы утвердиться на планете. Его общественные структуры не совершенны. Но человек всегда находится в поиске. И это главное. Ои начинает видеть не только свои достижения и успехи, но и опасности, которые его подстерегают. Постепенно возникает понимание того, что уже пора искать альтернативу, иной вариант существования человека на Земле, другие формы взаимоотношения между разными культурами, разными странами, другие способы разрешения противоречий (отыскания компромиссов), совершенно иное взаимоотношение общества и окружающей среды. Понимание этих фактов стало сегодня достаточно широ
141
ким, и совсем не случайно родилось специальное выражение «коэволюция человека и биосферы*. Это выражение, на мой взгляд, очень хорошо отражает особенности той альтернативы, в которой так нуждается человечество. Коэволюция человеческого общества и биосферы — по смыслу, который вкладывается в это словосочетание, — практически синоним термина ноосфера, который ввели В. И. Вернадский, Э. Леруа и П. Тейяр де Щарден. Отыскание условий альтернативы, решение ее проблемы — это и есть обеспечение коэволюции. Оно становится одним из важнейших направлений современной мысли.
Примечание. Верно и .обратное: проблема отыскания условий коэволюции — это и есть проблема альтернативы, ибо прекращение развития биосферы означает катастрофу для человека как биологического вида. Поэтому, говоря о ноосфере, я имею в виду такое состояние биосферы и общества, которое обеспечивает возможность их целенаправленного развития в интересах дальнейшего прогресса человечества. Вот почему я буду употреблять термин «эпоха ноосферы», имея в виду новый этап истории природы и общества. Переход в эту эпоху — длительный и трудный процесс. Он потребует развития науки, новых знаний о биосфере и коренной перестройки общественных институтов. Такая трактовка понятия «ноосфера» не является общепринятой. Например, А. Г. Назаров, основываясь иа трудах В. И. Вернадского, пишет: «У этого понятия еще нет строгого определения» 6. По-иному относится к проблеме Э. В- Гирусов: «Ноосфера —объективная необходимость развития общества в совершенно новое состояние, она — закономерное продолжение освоения людьми организованности биосферы»7. Последнее понимание ноосферы значительно ближе тому, которое развивается в этой книге.
Одновременно с появлением проблемы альтернативы родилось и понимание ее невообразимой сложности. Она не может быть решена «естественным образом», если «естест-
142
вениость» отождествлять с автоматизмом или стихией. «Естественныйж ход вещей я вижу в другом: в ходе развития природных процессов возник интеллект и на определенном этапе ему предстоит принять на себя ответственность за дальнейшую судьбу нашей планеты, выработать новые принципы отбора, новые способы отыскания компромиссов. Итак, тот этап единого эволюционного процесса, естественного развития космического тела, именуемого Землей, на котором в его ход начинает активно, целенаправленно вмешиваться интеллект, мы и будем называть эпохой ноосферы.
На мой взгляд, такое понимание смысла термина «иоосфера> согласуется с рассуждениями В. И. Вернадского. Различия здесь носят скорее терминологический характер. Но они, конечно, существуют. Ведь со времени кончины В. И. Вернадского прошло уже более сорока лет. За эти десятилетия человечество овладело ядериой энергией, вышло в космос, создало электронную вычислительную технику. Эти и многие другие достижения науки и техники, конечно, внесли свои коррективы в понимание окружающего мира и наши оценки.
Итак, анализ соотношения искусственного и естественного и изменения его со временем приводит нас к понятию ноосферы. Будучи естественной стадией развития биосферы, ноосфера становится объектом не только исследования, ио и управления. Тем самым биосфера иа определенном этапе своего развития становится объектом «искусственнымж — плодом развития человека. На этом новом этапе достигается тот уровень интеграции знаний и технических возможностей цивилизации, который позволяет говорить о нашей планете как едином организме. В век ноосферы возникает специфическая цель — обеспечение коэволюции человека и биосферы. И у человечества возникают потенциальные аозможности следовать этой цели. Иными словами, развитие биосферы диктуется теперь разумом. Это развитие определяется на языке коэво
143
люции человека и окружающей среды, которая (коэволюция) потенциально обеспечивается могуществом цивилизации. Одиако, чтобы следовать тем или иным целям, необходимы их четкое понимание, четкая формулировка, а понятие коэволюции, к сожалению, пока еще весьма расплывчато. Мы только-только начинаем определять те условия, которые ее обеспечивают.
Таким образом, возникает специальный вопрос о формировании программы исследований, которая позволила бы иам получить необходимые знания. Сегодня мы более или менее понимаем, как должна быть построена та часть программы, которая позволит нам определить границу нашего гомеостазиса, т. е. ту черту, переступать которую человечество — уже при современном уровне техники — ие должно ни при каких условиях. Но как бы ии было сложно формулировать те цели, которые диктуются особенностями реакции биосферы на антропогенные нагрузки, неизмеримо труднее осмыслить поведение людей, тем более в непредвиденных ситуациях. Здесь нам потребуются новая система запретов и новые принципы отбора. Одиако эти запреты и принципы должны быть следствиями понимания того, к чему люди стремятся, синтезом представлений самых разнообразных человеческих коллективов. Таким образом, мы снова оказываемся в сфере труднейших гуманитарных проблем: ведь рядом с природой и даже рядом со «второй природой:», т. е. с миром вещей, которые человек произвел, внутри человека существует еще один мир — мир его личности, мир его собственных индивидуальных интересов, мир его духовной жизни. И он далеко не непосредственно связан с окружающей природой и миром вещей. Пока уровень материального обеспечения людей был таков, что их главной задачей оставалось биологическое и физическое выживание, мир вещей, конечно, превалировал над остальными человеческими потребностями. В этих условиях жизни было не очень сложно
144
перечислить основные цели человека. Однако по мере повышения материального благосостояния потребности людей начинают меняться. На определенной стадии начинают превалировать уже цели обеспечения «внутреннего комфорта». Они очень разнообразны и достигаются множеством различных путей. У разных народов, различных групп людей ценности, обрести которые они стремятся, совершенно разные.
Вот почему сегодня перед наукой возникает грандиозная задача разработки таких алгоритмов развития, которые были бы способны найти необходимые компромиссы, такие способы разрешения противоречий, которые были бы приемлемы людьми, живущими на разных континентах, в условиях различных политических, экономических и социальных систем. Проблема эта на первый взгляд может показаться неразрешимой. Но, как мы увидим это дальше, современная наука дает определенные отправные позиции, позволяющие надеяться на ее решение, на то, что человечество сумеет найти необходимые компромиссы.
Примечание. Сегодня термин «коэволюция» получил широкие права гражданства. Он используется во многих странах, и существует целый ряд его интерпретаций. Широкое распространение имеет его так называемая «зеленая» трактовка: все земные популяции обладают равными правами На существование, а коэволюция человека и окружающей среды означает обеспечение условий естественного развития для ннх всех.
Я думаю, что такое понимание коэволюции не только глубоко ошибочно, но н неконструктивно. В силу существования разума популяционная «изотропия» невозможна в принципе — это утопия! В отличие от всех остальных видов и популяций вид homo sapiens не имеет собственной экологической ниши. Ею является вся планета. И человек будет устраивать ее для себя. Вот почему ноосфера — это организм, целью которого является обеспечение про
145
цветания человечества как единого целого. Цель эта, однако, недостижима вие биосферы. Только процветающая биосфера может служить вместилищем процветающего человечества, которое необходимо должно приспосабливать себя, свои общественные потребности и социальную организацию к требованиям, сохраняющим и развивающим биосферу. С этих позиций и следует рассматривать проблему коэволюции. Такое ее поиимаиие может служить надежным фундаментом для построения научной теории развития ноосферы, теории, которая снабдит человечество необходимыми знаниями и принципами управления развитием биосферы.
Глава пятая НА ПУТИ К ИСКУССТВЕННОМУ ИНТЕЛЛЕКТУ
1.	Q понятиях «информация» и «память»
Всеобщий процесс развития может рассматриваться в самых разных ракурсах, и каждый из них открывает нам его новые особенности, позволяет более отчетливо понять действие механизмов самоорганизации. Выше мы уже рассматривали различные формы памяти и их влияние на течение общего эволюционного процесса. Я постарался обратить внимание иа то, что появление новых принципов (механизмов) хранения и передачи информации способно качественно изменять весь характер процессов развития, саму структуру «алгоритмов эволюции». Теперь я постараюсь рассмотреть проблему информации с более общих позиций и выяснить место информации в общем процессе развития живой природы и общества.
Само понятие информации крайне дискуссионно. За последнюю четверть века появилось огромное количество сочинений, посвященных его обсуждению — сфере его применимости, его .соотношению с другими научными понятиями, erp месту в научных исследованиях. И тем не менее очень многие вопросы и само толкование понятия «информация» представляются весьма спорными. Так, например, несмотря на все то важнейшее значение, которое имеет информация в общем процессе развития материи, я не могу согласиться с мнением тех ученых — философов, математиков, физиков, биологов и особенно кибернетиков, которые считают информацию всеобщим свойством матери
147
ального мира. Во-первых, я полагаю, что строгое и достаточно универсальное определение информации вряд ли возможно. Во-вторых, это понятие представляется мне в некотором смысле «историческим». Необходимость его введения возникает лишь при описании довольно поздних этапов развития материального мира, когда в нем зарождается жизнь. Если описывать последовательно развитие организационных структур материального мира, опираясь на принцип «лезвия Оккама», то информация появится лишь тогда, когда мы начнем изучать целенаправленные действия. Именно такие действия порождают необходимость говорить о процедурах принятия решений, о зависимости характера принимаемых решений от изменения внешних условий. Во всех остальных случаях вполне можно обойтись без использования термина «информация». Действительно, ведь все процессы, протекающие в неживой природе, подчиняются законам физики и химии. И только им! Это значит, что все явления в неживой природе могут быть объяснены и поняты без привлечения понятия «информация» и описаны только на языке физики и химии. Отсюда следует, что это описание не нуждается и в понятии обратной связи, которое приобретает смысл лишь при изучении процессов, связанных с переработкой информации. Вскользь мы об этом уже упоминали в одной из предшествующих глав. И мне кажется, что термины «информация» и «обратная связь» употребляются в настоящее время гораздо шире, нежели этого требует необходимость адекватного описания изучаемых явлений.
Употребляя термин «информация», важно также помнить н об этимологии этого слова. В обычном (житейском) смысле оно означает сумму сведений, которую получает некоторый субъект (человек или группа людей) об окружающей среде, о самом себе, о другом субъекте или изучаемом явлении, — сведений, с помощью которых ои может точнее прогнозировать результаты своих действий и отбирать способы использования своих возможностей
148
для обеспечения собственных интересов. В этой трактовке информации центральной фигурой оказывается субъект (человек), который использует полученные сведения в своих целях. Понятие субъекта можно и обобщить, распространив его на все живые существа (а не только на человека) и организмы, обладающие целеполаганием.
Подобная позиция отражает то представление об информации, которое сформировалось в теории эффективности и в исследовании операций начиная с 30-х годов нашего столетия. Мы будем придерживаться именно этой позиции. Из нее вытекает, что термин «информация» целесообразно использовать только в тех случаях, когда для объяснения изучаемого феномена невозможно ограничиться языком традиционной физики.
Языком физики можно описать с достаточной полнотой все те процессы, которые протекают в неживой природе. Но для описания процессов биологической, а тем более социальной природы этого языка уже недостаточно. Правда, и для таких процессов часто удается дать «физико-подобное» описание. Так бывает всякий раз, когда мы имеем возможность параметризовать все поведенческие особенности и процессы передачи информации, а описание самого изучаемого явления — представить в форме балансовых соотношений (законов сохранения). Теория Лотки— Вольтерра—Костицина, балансовые модели в экономике дают нам примеры физического описания биологических и социальных процессов. Однако подобный подход далеко не всегда «работает». Тогда приходится создавать специальные классы моделей, в которых важную роль играет информация и процессы ее передачи н получения.
Таким образом, не следует умножать сущности без меры — принцип «лезвия Оккама», не следует вводить термин «информация», если в этом нет необходимости, если без этого можно обойтись. И тем не менее в современной литературе широко распространена противоположная тенденция: «информация» превратилась прямо-таки
149
в модное слово, которое используется не только тогда, когда без него вполне можно обойтись, но даже и тогда, когда оио лишь усложняет объяснение феномена. Это касается прежде всего попыток распространения информационного языка на явления неживого мира. Например, движение материальной точки в гравитациоииом поле, четкое и простое объяснение которого дается ньютоновской механикой, при желании можно «разъяснить», используя понятие информации. Делается это следующим образом. Пусть материальная точка, находящаяся в заданный момент времени в определенной точке гравитационного поля, обладает некоторой скоростью. В силу этого в следующий момент времени она окажется уже в другой точке поля, где его напряженность может оказаться отличной от исходной. Это позволяет нам сказать следующее: материальная точка, получив информацию об изменении напряженности гравитационного поля, изменит и свою скорость согласно законам Ньютона
Логических ошибок в приведенном рассуждении вроде бы и нет, если, конечно, не считать того, что физические объекты не являются субъектами, способными воспринимать информацию и изменять по своей воле те параметры движения, которые предопределены законами физики. Приведенное рассуждение не упрощает и не уточняет наши представления о движении тел под действием сил тяготения.
Точно так же и термин «обратная связь» часто используется в тех случаях, когда в физических или химических системах возникают компенсационные эффекты, аналогичные проявлению устойчивости. При желании и принцип Ле Шателье можно трактовать как проявление обратной связи, хотя он является следствием законов неживой природы. А вот пример неверного употребления термина «обратная связь», заимствованный из солидных изданий. Предположим, что произошло небольшое потепление климата. Оно приведет, очевидно, к уменьшению площади,
150
покрытой ледниками и снегом. В результате альбедо земной поверхности уменьшится, т. е. поверхность планеты станет усваивать большее количество солнечной энергии. Это означает, что средние температуры атмосферы снова несколько повысятся. Последнее приведет, очевидно, к дополнительному сокращению площади ледников, что вновь несколько уменьшит альбедо, и т. д. Отсюда делается вывод о том, что система «климат—ледники» характеризуется положительной обратной связью. Такой вывод, однако, излишен, ибо весь описанный процесс полностью объясняется законами физики, а принцип обратной связи, как его понимают в теории управления, не есть их следствие.
Используя термин «обратная связь», часто забывают о том, что возник он в теории регулирования при создании систем управления (регулирования). Эти системы проектируются с таким расчетом, чтобы движение объектов, управляемых с их помощью, обладало определенными свойствами, например устойчивостью. В этом процессе проектирования всегда присутствует субъект, т. е. человек, в интересах которого и создается управляемый объект. Чувствительный элемент (если угодно, рецептор) системы управления, если это автопилот, управляющий самолетом, — гироскоп. Он физически реагирует иа поведение самолета, определяя тем самым положение самолета в пространстве. Субъект, т. е. конструктор, который проектирует систему управления, ставит реакции автопилота в соответствие с вполне определенным способом изменения движения проектируемого самолета. Этот способ выбирается конструктором по его усмотрению. Он не противоречит законам физики, но и не является их следствием. Итак, выбранное соответствие, связывающее настоящее состояние движения объекта управления с его последующим движением, и носит название принципа обратной связи. Еще раз подчеркнем: этот принцип согласуется с законами физики, но не исчерпывается ими, ибо указанное выше
151
соответствие определяется целями субъекта и его выбором. Поэтому-то он и является новым принципом отбора, который формулируется только субъектом, получающим информацию о состоянии и поведении управляемого объекта. Что же касается применения термина «обратная связь» для объяснения явлений, подпадающих под действие принципа Ле Шателье, или аналогичных ситуаций, которые являются прямыми следствиями законов сохранения, законов кинетики и т. д., то такое использование этого термина просто жаргон.
Итак, в задачах, возникающих при изучении явлений неживой природы, термин «информация», как и термин «обратная связь», излишен, если, конечно, речь не идет об отношениях «субъект—объект». Именно в силу последнего обстоятельства строго указать границу, когда этот термин приобретает фундаментальное значение, не просто. Эта «непростота» заставляет нас вспомнить о сложности проведения границы между живым и неживым веществом.
Примечание. Важное место в моей работе занимает гипотеза о существовании переходных процессов между различными квазистабильнымн состояниями, в частности об отсутствии четкой границы между живой природой, формирующей обратные связи, и природой неживой, развитие которой описывается с помощью одних только законов физики и химии. Эту гипотезу биологи, как правило, не приемлют, ссылаясь на принцип Пастера: все живое — только от живого Возражения биологов имеют под собой прочный экспериментальный фундамент — отсутствие материала, подтверждающего возможность существования вещества, которое нельзя было бы идентифицировать как живое или «косное». Но если принять эту традиционную для биологии точку зрения, мы будем вынуждены отрицать единство процесса саморазвития материи. Конечно, у нас есть еще одна возможность — предположить, что жизнь возникла из неживого вещества скачкообразным переходом. Такая позиция лишена логических противоречий.
152
Кроме того, она может опереться на существование механизмов бифуркационного типа со скачкообразными переходами. Но любая бифуркация в сложных системах всегда происходит не мгновенно, она протяженна во времени, а переход в новое квазистациоиарное состояние всегда происходит через ряд промежуточных состояний, образующих фазовую траекторию системы. Поэтому мне представляется предпочтительней гипотеза о том, что переходные формы существовали, но были весьма неустойчивыми — обнаружить их следы на общем фойе земной эволюции практически невозможно. Вряд ли биологи будут утверждать, что эукариоты возникли независимо от прокариотов, тем не менее в нашем распоряжении нет никаких данных о существовании переходных форм.
Итак, я высказался достаточно категорически о смысле термина «информация» и его месте при описании процессов развития. Теперь я хочу признать, что и для описания явлений, происходящих в неживой природе, иногда бывает удобно употреблять этот термин. Его использование позволяет в ряде случаев компактнее описать и нагляднее интерпретировать наблюдаемые явления. Так, например, М. Эйген в своих исследованиях динамики и редупликации биологических макромолекул, т. е. для анализа предбиоло-гической стадии развития «косного» вещества, широко использует этот термин. Он говорит о записи информации, ее кодировании теми или иными белками и нуклеиновыми кислотами, о передаче и сохранении информации и т. д. Но все это лишь удачный способ выражения того факта, что в известных условиях создается возможность точного и многократного повторения одного и того же процесса, каким, по существу, и является механизм передачи наследственной информации. Его действие происходит тем не менее на том уровне организации, на котором нет еще оснований говорить о субъекте и целесообразности. Из работ того же М. Эйгена вытекает возможность описания механизма генетического кода без использования понятия
153
информации, в рамках обычного языка физики и химии. Поэтому, когда мы говорим о механизме запоминания и передачи наследственной информации, действующем на уровне биологических макромолекул, т. е. на «преджизнен-ном уровне», мы допускаем метафорический способ выражения. Ради удобства и краткости изложения мы вводим удобный язык, отступая от изначального смысла используемых слов. Ведь все то, что мы иногда называем кодированием информации и редупликацией, необязательно относится к живому веществу. В этих случаях возникает ситуация, подобная той, которую мы описали, говоря о принципе Ле Шателье. И там и тут возможно объяснение, опирающееся исключительно на законы физики и химии.
Совсем по-иному обстоит дело, когда мы хотим описать причины того, почему в земных условиях передача наследственной информации стала необходимостью «прогрессивной» эволюции и утвердился один-единственный генетический код. Здесь уже присутствует целенаправленный отбор, возможно невыводимый из законов, управляющих развитием неживого вещества, которые нам известны. Ответить иа вопрос о том, как возник этот код, мы пока не можем.
Информация сама по себе ничего не стоит и ничего не означает. Бессмысленно говорить о ценности информации, как о некоторой ее абсолютной характеристике. Информация нужна субъекту для обеспечения возможности некоторых целенаправленных действий. Поэтому, если мы начинаем изучать деятельность живого организма, стремящегося сохранить свой гомеостазис и формирующего для этого петли обратной связи, без понятия информации обойтись уже нельзя — нельзя в принципе!
Прыгая с ветки на ветку, белка должна знать, как далека от нее следующая ветка, приблизит ли она ее к преследуемой цели, способна ли эта ветка ее удержать. И вообще — нужна ли ей эта ветка. Качество же информации зависит от того, насколько белка способна оценить
154
положение ветки, ее соответствие программе своих действий. Таким образом, качество информации зависит и от субъекта, его способности воспринять и обработать информацию. Если белка окажется, например, близорукой, то информация о положении ветки может оказаться для нее не только бесполезной, но и вредной или даже смертельно опасной. Значит, качество информации оценивается не только тем, насколько знания, полученные о предмете или окружающей обстановке, помогают в принятии решения. Только тогда, когда существует цель, полностью раскрываются значение, ценность и смысл информации.
Понятие ценности информации трудно еще и потому, что информация — это не просто некое возмущение, внешний сигнал, действующий на систему, но и внутренняя оценка этого возмущения (сигнала), обусловленная активностью сознания. Иными словами, информация и ее оценка возникает лишь в контексте отношений «субъект—объект».
На развитие теории информации большое влияние оказали работы К. Шеннона. Для оценки качества информации он ввел энтропийные меры — функционалы, по форме совпадающие с выражением для энтропии. Эта связь с энтропией была затем абсолютизирована (и гипертрофирована) многими другими авторами. Сам же Шеннон изучал довольно узкий круг вопросов, касающихся передачи сигналов с помощью технических устройств (по радио, по телефону и т. д.). При этом преследовалась вполне определенная цель: оценить качество передающих технических устройств, их способность ие искажать сигналы и выделять полезные сигналы на фоне помех (т. е. не терять информацию в ходе передачи). В таких случаях оценки энтропийного типа вполне уместны и могут быть использованы скалярные оценки качества переданной информации. Но вот универсальная оценка качества информации в принципе невозможна!
Теперь, после того как я подробно объяснил свое понимание термина «информация», уместно снова вер
155
нуться к обсуждению памяти, которая, как мы это видели, играет столь фундаментальную роль в развитии живой материи. До сих пор я избегал подробного обсуждения смысла этого понятия, ограничиваясь определением памяти как некоторого механизма, способного накапливать, хранить и извлекать информацию.
Поскольку понятие информации необходимо лишь тогда, когда речь идет о процессах, в которых возникает возможность выбора (поведения, реакции), не вытекающего непосредственно из законов физики или химии, постольку н понятие памяти естественным образом связывается с представлениями о субъекте, совершающем этот выбор.
И в то же время в последние десятилетия термин «память» стал употребляться очень широко. Его используют в биологии, геологии, физике, гуманитарных науках. Особое распространение он получил в технике в связи с созданием электронных вычислительных комплексов. И это понятие обычно употребляется так, как будто речь идет о некоторой объективной категории, присущей любой материальной системе. «Система помнит свои предшествующие состояния» — выражение, достаточно часто встречающееся в специальной литературе. Даже недавно открытое реликтовое излучение было истолковано как одно из проявлений памяти Вселенной о начальной эпохе своего существования. Кажется, что здесь мы сталкиваемся с иным представлением о памяти, связывающим ее с некоторым процессом как его характеристикой. С этой противоречивостью трактовки понятия «память» нам предстоит теперь разобраться.
Если речь идет о живых существах, то они всегда обладают зачатками целеполагания — стремлением к сохранению собственного гомеостазиса. Это значит, что в этом случае применимо и представление о памяти как механизмах хранения, накопления и извлечения информации в интересах данного организма (живого существа). Задача науки — изучить эти механизмы, понять, каким
156
образом живое способно распознавать и оценивать окружающую обстановку. Существуют ситуации, такие, как в системе обучения по принципу «делай, как я!», когда механизмы памяти нам более или меиее понятны. В других же случаях науке еще предстоит проделать немалый путь для их познания. Таким образом, в мире живой материи память выступает в качестве некоторого элемента информационной службы организма, без которой не могут быть раскрыты те потенциальные возможности достижения цели, которыми этот организм обладает.
Теперь обсудим вопрос об использовании понятия «память» в тех случаях, когда речь идет о процессах, протекающих в «косном» веществе. Здесь нам предстоит многое пересмотреть, ибо ни о каком целеполагании в мире неживой материи не может быть и речи. Попробуем дать описание памяти применительно к миру неживой материи независимо от сказанного ранее. Для этого прежде всего свяжем память с некоторым процессом, развивающимся во времени, и будем рассматривать ее в контексте изучения временных характеристик этого процесса.
Необратимость времени и необратимость процессов, протекающих в природе, по-видимому, теснейшим образом переплетены между собой. Поэтому, используя понятие «память системы» при обсуждении процессов, протекающих в мире неживой материи, мы так или иначе характеризуем «степень необратимости» или, если угодно, «скорость течения времени» в изучаемом процессе. Попытаемся аргументировать подобное утверждение.
Предположим, что мы изучаем вполне детерминированный процесс, который может быть описан системой обыкновенных дифференциальных уравнений, правые части которой таковы, что обеспечивают нелокальную разрешимость задачи Коши (например, движение точки в гравитационном поле). В этом случае можно сказать, что система обладает «абсолютной памятью». Это означает, что мы способны восстановить всю историю ее движения, если,
157
конечно, знаем ее состояние в данный момент времени. Заметим, что здесь, говоря о памяти сйстемы, в действительности мы говорим о способности исследователя восстановить характер движения или предсказать его развитие.
Но достаточно вмешаться в течение йроцесса стохастическим факторам, чтобы сказанное выше потеряло смысл. Стохастические процессы необратимы, и мы уже в принципе не можем говорить о точном воспроизведении состояний системы в предшествующие моменты времени. Теперь речь может идти лишь о приближенном описании ее предыстории или определении характеристик системы. Предельная ситуация в этом отношении — это развитая турбулентность. В этом случае мы ничего не можем сказать о предшествующем характере движения жидкости, о том, из какого ее состояния возникло наблюдаемое течение. В случаях, подобных турбулентности, говорят, что «система лишена памяти».
Приведенное выражение — это, конечно, своеобразный жаргон. Но оно часто употребляется. Поэтому мы должны придать ему такой смысл, чтобы оно не противоречило сказанному ранее. Сделать это нетрудно. Действительно, говоря о памяти системы, на самом деле мы имеем в виду нашу способность познавать прошлое; восстанавливать те или иные детали некоторого) необратимого процесса. Значит, понятие «память» — когда речь идёт о неживой природе — означает возможность субъекта построить некоторый обратимый (или, точнее, необратимый, но е очень «медленным» ходом времени) процесс, который с определенной степенью точности мог бы воспроизводить изучаемую реальность.
Развитие любого процесса в иёживой материи — это проявление ее самоорганизации. И для описания таких процессов нам нет нужды использовать понятий информации и памяти. Но если речь идет о человеке, которому нужно в силу тех или иных причин воспроизвести процесс в принципе необратимый, изучить его характеристики или
158
сохранить о нем информацию, то ои (субъект) использует для этого некоторый другой процесс, который более консервативен, «время которого течет медленнее». Так, создаются книги, несущие сведения сквозь бездну лет, изобретается магнитная память и т. д. И наконец, существует система «Учитель», основная цель которой — накопление, сохранение и передача информации.
Вот в таком понимании термина «память» уже нет противоречия с тем определением, которое было дано выше, и он приобретает достаточную универсальность. Понятие «память» тесно сопряжено с понятием «информация» и вполне «субъектизировано». Говоря о памяти системы или организма, — теперь мы уже не будем делать различий между ними — мы всегда будем иметь в виду способность системы сохранять в той или иной степени свои параметры и делать доступной для исследователя (или субъекта) возможность использовать информацию о ее прошлом.
2.	Изменение роли и места информации в ходе развития живой природы и общества
По мере развития живой природы и общества, роста разнообразия и сложности их организационных форм непрерывно изменяются место и значение информации, ее влияние на скорость и другие характеристики единого процесса самоорганизации материи. Проследить все такие изменения не только интересно с исторической точки зрения, но и практически важно для оценки их возможных тенденций в настоящем и будущем.
Необходимость использования информации, ее накопления и хранения, т. е. памяти, возникает лишь иа определенном этапе саморазвития материального мира. Информация и память неразрывно связаны друг с другом, и при этом память, как мы это видели, непрерывно развивалась. И она не просто эволюционировала. В ходе развития
159
памяти появлялись качественно новые ее формы, способные хранить и передавать новые типы информации, ранее ие игравшие никакой роли в развитии живого вещества. Вместе с развитием памяти изменялись и способы использования информации. Ее значение возрастает по мере усложнения организационных форм живого. Дальнейшее развитие материи требует все больших и больших объемов информации, все новых и новых знаний. Эти особенности усложнения «алгоритмов развития» все более отчетливо проявляют себя по мере усложнения целей, механизмов отбора, структуры интеллекта и общественных форм жизни.
В результате сложнейшего процесса самоорганизации возникают совершенно непохожие друг на друга формы памяти: генетическая память, память, основанная на обучении по принципу «делай, как я!», система «Учитель». И все они чрезвычайно различны. В самом деле, в первом случае речь идет о таких способах воспроизведения однотипных материальных структур, которые подчиняются определенным жестким правилам, включающим, в частности, законы Менделя. Они обеспечивают «редупликацию». Этим словом иногда называют размножение, или воспроизведение себе подобных. Предполагается, что однажды заведенная биологическая машина начала действовать. Она могла, конечно, допускать сбои (мутации). В ее деятельности могли быть и другие помехи, связанные, например, с проявлением иа макроуровне принципиальной стохастичности микроуровня и т. д. Но в действии этой машины еще не было никакого целеполагания. Работу генетического механизма, как я об этом говорил, можно объяснить, не прибегая к использованию понятия «информация». Ведь здесь еще нет субъекта, носителя определенных целей. На этом уровне еще ие сформировались обратные связи, обеспечивающие гомеостазис живого организма 2. Механизм генетической памяти, конечно, способствует (совместно с отбором и мутациями) совершенствованию популяции, ее адаптации к изменяющимся внешним усло-
160
виям, но он не дает организму никакой свободы выбора. На его уровне еще нельзя говорить о качестве информации, ибо здесь пока не существует той естественной целевой функции, значения которой бы изменялись в зависимости от структуры передаваемой информации. Говорить о качестве информации на этом уровне столь же бессмысленно, как и говорить о «качестве» законов Ньютона — это объективные законы природы, изменение которых невозможно.
Совсем иная ситуация возникает тогда, когда мы анализируем процессы восприятия раздражений (информацию о внешней среде) и выработки ответных реакций, которые обеспечивают гомеостазис конкретного живого организма. На этом уровне появляется уже «субъективность». Восприятия и реакции не являются однозначно определенными — они зависят от качества рецепторов, от способов распознавания сигналов и от многих других факторов, связанных с «информационной службой» организма. Генетический механизм уже сыграл свою роль — он сконструировал организм, который может функционировать. Возникнув, организм уже сам начинает обеспечивать собственный гомеостазис, перерабатывая с помощью заложенной в него системы управления внешние и внутренние раздражения и формируя поведенческие реакции. В этих условиях мы уже можем говорить о качестве поступающей (или, точнее, воспринимаемой) информации, о ее значении для поддержания гомеостазиса и, в частности, оценивать по Шеннону способность системы выделять полезный сигнал на уровне помех.
Еще более сложным является механизм хранения и передачи информации, действующей в системе «Учитель». Ведь вся эта система начала складываться уже тогда, когда все действия стали вполне сознательными и целенаправленными: передавались знания и навыки, необходимые для выживания племени, рода, популяции. И чем более квалифицированным был их носитель (учитель),
161
тем выше была ценность информации, которая позволяла его ученикам производить все более и более совершенные орудия.
Ценность этой информации проявилась в рождении еще одного своеобразного механизма отбора — морали и иравствениости. В самом деле, информация, передаваемая системой «Учитель», диктовала определенные нормы поведения. Тот устойчивый стереотип поведения, который формировался на их основе, вероятно, и стал источником морали и нравственности, значение которых для судеб человечества непрерывно возрастает. На процесс формирования основ морали и нравственности ушли десятки, а может быть, и сотнн тысяч лет. И нормы поведения никогда не были однозначными н неизменными, они менялись со временем и изменением условий существования. Однако и их возникновение, и их изменения порождались — подчеркиваю — не целесообразностью, а информацией. В самом деле, если ценность информации определяется качеством поведения, вырабатываемого на ее основе, то это означает, что в игру вступает интеллект. Он сопоставляет, делает выводы, принимает решения. Такие выводы и решения могут быть и ложными (например, суеверия, которым подвержены порой даже вполне интеллигентные люди). Таким образом, целесообразность связана с моралью, с нормами поведения весьма опосредованно.
Здесь мы сталкиваемся еще с одним противоречием, еще с одной нетривиальной особенностью процесса самоорганизации. Бездумные действия безусловного или условного рефлексов, как правило, целесообразны. А вот поступки высокоинтеллектуального человека вполне могут быть и ошибочными, ложными, наносящими ущерб организму. Другими словами, интеллект сам по себе еще не является гарантом целесообразности.
Объяснение этого феномена совсем не просто. На этот счет я могу высказать лишь два соображения.
Во-первых, изучая рефлексы животных, мы наблюдаем
162
обычно только конечный этап их формирования. Ошибочные формы поведения, подобно вредным мутациям, безжалостно отбраковываются естественным отбором. Наблюдать их мы, по-видимому, просто не способны. Мы можем регистрировать лишь целесообразные рефлексы, целесообразное поведение, которые обеспечивают достаточную устойчивость изучаемого организма. Я думаю, что нецелесообразные рефлексы тоже могут возникать, но время их «жизни» столь невелико, что исследователь лишен возможности их регистрировать.
Во-вторых, и это касается уже человека, его способа принимать решения, интеллект дает людям возможность ие только предвидеть результаты их действий, но н осознать противоречивость их целей, принципиальную многокритериальность их бытия. Ситуация типа «буриданов осел» — это типично человеческая ситуация. Животный мир не знает подобных коллизий. Объясняется это тем, что человек живет в условиях значительно большей неопределенности, нежели животные. Этот уровень неопределенности и является источником не только нетривиальных решений, но и возможных ошибок, когда человек, отнюдь того не желая, действует во вред самому себе.
Итак, 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 больше тех, которые используют самые «разумные» животные. С другой стороны, эта информация раскрыла перед человеком сложную противоречивость окружающего мира, понимание которой и привело его в плен «неопределенности». Человеческий мозг, усваивая многообразную информацию, сам по себе не в состоянии полностью ее перерабатывать, т. е. извлекать из нее достаточно полную
163
и ясную картину происходящих событий. Эта ограниченность индивидуального интеллекта определяется физико-химическими свойствами мозга и его морфологией. Она проявляется в том, что у человека возникает представление о «множественности возможных продолжений», которое препятствует ему в сложных ситуациях сделать однозначный выбор. Противоречие, состоящее в том, что мозг человека способен воспринять информации значительно больше, нежели переработать, т. е. привести ее в такую форму, которая непосредственно может быть им использована, имеет далеко идущие последствия3. Оно приводит к возникновению науки как особой формы накопления, хранения и переработки информации, которая постепенно сделалась важнейшей составляющей системы «Учитель». Остановимся на этом вопросе подробнее.
3.	Наука как форма накопления, хранения и переработки информации
Итак, мозг сам по себе — это лишь некоторое физико-химическое устройство, обладающее потенциальной возможностью использования информации. Но, для того чтобы реализовать ее, использовать в интересах «хозяина мозга», нужна определенная организация интеллектуальной деятельности, определенная технология работы с информацией в процессе принятия решений (поскольку любая деятельность человека сводится в конечном итоге к последовательной цепочке разнообразных решений). Для принятия того или иного решения в любой сфере деятельности — технической, политической, военной, научной — необходима не просто информация, не просто совокупность сведений, которые могут оказаться полезными. Информация должна быть как-то упорядочена, сведена в определенную систему, которая и делает ее достаточно легко доступной человеку. В этой связи иногда говорят, что информация должна превратиться в знание. И действительно, потребность в си
164
стематизации сведений и наборов фактов, одним словом, потребность в доступности информации постепенно формирует сложнейшую систему знаний, которую мы и называем наукой. Наука — одна из важнейших составных частей системы «Учитель». Структура системы знаний, принципы ее организации отражают особенности нашего мышления, те алгоритмы переработки информации, которые заложены Природой в наш мозг и о которых сегодня мы еще очень мало знаем.
Алгоритмы мышления, научного мышления в частности, издавна были предметом философского исследования. Так, философский принцип, известный как «лезвие Оккама» (не умножай сущности без надобности!), отражает, по-ви-димому, одну из глубинных особенностей интеллекта, всегда стремящегося найти иаипростейший способ решения возникающих проблем, описания их смысла на известном и понятном языке. Вместе с этим естественным стремлением в процессе развития познания й практики выработались вполне определенные способы отыскания наиболее хороших вариантов собственных действий: в основе этих способов лежат не попытки сразу указать (отыскать, найти) наилучшее решение, а желание отбросить, отфильтровать все те варианты действий, которые либо не позволяют достичь поставленных целей, либо позволяют их достичь, но заведомо недостаточно эффективным образом, например очень дорогой ценой. Такой подход, такой способ отыскания удовлетворительных решений лежит в основе многих прикладных математических теорий (теории цепей Маркова, динамического программирования Р. Веллмана, метода ветвей н границ и др.). В физике его иногда называют «принципом Родена» *.
Итак, наука — это еще один из способов накопления, хранения и переработки информации. Научные теории и законы можно рассматривать в качестве специальных средств агрегирования информации и методов, обеспечивающих к ней относительно легкий доступ. Наука наряду
165
с интуицией и ассоциативным мышлением, смысл которых мы не очень понимаем, способствует снижению того уровня неопределенности, с которым неизбежно сталкивается человек в процессе принятия решений. Все они играют важнейшую роль в человеческой жизни, ибо жизнь есть не что иное, как непрерывная цепь принятия решений.
Наука не только накапливает знания, не только создает систему представлений о мире, в котором мы живем. Она вырабатывает определенные нормы, открывает законы, т. е. правила отбора, которым должен руководствоваться человек, анализируя информацию, поступающую в его распоряжение. Наконец, она создает методику и методологию конструирования моделей.
Под моделью мы будем понимать упрощенное, если угодно, «упакованное» знание, несущее вполне определенную, ограниченную информацию о предмете (явлении), отражающее те или иные его отдельные свойства. Модель можно рассматривать как специальную форму кодирования информации. В отличие от обычного кодирования, когда нам известна вся исходная информация и мы лишь переводим ее на другой язык, модель, какой бы язык она ни использовала, кодирует и ту информацию, которую люди раньше не знали. Можно сказать, что модель содержит в себе потенциальное знание, которое человек, исследуя ее, может приобрести, сделать наглядным и использовать в своих практических, жизненных нуждах. Для этих целей в рамках самих наук развиты специальные методы анализа. Именно этим и обусловлена предсказательная способность модельного описания. С помощью моделей из старых знаний могут возникать новые знания. И потому одной из важнейших задач науки является не только систематизация, кодирование известной информации и построение на этой основе системы моделей (теорий), но и создание методов теоретического анализа, т. е. раскодирования той новой информации, которая потенциально содержится в моделях н приводит к получению нового знания.
166
Наука возникла совсем недавно, можно сказать, почти сегодня, в одном из последних актов процесса развития разумной жизни, ее самоорганизации. Она представляет собой одно из наиболее ярких проявлений информационной сущности общества, в котором знания, т. е. упорядоченная информация, начинают играть определяющую роль. Стремительное развитие науки в последнее столетие — наглядный тому пример, наглядное доказательство роста того значения, которое приобретает информация в жизни общества, эффективности избранного Природой пути самоорганизации.
Появление науки — это, таким образом, еще одна замечательная особенность мирового процесса самоорганизации. Возникшая из чисто практических нужд, наука сегодня поднялась до высочайшего уровня абстракции, и потому ее связи с конкретными потребностями общества становятся сегодня часто весьма опосредованными. Человечество, создавая научные знания, очень часто заранее ничего не может сказать об их прикладной значимости, не может предсказать дальнейшие пути развития науки, объяснить причины, побуждающие ученых заниматься теми или иными проблемами. Пути развития науки крайне прихотливы, а если говорить о фундаментальной науке, то мы очень плохо представляем те законы, которые управляют ее развитием. В результате знания обретают самостоятельную ценность, а каждая научная дисциплина — свою собственную логику развития, т. е. каждая из них начинает жить собственной жизнью 5. Вот почему относительно легко заключить, что именно тому или иному исследователю следовало бы делать, и очень трудно и даже опасно советовать ему, чего делать не надо.
Сегодня мы сталкиваемся со своеобразным явлением: знания накапливаются впрок. Они оттачивают нашу интуицию, содействуют проявлению феномена открытия, порождают спонтанные скачки в нашем понимании окружающего мира. Открытия — это проявления крайней
167
нелинейности процесса организации информационной базы цивилизации. Несмотря на известное обособление науки, иа опосредованный характер связи фундаментальных исследований с практическими запросами общества, эта связь всегда существует. Даже самые абстрактные дисциплины и исследования в конечном счете влияют иа стратегические аспекты человеческой активности. Если в рамках развития какой-либо дисциплины долгое время не создается новой информации, необходимой для практической деятельности, то общественный интерес к ней начинает затухать. Причины ее застоя могут быть самыми разными — то ли это неудачная постановка проблемы, то ли сложность возникающих задач, не поддающаяся преодолению существующими средствами анализа, то лн еще что-то. В таких случаях говорят о кризисе научной дисциплины. Я думаю, что сегодня в кризисной ситуации находятся, например, многие классические разделы математики.
Математика возникла из определенных потребностей общества, или, если говорить более точно, ее развитие стимулировалось этими потребностями. Оиа отвечала тем представлениям об окружающем мире, которые формировал человеческий опыт. Сегодня вся ее первооснова начала стремительно меняться. Стали возникать вопросы, совершенно чуждые традиционному пониманию, и появились качественно новые трудности, имеющие своим источником достижения других наук ®. К тому же по традиционной аксиоматической организации математического знания был нанесен сильнейший удар трудами К. Гёделя, который показал невозможность доказательств непротиворечивости арифметики и ее полноты. Пошатнулись представления о строгости, которые идут еще от древних греков. Кажется, что математика постепенно теряет свою исключительность, приобретая право на эксперимент (математический — с помощью компьютера), как и другие науки.
Беспомощность аксиоматических методов особенно
168
ярко проявилась в дисциплинах, которые пытаются использовать математические методы для анализа общественных явлений (в теории игр, например). Огромная сложность реальных задач ставит перед математиками совершенно норые проблемы, анализ которых не поддается традиционным методам. Эти и многие другие факты, которые становятся все более и более важными не только в теоретических исследованиях, демонстрируют ограниченность того арсенала средств, которым располагает классическая математика. Она оказалась просто неподготовленной для их анализа: у нас, математиков, для исследования этих новых задач не оказалось вовремя подходящего инструмента.
Примечание. Я думаю, что выход из этой кризисной ситуации будет найден на пути синтеза эвристического мышления н той новой математики, в которой не будет места для выражений типа limf(x)=0, на пути более х->-0
глубокого понимания процессов мышления и познания. Но обсуждение этих вопросов выходит далеко за рамки этой книги.
Среди различных кризисных явлений, непрерывно возникающих в процессе развития общества, особое место сегодня занимает так называемый информационный кризис. Далее речь пойдет о нем и путях его преодоления.
4.	Об информационном кризисе и компьютерах
Недостаток информации означает, что процедурам принятия решений свойствен высокий уровень неопределенности. Следовательно, при формировании решения большим оказывается влияние субъективных факторов, которое может проявиться даже в ущерб объективным потребностям человеческого общества или коллектива. Однако и избыточность информации также порождает значительные трудности. Так, в наиболее простых случаях избыточная
169
информация оказывается просто бесполезной. Все эти обстоятельства легко прослеживаются на примере развития системы научных исследований.
Наши знания, как и наша деятельность, непрерывно усложняются. Их объем и то количество связей, которые приходится учитывать в практической деятельности, растут со временем быстрее, чем по экспоненте. Отсюда нетрудно понять, что если техника работы с информацией остается старой, то новые знания, новая информация с какого-то момента перестают быть нужными. В самом деле, чтобы сделать что-либо новое (новую конструкцию, новый эксперимент, получить новые знания), приходится достаточно хорошо изучить старое, т. е. то, что уже известно людям, нбо иначе не избежать повторов. Исследователь, владеющий лишь старой, традиционной техникой работы с информацией, просто не располагает возможностями за обозримое время изучить тот передний край научных знаний, от которого начинается путь в неведомое. В такой ситуации ему все чаще и чаще приходится отвечать на вопросы и решать задачи, которые в науке так или иначе уже решены. И сегодня мы действительно наблюдаем, что количество работ, повторяющих хорошо известные результаты, стремительно растет. Эффективность затрат на новые научные разработки начинает постепенно снижаться.
Другой пример — быстрый рост сложности управления человеческой деятельностью. Так, в системе телекоммуникаций число связей (и следовательно, объем информации) растет пропорционально квадрату числа абонентов, а число производственных связей из-за усложнения производства и производимой продукции — еще более стремительно. В итоге управление производственным процессом, которое нуждается в изучении и учете всех этих связей, требует все больших и ббльших затрат времени. В силу этого в управленческую сферу начинает отвлекаться все большее и большее число людей. Но такая, тенденция порождает, в свою очередь, ряд новых трудностей: растет число
170
необходимых согласований, ошибок и т. д., вследствие чего резко падает эффективность управления — растет мера хаоса! Традиционные методы обработки информации становятся, таким образом, непреодолимым препятствием на пути дальнейшего развития научно-технического прогресса.
Есть еще одно важнейшее обстоятельство, ставящее пределы использованию традиционных способов работы с информацией. Техника выходит на такие рубежи, что для обеспечения ее потребностей наука должна разрабатывать совершенно новые принципы работы с информацией. Например, все чаще приходится иметь дело с объектами, прямое экспериментирование с которыми невозможно в принципе. Единственную информацию о поведении подобных объектов могут дать лишь исследования математических моделей. А их сложность иыне оказывается такой, что применение методов, привычных для инженеров и физиков, потребует для получения необходимых сведений о свойствах изучаемых объектов совершенно необозримых затрат времени.
Значит, на определенной ступени развития человеческого общества появляются знания и возможности, которые человечество уже не может использовать при нынешней организации трудовой деятельности. Возникает, как говорят, «феномен информационного тупика» — одна из сложнейших проблем нашего времени. Однако эта трудность преодолевается, причем совершенно неожиданным способом: появляются принципиально новые методы переработки информации, связанные с изобретением электронной вычислительной техники. Вместе с ЭВМ и всем тем вспомогательным оборудованием, которое оказалось необходимым, возникает качественно новая технология работы с информацией, внедрение которой в сферу управления даже в передовых странах мира еще резко отстает от темпов совершеиствоваиия технологии и производительности труда в промышленности 7.
171
В предыдущей главе мы уже много говорили о машинах, о естественном и искусственном, ио пока еще ни разу ие упомянули о самом главном изобретении нашего века — об электронной вычислительной машине. А ведь это изобретение столь же эпохальное событие, как и овладение огнем на заре человеческой истории или создание первого парового двигателя в XVIII в. Электронной вычислительной машине тоже суждено изменить весь облик нашей цивилизации.
Употребляя выражение «электронная вычислительная машина», я всегда имею в виду не только быстродействующее электронное вычислительное устройство, которое появилось более 40 лет тому назад, ио и йесь комплекс электронного оборудования, постепенно возникший в связи с изобретением быстродействующего электронного арифмометра. Это важно отметить, потому что развитие этого комплекса, включающего в себя огромное количество вспомогательного оборудования (дисплеи, графопостроители, другие системы ввода-вывода, разнообразные интерфейсы и пр.) и разнообразное математическое обеспечение, качественно изменило содержание самого понятия «электронная вычислительная машина», место этой машины в нашей цивилизации. Эволюция смысла указанного понятия и технологии работы с информацией, которая связана с ЭВМ и начинает менять самые основы человеческой жизни, крайне поучительна!
В 50-х годах ЭВМ использовалась просто как арифмометр, хотя и очень мощиый}— собственно для этого она и создавалась. Первые машины — так называемые ЭВМ первого поколения — уже обладали достаточно высоким быстродействием (до десятков тысяч арифметических операций в секунду), ио относительно небольшой памятью. Они позволяли успешно решать задачи, в которых входная и выходная информация была невелика, но требовалось выполнять значительное количество арифметических действий, недоступное ручным арифмометрам. К числу таких
170
задач относились многие задачи физики, все основные инженерные расчеты и пр.
Но уже и эти свойства новых «интеллектуальных» устройств значительно повысили эффективность деятельности человеческого мозга. Подчеркну — впервые машина создается не как помощник рук человека, но его мозга. И эти первые устройства сыграли выдающуюся роль в истории современной цивилизации. Я думаю, например, что никакая страна мира не решилась бы запустить человека в космос, не располагая вычислительными средствами, способными не только рассчитать траекторию полета ракеты (это можно было сделать заранее и вручную), но и скорректировать в случае необходимости момент тормозного импульса по уточненным измерениям параметров орбиты. Подобные вычисления надо уметь производить не только точно, но и быстро. Ничтожная ошибка в подобных расчетах привела бы к тому, что возвращающийся на Землю Юрий Гагарин приземлился бы не в степях Заволжья или Казахстана, а в горах Алтая или, что еще хуже, в пустынях Синьцзяна.
Примерно так же обстоит дело и с ядерным реактором, расчет которого без ЭВМ крайне затруднителен, а опасность, что вследствие неточного расчета он потеряет устойчивость и превратится в атомный гриб, вполне реальна. Одним словом, уже первые ЭВМ дали могучий толчок развитию разнообразных областей техники, прежде всего космической и ядерной.
В 60-х годах были созданы новые носители памяти, малонадежные ламповые устройства были заменены надежными полупроводниковыми. Все это позволило сделать компьютеры весьма полезным инструментом для обработки больших массивов информации и открыло им путь в экономику и управление народным хозяйством. И с этим фактом тоже связано немало интересных и важных явлений нашей жизни. Внедрение электронной вычислительной техники в промышленность и сферу управления не только резко
173
увеличило интенсивность промышленного производства, но и создало основу для появления качественно новых технологий и технических конструкций. Оно настолько изменило структуру конечного продукта и, что особенно важно, темпы появления новых технологий, что сегодня уровень технического развития страны измеряется уже не столько количеством производственного металла, как в былое время, сколько достижениями в области электроники.
Однако, на мой взгляд, настоящая история электронной вычислительной техники и ее революционизирующего влияния на общество начинается с конца 60-х годов, когда появились ЭВМ так называемого третьего поколения, или вычислительные системы, основанные на использовании больших интегральных схем. Применение интегральных схем открыло новые технологические возможности в создании вычислительных систем — особенно в создании ариф-ме1ических устройств. Электронная вычислительная техника начала стремительно дешеветь, а использование ЭВМ сделалось доступным любому небольшому предприятию. За относительно короткое время стоимость одной арифметической операции уменьшилась во много миллионов раз.
В конце 70-х годов, т. е. примерно через 10 лет после появления машин третьего поколения, появилось новое поколение ЭВМ, которое принято называть четвертым. Его знамением являются персональные компьютеры: дальнейшее совершенствование технологии и «миниатюризация» привели не только к дальнейшему удешевлению вычислительной техники, благодаря чему использование ЭВМ стало доступно любому человеку среднего достатка. Из огромных ламповых «монстров», занимающих сотни квадратных метров площади в 50-е годы, ЭВМ превратились в системы, которые умещаются на письменном столе, стоят значительно дешевле среднего автомобиля и по простоте использования находятся на уровне бытовой техники или
174
пишущей машинки. Но по своим техническим возможностям — скорости вычислений, объему памяти — они значительно превосходят все то, что мы имели в период запуска первых космонавтов. Наряду с персональными ЭВМ четвертое поколение родило и современных «монстров», так называемые супер-ЭВМ, производительность которых достигает уже миллиарда операций в секунду.
Обсуждение проблемы развития вычислительной техники в инженерном или экономическом разрезе не является здесь нашей задачей. Для нас важны не технические особенности современных вычислительных машин и даже не их экономические характеристики, а те новые возможности, которые они предоставляют для расширения интеллектуальных, мыслительных способностей человека. И прежде всего — те возможности, которые необходимы человеку, чтобы разрешить главную проблему современности — конфликт между ним и природой. В этой связи надо заметить, что уже машины третьего поколения дали определенные основания надеяться на то, что дальнейшее развитие вычислительных систем сыграет важную роль в решении этой сверхзадачи современной цивилизации и поможет создать качественно новые «алгоритмы эволюции». Попробую обосновать эту точку зрения.
Но сначала я попытаюсь объяснить, какими принципиально новыми качествами стали обладать ЭВМ, начиная с машин третьего поколения.
До середины 60-х годов основными характеристиками ЭВМ считалось быстродействие, объем памяти и надежность. Уже первые ламповые ЭВМ обладали весьма высоким быстродействием, а в начале 60-х годов, с появлением машин второго поколения, оно достигло нескольких миллионов операций в секунду, т. е. превысило производительность (быстродействие) вычислителя-человека на 6—7 порядков. Дальнейший рост быстродействия, хотя и очень важен для практики (например, для анализа климатических изменений или экономических расчетов), в принци
175
пиальном плайе ничего существенно не меняет. Переход к машинам второго поколения означал возможность иметь практически неограниченную память и абсолютную надежность. (Ненадежность электронной техники, с которой мы нередко сталкиваемся, является следствием не технических пороков конструкции, как это было в эпоху ламповых машин, а результатом бесхозяйственности и неумения наладить производственный процесс. Это и дефекты технологии, и плохая дисциплина ОТК, и отсутствие достаточно чистых материалов и т. д.) Наконец, ЭВМ третьего поколения, появление которых относится к концу 60-х годов, не внесли ничего существенно нового, с точки зрения пользователя, в характеристики быстродействия, памяти или надежности. Основной шаг здесь был сделан еще на предыдущем этапе.
И все же история компьютеров первого и второго поколения была лишь предысторией вычислительной техники, а ее настоящая история началась, во всяком случае — с точки зрения пользователя, с появления компьютеров третьего поколения. Главное, что было достигнуто на этом рубеже, — простота общения человека с машиной, позволившая пользователю организовать диалог «человек— ЭВМ». Быстрый и простой ввод информации в вычислительную систему, практически мгновенный ответ, причем ответ, представленный в наглядной (например, графической) форме, — именно эти возможности позволяют объединить способности компьютера быстро проводить любые сложные логические операции, в том числе вычисления, со способностью человека мыслить неформально, использовать его интуицию, способность к ассоциациям, нетривиальным сопоставлениям и т. д. Благодаря (этому ЭВМ из быстродействующего вычислительного устройства постепенно превращается в совершенно новый инструмент исследования. Появление человеко-машинных вычислительных комплексов означает качественное изменение возможностей человека в познании окружающего мира.
176
Теперь вернемся к проблеме преодоления противоречий между человеком и природой и постараемся понять, почему появление ЭВМ третьего поколения означает важнейший этап в отыскании путей ее решения.
Для того чтобы выработать стратегию во взаимоотношениях человека и окружающей среды, недостаточно традиционных методов, основанных на исследовании отдельных локальных экологических ситуаций. Нам необходимо научиться изучать биосферу как единое целое, исследовать ее свойства, законы развития, ее реакции на антропогенные нагрузки, т. е. необходимо научиться оценивать влияние человеческой деятельности на изменение параметров биосферы и тенденций ее изменения как единой системы. Добиться всего этого с помощью обычных экспериментов, которые используются в традиционных экологических исследованиях, мы не можем. Причины такой ситуации почти очевидны.
Во-первых, биосфера — это уникальный объект, существующий в единственном экземпляре, объект, который находится в вечном движении. Сегодня он не такой, каким был вчера, а завтра — будет другим. В этих условиях обычный (не машинный) эксперимент становится весьма ненадежным средством исследования, поскольку экспериментальное изучение предполагает возможность воспроизведения изучаемых объектов и процессов, многократного повторения и проверки опыта.
Во-вторых, любые эксперименты с биосферой крайне опасны, ибо вполне могут поставить человечество на грань катастрофы. Но что же тогда иам остается? Остаются наблюдения, изучение отдельных, более или менее стабильных элементов биосферы, анализ исторического материала. Это тоже немало, и без таких наблюдений и исследований, конечно, не обойтись. Однако этого совершенно недостаточно для решения тех проблем, о которых идет речь в нашей работе. Ведь с помощью изучения отдельных фрагментов биосферы невозможно составить о ней целост
177
ного представления, а изучение истории не дает подходящих прецедентов.
Итак, располагая лишь теми методами работы с информацией, которые традиционны для естествознания и истории, мы вряд ли будем в состоянии правильно оценить характер эволюции биосферы в условиях растущей мощи цивилизации. Для этого необходимы качественно новые способы исследования и прогнозирования результатов человеческой активности. И здесь без современной вычислительной техники просто не обойтись. Но даже и с ее помощью составить целостное описание процессов биосферы общепланетарного масштаба представляется трансцендентно трудной задачей, а те методы использования компьютеров, которые сформировались за первую четверть века их истории, вряд ли могут помочь решить эту задачу. Попробуем представить себе, в чем состоит основная трудность.
Для того чтобы использовать вычислительную технику при изучении какого-либо явления или для выбора альтернативы из совокупности возможных решений в практической деятельности, необходимо прежде всего располагать необходимым математическим описанием изучаемого явления или анализируемой ситуации, т. е. разработать некоторую систему математических моделей. Традиционная схема применения вычислительных средств для решения сложных технических, физических или экономических задач, формулируемых практиками на обычном языке (т. е. при наличии вербального описания), требует их переформулировки в терминах соответствующих математических моделей. Это позволяет свести исследование к решению серии конкретных математических задач, для чего и используются специальные методы вычислительной математики, позволяющие провести необходимые расчеты с помощью ЭВМ. Именно так и решались все задачи, связанные с полетом человека в космос, с проектированием и управлением ядерными реакторами и т. д.
178
Подобная схема, однако, в ее обычном виде по многим причинам не может быть использована для решения проблем исследования процессов глобального характера и управления ими. Во-первых, сегодня мы еще не можем построить единую замкнутую модель биосферы. Для этого у нас просто недостает знаний. Многие связи, играющие важную роль в биосферных процессах, мы пока не в состоянии формализовать, т. е. описать их на языке математики. Для их представления мы вынуждены использовать различного вида параметризации, основанные на экспертных оценках. Во-вторых, даже если бы нам удалось построить единую замкнутую модель, мы не смогли бы сформулировать для этой модели математическую задачу (или задачи), которая бы адекватно воспроизводила смысл выражений «разрешение противоречий» или «коэволюция человека и биосферы», поскольку сегодня мы не можем (и может быть, вообще не сможем) четко сформулировать этот смысл на языке количественных понятий. Последнее требует самостоятельных и кропотливых исследований с помощью тех же моделей. Таким образом, здесь мы сталкиваемся с ситуацией, в которой объектом исследования оказываются сами цели исследования и их четкая формулировка. А для этого необходимо найти способы изучения самого феномена развития биосферы в зависимости от того, какой будет человеческая деятельность, т. е. необходимо воссоздать, имитировать с помощью компьютера различные варианты такого развития.
Мы видим, что электронная вычислительная техника нужна нам не только как средство для решения некоторого набора математических задач. Она необходима и как некоторая своеобразная «экспериментальная установка», которая позволяет представлять биосферу в качестве единого целого и с помощью метода моделей проводить с ней необходимые «эксперименты», открывать ее свойства, находить приемлемые варианты поведения общества по отношению к окружающей среде. Для этого нужен инструмент,
179
позволяющий объединить традиционные неформальные методы, использующие аналогию, интуицию, опыт, с вычислительным комплексом. Только на этом пути мы сможем отыскать более точное понимание смысла термина «коэволюция» и способы обеспечения реальной коэволюции. Других путей нет!
Таким образом, проблемы изучения биосферы оказываются гораздо сложнее тех, с которыми мы сталкивались при подготовке полетов в космос, проектировании ядерных реакторов и других сложных технических систем. В последних случаях мы были в состоянии не только создать математическую модель, но и свести анализ и выбор необходимых конструктивных параметров к серии четко поставленных математических задач. Цели исследования нам были заданы заранее!
Итак, вычислительная машина, т. е. устройство, способное производить большое количество арифметических операций в небольшое время, вряд ли сама по себе способна (даже обладая гигантским быстродействием) оказать какую-либо серьезную помощь в решении проблем глобального характера. Вот почему я говорю о 70-х годах как о начале настоящей истории электронной вычислительной техники. Ведь именно в эти годы были созданы технические предпосылки качественно новой формы работы с информацией. Возможно, здесь лучше сказать даже «не созданы», а «открыты», поскольку инженеры, создавшие машины третьего поколения, вряд ли представляли себе, насколько сильно изменят их творения характер дальнейшего развития цивилизации.
Но что же относится к указанным предпосылкам? Это прежде всего скорость ввода и вывода информации, затем ее визуализация, большой объем оперативной памяти. Сюда же следует отнести, конечно, и современное системное математическое обеспечение, новые специализированные и универсальные языки, предельно упрощающие и ускоряющие программирование, как и любое другое
180
общение исследователя с вычислительным комплексом.
О каждом из перечисленных технических н математических усовершенствований, взятом в отдельности, можно было бы сказать лишь то, что оно просто полезно. Но вот, взятые в своей совокупности, они превратили ЭВМ в совершенно новый инструмент познания, благодаря которому стало возможным организовывать такой диалог «исследователь—ЭВМ», который открывает возможность синтеза формальных и неформальных методов анализа. В свою очередь, это означает возможность объединения потенциальных способностей человеческого интеллекта со способностью вычислительной машины безошибочно и быстро производить огромное количество логических операций. Обретение этой возможности я считаю решающим достижением в разработке той инструментальной основы, которая необходима для теории развития ноосферы; без нее невозможен переход от исследований общеметодического и методологического характера к количественным оценкам изучаемого процесса общепланетарного масштаба.
Для решения проблем «глобальной экологии» необходима мобилизация всех возможностей современной науки. Математика и анализ математических моделей являются, конечно, лишь одной из них. Не меньшую роль играют методы исследования, традиционные для естественных и общественных наук. Огромное значение имеют интуиция, ассоциативное мышление, исторический анализ и др. Но ни одно из этих средств анализа и прогноза, которыми располагает человек, само по себе не может обеспечить нужный здесь уровень знаний. Так, например, человеку недостает умения и памяти быстро и точно прослеживать логические цепочки взаимосвязей, возникающие при анализе сложных систем; человеческий мозг плохо приспособлен для проведения большого количества вычислений и т. д. Поэтому для решения действительно трудных задач, встающих перед человечеством, нужен инструмент, позволяющий объединять все существующие возможности по
181
знания. Сейчас еще рано говорить о том, что такой инструмент уже создан. Но появление технических и программных средств, обеспечивающих диалог «исследователь—компьютер:», позволило увидеть перспективы создания такого инструмента. Работы в этом направлении уже начались, н их интенсивность растет с каждым годом.
Инструментарий, который возникает в результате симбиоза логики и интуиции, методов «точных» и гуманитарных дисциплин, наверно, можно будет назвать «объединенным», или «коллективным», интеллектом. Это будет действительно новый, качественно новый шаг в развитии познания, а следовательно, и цивилизации, без которого решение комплекса проблем, вызванных необходимостью обеспечения коэволюции человека и биосферы, вряд ли возможно.
Вот почему я в столь категорической форме утверждал, что настоящая история ЭВМ началась с того момента, когда появились машины третьего поколения и была осознана не только сама возможность, но и перспективы человеко-машинного диалога.
Традиционное средство познания в естественных науках — эксперимент. Но эксперимент — это тоже диалог, диалог исследователя с природой. Ставя опыт, ои задает ей вопрос и, получив ответ — результат эксперимента, задает ей новый вопрос и так до бесконечности. Совокупность полученных ответов после их надлежащей обработки и приведения в систему (в том числе с помощью математики) постепенно превращается в теорию, которая становится однажды руководством к действию. От таланта исследователя зависит очень многое, ибо, задавая вопросы, он определяет направление поиска. Но не меньшую роль играет и качество экспериментальной установки.
Самое главное в оценке эффективности изложенной схемы — это, наверное, количество вопросов, которое за
182
дается исследователем, а также величина временного шага, неизбежно разделяющего вопросы и ответы. Первая характеристика диалогового процесса определяется способностями исследователя, вторая — качеством экспериментальной установки.
В процессе диалога важную роль играют также общефилософские и методологические концепции. Если исходные посылки ошибочны, то схема диалога может привести к ситуации, которая известна как «поиск черной кошки в абсолютно черной комнате, когда ее там нет». История науки дает нам бесчисленное количество примеров подобного рода.
Итак, любое исследование имеет несколько различных граней. Прежде всего это методологические и мировоззренческие посылки, определяющие стратегию поиска истинных знаний. Затем идет сам поиск, который всегда ведется в режиме диалога. Чем талантливее и опытнее исследователь, тем точнее он ставит вопросы, тем быстрее он идет к цели, которая всегда является прерогативой его (а не электронной машины) интеллекта. Оборотная сторона диалога — это «техника ответа». Она должна не только обеспечить быстрое получение ответа, но и представить его в такой форме, которая удобна исследователю, позволяет ему легко воспринять новую информацию. Все сказанное относится и к тем случаям, когда эксперименты «в натуре» заменяются анализом математической модели.
По мере развития науки и техники человек все чаще и чаще сталкивается с необходимостью исследования объектов, прямое экспериментирование с которыми невозможно. Это имеет место тогда, когда мы не можем создать на Земле необходимых условий для эксперимента (как, например, при изучении проблемы спуска космического корабля в земной атмосфере) либо когда мы сталкиваемся с уникальными и весьма быстро изменяющимися объектами, поведение которых не допускает многократного воспроизведения одного и того же эксперимента. Взанмо-
183
действие человека н биосферы как раз и является таким объектом, который удовлетворяет сразу всем трем перечисленным условиям: любой глобальный эксперимент с биосферой практически невозможен, он крайне опасен и в силу чрезвычайного динамизма биосферы практически бесполезен!
В подобных ситуациях математическое моделироваиие и экспериментирование с системами математических моделей, которые имитируют реальность, становятся единственным реальным средством анализа. Но такие <машинные эксперименты> будут эффективным средством исследования лишь в случае, если вычислительная система приспособлена к диалоговому режиму. Исследователь должен иметь определенные и достаточно простые (удобные) возможности задавать вопросы вычислительной системе, в которой записаны в форме системы программ модели, имитирующие природные процессы, и достаточно быстро и в наглядной форме (например, в графической) получать необходимые ответы. Дальнейшее развитие диалоговых средств и способов представления информации я вижу в более глубоком понимании процессов мышления, в создании возможностей для более полного раскрытия способностей человеческого интеллекта.
Вычислительная техника, которая появилась еще в конце 40-х годов, долгое время такими возможностями не обладала. Лишь где-то на рубеже 60—70-х годов мы начали понимать, что такое человеко-машинный диалог, каким образом и с помощью каких средств он может быть эффективно реализован. В создании необходимых технических средств заслуга инженеров, бесспорно, очень велика. Но главное, на мой взгляд, сделали все-таки математики. Именно оии первыми осознали всю важность проблемы и создали то математическое обеспечение, без которого любые инженерные изобретения не могли бы быть использованы на практике.
Так называемое системное математическое обеспече-
184
нне, специальная организация программ позволили не только создавать большие системы математических моделей, но и использовать нх для решения задач такой сложности, которая казалась неопределимой еще пару десятков лет тому назад. В частности, только теперь стали доступными проблемы глобального масштаба. Сами идеи машиииого эксперимента, который сегодня превратился в одно из важнейших средств научной работы не только теоретиков, но и экспериментаторов, зародились в головах математиков уже давно. Они возникли еще тогда, когда никаких диалоговых средств не было и в помнне, когда компьютеры представляли собой, так сказать, ламповые <монстры> и были совершенно не приспособлены к диалогу. Одним из первых примеров реализации диалога <человек—ЭВМ> была, вероятно, попытка численного решения задачи отыскания экстремума функции, топографическая поверхность которой имеет овражную структуру. Эта схема диалоговой оптимизации была реализована еще иа машине БЭСМ-1 ’.
Употребляя выражение <человеко-машинный диалог:», я понимаю его смысл достаточно широко — как средство объединения формально-логического и гуманитарного стилей мышления. Такое объединение включает в себя целый ряд элементов очень различной природы, и именно оно должно помочь нам преодолеть одно из труднейших противоречий современности.
Современные научные проблемы во все большей степени начинают носить принципиально междисциплинарный характер. Глобальные проблемы являются их ярким представителем: для нх решения необходимо научиться объединять усилия специалистов самых различных профилей. А для этого иужиы прежде всего общий язык н соответствующие технические средства работы с информацией. Необходимый язык дают математические модели или, более точно, такие описания изучаемых явлений, в которых используется и язык математики. Техническими средствами становятся
185
современные вычислительные системы, т. е. совокупность вычислительных машин, вспомогательных устройств (системы ввода-вывода, графические устройства й т. п.) и соответствующего математического обеспечения, необходимого для решения возникающих математических задач. И модели, и инструментарий — необходимые элементы диалоговой системы. Но их одних еще мало для получения необходимых знаний.
Как уже говорилось выше, наши средства анализа, наши знания окружающего мира недостаточны для того, чтобы полностью описать происходящее на языке математики (по-видимому, на любом уровне развития науки всегда будет происходить нечто подобное). По этой причине наши модели очень редко бывают замкнутыми. Последнее означает, что система уравнений, соотношений, неравенств содержит величины, которые не определяются в рамках модели. Они должны быть либо заданы заранее, либо подобраны экспертами в процессе самого машинного эксперимента. Иными словами, исследование даже относительно простых задач и частных проблем, как правило, не сводится к решению чисто математических задач и всегда требует дополнительных рассуждений содержательного характера. При этом чем сложнее предмет исследования, тем больше возникает неформалнзуемых ситуаций и тем больше удельный вес содержательного анализа. Интуиция и рассуждения по аналогии приобретают в этих условиях важнейшее значение. И в то же время по мере усложнения предмета исследований традиционные методы естественных и общественных наук, не использующие технику формального анализа и машинную обработку информации, становятся все более и более беспомощными, поскольку количество связей и взаимная обусловленность событий растут столь быстро, что человеческий мозг уже не в состоянии их переработать и проанализировать. Таким образом, с возрастанием сложности изучаемых проблем их все труднее и труднее сводить к чисто математическим зада
186
чам, а нематематические методы становятся все менее эффективными. Выход из этого тупика может быть найден только в объединении этих двух различных сфер человеческого мышления — строго логической, опирающейся на возможности машинной переработки информации и методы математики, и неформальной, опирающейся не только на огромный опыт и навыки, но и на чувственное восприятие окружающего мира. В этом синтезе и рождаются те новые подходы к познанию реальности, которые постепенно открывают нам пути к построению теории развития ноосферы 9.
Организация сложных междисциплинарных или, как теперь принято говорить, системных исследований представляется мне в форме некоторой сети, в узлах которой находятся «головы» биологов, физиков, химиков, экологов, экономистов и т. д., способные давать правильные и четкие ответы на отдельные, вполне конкретно поставленные вопросы. Между собой эти «головы» или, лучше сказать, слокальные интеллекты» связаны нитями логических отношений, провести анализ и установить закономерности которых, как и осуществить необходимый обмен информацией между «локальными интеллектами», способна только вычислительная система. Так вот, говоря об осуществлении человеко-машинного диалога, я предполагаю наличие системы, включающей в себя не только технические средства, модели и математическое обеспечение, но и совокупность процедур (алгоритмов) работы со специалистами в отдельных областях знаний, позволяющую этой сети функционировать, т. е. использовать ее для получения необходимой информации. Появление технических средств, обеспечивающих нужные связи между узлами сети, достаточно быстрый и удобный обмен вопросами и ответами между специалистами, участвующими в ее работе, появление уникальных языков как основы формализма — все это я и считаю началом истинной истории вычислительной техники, которая позволит нашей
187
цивилизации, несмотря на несовершенство человеческого мозга, преодолевать любые информационные тупики.
Сочетание вычислительных и логических возможностей компьютера с интеллектом человека и с совокупностью всех тех технических средств, которые делают это сочетание эффективным для решения сложнейших проблем, стоящих перед людьми, было названо нами (еще в конце 60-х годов) имитационной системой10. Основой такой системы является модельное представление реальности.
Мы подробно говорили о целом ряде особенностей электронной вычислительной техники, и читателю может показаться, что обсуждаемые здесь вопросы носят специальный характер и лежат в стороне от проблем, рассматриваемых нами в книге. В действительности это не так, ибо речь идет о новых принципах работы с информацией, которые непосредственно влияют иа протекание общего процесса развития на нашей планете.
Мы вступаем в XXI в., цивилизация которого будет пронизана электроникой подобно тому, как организм живого существа пронизан нервными волокнами.
Сегодня много пишут об электронике и ее влиянии на все стороны жизни человеческого общества. Главное здесь состоит, наверно, в том, что именно благодаря электронной вычислительной технике мы вступаем в ору направленного развития». Сегодня мы начинаем решать сложнейшие проблемы экологической стабильности, завтра придет эпоха генной инженерии... Процессы естественной эволюции протекали невероятно медленно. Но ведь оии тоже были процессами адаптации и стабилизации экологических ситуаций. И разве непрерывное изменение (и совершенствование) генотипов не может рассматриваться как проявление мастерства генной инженерии — мастерства природы, которая с помощью механизмов случайных мутаций и последующего отбора формировала организмы, обладающие все новыми признаками? Деятельность людей имеет тот же эволюционный смысл; она лишь бесконечно
188
сокращает время, необходимое для заметных изменений.
В XX в. человечество подошло к необходимости решать проблемы «направленного развития», однако эти проблемы оказались чересчур сложными для того инструментария, которым оио располагало. Их решение потребовало совершенно новых способов работы с информацией. И они появились. Вот почему изобретение электронной вычислительной техники и способов ее использования есть закономерный этап общего процесса развития, который, как и любые его этапы, носит противоречивый, диалектический характер. Появление новых средств обработки информации, новых технологий работы с ней — это такой же закономерный акт самоорганизации материи, как и появление жизни, средств использования энергии Солнца, появление мозга, разума и т. д. Могли бы возникнуть н иные способы обработки информации, вычислительные машины, построенные иначе н основанные на других принципах (у Природы заготовлено бесконечное разнообразие вариантов развития) . Они могли возникнуть несколько раньше или несколько позже. Но не возникнуть они не могли! Изобретение вычислительной техники и методов работы с информацией — современной информатики — было необходимым условием дальнейшего развития биосферы и цивилизации, а следовательно, и «прогрессивной» эволюции человечества.
5.	О термине «искусственный интеллект»
В конце 60-х годов сначала в западной литературе, а затем и у нас неожиданно появился новый термин — «искусственный интеллект». Я думаю, что он пришел из научной фантастики, но причин для его появления было более чем достаточно.
Одной нз них является своеобразная эйфория от тех вычислительных возможностей, которыми вдруг стало обладать человечество. Люди обрели способность рассчиты
189
вать сложнейшие процессы, протекающие внутри атома, вычислять характеристики аэродинамических н термических нагрузок, возникающих при возвращении на Землю космического аппарата, предсказывать характер океанических течений и многое другое, что еще десяток лет тому назад считалось фантастикой.
Несколько позднее на магнитных носителях стали создаваться банки данных, превосходящие по своим объемам информации целые библиотеки. Особое значение приобрело использование ЭВМ в коммерческой, производственной и военной сферах. Сегодня крупная фирма или предприятие, не умеющее использовать возможности современных методов обработки информации, не может долго просуществовать в условиях того жесткого конкурентного отбора, который сейчас действует в странах с рыночной экономикой. Подобные предприятия просто «отбраковываются:». Наглядный пример, иллюстрирующий эту ситуацию, — отставание стран Западной Европы от США и Японии, которое наметилось в 80-х годах. Эти страны не сумели достаточно быстро адаптировать свою экономику к тем новым возможностям, которые открыли для производства и управления вычислительные системы новых поколений.
Похожая ситуация имеет место и в военной сфере. Например, боевая эффективность современного истребителя определяется не столько мастерством летчика, как это было в прошлую войну, и даже не качеством двигателя и планера, а тем оборудованием, которое позволяет пилоту найти цель, выйти на нее, совершить боевой маневр и т. д. Одним словом, качество боевого самолета зависит прежде всего от той электронной вычислительной техники, которая установлена на его борту и в пунктах слежения и наведения.
И наконец, последнее — роботизация и гибкие производственные системы, составляющие фундамент технологической перестройки современной промышленности, также являются следствием появления вычислительной техники
190
последних поколений. Все это и создало представление о практически неограниченных возможностях, которые открывают электроника и электронная вычислительная техника.
Вторая причина состояла в том, что человек обрел в образе ЭВМ машину совершенно нового типа. Любые искусственные орудия, которые до сих пор создавали люди, умножали физическую силу человека, делали более умелыми его руки. Подчиняя энергию воды, пара, атомного ядра, человек становился просто физически сильнее и сноровистее. Расширялась его ойкумена. Человеку оказывались доступными те формы труда, которые без машин были бы просто невозможны. Но как бы ни был совершенен ткацкий или какой-либо другой станок, он все-таки производит ту работу, которую до него делали руки человека. А теперь вместе с ЭВМ в нашу жизнь вошло устройство, которое заменяло не руки, а мозг человека. На первых порах, во всяком случае до 60-х годов, любые компьютеры могли только быстро считать, хотя уже это, как мы убедились, революционизировало развитие науки и техники и позволило сделать многое, что раньше было недоступно человеку. Затем электронная вычислительная машина превратилась в систему, которая, кроме того, могла строить графики, рисовать чертежи сколь угодно сложных конструкций и сделалась незаменимым участником всех процессов создания комплексных технических проектов. Она вторглась в технологию: появились станки с числовым программным управлением, возникли гибкие производства. Благодаря ЭВМ начали создаваться работы, которым предстоит качественно перестроить всю производственную основу нашей цивилизации. Постепенно человек убеждается, что ЭВМ может многое делать не только быстрее, но и лучше его.
Все эти факты невольно порождают вопросы о потенциальных возможностях ЭВМ. Быть может, машине свойственны и другие качества, еще не вскрытые человеком?
191
Быть может, все наши достижения в области вычислительной техники — это лишь первые робкие шаги, а будущие электронные устройства окажутся столь же несравнимыми с современными, как несравнимо современное оружие с каменным боевым топором первобытного человека? Быть может, весь ход современных событий ведет нас к тому, что будут созданы устройства, способные полностью заменить не только руки, но и мозг человека, и однажды появится всесильный искусственный разум? Действительно, развитие вычислительной техники происходит со все возрастающей скоростью. Успехи ее потрясающи. Но все это тем не менее, по моему глубокому убеждению, не имеет никакого отношения к термину сискусственный интеллект». Широкому распространению этого термина способствовала и еще одна причина — содружество моды и некомпетентности. Нередко можно встретить высказывания следующего толка. Утверждается, что вместе с электроникой возникает и новая форма движения материи — искусственно созданный мир вещей, который, обретя интеллект, данный ему человеком, начнет жить самостоятельной жизнью. Этому новому царству якобы тоже будут свойственны редупликация и развитие. Подобные идеи появились сначала, вероятно, у писателей-фантастов. Но позднее они вполне серьезно стали обсуждаться солидными учеными. Рассмотрим эти идеи несколько подробнее.
Еще Ф. Энгельс, занимаясь проблемой классификации форм движения, четко различил три уровня организации материального мира: уровень неживой природы, живую природу и уровень общества. Это различение, как свидетельствует и современная наука, вполне основательно, хотя между уровнями не так уж просто провести четкую границу. Действительно, эти три уровня качественно отличаются друг от друга. Переходы от одного уровня к другому сопровождаются появлением новых законов, новых принципов отбора. Но вот теперь предлагается еще один (четвертый) уровень организации материи — мир, порож-
192
денный руками и разумом человека! На этом уровне материя перешагивает все былые достижения своего развития, а следовательно, и то, что создано природой и человеком. Это значит, что новой форме организации материи предстоит создать свою собственную, «искусственную», цивилизацию, свой собственный, «искусственный», мир. Главным в этом мире будет «искусственный интеллект». Этот интеллект будет не только управлять роботами. Он сделается подобным человеческому интеллекту, обретя способности познавать окружающий мир и самого себя, ставить цели своего развития, обеспечивать тем самым свою будущность.
Идея «искусственной цивилизации» в этом смысле постепенно утеряла свою популярность, а вот термин «искусственный интеллект» не только утвердился, ио и получил весьма широкое распространение. Возникла даже специальная научная дисциплина, имеющая такое название. Появились обширные международные программы и стали проводиться конференции, посвященные искусственному интеллекту. Растет число статей и монографий на эту тему. Правда, постепенно термину «искусственный интеллект» большинство специалистов стало придавать более ограниченный смысл, связывая с ним последние достижения технологии работы с информацией. Я думаю, однако, что этот термин не более чем лингвистический ионсенс. Внедрение его в словарь науки является в конечном счете следствием смешения нескольких совершенно различных типов деятельности: действительно широкой, интенсивной и очень плодотворной работы в области совершенствования как самих ЭВМ, так и способов их использования в различных сферах производства, коммерции и науки и деятельности в области популяризации достижений электронной вычислительной техники, ее рекламы. Последнее обстоятельство играет немаловажную роль. Термин «искусственный интеллект» идет с Запада, где ЭВМ давно стали товаром повседневного спроса. Машина играет
193
в шахматы, причем очень неплохо, ведет домашние счета и подсчитывает налоги, обеспечивает разнообразными справками — все это уже вошло в быт средней американской или японской семьи.
Так или иначе термин «искусственный интеллект» утвердился в научной литературе, и с этим следует считаться. Однако важно четко оговорить прагматическое, прикладное значение этого термина. Поэтому его употребление мы условимся связывать только с современной технологией обработки и использования информации. Надо четко понимать следующее обстоятельство: как бы ни были велики успехи в создании «интеллектуальных машин», как бы сильно ни меняли они наш быт и, возможно, образ мышления, разум человека был, есть и в обозримом будущем останется наиболее высокоорганизованным атрибутом материи (во всяком случае, в окрестности той планеты Солнечной системы, на который мы живем). Только разум человека способен ставить цели, используя для их достижения различные машины и всю ту фантастического уровня техносферу, которая может быть им создана.
Примечание. Надо заметить, что представление о разуме как о самом совершенном творении материального мира высказывалось многими мыслителями, как материалистами, так и идеалистами. Оно было свойственно и русской философской и естественнонаучной мысли. Об этом писал в «Общем деле» философ Н. Ф. Федоров, так считал К. Э. Циолковский. Это представление лежит и в основе учения В. И. Вернадского о ноосфере. Тем не менее вопрос о таком уровне организации материи, который, будучи создан человеком, обладал бы самостоятельной возможностью «прогрессивной» эволюции, вполне серьезно обсуждался специалистами, имеющими отношение к развитию вычислительной техники.
Нам неведомы дальнейшие пути развития материального мира, хотя в какой-то мере мы можем их предсказы
194
вать. И поэтому писателям-фантастам дозволено очень многое. Но наука должна фиксировать достигнутое и формулировать предположения, на которые человек может опереться в своей практической деятельности. И в ее рамках ии сегодня, ни, думаю, в обозримом будущем нет и не будет никаких оснований говорить о возможности появления искусственных систем, которые представляли бы новую, более совершенную форму организации материи.
Проблема искусственного интеллекта занимает очень большое место в практике создания и использования вычислительной техники. С ней связано много вопросов и чисто Гносеологического характера. Их трактовка бывает, конечно, весьма неоднозначной. Поэтому мне представляется необходимым еще раз сформулировать свою позицию, хотя для этого и придется повторить некоторые из ранее высказанных предположений.
Итак, сегодня можно говорить о трех вышеуказанных уровнях организации материального мира в силу различия их качественной специфики. При переходах от одного уровня к Другому, более высокому, т. е. более сложно организованному, появляются и новые принципы отбора. Так, на уровне живой природы возникают обратные связи, обеспечивающие гомеостазис организмов. Само собой разумеется, что любая живая система подчиняется при этом и законам физики и химии, т. е. ей свойственны и все те принципы отбора, которые существуют на нижнем уровне организации (в неживой природе). Новые принципы отбора связаны с элементами «целеполагания». Конечно, описывая процессы неживой природы, мы тоже можем воспользоваться термином «обратная связь». Однако это использование необязательно, ибо все явления неживой природы можно объяснить и без него, опираясь только на законы физики и химии. Например, принцип Ле Шателье в химии иногда называют законом, реализующим обратную связь. Но для его объяснения нет необходимости
195
привлекать соображения типа «целеполагания» — этот принцип вытекает из законов сохранения.
Появление общественных форм организации материи и такого их свойства, как разум, приводит еще к целому ряду новых принципов отбора, диктуемых целями и оценками разума. Во всем многообразии этих принципов огромную роль играет субъект. В самом деле, важнейшими противоречиями человеческого общества являются противоречия между разными странами, социальными группами (прежде всего классами), отдельными индивидуумами, столкновения их интересов, их мировоззрений, мироощущений, что и определяет выбор путей развития и практических действий. Благодаря существованию этих противоречий, которые, в конце концов, выражают объективные потребности, и происходит поступательное движение общества. Однако при этом многие субъекты действуют не только вразрез с общественными потребностями, ио даже и во вред самим себе, из-за чего и возникают застои в развитии общества. Превалирование субъективного фактора вполне может заставить историю «идти вспять». Но в любом случае узел общественных — классовых, национальных, религиозных, личностных и т. п. — противоречий определяет совершенно новую структуру путей развития материи, в рамках которой главным двигателем становится стремление к достижению тех или иных целей. Цели могут быть поняты хорошо или плохо, но именно они характеризуют то принципиально новое, что вносит в мировой процесс развития возникновение человека. С изложенных позиций следует оценивать и феномен \ электронной вычислительной техники, и другие, гораздо более совершенные устройства — электронные или, может быть, даже биологические, которые появятся однажды благодаря гению человека. Как бы ни был совершенен компьютер — он всего лишь машина, созданная человеком для его целей, и потому способности любой машины будут оцениваться только человеком в зависимости от
196
того, насколько они будут полезны ему в достижении этих целей. У самой машины нет и не может быть никаких собственных целей, ибо машина действует по программе, заложенной в нее человеком. Тот же автопилот, к примеру, реализует обратную связь, обеспечивает «целеполагание», заложенное человеком, обеспечивает достижение целей, необходимых его конструкторам. То же характерно и для сложнейших электронных вычислительных машин и роботов. Поэтому нет никаких оснований считать, что машина сама по себе превратится в сверхчеловека, заявит о наличии у нее собственных целей и, так сказать, «отменит» человечество в качестве преодоленного, «устаревшего» уровня организации материи. Мне, конечно, неведомо, какие новые организационные формы потенциально присущи Природе, и поэтому вопросы о том, может ли машина мыслить, возможны ли машины, обладающие сознанием, и т. п., я предпочитаю оставить на усмотрение писателей-фантастов, поскольку все подобные вопросы лежат вне науки. Вместе с тем я уверен, что вычислительная техника и средства «искусственного интеллекта», как бы они ни развивались в дальнейшем, все равно по-прежнему будут оставаться плодом человеческих разума и рук и по-прежнему будут служить целям человека. Уже одно это гарантирует, что развитие ЭВМ не есть формирование некоего нового уровня организации материи. Это всего лишь очередной, хотя сам по себе и очень важный, этап развития нашей человеческой цивилизации.
Кроме того, не мешает вспомнить и о том, как и насколько человек отличается от всего прочего, что также возникло на Земле в ходе процесса самоорганизации живой материи, который длится уже более 3,5 млрд лет. По современным данным, мозг человека содержит не менее нескольких десятков миллиардов нейронов — особых живых клеток, каждая из которых представляет собой сложнейшую конструкцию. Как ни ускоряются темпы развития вместе с появлением человеческого мозга, возможности
197
последнего еще далеко не исчерпаны. Мозг человека на много порядков сложнее всех тех конструкций, в совокупности взятых, которые ои создал до сих пор.
6.	Имитационные системы и искусственный интеллект
Рассмотрим подробнее вопрос о рациональном использовании всего того комплекса средств работы с информацией, в основании которого лежит ЭВМ. Будем считать, что мы уже уяснили себе, что ЭВМ — это только машина, возникшая как следствие наших потребностей, что, раз она появилась, надо научиться вскрывать и эффективно использовать для нужд человечества все те потенциальные возможности, которые она предоставляет. Следует подчеркнуть, что за полтора десятка лет, которые прошли после создания ЭВМ третьего поколения, в этом отношении были достигнуты выдающиеся успехи. Миниатюризация конструкций, удешевление элементной базы, появление цветной графики, рост скоростей ввода и вывода — это всего лишь технические аспекты нашего продвижения вперед. Главный прорыв был произведен теми, кто использовал ЭВМ. Будем называть их условно «машинными математиками», хотя этой деятельностью далеко не всегда занимаются математики-профессионалы. Именно они увидели те возможности, которые заложены в новых технических устройствах, и поняли, что имитация реальности, т. е. воспроизведение ее в машинном эксперименте с математическими моделями, и есть та отправная позиция, которая дает человеку новый мощный инструмент познания. Этот инструмент, надо надеяться, однажды позволит человеку войти в ноосферу и заложить основу научного управления развитием земной биосферы. Решающую роль здесь призвана сыграть концепция имитационных систем, которая возникла еще в эпоху электронных машин второго поколения, а с машинами третьего и особенно четвертого
198
поколения получила новые технические возможности своей реализации. Появление первых больших систем имитации и их использование для решения проблем, ранее недоступных человеку, и есть, наверное, начало той революции в сознании людей, которая приведет нас однажды в лоно ноосферы.
Об имитационных системах мы уже говорили, а в следующей главе я расскажу о первых больших экспериментах с моделями, которые имитируют процессы биосферы. Здесь же мне хотелось бы подчеркнуть следующее: если термин «искусственный интеллект» и имеет какой-либо рациональный смысл, то этот смысл связан прежде всего с понятием имитационных систем. (В следующей главе читатель будет иметь возможность познакомиться еще с рядом аргументов в пользу подобного утверждения.)
Несмотря на мою критику термина «искусственный интеллект», мне кажется, что специалисты в области системного программирования и искусственного интеллекта сужают смысл этого термина. Они говорят в основном о технических средствах и той логике программирования, которая принципиально упрощает все процедуры общения с ЭВМ. Такие вопросы, конечно, важны, но они являются частными, относящимися лишь к аспектам инструментария, необходимого для построения и эксплуатации систем имитации.
И еще одно замечание, которое носит лингвистический характер. В контексте рассуждений об имитационных системах лучше говорить не об «искусственном», а о «коллективном интеллекте». В самом деле, функционирование системы имитации опирается, как правило, на компетенцию и способности целого ряда специалистов (экспертов), которые являются ее естественными элементами (субъектами, ассоциированными с системой). Но еще лучше вообще обходиться без термина «интеллект», ограничиваясь четким понятием «имитационная система» (или «система имитации»), в содержание которого добавляется
199
то, во имя чего создается та или иная проблемно-ориентированная вычислительная система. Большие системы имитации, безусловно, являются вершиной, достигнутой учеными в использовании ЭВМ. Они вобрали в себя не только весь опыт работы с электронной техникой, но и всю «мудрость» исследователей, которые ее используют. И именно с этими системами я связываю перспективы развития человечества. Но в повседневной жизни более рельефно выделяются другие, гораздо более простые аспекты использования ЭВМ: экспертные системы, коммерческие сети, автоматизированные системы управления и многое другое, о чем сегодня уже много говорится и пишется.
Примечание. Успехи в машинной имитации реальности, возможности человеко-машинного диалога, создание сетей, связывающих не только ЭВМ, но и пользователей, дают известные основания для утверждения одной идеи, которая даже сегодня может показаться чистой утопией. Попробуем рассуждать по аналогии. Человеческий мозг состоит из нейронов, каждый из которых вряд ли существенно отличается от нейронов мозга других высших животных. Поэтому качественная специфика мозга человека, рождение интеллекта объясняются не совершенством отдельных нейронов, а их организацией и количеством. Сложность структуры связей между нейронами в человеческом мозге, совершенство способов обмена информацией и объемов перерабатываемых информационных потоков — вот что, вероятнее всего, является причиной качественного отличия человеческого интеллекта от мыслительных способностей животных. Морфологическое развитие мозга человека прекратилось несколько десятков тысяч лет тому назад. Но это вовсе не означает, что прекратилось развитие «интеллекта человечества», если подобный термин имеет право на существование. Связи между людьми, обмен информацией между «локальными интеллектами» приводят к некоторому коллективному процессу мышления, к необы
200
чайному ускорению познания, накоплению и использованию знаний. Успехи информатики, понимаемые во всем их многообразии, обусловливают появление феномена, который я осмелюсь назвать «коллективным интеллектом». Пока процесс его становления идет в значительной степени стихийно, но, думаю, не за горами то время, когда сеть человеческих интеллектов — своеобразных «нейронов» «коллективного мозга», объединенных с машинными комплексами, — сделается предметом специальных исследований, а может быть, и проектирования, так как откроет совершенно новый этап в познании и управлении окружающим миром.
7.	Вычислительные системы и имитация Разума
Мне хотелось бы прежде всего обратить внимание на одну удивительную особенность конкретной, прикладной деятельности специалистов, создающих крупные вычислительные комплексы. Я буду ссылаться на опыт Вычислительного центра (ВЦ) АН СССР, но мне кажется, что все мы, работающие с большими системами имитации, идем в одном и том же направлении, хотя и используем подчас разную терминологию. Уже сейчас замечу, что наша деятельность последних десятилетий невольно подводит к использованию терминов «сознание», «подсознание», «интуиция», и далее постараюсь показать, что такая терминология имеет определенный смысл.
Мы уже говорили о том, что в физике, химии, биологии, экономике, технике и многих других областях человеческой деятельности часто единственным средством исследования являются математическое моделирование и машинный эксперимент, илн имитационные системы. Одной из таких систем, которая имитирует глобальные биосферные процессы, будут посвящены заключительные главы этой книги — условимся называть ее системой Гея. Но были и другие системы, созданные в ВЦ АН СССР,
201
Рис. 1. Структура «комиьютериой экспериментальной установки»
ПБД — пассивный банк данных; Р — результат эксперимента. ИИ — искусственный интеллект
получившие известность и широко используемые на практике. К их числу относятся система проектирования обустройства нефтяных и газовых регионов, созданная под руководством В. Р. Хачатурова, система проектирования самолетов (П. С. Краснощеков) и целый ряд других ”. Все эти системы были реализованы в форме больших вычислительных комплексов, которые можно было использовать для проведения разнообразных машинных экспериментов.
Мне бы хотелось обратить внимание читателя на то, что, как бы ни были различны задачи, для которых создаются те или иные «компьютерные экспериментальные установки», в этих установках всегда присутствуют некоторые общие элементы. Сказанное поясняет рис. 1.
Любая имитационная (вычислительная) система неким образом интерпретирует реальность. Это делается обычно при помощи двух различных описаний: пассивного банка данных, или ПБД (в дальнейшем я введу еще АБД — активный банк данных), и сценария. ПБД содержит совокупность сведений об исследуемой системе и внешней
202
обстановке. Например, для системы Гея он состоит из числовых значений основных параметров атмосферы и океана, которые не варьируются в ходе эксперимента. Сценарий описывает динамическое воздействие на систему, содержит внешние характеристики, влияние которых на систему мы и хотим изучить.
Заметим, что пока здесь еще ничего не сказано о самой модели. На начальном этапе мы имеем дело только с «сырой» информацией. И ее переработка, осмысление — это чрезвычайно трудоемкий и длительный процесс.
Внешняя среда через ПБД и сценарий воздействует на систему, причем информация об этих воздействиях поступает по многочисленным и очень разным каналам. И на первом этапе она обрабатывается поканально, причем это может быть и обработка, не связанная непосредственно с ЭВМ. Например, в системе Гея имеются каналы для обработки информации об атмосфере, океане, появлении облаков и выпадении осадков, образовании снежного покрова и его таяиии и многие другие. Этот этап на рисунке условно назван «конвейерной машиной». Дело в том, что работа с информацией ведется здесь в различных каналах независимо друг от друга. Если бы вся она была машинизирована и каждый канал имел бы свой компьютер, то быстродействие здесь могло бы быть сколь угодно высоким. Вычислительная система на этом этапе была бы на самом деле подобна конвейеру.
В действительности все разные каналы несут информацию о процессах, которые взаимосвязаны. И наступает момент, когда эти связи должны быть учтены. Поступление новой информации временно прекращается, и начинается этап «организующей программы» —- важнейший во всей работе имитационной системы. Это не что иное, как набор процедур анализа всей поступившей информации, анализ связей данных, полученных по разным каналам, и, наконец, что самое главное, выработка некоторой «минимальной модели» изучаемой ситуации.
203
Какими бы мощными вычислительными средствами ни располагал исследователь, как бы ни был он талантлив, его возможности всегда ограниченны. Следовательно, сопоставляя цели работы со своими возможностями и результатами анализа, он создает некоторую модель изучаемого явления. Эту модель я и называю «минимальной». Но, наверное, лучше назвать ее «максиминной», ибо она минимально простая из числа тех описаний, которые в максимальной степени учитывают реальность в тех рамках, в которых работает исследователь. Да простит меня читатель за такую тарабарщину. Но это точно отражает то, что происходит иа этом этапе математического моделирования!
Примечание. Проблема построения математической модели, годной для использования, весьма нетривиальна.' Ведь стандартных правил для такого построения нет! Модель должна быть достаточно простой и должна доста-'точно точно отражать реальность. Исследователь сталкивается- с тем, что для одной и той же совокупности опытных данных можно построить очень много разных вариантов описания. Это есть следствие, в частности, недостаточной точности исходной информации, поэтому и окончательные результаты также ие обладают аптекарской точностью. Поэтому исследователь должен суметь из одинаково неточных описаний выбрать наиболее простое. Данная проблема «практического моделирования» еще не приобрела статуса математической задачи, хотя ею уже и начали заниматься.
Следующий шаг — анализ «минимальной модели» и получение результата. Например, после анализа сценария ядерной войны К- Сагана (о котором речь пойдет ниже) расчеты на «минимальной модели» показали, что все облаКа сажи, возникающие над городами после ядерных взрывов, сольются в одно облако, которое, как темное покрывало, окутает всю Землю. Это и есть результат .эксперимента, который на рис. 1 обозначен буквой Р. Спра
204
ва от основной схемы изображен круг с буквами ИИ. Это так называемый искусственный интеллект или, вернее, то, что им принято называть в специальной литературе, т. е. новая технология работы с информацией, включающая в себя ие только специальные принципы обращения с базами данных и процедуры ее переработки, но и вспомогательные программные средства, помогающие исследователю контактировать с вычислительными машинами.
Особую роль в подобной системе играет сценарий. Он призван описывать внешнюю обстановку, влияние которой на систему изучает исследователь, и потому представляет собой совокупность вопросов, которые исследователь задает природе: а что будет, если?.. Значит, сценарий определяет важнейшую составную часть пассивного банка данных (ПБД). Поэтому на рис. 1 он соединен с ПБД стрелкой. Но одновременно на этом рисунке показана еще одна стрелка, соединяющая сценарий с организующей программой.
Термин «организующая программа» не совсем точен. В-этом блоке нет стандартной системы процедур, которая бы формировала «минимальную модель». Ее создание всегда акт творчества исследователя. А он, разрабатывая модель, ориентируется не только на особенности вычислительной техники и технологию математических расчетов, ио и иа те вопросы, которые ставит в своем исследовании, т. е. на сценарий; для разных сценариев им будут создаваться различные модели.
Наконец, на рис. 1 нанесена еще одна пунктирная линия, соединяющая результат и сценарий. Она означает следующее: получив определенный результат, исследователь может поставить новый вопрос, т. е. внести определенные изменения в сценарий.
Как бы ии были сложны системы, создаваемые для машинного эксперимента, они бесконечно проще систем, предназначенных для принятия решений. В 70-х годах 'В Вычислительном центре АН СССР было создано не-
205
действие
Рис. 2. Схема вычислительной системы, предназначенной для выбора варианта решений
I — быстрая система «подсознание»; II — медленная система «сознание»
сколько таких систем. Я сошлюсь здесь на те две, которые уже были упомянуты выше. Кроме того, я буду упоминать систему, которую мы предполагаем разработать для выбора варианта программы развития хозяйства географического региона с учетом его уникальности. Эта работа была начата по инициативе руководства Камчатской области. Пояснения особенностей таких вычислительных систем я буду давать, ссылаясь на рис. 2.
Нижняя его часть совпадает с рис. 1. Есть здесь и пассивный банк данных, и некоторый сценарий. Так, в системе, которая разрабатывается для решения проблем комплексного развития хозяйства Камчатской области,
206
в ПБД записана вся информация о крае, особенностях его природной среды, производственной деятельности и социальных условиях. Сценарий — это своеобразный заказ (ТТЗ — если пользоваться терминологией, привычной для проектирования технических объектов) региону, определяющий его место в экономике и обороне. «Конвейерная машина» также присутствует на рис. 2. Она состоит из частных моделей, вырабатываемых органами ЦСУ, облисполкома и т. д.
В таких системах всегда есть и некоторая «минимальная модель». На ее уровне уже отфильтрованы все частности и детали, которые мешают сформировать общий замысел. Избыток информации вреден, ибо из-за деревьев не удается увидеть леса.
Но на этом и кончается аналогия с вычислительными системами для машинного эксперимента.
Самый важный элемент новой системы — это блок формирования целей. Сценарий лишь «установка», его недостаточно для формирования целей н выбора способа их достижения. При этом именно цели, а не одна цель вырабатываются внутри самой системы. Прежде чем составить перечень (и ранжировку) целей, исследователь должен сделать много прикидок, т. е. провести эксперименты с системой, задавая ей вопросы: а что если? . . Назначение целей — это всегда акт неформальный, это творчество субъекта. И здесь не обойтись без модели «принятия решений». «Минимальная модель» — это предельно допустимое по своей полноте описание. Но для прикидок, оценок, для формирования замысла или возможных альтернатив развития региона нужен массовый эксперимент, нужны «быстрые алгоритмы». Выбор субъективен, но он всегда основывается на объективных знаниях.
Другой важнейший элемент системы — активный банк данных (АБД). При формировании имитационной системы и во время экспериментов происходит изучение системы. Исследователь все глубже и подробнее вникает в ее особен
207
ности, познает ее реакции на внешние воздействия. АБД — это хранилище той информации о системе, которое наполняется по мере ее изучения.
На рис. 2 я изобразил два активных банка данных. Один из них обозначен пунктиром. Дело в том, что при изучении системы может использоваться как «минимальная модель», т. е. достаточно полное описание, так и модель упрощенная. Именно они и позволяют формировать множество вариантов возможных решений и вырабатывать цели. Точно так же в обеих частях схемы нарисованы кружочки с буквами И И. Они обозначают то, что функционирование системы всегда опирается на современную технологию обработки информации: экспертные системы, использование графического представления данных и т. д.
Венцом всей системы служит блок процедур принятия решений. В системах, созданных для проектирования обустройства нефтяных месторождений, — это рабочий проект систем кустового бурения скважин, первичной переработки нефти, транспортных сетей и т. д. В Камчатском проекте — это, должно быть, схема расположения рыборазводных заводов, месторождений, отобранных для эксплуатации, перечень мер, обеспечивающих экологическую стабильность или эффективность экосистем. Другими словами, на основе анализа упрощенной модели создается вариайт технического проекта, или программа мероприятий.
Прежде чем сделать тот или иной выбор, надо отбраковать неконкурентноспособные варианты, «сжать» множество допустимых альтернатив. И вот здесь огромна роль АБД — коицентрированиого опыта. Иногда это строгие научные методы распознавания, разрабатываемые, например, школой Ю. И. Журавлева. Иногда интуиция — тот же опыт.
• Совершенно так же обстоит дело и с системой проектирования самолета. Специальная экспертная система, использующая активный банк данных, т. е. результаты
208
экспериментов и процедуры построения множества Парето, производит отбор допустимых вариантов решения. Здесь используется другая «математика», другие приемы формирования множества возможных действий, однако смысл остается тем же самым: облегчить человеку, его мозгу совершить выбор способа действий, отбросив все те варианты, которые недостаточно хороши.
Я описал систему имитации для принятия решений сверхсхематично. На деле, конечно, учитываются различные обратные связи, организуются пересчеты, уточнения и т-. д. и т. п. Пусть, например, в результате работы блока процедур принятия решений вырабатывается несколько альтернатив. А нужна только одна! Тогда мы снова возвращаемся к «минимальной модели». Поскольку она весьма'полно описывает явление, мы можем сопоставить свойства альтернатив уже гораздо подробнее, нежели на модели принятия решения.
Итак, мы видим, что, несмотря на огромные различия в тех задачах, ради решения которых создаются математические системы имитации, эти системы в своей архитектуре имеют очень много общих черт. Данный факт представляется мне отнюдь не случайным. Он заслуживает серьезного внимания. Попробуем высказать несколько предположений, объясняющих его.
Сталкиваясь с рядом похожих конструкций, волей-неволей начинаешь искать аналогии, и прежде всего — в явлениях природы. Не копируем ли мы тогда процессы, происходящие вокруг нас и являющиеся для человека, так сказать, естественной школой? Конечно, в природе мы далеко не всегда находим образцы для подражания, и в таких случаях рождаются идеи колеса, винта и т. п. Но затем невольно возникает еще один вопрос: а не могут ли существовать некоторые универсальные подходы к работе с информацией или хотя бы универсальные «блоки» и схемы?
Анализируя большие системы имитации, системы, в ко
209
торых перерабатывается огромное количество информации и в результате формируется определенный способ действий, невольно задумываешься о деятельности мозга. Ведь мозг — это конструкция, созданная природой для восприятия информации нз внешней среды и собственного организма, ее трансформации в некую модель представления об окружающем мире и для выработки способа действия. Не следуем ли мы тогда при машинном моделировании невольно тем путем, которым уже однажды прошла природа?
Используя органы чувств, человеческий мозг воспринимает разнообразную информацию и обрабатывает ее по миллионам независимых каналов. В мозг человека как бы встроена конвейерная ЭВМ огромной производительности. Даже трудно оценить ее быстродействие — мы получим, наверное, цифру, обозначающую триллионы операций в секунду. Вся эта информация нужна для построения индивидуального образа окружающего мира — того, что, говоря об имитационных системах, я назвал «минимальной моделью».
В деятельности мозга можно выделить две разные формы: сознание н подсознание. Если говорить образно, то, -вычислительные системы, создаваемые только для машинного эксперимента, — это системы, аналогичные мозгу, который работает лишь на уровне подсознания. Но под-сбзнание этим не ограничивается. Есть еще одно важное обстоятельство, которое отличает подсознание нашего мозга от вычислительных систем машинного эксперимента,— это активный банк данных (АБД).
Я уже говорил о том, что в АБД накапливается информация о «прецедентах», об опыте изучения системы. Затем эти «прецеденты» используются в качестве «таблицы обучения», т. е. делается выбор из «множества допустимых действий». Вероятно, аналогичный процесс идет и в реальном подсознании. Там есть свой АБД, где накапливаются «прецеденты» и формируется не только
210
«минимальная модель», но и интуитивные решения. Только алгоритмы работы с накопленной информацией никто не придумает — оии суть результат длительного естественного отбора, изначально заложены в мозгу человека. Вот почему кибернетические представления В. Я. Сергина о природе интуиции мне кажутся правдоподобными |2.
Все, что относится к работе с «минимальной моделью», следует, вероятно, считать прерогативой сознания, где возникают способы анализа модели, возникает наука. Процессы работы с информацией становятся здесь гораздо более медленными. Это и понятно. Перед сознанием стоят иные — куда более сложные — задачи: формирование целей и выбор альтернатив собственных действий. На этом этапе уже отсутствует естественное «распараллеливание» процедур обработки информации. Для всего этого теперь уже необходима наука и естественных возможностей переработки информации уже недостаточно. Изобретается компьютер, а вместе с ним и технология работы с информацией, которая (по какому-то недоразумению) стала называться искусственным интеллектом.
Большие имитационные системы (проблемно-ориентированные вычислительные комплексы), вероятно, не случайно напоминают мозг человека по своей архитектуре. (Разумеется, они бесконечно проще мозга с его многими десятками миллиардов нейронов, каждый из которых сам представляется достаточно сложной конструкцией.) Такова логика развития, таковы «алгоритмы эволюции». Человеческий мозг, создавая большие имитационные системы, вероятно, следует по тем же «каналам», которые однажды уже были пройдены природой.
По-видимоМу, до поры до времени живым организмам хватало только подсознания. Но уже эта система была удивительно сложна. Обратим внимание лишь на два обстоятельства. Во-первых, обрабатываемая в мозгу с помощью «конвейерной машины» информация на опреде-
211
леином этапе должна быть приведена в порядок — надо выработать «минимальную модель», представление об окружающем мире и о себе. Мне хочется назвать это не только этапом работы «управляющей программы», но и сном. Поступление новой информации как бы прекращается, идет ее осознание, выясняются и устанавливаются определенные связи. Кроме того, вырабатываются определенные команды, которые ие требуют сознания и идут по генетически заложенным алгоритмам. И наверное, можно понять то, почему долгое лишение сна приводит к смерти. Ведь мозг, не имея возможности создавать представления о состояниях организма, не может давать необходимых управляющих команд.
Второе, на что мне хотелось бы обратить внимание, — это универсальность такой вычислительной системы, как подсознание. Для каждой новой задачи мы сегодня делаем свою имитационную компьютерную систему. Мозг же создается один раз, а служит всю жизнь, какие бы неожиданные задачи ни возникали перед человеком. Не подскажет ли нам изучение этой особенности мозга пути для создания нового математического инструментария, который по праву можно будёт назвать искусственным разумом?
Давайте подытожим. До поры до времени жизнь, вероятно, обходилась лишь системой «подсознание», т. е. набором стандартов поведения. Но вот потребовалось решать новые задачи, например создавать и использовать орудия. Постепенно появилось сознание, нужное для поиска оригинальных решений, наполнения мозгового АБД нестандартными ситуациями, что безгранично расширило область проникновения интеллекта и ... интуиции. Для этого понадобились не только наука, ио и искусство, поскольку обращение к интуиции — очевидная апелляция к подсознанию. Возникли и первые системы имитации — речь, письменность, картины. ..
Мне трудно сказать, насколько такая трактовка архитектуры процессов мышления интересна для физиологов,
212
но нам, специалистам в области информатики, она дает новые аналогии, новые интерпретации, которые могут оказаться очень полезными.
К такой трактовке мышления я шел двумя путями. Один из них изложен в этом параграфе. Он основан на анализе опыта большого и талантливого коллектива, мотивируется стремлением понять «логику коллективной интуиции». Но был и второй путь. Он шел от тех взглядов на процессы развития, самоорганизации, которые я пытаюсь объяснить в этой книге, от стремления увидеть Логику самоорганизации. И оказалось, что логика развития имитационных систем — логика с маленькой буквы, которую я описал в этом параграфе, имеет удивительно много общего с этой Логикой. Волей-неволей в науке выстраивается некоторая иерархия представлений и конструкций, как будто наш Разум, обретя, наконец, возможность, торопится повторить все то, что он уже прошел сам в своем совершенствовании длительным путем мучительной эволюции, тянувшейся миллионы лет.
Глава шестая СОВРЕМЕННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ПРОБЛЕМЫ НООСФЕРЫ
1.	Глобалистика1 и ее первые шаги
Выше мы утверждали точку зрения, согласно которой развитие материи на всех его этапах регулируется законами ее самоорганизации. Эти законы образуют, так сказать, внутреннюю логику единого процесса развития. В ходе его развертывания достигается не только усложнение организации и рост разнообразия организационных форм существования материи. Вместе с тем возникают и новые противоречивые тенденции. И диалектика развития такова, что каждое новое «действие» — появление новой формы организации — порождает и новое «противодействие». Тем самым перед Природой постоянно возникает необходимость поиска путей развития, разрешения все новых конфликтов (противоречий). Основное содержание этого процесса заключается в отыскании возможных компромиссов, Которые порождают новые формы организации, несущие новые противоречия. И так далее до бесконечности.
Примечание. Может показаться, что эта вечная цепочка конфликтов и их разрешений, формирующих новые организационные формы, будет иметь своим бесконечным пределом некое стационарное состояние, которое естественно назвать Вечной Гармонией или Абсолютным Порядком. Но такое идеальное состояние всего лишь красивая утопия, ибо изначальным принципом единого синергетического процесса является принцип изменчивости. О нем подробно говорилось в первой главе как о фундаментальном эмпи
214
рическом обобщении. То, что хорошо сегодня, завтра будет оцениваться совсем иначе. Снятие любого противоречия рождает посылки для появления нового. И цель науки в силу ^писанных выше причин состоит не в поисках Вечной Гармонии или Абсолютного Порядка. Ее задача — облегчить возможность дальнейшего развития биосферы и человека ради человека! Нам неведомы далекие горизонты цивилизации, и обсуждение ее грядущих перспектив, кажется, стоит оставить футурологам — для нас достаточно задач, которые ставят сегодняшний день и ближайшие десятилетия. А здесь люди обязаны не упустить из-под контроля ближайшие повороты земной истории. И важнейшая из задач — знать границы гомеостазиса, те критические значения параметров биосферы (мы их назвали бифуркационными), за которыми начинается принципиально непредсказуемое развитие и возможен переход биосферы в такое состояние, в котором места для человека может и не оказаться.
Жизнь на Земле — это естественный этап ее развития. Она появилась не случайно, а была одним из вариантов развития Земли как космического тела. Столь же не случайно и становление разума, а следовательно, и общества, цивилизации. Этот процесс сопровождается тенденцией во все больших масштабах использовать внешнюю энергию. И не только энергию Солнца, как это было уже в самом начале становления жизни. Людям цивилизация открыла сначала кладовые энергии, запасенные биосферами прошлых времен, а затем н то хранилище ядерной энергии, которое планета получила еще в эпоху ее формирования как космического тела.
Мощь цивилизации растет непрерывно, и как следствие этого — экспоненциальный рост антропогенных воздействий на атмосферу, по причине которых она начинает изменять свое лицо. Но одновременно идет и другой процесс. Несмотря на рост своего могущества, цивилизация становится во все большей и большей степени зависящей от
215
окружающей среды. В самом деле, мы во все большей и большей степени заставляем работать на себя биосферу, создаем машины и обустраиваем свой быт, используя углеводородное топливо, извлекаемое из недр Земли. Представим себе, что этот источник энергии иссяк. В этом случае человек попадает в весьма нелегкое положение. Хочется верить, что он в конце концов найдет из него выход, но даже писателю-фантасту, вероятно, непросто представить, что может случится с нами, если запасы углеводрродов будут исчерпаны раньше, чем человечество успеет своевременно подготовиться к этому, обнаружив эквивалентный источник энергии.
Кочевник былых времен вписывался в естественные циклы биоты: когда его скот съедал траву на одном пастбище, он уходил на другое, а стравленное пастбище постепенно восстанавливалось. Нам же уходить некуда! Ойкумена, область обитания человека, охватывает сегодня всю поверхность планеты. Ее дальнейшее расширение невозможно, и человечеству, чтобы обеспечить свое будущее существование, сохранить возможности дальнейшего развития, следует искать новые ресурсы и приспосабливать свои организационные структуры и свои потребности к той реальной обстановке, которая сложилась на Земле. Перед лицом этой реальности человек однажды должен осознать, что нельзя вечно эксплуатировать однажды данный Природой ограниченный запас средств существования! Вот почему неизбежен тот момент, когда человек будет вынужден принять на себя ответственность не только за свою судьбу, но и за судьбу планеты.
Уже сегодня мы находимся в преддверии эпохи ноосферы. Следуя В. И. Вернадскому, мы условимся называть «ноосферой» тот этап естественного развития нашей планеты (системы Геи), который сменяет эпоху спонтанного, стихийного, неконтролируемого разумом развития производительных сил, этап, на котором общество должно соразмерить свои потребности с возможностями биосферы.
216
Примечание. Генезис термина «ноосфера», т. е. «сфера разума», не прост и дискуссионен, так же как и тот смысл, который в него вкладывают различные авторы. По-видимому, впервые это слово употребил в 20-х годах нашего века Э. Леруа, разъясняя на семинаре А. Бергсона смысл учения В. И. Вернадского. Затем термин «ноосфера» стал широко использовать П. Тейяр де Шарден. Сам В. И. Вернадский начал им пользоваться лишь в конце своей жизни. Но идеи учения о ноосфере он начал высказывать еще на границе XIX и XX вв. Многие авторы трактуют понятие ноосферы весьма узко, связывая с ним изменение состояния биосферы под действием растущей мощи цивилизации. Представителем подобных взглядов является, например, Л. Н. Гумилев, высказывание которого мы уже цитировали. В. И. Вернадский же подчеркивал неизбежность нового этапа общепланетарного развития, когда не только Разум станет определяющим фактором эволюции биосферы, но и возникнет необходимость в таком изменении общественных структур, которое обеспечит будущее развитие биосферы и человека. Цивилизация и биосфера представляют иа этом этапе одно целое, единый организм в том смысле, в каком мы используем это понятие в настоящей работе. (Напомним, что организмом мы условились называть любую систему, имеющую собственные цели и определенные возможности их достижения.)
Сегодня мы уже не можем изучать биосферу, ее дальнейшее развитие, ее законы, не учитывая антропогенных воздействий на ее состояние. И наоборот, сейчас невозможно, бессмысленно и даже вредно обсуждать дальнейшие пути развития человеческого общества, не принимая во внимание процессы, происходящие в окружающей среде. Понятия ноосферы и коэволюции человека и биосферы становятся почти синонимами.
Но обеспечение коэволюции требует умения предвидеть события, умения оценивать результаты воздействия общества на биосферу и особенностей биосферы на развитие
217
общества. Для этого необходимо (но отнюдь не достаточно) глубоко знать особенности природных явлений и реакции биосферы на внешние воздействия. Без этого всего нельзя научиться направлять развитие человечества и биосферы в нужное русло.
Стоит ли говорить, что мы должны еще знать это русло, т. е. уметь ставить цели совместного развития общества и окружающей среды. Эти цели кажутся очевидными только с чисто обывательской точки зрения. В действительности проблема сосуществования и совместного развития общества и окружающей среды, может быть, самая трудная из той необозримой совокупности проблем, решение которых необходимо для обеспечения коэволюции, проблем, составляющих содержание теории развития ноосферы. Главная трудность порождается здесь тем, что цели развития того организма, который должна представлять собой ноосфера, ставятся в рамках развития самой системы, ставятся человеком, т. е. одним из ее элементов. Развитие и противоречивость общества, непрерывное изменение состояний биосферы приводят к тому, что цели развития и условия коэволюции оказываются весьма изменчивыми. Сегодня они одни, а завтра совсем другие. Можно ли говорить об их объективности? Ответ не прост, поскольку объективны лишь саморазвитие (самоорганизация) материи и множественность путей реализации потенциальных возможностей Природы. Но как только появляется разум, возникает и его носитель — субъект. Его сознание отражает те или иные стороны бытия, и ему недоступно знание всего множества «возможных продолжений». Однако субъект способен производить отбор, предвосхищать (с определенной точностью) будущее. И цели, которые он ставит (т. е. принципы отбора, которыми он руководствуется), являются субъективными, т. е. они отражают то представление о «желаемом будущем», которое выработало его сознание.
Чисто биологическое развитие человека, как уже гово
218
рилось, практически закончилось. Морфологически мозг современного человека и мозг кроманьонца тождественны. Но сознание — это не мозг. Это сложнейший продукт деятельности мозга, общественной жизни человека и окружающей среды. И оно непрерывно развивается. Накопление знаний, развитие науки и принципов научного мышления, наконец, общее развитие общественных форм жизни изменяют наши представления о мире, о целях нашего существования. Кроме того, непрерывно изменяется наша сфера обитания, а следовательно, и цели, которые мы ставим. Цели коэволюции н представления о ее содержании формируют верхнюю, наиболее общую петлю обратной связи, определяющую процессы управления. К этому мы позднее еще вернемся.
Для планирования и управления дальнейшим ходом своего развития человечеству необходимо знать эти цели не умозрительно, а точно. Употребляя слово «точно», мы имеем в виду лишь то, что действия людей требуют количественных оценок, в том числе касающихся мировой экологической ситуации. Но чтобы оперировать с числами, нужна система математических моделей. Иными словами, каков бы ни был сегодня уровень нашего понимания действительности, какое бы качественное представление о будущем ни формировало наше сознание, мы не можем его реализовать, не используя системы математических моделей биосферы, ее взаимодействия с человеком.
Таким образом, система математических моделей, имитирующая функционирование биосферы, является необходимым и важнейшим элементом теории развития ноосферы. Еще раз подчеркнем, что только анализ подобной системы, изучение с ее помощью определенных сценариев человеческой деятельности могут дать необходимую информацию для того, чтобы определить понятие коэволюции на данном этапе и сформулировать цели развития с той степенью точности, которая необходима для выработки стратегии управляемого развития. Никаких других средств получения
219
информации о планете в целом и не может быть, ибо никакой эксперимент с биосферой в целом невозможен в силу того, что он может оказаться эквивалентом общечеловеческой катастрофы. Эксперименты необходимы, но эксперименты локальные, позволяющие получать разумные параметризации отдельных механизмов, определяющих функционирование биосферы, ее эволюцию как динамической системы. Заметим, что эксперименты с большими моделями позволяют нам узнать о тех ее особенностях, которые в первую очередь необходимы для понимания целей нашего дальнейшего развития.
Сегодня мы находимся еще в самом начале пути создания большой имитационной системы биосферы, и наш инструментарий исследования обсуждаемых проблем пока еще весьма несовершенен. Но кое-что, как мы это увидим ниже, уже сделано. Первые практические результаты подобной деятельности начинают приобретать не только методическое значение.
Эпитет «глобальный» возник в начале 70-х годов. Его используют всякий раз, когда речь идет о проблемах, относящихся к планете в целом. Это могут быть и вопросы экологии человека — дисциплины, в которой человечество рассматривается как одно целое. И международные социально-правовые, и экономические проблемы, и вопросы климата, и многое другое, требующее рассмотрения нашей планеты как единой системы.
Согласно сказанному, проблемы, к изучению которых мы приступили в этой главе, относятся к числу глобальных. Датировать начало глобальных исследований очень трудно, ибо ученых всегда интересовали общие вопросы эволюции нашей планеты и характер процессов, которые на ней происходят. Но я предпочитаю обозначать термином «глобальные исследования» лишь те работы, которые направлены на изучение влияния человека на характер процессов общепланетарного масштаба. В соответствии с моей точкой зрения одним из основателей глобалистики
220
является В. И. Вернадский. И отсчет истории этих исследований я начал бы с того момента, когда В. И. Вернадский в начале XX в. высказал мысль о том, что на определенном этапе цивилизации биосфера может превратиться в «сферу разума>. Позднее благодаря Э. Леруа и П. Тейяру де Шардену эта сфера стала называться ноосферой.
До второй мировой войны глобальная тематика развития цивилизации была уделом отдельных мыслителей. Однако в последнюю четверть века могущество человечества, в том числе его влияние на окружающую среду, настолько возросло и стало столь ощутимым, что интерес к этой тематике захватил не только ученых, общественных деятелей и политиков, но и самые широкие круги людей.
По-видимому, первой организацией, которая начала систематически заниматься глобальными проблемами, стал Институт жизни — своеобразный клуб ученых, международная организация, возникшая по инициативе профессора Сорбонны М. Маруа в начале 60-х годов. Целый ряд конгрессов, организованных этим институтом, был посвящен отдельным проблемам влияния научно-технического прогресса на процессы общепланетарного характера, и в первую очередь на условия жизни людей: «ядерная энергия и жизньэ, «кибернетика и жизньэ, «проблемы генной ннженерии> и т. д. Несколько позднее возник Римский клуб, объединивший группу политиков, бизнесменов, ученых, интеллигентов, обеспокоенных надвигающимся экологическим кризисом, неконтролируемым ростом народонаселения и производительных сил, исчерпанием природных ресурсов. Он возник по инициативе Печчеи, бывшего в то время вице-президентом фирмы Оливетти.
Характер деятельности Римского клуба был совершенно иным. Опираясь иа ряд фондов, прежде всего фонд Фольксвагена, этот клуб выработал определенную исследовательскую программу и заказал в соответствии с ней целую серию исследований, сыгравших заметную роль в научной жизни. Так, по его инициативе в начале 70-х годов была
221
проведена целая серия глобальных исследований и было построено несколько динамических глобальных моделей. Они представляли глобальный экономический процесс и отличались от традиционных экономических моделей тем, что учитывали демографические процессы и влияние факторов загрязнения окружающей среды. Наиболее важными среди этих работ оказались работы Дж. Форрестера и исследование, проведенное группой сотрудников Массачусетсского технологического института под руководством ученика Дж. Форрестера Д. Медоуза. Форрестером была разработана специальная методика, получившая название системной динамики. С общенаучных позиций это было развитие техники оЛнсания сложных электрических систем, приспособленной дЛя использования компьютеров.
В работах, выполненных по инициативе Римского клуба, было показано, что сохранение современных тенденций в развитии производительных сил, использовании ресурсов и загрязнении окружающей среды грозит самому существованию нашей цивилизации. В них изучались разнообразные экономические модели, но собственно экологические характеристики мирового развития были представлены очень схематично. Например, в работе Форрестера, которая была своеобразным эталоном и фундаментом для всех последующих исследований этого цикла, рассматривались лишь два собственно экологических параметра: темпы изменения народонаселения и некоторое «среднее> загрязнение окружающей среды. Правда, в последующих работах Римского клуба были предприняты попытки некоторой детализации этих характеристик, однако эта детализация оказалась явно недостаточной для того, чтобы описать отклик биосферы на деятельность человека.
По моему мнению, значение работ, проведенных по инициативе Римского клуба, состоит не в том, что в них были получены какие-либо новые и важные научные результаты. И оно заключается даже не в разработке
222
методики и методологии глобальных исследований. Их значение состоит прежде всего в том, что они привлекли внимание к глобальным проблемам у самых широких кругов общественности. Кроме того, они показали, что установившийся ход развития экономического и демографического процессов может иметь только катастрофические последствия. Значит, они утверждали объективную необходимость поиска новых путей развития нашей цивилизации, необходимость нового понимания мирового процесса развития.
В начале 70-х годов глобальные проблемы начали Обсуждаться и в Советском Союзе. Прежде всего это были проблемы социально-экономического, политического и философского характера. Естественно, что ими стали заниматься' специалисты в области общественных наук. Но наряду с этим в Вычислительном центре АН СССР были начаты исследования, имевшие естественнонаучную направленность. Нами была предпринята попытка дать целостное описание биосферы как единой самоорганизующейся системы и изучить изменение путей ее эволюции под действием все возрастающей активности человечества. Мы исходили из общего представления о человеке и человечестве как составной части биосферы, не существующей вне ее. Ведь судьбы человечества (во всяком случае, в обозримом будущем) связаны с биосферой, а изменение характеристик последней является решающим фактором, ограничивающим любую активность человека. Поэтому нам казалось, что первым шагом в нашем глобальном анализе должен был быть такой, который показал бы существование предельных нагрузок на биосферу, существование некоторой «роковой черты», переступать через которую человеку недозволено ни при каких обстоятельствах. Во всяком случае — при современном уровне развития цивилизации. Для выполнения этого шага нужен был, конечно, специальный инструментарий. И мы начали его разрабатывать.
223
Таким образом, важнейшей чертой работ, начатых в Вычислительном центре АН СССР, было стремление идти не от экономики и анализа человеческой деятельности к экологии и природе, а наоборот, поняв те ограничивающие условия, которые накладывает природа на характер деятельности людей, помочь специалистам-общественникам найти новые пути в беспрецедентном анализе глобальных проблем развития цивилизации. В первой половине 70-х годов удалось создать две небольшие группы, ориентированные на изучение проблем оценки глобальных последствий крупномасштабных антропогенных воздействий на биосферу, способных изменить не только локальные, но и ее общие характеристики. Одна из этих групп, которую возглавил Ю. М. Свирежев, должна .была изучать общие процессы антропогенной эволюции биоты, а вторая — ее возглавлял В. В. Александров — климата. Мы считали, что нашей деятельности необходимо с самого начала придать фундаментальный характер, рассчитанный на длительную перспективу, обусловленную сложностью и беспрецедентностью предполагаемых исследований. Важнейшей особенностью таких исследований взаимодействий человека и биосферы нам представлялась их междисциплинарность: ведь каждый фрагмент этих взаимодействий являлся, по существу, предметом самостоятельного научного направления. В такой ситуации особое значение приобретает вопрос единого языка. Им мог быть только язык математических моделей. Это значит, что в подобных исследованиях модель выступает не только как инструмент анализа, но и в качестве некоторого объединяющего начала, если угодно, архитектурной схемы исследований. Анализ математических моделей позволяет, например, оценить необходимую точность той или иной исходной информации и, следовательно, определить уровень требований к содержательным построениям. Таким образом, со всех точек зрения нам представлялось, что без создания стройной системы моделей, описывающих
224
биосферные процессы глобального масштаба, практически невозможно сформировать общую концепцию и программу глобального анализа.
Была и еще одна трудность, связанная с междисциплинарным характером наших исследований. Наш маленький коллектив был, конечно, не способен самостоятельно построить всю систему моделей. По существу, мы могли лишь провести инвентаризацию того «строительного материала», тех частных моделей, которые были разработаны в других научных коллективах, и отобрать те из них, которые удовлетворяли нашим требованиям. Другими словами, нашу основную задачу мы видели в том, чтобы из уже готовых «кирпичей» сложить некоторый вычислительный комплекс, снабдить его необходимым математическим обеспечением и разработать системы процедур, необходимых для многократного повторения машинного эксперимента. Такая постановка задачи отвечала нашей основной професии «машинных математиков».
Обсуждение исходных позиций и изучение огромного литературного материала заняли несколько лет. Результаты этой работы нашли отражение в целом ряде публикаций 2, поэтому на их изложении я остановлюсь очень бегло.
На этом этапе наши усилия были сосредоточены прежде всего на создании формализованного описания основных процессов, протекающих в биосфере, — циркуляции биогенных элементов, влагопереноса, энергетики атмосферы и т. д. Описание же процессов общественной природы и исследований структуры «обратного влияния» изменения параметров биосферы на процессы, протекающие в обществе, мы считали возможным отложить на более позднее время, когда мы сможем лучше разобраться в «прямом влиянии» человека на биосферу и с большей подробностью оценить те ограничения, которые окружающая среда накладывает на активную деятельность человека.
225
На начальном этапе исследований нам казалось естественным и достаточным использовать «метод сценариев». Это означает, что на этом этапе мы представляли человеческую деятельность как фактор экзогенный по отношению к биосфере. Построив с помощью экспертов сценарии возможных вариантов человеческой деятельности, мы тем самым могли бы оценить антропогенные нагрузки на биосферу. При таком подходе наша задача качественно упрощалась, поскольку сводилась лишь к расчету реакций биосферы на эти нагрузки. Конечно, этот подход выглядит весьма ограниченным, ибо сценарии сами должны быть предметом специального анализа и они сами определяются состоянием биосферы. Тем не менее, как мы это увидим ниже, данный подход позволил нам получить ряд весьма полезных результатов.
Важнейшее значение для реализации нашего подхода имела выдвинутая нами концепция «минимальной модели». Об этом коротко я уже сказал в последнем параграфе предыдущей главы. Теперь я рассмотрю этот вопрос в ином ракурсе. Сегодня целый ряд особенностей биосферных процессов изучен с относительно большой полнотой. Значит, основной задачей сейчас является не столько изучение или уточнение отдельных частностей, сколько попытка собрать все известные сведения, известные модели воедино и представить их совокупность в виде некоторой связанной системы, изучение которой в режиме имитации и позволило бы получить целостное модельное описание биосферы, представить ее как единое целое. Слово «минимальная» означает, что в этой целостной модели должны были найти отражение все основные факторы, отбрасывание каждого из которых качественно искажает картину развития системы Гея на временных интервалах, сравнимых с жизнью одного поколения. Кроме того, к системе моделей, образующих «минимальную модель», предъявляется еще целый ряд достаточно очевидных требований прагматического характера. Прежде всего такая система должна
226
быть в известном смысле «равнопрочной», т. е. точность ее отдельных блоков должна быть примерно одинаковой. В самом деле, бессмысленно добиваться очень точного описания, скажем, особенностей конденсации влаги в облаках и в то же время не учитывать основных характеристик энергообмена между океаном и атмосферой. Поэтому-то мы и стремились построить такую систему моделей, которая допускала возможность учета всей минимальной информации, без которой она уже не имела бы смысла. Необходимо было также иметь такие блоки описания отдельных составляющих взаимодействия человека и биосферы, которые бы при соблюдении требования «равной прочности» позволили использовать для анализа модели отечественную вычислительную технику. Последнее ограничение было очень существенным, поскольку предъявляло весьма жесткие требования и к объему используемой информации, и к размерности модели из-за относительно невысокого быстродействия ЭВМ.
В конечном итоге первая версия системы модели была приспособлена к машине БЭСМ-6. Здесь мы не будем описывать эту версию, так как ее более или менее подробное изложение дано в специальной работе 3.
2.	Эксперименты с «минимальной моделью»
К настоящему времени система моделей, разработанная в Вычислительном центре АН СССР, уже позволила провести серию интересных экспериментов, давших новую и в достаточной степени неожиданную информацию о свойствах биосферы на современном этапе ее развития. В очень грубом приближении эту систему можно представить в виде трех блоков — блока климата, блока бноты и блока человеческой активности. Наиболее сложный из них — последний, и о нем речь пойдет позже. Основные наши усилия были направлены на разработку двух первых блоков.
227
Климатический блок состоит из двух систем моделей. Первая из них описывает динамику биосферы, ее энергетику, перенос влаги, влагообразование, испарение и т. д. Она учитывает рельеф Земли, изменение альбедо вследствие образования и таяния снежного покрова и льда и те энергетические потоки, которые связывают океан и атмосферу. Вторая система описывает динамику океана, вернее, его приповерхностного слоя. Океан чрезвычайно инерционен. Заметные изменения, например, средней температуры океана происходят за периоды порядка многих сотен лет. Поэтому, если мы хотим получить оценки, скажем, на ближайшее десятилетие, нам достаточно учесть только процессы, протекающие в его приповерхностном, так называемом «деятельном», слое. Затем нам приходится учитывать образование и таяние морского и материкового льда, снега, процессы, которые оказывают влияние на энергетику биосферы, и т. д.
Все перечисленные процессы чрезвычайно сложны. Поэтому, несмотря иа многочисленные упрощения и параметризации, которые приходится делать, их математические модели оказываются очень сложными многомерными системами уравнений. В результате исследователь-конструктор этой системы моделей попадает в весьма трудное положение. С одной стороны, он должен построить систему моделей, которая бы отражала основные климатические процессы с требуемой точностью (ее разрешимость должна позволять отличать, например, климат Поволжья от климата центральных районов РСФСР, т. е. используемая географическая сетка не должна быть чересчур крупной; скажем, для биотических расчетов ее ячейки не должны превосходить 4—5° по широте и долготе). С другой стороны, эта система должна быть и достаточно простой, чтобы допускать по мере надобности массовый эксперимент и не требовать для своего анализа астрономических затрат машинного времени.
Чрезвычайная сложность процессов, протекающих
228
в живой составляющей биосферы, ставит очень острую проблему отыскания <золотой середины> между требованиями адекватности и простоты. Для того чтобы правильно отражать реальность, подобная модель должна описывать циркуляцию всех основных биогенных элементов, прежде всего углерода, азота, кислорода, воды, микроэлементов и др., от которой в первую очередь зависит жизнь, ее интенсивность и устойчивость. Однако именно процессы жизнедеятельности определяют характер круговорота этих элементов.{ Значит, модель биоты должна описывать и процессы фотосинтеза, дыхания растений, и процессы, протекающие в почве, и многое другое. Заметим к тому же, что в разных частях земного шара, в разных условиях температуры и влажности, при разной структуре почв все эти йроцессы протекают совсем по-разному.
Выделить в этом многообразии особенностей, связей, взаимовлияющих факторов тот минимальный набор фазовых переменных, которые с достаточной полнотой рисуют общую картину развития биоты, очень непросто. И мы отдаем себе отчет в том, что наша система моделей еще очень несовершенна, что мы находимси только на начальном этапе работы. По существу, сегодня более или менее хорошо отработана модель круговорота лишь для одного биогенного элемента — углерода. Однако и это уже немало, поскольку с помощью подобной модели мы способны теперь проводить интересные и важные эксперименты.
По мере совершенствования вычислительной техники и наших знаний об окружающей среде, по мере того как будут возникать все новые и новые информационные массивы, наша минимальная модель тоже будет расширяться и совершенствоваться, однако основные принципы ее конструкции будут сохранены. И главное — должно быть сохранено разумное соотношение между точностью и возможностью проведения массового эксперимента, которая обеспечивается лишь относительной простотой модели (и, добавлю, квалифицированной математикой!).
229
Широкое экспериментирование с системой моделей, разработанной в Вычислительном центре АН СССР, мы начали относительно недавно (с середины 1980 г.). Но уже первые результаты оказались достаточно обнадеживающими.
Первая группа экспериментов, которая была проведена В. В. Александровым и его сотрудниками, относилась к тестированию моделей климата, проверке их на типичных метеорологических ситуациях. Синоптики хорошо изучили, например, так называемый Сибирский антициклон, который устанавливается в январе, круговое движение воздушных масс в Антарктике в летние месяцы, Бермудский максимум в зимние месяцы, западный перенос и т. д. Все это примеры типичных ситуаций, а модели, которые предназначаются для получения прогнозных оценок, в любом случае должны их воспроизводить. Это необходимое требование вполне естественно (оно необходимо, но не достаточно!).
В экспериментах выяснилось, что предложенная модель климата более или менее правильно отражает эти и подобные им типичные ситуации, что и позволило расширить программу экспериментов, начать изучение следствий возможных антропогенных воздействий. Прежде всего было начато исследование влияния на климат и биоту изменения концентрации углекислоты. Выбор этого исследования был отнюдь не случайным. Углекислота в атмосфере приводит, как известно, к «парниковому эффекту». Он является следствием того, что углекислый газ, будучи прозрачным для солнечных лучей, экранирует длинноволновое тепловое излучение земной поверхности, повышая тем самым температуру атмосферы. Это повышение температуры происходит неравномерно. В экваториальной зоне температура практически не меняется. Зато в полярных областях потепление оказывается весьма значительным. В результате сильно изменяется поле температурных градиентов. А это влечет за собой перестройку
230
всей картины, атмосферной циркуляции, влагопереноса, структуры облачности и т. д. Изменение всех этих факторов влияет, естественно, на биоту, которая реагирует изменением продуктивности и структуры биоценозов.
В эксперименте мы задавали изменение концентрации углекислоты, не выясняя причины, которые могут быть ответственны за это. Такой подход кажется вполне оправданным, поскольку характерное время выравнивания концентрации углекислого газа во всей атмосфере измеряется всего лишь несколькими днями. По изменению концентрации СОг рассчитывалось изменение средних климатических характеристик (средних значений температуры, осадков, интенсивности фотоактивной радиации, балла облачности и т. д.) для различных месяцев в различных районах мира. Оказалось, что после удвоения существующей концентрации углекислоты в атмосфере зависимость изменения средней температуры (и других климатических характеристик) от дальнейшего роста концентрации углекислого газа перестает быть линейной. Авторы этой работы (Г. Л. Стенчиков и В. П. Пархоменко) показали, что при длительном увеличении концентрации углекислоты скорость нарастания температуры начинает спадать. При изменении концентрации углекислоты изменяется и распределение влажности. При этом засушливые районы становятся еще более засушливыми, а увлажненные — еще более увлажненными. Причины данного явления понять нетрудно. В самом деле, повышение концентрации углекислоты в атмосфере приводит, как уже было сказано, к потеплению, прежде всего в зонах полюсов. Это означает уменьшение температурного градиента разности температур между экваториальной и полярными зонами. Поскольку же именно эта разность является одним из основных двигателей, перемещающих воздушные массы, постольку с ростом концентрации углекислоты в атмосфере ее циркуляция становится все более вялой, а перенос влаги, следовательно, — все менее интенсивным.
231
Полученная картина изменений климатических параметров была использована в качестве исходной (как сценарий) для анализа биотических последствий увеличения концентрации углекислоты в атмосфере. Эти последствия предсказать априори (в данном случае — без машинного эксперимента) очень непросто, поскольку увеличение концентрации углекислоты, с одной стороны, интенсифицирует процессы роста растений, а с другой — снижает интенсивность влагопереиоса, что влечет за собой расширение площади засушливых зон, полупустынь и пустынь. Последнее, очевидно, должно отрицательно сказываться иа продуктивности естественных и искусственных ценозов в ряде районов земного шара. Поэтому такие расчеты были объективно интересны для оценки перспектив эволюции биоты (и агроценозов в том числе).
Итак, характеристики климата, возникающие вследствие изменения концентрации углекислоты, как и сама величина концентрации, «вводились» в модель биоты. С помощью этой модёли затем вычислялась продуктивность биоты для различных районов земного шара (на сетке 4° по долготе и 4° по широте). Эти расчеты провел А. М. Тарко — один из разработчиков модели биоты и автор ее математического обеспечения, и они оказались первым серьезным примером совместного использования климатической и биотической моделей. Расчеты были проведены для различных значений концентрации углекислоты в атмосфере. Они дали результаты, которые будут иметь важное значение для последующих исследований. Выяснилось, например, что при двукратном увеличении концентрации углекислого газа средняя продуктивность биоты для всего земного шара практически не изменится. Возможно, правда, что она несколько снизится, но величина этого снижения не превышает пределов точности расчетов. Однако в ряде наиболее аридных районов земного шара (Сахель, Центральная Азия, запад США и Канады и др.) продуктивность биоты должна значительно
232
понизиться по сравнению с существующей. Поскольку же двукратное увеличение концентрации СОг не за горами (его можно ожидать уже в первые десятилетия следующего века), проведенные расчеты представляют определенный практический интерес.
Полученные результаты согласуются с заключениями качественного характера, выводимыми в «географической климатологии». Действительно, они показывают, что с увеличением средних температур следует ожидать увеличения площади аридных зон, что и служит основанием для предсказания общего снижения продуктивности биоты. Однако эта тенденция компенсируется эффектом увеличения количества «пищи для растений» — атмосферной углекислоты, эффектом, который не может быть учтен методами одной географии. Чтобы учесть его, потребовалось создать модель биоты, которая описывает динамику роста растений, потребление ими углекислоты, их дыхание, потребление влаги и т. д. Причем оиа учитывает, что все эти процессы протекают совсем по-разному в тропической сельве, сибирской тайге или засушливых зонах. И то обстоятельство, что «в среднем» оценки географов «почти» подтвердились, представляется нетривиальным. Ведь машинное моделирование показало фактически больше. Оно показало, что (и как) должно происходить перераспределение продуктивности; в аридных зонах продуктивность снижается, причем, вероятно, этот эффект несколько более сильный, нежели компенсирующий эффект роста продуктивности во влажных зонах нашей планеты.
Рассуждения о снижении продуктивности аридных зон при повышении средней температуры атмосферы Земли и результаты расчетов, проведенных А. М. Тарко, соответствуют ряду наблюдаемых фактов, обобщенных так называемым законом Воейкова. А. И. Воейков (1842—1916) — русский климатолог, изучавший взаимозависимость изменений различных климатических характеристик России. Его закон гласит: «тепло на Севере — сухо иа Юге». Он
233
был получен в результате многолетних наблюдений за периодической изменчивостью климата. Увеличение средней температуры на 1,5—2° в высоких широтах нашей страны ведет к заметному уменьшению влажности в степях юго-запада европейской части и Казахстана и к значительному снижению продуктивности этих районов.
Заметим, однако, что результаты А. М. Тарко, как, впрочем, и закон Воейкова, утверждающие, по существу, тенденцию ухудшения условий жизни на планете вместе с повышением среДней температуры ее атмосферы, находятся в известном противоречии с историческим опытом. В истории климата известно явление, получившее название «максимум голоцена» (голоцен — это период истории Земли, который начался после окончания последнего оледенения). Оно имело место относительно недавно — 7—6, а может быть, и 5 тыс. лет тому назад. В ту пору климатические условия на Земле практически всюду были значительно более благоприятными, чем сейчас, хотя средние температуры превышали нынешние на 3—4, а возможно, и на 5 градусов. В те времена все климатические пояса были сдвинуты к северу на многие сотни километров, а на берегах Белого моря и на Соловецких островах шумели широколиственные леса, которые сегодня характерны для средней полосы России. Но, что особенно интересно, климат многих современных пустынь и полупустынь в период «максимума голоцена» не был засушливым, как это должно было бы быть согласно «науке», т. е. следуя схеме приведенных выше рассуждений. Более того, даже Сахара в те времена не была пустыней. Оиа была засушливой саванной, как страны современного Сахеля. Сахару пересекали многочисленные реки (которые текли, кстати сказать, с севера на юг), населенные крокодилами, бегемотами и другим зверьем, о чем нам рассказывают фрески Тасилии. Может быть, даже не долины Нила и Месопотамия, а древние оазисы Сахары были первыми очагами цивилизации! Великие степи Евразии, включая пустыни
234
Каракумы, Гоби, Текла-Макан и другие, также были саваннами, и на них безбедно проживали племена кочевников. В глубине этих саванн существовали города, очаги цивилизации. Почему же все было ие так, как должно было бы быть согласно всем климатическим теориям? Убедительного ответа на этот вопрос пока нет, но ясно, что характер атмосферной циркуляции был в те времена, по-видимому, совершенно иным. Для объяснения феномена «максимума голоцена» предложено несколько различных теорий. Однако мы не будем их здесь обсуждать, поскольку наша цель иная. Мы стремимся показать, что, несмотря на создание сложных математических моделей климата, наука еще очень далека от понимания всей той совокупности причин, от которых он зависит 4.
Модельные исследования глобальных биосферных процессов, которые были проведены нами осенью 1982 г., оказались очень важным этапом для нашего небольшого коллектива. Прежде всего они подтвердили работоспособность созданной системы моделей, которая удовлетворительно описывала основные тестовые ситуации. Теперь мы уже могли более или менее смело изучать сценарии, пытаться прогнозировать изменение климата в зависимости от тех или иных действий людей.
Неспособность объяснить феномен «максимум голоцена» нельзя относить к недостаткам модели. Объяснение этого явления пока отсутствует в принципе. И может быть, суть дела здесь не просто в другом характере циркуляции атмосферы, хотя он был, конечно, совсем иным, нежели сейчас. Суть дела, возможно, в причинах этого отличия. Вероятнее всего, они скрываются неточностью системы исходных гипотез, дефектами исходной информационной базы. В самом деле, допустим, к примеру, что то мелководье, которое лежит на пути Гольфстрима и мешает его водам прорваться в Карское море, в те времена отсутствовало. Тогда вся климатическая ситуация на Севере могла бы коренным образом отличаться от сегод
235
няшней. Там было бы гораздо теплее, а барьер холодного воздуха, который сегодня проходит за Уралом и не пропускает иа восток атлантические циклоны, отсутствовал бы. В этих условиях Великая Евразийская степь могла бы превратиться в благодатную саванну. Да и мало ли какие другие причины могли еще быть! Возможно, они носили даже космический характер (например, колебание земной оси).
Наши модели отлажены на имеющейся информации, и поэтому естественно предположить, что проблемы и неясные ситуации с климатом прошлых эпох лежат за пределами возможностей анализа с помощью этих моделей. Но коль скоро они в состоянии описывать наблюдаемые тестовые ситуации, их можно считать более или менее удовлетворительными отображениями современной климатической реальности. Поэтому в программу новых исследований 1983 г. были включены и новые эксперименты. Наиболее интересные среди них относятся к анализу сценария ядерной войны, предложенного известным американским астрономом Карлом Саганом и его сотрудниками. Мы считали важным оценить возможные климатические и биотические последствия крупномасштабной ядерной войны. К этому времени уже были получены качественно новые данные о возможных эффектах ядерных взрывов, а мы располагали, по-видимому, единственным в мире инструментарием, который позволял дать пусть приближенную, но все же оценку глобальных воздействий ядерной войны прежде всего на характер климата.
3.	Изучение климатических последствий ядерной войны
Вот уже 40 лет над человечеством витает угроза ядерной катастрофы. И ученые разных специальностей и всех стран пытаются оценить ее возможные размеры. Прямые разрушения и массовая гибель людей во время атомных взры-
236
bob, убийственная радиация, болезни и многое другое, ожидающее человечество в исходе ядерной войны, многократно подвергались тщательному анализу. Выводы оказались ужасающими и всколыхнули огромные массы людей. Антивоенное движение получило сегодня широкое распространение по всему земному шару. Но все эти исследования, несмотря на их важнейшее научное и политическое значение, на мой вгляд, имеют два существенных недостатка. Во-первых, им явно недостает обоснованных количественных оценок и поэтому публичное обсуждение возможных последствий ядерной войны носило, как правило, больше эмоциональный, чем научный, характер. Во-вторых, опубликованные результаты не давали однозначного ответа на вопрос о возможной судьбе человеческой цивилизации после ядерной войны. Создавалось впечатление, что ядерная война вроде бы может закончиться и победой одной нз воюющих стран. Это порождало иллюзии и могло служить источником трагических замыслов. Именно такая иллюзия лежит в основе американской военной стратегии.
Новые исследования вносят в эти вопросы необходимую ясность. Они показывают, что основная опасность идет с той стороны, о которой до сих пор меньше всего думали. Ядериая война будет иметь такие климатические последствия, которые человечество ни в коем случае не переживет!
Долгое время этими климатическими последствиями никто всерьез не интересовался, поскольку ядерный взрыв уподоблялся извержению вулкана. Казалось, что именно вулкан является естественной моделью ядерного взрыва. При извержении вулкана так же, как и при ядерном взрыве, в атмосферу выбрасывается огромное количество аэрозольного материала. Этот материал экранирует солнечный свет и тем самым понижает температуру атмосферы. Считалось, что климатические последствия ядерного взрыва и крупного извержения будут сопоставимы.
Самое большое извержение вулкана, зарегистрированное человеком, произошло в 1814 г. в Индонезии. Тогда
237
взорвался вулкан Тамбор. По оценкам геофизиков, он выбросил в атмосферу более 100 кубических километров пыли и пепла. Это в тысячи раз больше того, что было выброшено во время атомных взрывов. Появление в атмосфере такого количества аэрозольного материала не могло не сказаться на климате. И действительно, в 1815 г. в северном полушарии Земли было зарегнстрироваио холодное и дождливое лето — лето без лета! Однако эти последствия не носили катастрофического характера, были недолговременными и не выходили за пределы фоновых колебаний. По этой причине ученые и не придавали серьезного внимания анализу климатических последствий ядерной войны, считая, что они носят второстепенный характер.
Однако постепенно пришлось полностью пересмотреть этот взгляд. Оказалось, что не сам ядерный взрыв, а ядерный взрыв в атомной войне не имеет никаких аналогий с извержением вулканов н их последствия несопоставимы. И сегодня мы уже знаем, что именно климатические последствия окажутся той основной причиной, которая сделает ядерную войну, если она произойдет, последним актом истории человеческой цивилизации. Это новое знание возникло лишь в 1983 г., и ему, вероятно, будет суждено сыграть важную роль в истории человечества. О том, как возникло такое знание, мы теперь н расскажем. Ведь это не просто интересно, а свидетельствует еще и об усложнении алгоритмов развития, которыми должно ныне овладеть человечество.
Еще в 60-х годах в печати стали высказываться соображения о том, что наиболее вероятными объектами ядер-ных ударов окажутся города. Но тогда ядерные взрывы наряду с прямым разрушением строений, транспорта, ландшафта и т. д., наряду с интенсивной радиацией и другими многочисленными катастрофическими последствиями вызовут также и пожары. Значит, в верхние слои тропосферы поднимутся не только облака пыли, как
238
при извержении вулканов, но н огромное количество сажи. А она обладает совершенно иными свойствами.
Может быть, подобные рассуждения оказались наводящими соображениями, но, так или иначе, в конце 70-х годов в Институте физической химии им. Макса Планка (ФРГ) начали серьезно изучать явления крупномасштабных пожаров.
Пожар — это своеобразная цепная реакция. Прн достижении некоторого критического значения температуры (точнее, плотности энергии) возгорается бумага. Если эта плотность энергии выше, начинает гореть дерево, если еще выше — то и каменный уголь. Прн очень высоких плотностях горит уже металл. Может гореть даже железобетон (конечно, не его силикатная начинка, а металлическая арматура). Горят, естественно, и пластик, и все то огромное количество горючего материала, которое накопила биосфера. Поскольку реакция пожара является цепной, она, пока имеется материал, способный гореть, а также нелимитированный доступ кислорода, не только поддерживается, но и непрерывно интенсифицируется. Явление возникновения и развития крупномасштабного пожара при достаточном количестве кислорода (например, в лесу при сильном ветре) получило название огненного торнадо. Конечно, чтобы вызвать его, вовсе не обязательно прибегать к ядерному взрыву. Так, уже в самом конце второй мировой войны, когда ее судьба была практически решена, англо-американская авиация подвергла интенсивнейшей за всю войну бомбардировке Дрезден. Несколько раньше (в 1943г.) подобной бомбардировке подвергся Гамбург. И в этих городах возникли явления, получившие название огненного торнадо. В огненном вихре пожаров погибло не меньше людей, чем при атомной бомбардировке Хиросимы и Нагасаки. Может быть, именно осмысление событий 1943—1945 гг. и побудило профессора Крутцена и его коллег по Институту физической химии им. М. Планка поставить вопрос о развитии и последствиях пожаров, кото
239
рые могут возникнуть в период ядерной войны. Постановка этого вопроса стала причиной соответствующего детального анализа.
Огненные смерчи — торнадо — обладают следующей особенностью: они выбрасывают в верхние слон атмосферы и в стратосферу огромное количество сажеобразного материала. Поднявшаяся в атмосферу сажа практически не пропускает солнечный свет. Немецкие ученые изучали оптические свойства этой сажи, скорость ее выпадения на Землю и другие физические свойства тех аэрозолей, которые образуются при интенсивных пожарах. Эти данные были использованы К- Саганом и его коллегами по Кор-нельскому университету (США) для построения нескольких сценариев развития последствий широкомасштабного ядерного взрыва.
Основа всех этих сценариев — предположение о том, что ядерная бомба может играть роль «спички», которая поджигает, однако, не клочок бумаги, а крупный город. Зная, какая энергия необходима для образования огненного смерча, нетрудно подсчитать, сколько городов, скажем, северного полушария можно поджечь суммарным ядерным зарядом в 5 или 10 тыс. мегатонн.
В мире накоплены огромные запасы ядерного оружия. Эсперты оценивают их цифрой порядка 40 ты.с. мгт. Вспомним, что первые ядерные бомбы имели мощность порядка 10—15 клт. Таким образом, сегодня мировой запас ядерного оружия примерно в 4 млн раз превосходит мощность бомбы, сброшенной над Хиросимой. И если сегодня начнется мировая ядерная война, то, как считают специалисты в области исследований операций, ее наиболее эффективной стратегией будет использование ядерных средств уже в первые ее часы или, может быть, даже минуты. При этом основными целями, вероятнее всего, будут города, поскольку военные объекты (тем более пусковые установки) обычно хорошо замаскированы среди большого количества ложных целей (например, пустых шахт). В городах уже
240
сейчас проживает большинство населения — основной потенциал, основная ценность любой страны, любого народа. Эвакуировать или как-то защитить живущих в городах от последствий ядерных взрывов практически невозможно.
Вот почему люди, разрабатывавшие сценарии возможной ядерной войны, и посчитали города наиболее вероятными целями. Что же произойдет, если один из сценариев будет осуществлен?
К. Саган и его сотрудники разработали серию сценариев, где потенциальные противники обмениваются ударами мощностью от 100 до 10 тыс. и более мгт взрывчатого вещества. Зная, сколько ядерного горючего необходимо, чтобы вызвать в городе того или иного размера огненное ториадо, нетрудно подсчитать количество городов, которые в рамках того или иного сценария подвергнутся ядерным атакам. Так, согласно одному из базовых сценариев в том случае, если будет использовано 10 тыс мгт, ядерным ударам будет подвержено около 1 тыс. крупнейших городов северного полушария.
Сегодня в городах сосредоточено огромное количество горючего материала. Это не только дерево, запасы угля, пластики, асфальт, покрывающий более половины городской территории. Это и металл, который тоже сгорает в огненных торнадо, и даже железобетон. Современные многоэтажные здания (особенно башенного типа) обеспечивают благодаря эффекту «тяги» (как в печах с высокими трубами) нелимитированный доступ кислорода.
Саган и его сотрудники подсчитали, опираясь на данные ученых из указанного выше Института им. М. Планка, количество сажеобразного материала, которое будет выброшено в атмосферу в результате сгорания 1 тыс. городов. Они оценили оптические свойства облаков, которые появятся над северным полушарием, а также проанализировали процесс осаждения сажи на поверхность Земли. Таким образом они сумели оценить и характер просветления атмосферы Опубликованные результаты оказались со
241
вершенно неожиданными. Например, взрыв ядерных бомб общим эквивалентом 5—7 тыс. мгт тротила, распределенный определенным образом над городами северного полушария, создает над ними такие сажепылевые облака, которые будут пропускать меньше одной миллионной доли солнечного света, в обычное время достигающего поверхности Земли. Другими словами, на поверхности Земли под пологом этих облаков даже в самый солнечный день будет темнее, чем в ненастную безлунную ночь.
Естественно, что, не получая света и тепла, поверхность Земли под облаками сажи начнет быстро остывать. После публикации этих результатов весной 1983 г. в печати стали появляться совершенно новые термины — «ядерная зима» и «ядерная ночь». Подробное обсуждение этих результатов, их уточнение и оценки экологических последствий подобного катаклизма начались с конца 1983 г. и составляют в настоящее время целое специальное направление научных исследований.
Расчеты группы К. Сагана носили статический характер. Они не учитывали движения атмосферы, выпадения осадков, изменений температуры и т. д. И самое главное, оставалось неясным, как эти апокалиптические облака будут распространяться над поверхностью Земли. Что случится на экваторе, в южном полушарии? Выживут ли, например, австралийцы? Что произойдет с океанами?
Поэтому сразу, как только был опубликован сценарий Сагана, в Вычислительном центре АН СССР было решено провести машинный эксперимент на той системе моделей, о которой я рассказывал выше, чтобы выяснить, как локальные эффекты, рассчитанные Саганом, будут расползаться над всей поверхностью Земли и что произойдет с земным климатом в первый год после обмена ядерными ударами. Эти расчеты были проведены В. В. Александровым и Г. С. Стенчиковым летом 1983 г.
Результаты исследований ученых из Института им. М. Планка и сценарий ученых из Корнельского уни
242
верситета впервые позволили начать научное обсуждение той ситуации, которая ожидает человечество в случае ядерного конфликта. Они послужили поводом для проведения весьма представительной международной конференции, которая была созвана в Вашингтоне и получила название «Мир после ядерной войны». Конференция работала 31 октября и 1 ноября 1983 г. Мы тоже участвовали в ее работе. Вычислительным центром АН СССР был представлен доклад, который сделал В. В. Александров — непосредственный руководитель основных климатических расчетов. Позднее В. В. Александров был приглашен выступить в сенате США с повторением этого доклада. Подробное изложение содержащихся в нем результатов, как и документации модели и проведенных расчетов, были недавно опубликованы 5. Поэтому здесь я ограничусь лишь перечислением нескольких отдельных фактов.
Как уже говорилось, после образования сажевых облаков поверхность Земли перестанет обогреваться солнечными лучами, на ней резко понизится температура. Согласно нашим расчетам, уже в первый месяц средняя температура поверхности суши в северном полушарии может уменьшиться на 15—20 и даже на 25 °C, а в некоторых местах, удаленных от океанов, — на 30—35 °C. И хотя уже в начале второго месяца освещенность земной поверхности начнет увеличиваться, температура будет продолжать понижаться еще в течение нескольких месяцев. В северном полушарии наступят «ядерная зима» и «ядерная ночь». Осадки в виде дождя прекратятся полностью, а земная поверхность промерзнет на глубину нескольких метров и лишит людей, уцелевших после ядерных пожаров, пресной воды.
Мы описали ситуацию, которая возникнет в северном полушарии. А что же произойдет в южном полушарии? Оказывается, что и здесь наступят «ядерная ночь» и «ядерная зима», поскольку сажевые облака, которые образуются над городами, подвергшимися ядерным ударам, постепенно
243
сольются в одно облако. Оно постепенно окутает плотным покрывалом всю Землю. Произойдет полная перестройка атмосферной циркуляции. В нормальных условиях циркуляции в атмосфере северного и южного полушарий относительно независимы, они не очень влияют друг на друга. Еще в XVIII в. географы установили существование так называемых циклов Гадлея. На экваторе за счет интенсивного солнечного нагрева воздух поднимается вверх и оттуда растекается в направлениях полюсов. В полярных зонах он охлаждается, опускается вниз и начинает двигаться назад, к экватору. Конечно, это простая схема весьма приближенна, но все же качественно она отражает реальное положение дел, вскрывает структуру атмосферных циркуляций.
После ядерных взрывов и огненных торнадо, которые образуют над северным полушарием непроницаемое сажеобразное облако, структура атмосферной циркуляции принципиально изменится. За счет существующих циклонов часть этого облака уже в первые недели закроет экваториальную зону, и «ядерная зима» надвинется и на эту область земного шара. В результате и экваториальная зона перестанет получать обычное тепло, а циклы Гадлея разрушатся, поскольку исчезнет их источник — интенсивное прогревание этой зоны. Расчеты показывают, что вместо циклов Гадлея установится один цикл. Верхние слои атмосферы начнут двигаться с севера на юг. В результате то черное покрывало, которое образовалось на севере, закроет и южное полушарие. И там наступит «ядерная зима». Правда, перепады температур там будут несколько ниже, но в Южной Америке и Австралии они упадут на 10—12 °C.
Особую роль будет играть океан. Из-за крайней инерционности всех процессов, протекающих в нем, и очень высокой теплоемкости воды поверхность океана охладится всего лишь на 1,5—2 °C (в первые месяцы). Между этой поверхностью и сушей возникает огромная разность темпе
244
ратур, в результате чего прибрежные районы окажутся подверженными жесточайшим штормам.
Чтобы закончить описание той ситуации, которая возникнет на Земле после ядериых взрывов суммарной мощностью порядка 5—10 тыс. мгт, обратим внимание на еще одну особенность. Поскольку планета окажется окутанной черным покрывалом, ее альбедо (отражательная способность) уменьшится, вероятно, во много раз: ведь сажа — это практически черное тело. Таким образом, Земля начнет отражать в космическое пространство значительно меньше солнечной энергии, нежели обычно. Ее установившийся тепловой баланс нарушится, и она начнет усваивать значительно больше солнечной энергии. Но если сегодня основной поток солнечной энергии достигает поверхности Земли — атмосфера практически прозрачна для солнечного излучения — и нагревает ее, то в описываемом случае вся эта энергия будет концентрироваться в верхних слоях атмосферы, которые очень сильно прогреются.
К чему это приведет? Понять то, что может случиться, не очень сложно. Земная атмосфера будет нагреваться, но не от подстилающей поверхности (тверди и океана), как сейчас, а сверху — будут нагреваться ее верхние слои, т. е. «черная» часть атмосферы. Нижние же слои останутся холодными и даже в течение месяцев будут остывать еще больше. Создается значительный вертикальный перепад температур, который, однако, не вызовет каких-либо движений атмосферы, подобных циклонам, образующимся из-за разности температур океана и суши. Более того, этот перепад стабилизирует состояние атмосферы — более холодные и плотные ее слои окажутся внизу. Вертикальное перемешивание воздуха, столь интенсивное сегодня, практически исчезнет, поскольку исчезнет источник конвективной неустойчивости атмосферы. Благодаря возросшей устойчивости атмосферы выпадение сажи будет происходить значительно медленнее, чем по предварительным расчетам Сагана и его коллег. Конечно, оно будет
245
зависеть от мощности ядерных ударов. Тем не менее состояние «ядерной ночи», по нашим данным, продлится довольно долго. Так, при общей мощности в 10 тыс. мгт даже через год еще оптическая толщина атмосферы будет выше нормальной. При ударе порядка сотен мегатонн также наступят «ядерная зима» и «ядерная ночь», но они продлятся 3—4 месяца.
Так как исчезнет конвекция, прогревание атмосферы будет происходить только за счет механизма теплопроводности, т. е. также значительно медленнее, чем это предполагалось по исходным сценариям.
В результате биосфера получит такой удар, что ей вряд ли удастся оправиться и вернуться в исходное со-стряние. Действительно, в течение года будут разорваны все привычные трофические связи. Особенно пострадает экосистема экваториальной зоны, которая настроена практически на постоянные температуры. В ней, даже если леса и не будут сожжены, высшие формы жизни исчезнут, по-видимому, полностью или почти полностью. Но и в северных районах ситуация окажется иной и весьма сложной. Здесь многое будет зависеть от того, в какое время года произойдет ядерная война, р зимние месяцы значительная часть фауны и флоры находится в состоянии анабиоза. И если война разразится зимой, эта часть в принципе может выжить в районах, не подверженных пожарам. Если же катастрофа произойдет летом, то весь животный и, может быть, растительный мир погибнет, сохранятся разве что низшие формы жизни. В самом деле, например, сосна или лиственница переносят зимой пятидесятиградусные морозы. Однако оии погибают уже при минусовых температурах в 3—4°, если их подвергнуть охлаждению летом, когда в них циркулируют жизненные соки. Поэтому, если жизнь и сможет сохраниться на суше после ядерной катастрофы, то она окажется в очень ущербном виде. Во всяком случае, высшие животные этой катастрофы не выдержат.
246
Можно думать, что такая же судьба постигнет и живой мир океана. Действительно, ведь исходным звеном всех океанических трофических цепей является фитопланктон. Но он, вероятнее всего, погибнет, хотя температура океана изменится совсем незначительно. Причина его гибели будет иной: в течение более чем года фитопланктон будет лишен солнечного света — основы своей жизнедеятельности. Сможет ли выжить фитопланктон в этих условиях? Очень сомнительно.
Ядерный удар по биосфере можно рассматривать как бифуркацию, которая резко меняет путь ее эволюции, выводит ее на качественно новый режим. Как мы это знаем из первой главы, последствия любой бифуркации в принципе нельзя предсказать во всех деталях. Однако мы можем оценить некоторые особенности биосферы, которые она приобретает после ядерного удара. Прежде всего биосфера, по-видимому, не исчезнет совсем. В ней, однако, произойдет такая качественная перестройка, которая исключит возможность дальнейшего существования высших животных и растений, которые погибнут, вероятно, еще во время «ядерной зимы». Само собой разумеется, такая же судьба постигнет и человека, где бы он ни находился — в США или СССР, Южной Африке или Австралии. Где бы, в какой бы части света ни произошел ядерный удар, с ответным ударом или без него, его климатическим последствием будет «ядерная зима», которую человечество пережить не сможет. Никому не будет дано увидеть «послеядерной весны».
Выше я говорил только о климатических последствиях ядерного удара. Но ведь к ним надо добавить уничтожающие концентрации радиации, которые на значительной территории поверхности Земли превзойдут смертельную дозу, взрывы атомных электростанций, эпидемии и многое другое. Образное описание всех этих кошмаров можно теперь предоставить писателям и художникам. Кстати, однажды это уже было проделано в гениальном стихо
247
творении Байрона «Тьма», великолепный перевод которого на русский язык принадлежит И. С. Тургеневу.
В заключение отметим, что идея оценить возможные климатические последствия ядерной войны после того, как широкую известность получили исследования, проведенные в ФРГ в Институте им. М. Плаика под руководством Крутцена, и были опубликованы сценарии К- Сагана, пришла в голову не только нам. В Национальном центре климатических исследований США (г. Боулдер, штат Колорадо) также была предпринята подобная попытка. Американские ученые, работавшие независимо от нас, располагали гораздо более подробной моделью динамики атмосферы (их модель была девятислойной, наша — только двухслойной). Однако эта модель не была объединена с моделью океана, как это было сделано в системе Вычислительного центра АН СССР. Конечно, в распоряжении американских специалистов имелась, наверное, и отдельная, достаточно совершенная модель океана. Но объединение обеих моделей в единую систему требовало дополнительной работы и времени. А этого как раз у американских специалистов не было. Сценарий Сагана был опубликован в марте 1983 г., а международная конференция «Мир после ядерной войны» состоялась осенью того же года. Кроме того, в результате простого объединения двух достаточно сложных моделей для атмосферы и для океана получилась бы модель, вероятно чересчур сложная для проведения массовых расчетов.
Без учета взаимодействия океана и атмосферы исследования оказываются значительно менее интересными. Ведь океан, как уже говорилось, обладает очень большой тепловой инерцией — это огромный резервуар тепла, и пренебречь его влиянием на климатические процессы можно только на самой начальной стадии машинного эксперимента.
Американские ученые смогли провести количественный анализ только самого начального периода после ядерного
248
удара (они рассчитали изменения характера атмосферы, которые произойдут в течение первых двадцати четырех дней), когда инерционность океана еще не оказывает решающего влияния. Для этого периода возникла возможность сопоставить результаты наших и американских расчетов, что и было сделано. Результаты оказались почти идентичными.
Наши и соответственно американские исследования проводились на разных вычислительных машинах и на основе качественно различных моделей. И очень важно то, что полученные результаты практически совпали. Это обстоятельство трудно переоценить. Оно свидетельствует в пользу достоверности полученных результатов. Стало ясно, что любая ядерная война, где бы она ни произошла — на Севере или Юге, на Востоке или Западе, грозит тотальной гибелью всему человечеству. Академик Е. П. Велихов очень удачно сказал по этому поводу: «После проведенных расчетов всем становится ясно, что ядерное оружие — это не средство дипломатии и даже не средство войны, это — средство самоубийства».
Нам в Вычислительном центре АН СССР удалось провести расчеты на первый год после катастрофы. Точнее, нам удалось рассчитать изменение климатических параметров (главным образом температуры, прозрачности атмосферы, интенсивности энергопереноса и др.) для различных точек земного шара в течение 380 дней после ядерного удара. Нам казалось интересным определить, чем завершится «ядерная зима». Интерес этот носит, правда, чисто академический характер, поскольку, как уже было сказано, свидетелей этого процесса уже не останется. Но что же все-таки произойдет?
В нормальных условиях нагревание атмосферы идет от Земли и океана: сама атмосфера практически прозрачна для солнечного излучения. В условиях сажевого и пылевого покрывала ее прогрев будет осуществляться сверху. Сначала он скажется на ледниках Гималаев, Анд и других
249
высоких гор, где температура повысится значительно выше нуля. Ледники начнут таять, и те массы воды, которые при этом образуются, хлынут вниз иа равнины. Постепенно и на равнинах образуются зоны повышенных температур. Вообще, по-видимому, впоследствии средние температуры на Земле значительно возрастут. Здесь сыграют свою роль и тепличный эффект (из-за увеличения концентрации углекислоты), и уменьшение альбедо (за счет зон, почерневших от пожаров). Но все это уже никого не будет интересовать на Земле. Жизнь — это космический фактор, и в некоем уголке Вселенной она просто перестанет существовать вследствие локальной бифуркации в мировом процессе развития.
Примечание. Не нужно быть специалистом в области метеорологии или динамики атмосферы, чтобы знать, сколь неточны прогнозы любых метеорологических факторов. Атмосфера чрезвычайно неустойчива, и незначительные различия в начальных условиях приводят к качественно различающимся общим картинам распределения температур, осадков, ветра и т. д. Выше же мы рассказали о расчетах, проведенных на целый год вперед. В этой связи читателю может показаться, что тем самым мы смогли сделать невозможное — дать «прогноз погоды» на целый год! Но «ядерная зима» — совершенно необычное состояние атмосферы. Дело в том, что оно практически не зависит от исходного, т. е. от начального, распределения температур, циклонов и т. д. В результате появления сажевого покрывала возникает некая предельная, крайне устойчивая ситуация, в которую атмосфера попадает уже через несколько дней после ядерного удара.
Глава седьмая СОВРЕМЕННЫЙ ЭТАП ЭВОЛЮЦИИ. СИСТЕМА ГЕЯ
1.	Коэволюция и ноосфера
В предыдущей главе я подробно рассказал о расчетах, которые были проведены для анализа климатических последствий ядерного удара. Читателю могло показаться, что вопросы, рассмотренные в этой главе, лежат несколько в стороне от основной темы работы. Но это не совсем так. Анализируя последствия ядерного удара, я преследовал две цели. Во-первых, мне хотелось показать на конкретном примере, что современная технология системных исследований процессов глобального масштаба уже не только сделала свои первые шаги, но и способна решать сложнейшие проблемы, жизненно важные для всего человечества. Без их решения трудно представить себе саму возможность разумного выбора альтернативных путей, которым должна следовать будущая история человечества. Приведенный пример показывает, что мы действительно постепенно вступаем в эпоху ноосферы, в которой алгоритмы развития станут совершенно иными — будут формироваться разумной человеческой деятельностью. В эту эпоху они будут основываться прежде всего на способностях человека (владеющего, естественно, необходимым инструментарием) предвидеть результаты собственных действий. Только ясное понимание последствий своей деятельности позволит людям принимать решения в их собственных интересах, в интересах не отдельных личностей или классов, а человечества в целом. И материал предыдущей главы
251
показывает, что инструментарий, необходимый для этого, уже начал успешно создаваться усилиями ученых различных стран. Во-вторых, что, возможно, еще более важно, я хотел еще раз обратить внимание читателя на то, что современная цивилизация уже достигла мощности, способной при неразумном ее использовании привести человечество к гибели, — это подтверждается конкретными расчетами (анализом климатических последствий ядерного удара). Таким образом, то, о чем люди интуитивно догадывались, о чем говорилось на многочисленных форумах, начало подтверждаться точными количественными расчетами.
Вместе с тем ядерная война — это далеко не единственный способ самоуничтожения человечества. Это лишь один, хотя, может быть, и самый яркий, пример, показывающий, к чему может привести неразумное использование могущества цивилизации. Катастрофа может подкрасться и достаточно незаметно. Так, загрязнение поверхности океана мономолекулярной пленкой нефти понижает энергообмен океана и атмосферы на 20—30 %. Одновременно на такую же величину уменьшается и испарение с поверхности океана. И если однажды случится всеобщее (для океана) такое загрязнение, то биосфера перейдет в состояние, при котором человечество вряд ли сможет существовать *.
Подобные примеры преследуют одну цель: показать, что возможности существования на Земле человека ограничиваются очень узким диапазоном параметров биосферы. А мощность цивилизации такова, что она способна относительно легко вывести биосферу за эти опасные границы.
Предыдущая глава должна была продемонстрировать не только возможности глобального самоуничтожения человечества, но и способность науки предвидеть возможные катаклизмы. Это и означает, что история человечества вступает в эпоху ноосферы. Дальнейшая судьба планеты оказывается теперь в его руках. Без разумного управления
252
своим могуществом оно не может выжить на Земле. Вместе с тем человек уже располагает теми средствами, которые необходимы ему для того, чтобы управлять своим развитием, — ему становятся доступны оценки будущего в зависимости от его сегодняшних действий.
В теории управления первым необходимым условием возможности управления считается достаточно хорошее знание объекта, знание его реакций на управляющие воздействия. И эти знания, как мы убедились, человечество очень быстро начинает приобретать. Другой вопрос — сумеет ли оно воспользоваться этими знаниями? Если оно сумеет это сделать, то уже в конце XX в. характер развития планеты начнет качественно изменяться. Развитие станет направленным или, лучше сказать, направляемым — направляемым разумом и волей людей. В частности, это означает, что его алгоритмы окажутся плодом научной деятельности.
Раньше термины «алгоритм эволюции», «алгоритм развития» я брал в кавычки, ибо в этих процессах до поры до времени интеллект не участвовал. Теперь мне уже не нужно кавычек. Наряду с теми механизмами развития, которые никак не зависят от интеллекта и нарушить которые не дано никому, должны возникнуть механизмы направленного развития. Они постепенно станут предметом не только научных исследований, но и изобретений, проектирования. . . Это важнейший элемент возникающей ныне теории развития ноосферы.
Когда речь идет об управлении, независимо от того, какова природа объекта, будь это ядерный реактор, ракета, популяция микробов или агроценоз, завод или армейский коллектив, первым вопросом всегда является вопрос о цели управления. Бесцельного управления не бывает в принципе! Другое дело, что во многих ситуациях проблема формирования цели не менее сложна, чем создание механизма управления. В сложных нерефлексных системах, а тем более в процессах взаимодействия человека и окружающей
253
среды, проблема целей всегда связана с выработкой определенной доктрины, которая является компромиссом, разрешающим множество противоречивых тенденций.
Примечание. Существует математическая дисциплина, которая занимается анализом конфликтных ситуаций. В ней выработана определенная терминология, которая отличается от общеупотребительной (житейской), и ею мы уже пользовались в первой главе. Условимся говорить, что компромисс возможен, если существует такое коллективное решение, которое, во-первых, нельзя улучшить одновременно для всех участников конфликта — это свойство называется эффективностью компромисса — и которое, во-вторых, выгодно всем участникам (устойчивость), т. е. невыполнение договорных обязательств кем-либо из участников невыгодно прежде всего нарушающему договор.
Анализируя процессы общественной природы, мы очень часто сталкиваемся с ситуациями, в которых компромисс невозможен (т. е. не существует эффективного устойчивого коллективного решения), либо людям кажется, что он невозможен (т. е. они не обладают нужными знаниями для того, чтобы его найти), либо люди, следуя мотивам, продиктованным косностью или эгоизмом, не стремятся их искать. История дает нам достаточное количество примеров (как, например, нашествия Батыя или Тимура), когда невозможность найти компромисс или его отсутствие приводили к разрушительным войнам и отбрасывали человечество на много веков назад.
Но в проблемах, о которых идет речь здесь, складывается качественно иная ситуация. Отдельные регионы и страны, отдельные классы и группы людей имеют, конечно, самые различные цели и интересы. Однако среди этих целей и интересов у всех живущих на Земле есть одна общая цель — сохранить человечеству возможность жить на ней.
Итак, в конфликтных ситуациях, когда нам приходится учитывать экологические факторы, среди целей участников
254
конфликта всегда есть некоторая общая цель (математически это означает, что экологические ситуации не являются строго антагонистическими). Благодаря этому обстоятельству в экологических ситуациях, как правило, существует эффективный устойчивый компромисс. Оказывается, что даже в такой антагонистической ситуации, как гонка ядерного вооружения, могут существовать выгодные всем компромиссы. Это не голословное утверждение, а факт, следующий из анализа математических моделей 2. Другое дело, что найти этот компромисс, обнаружить его во всем хитросплетении человеческих интересов и судеб совсем не просто. Для этого требуется специальный и глубокий анализ.
Несмотря на всю сложность проблемы, существуют отправные позиции, вселяющие известный оптимизм. Прежде всего нам нет необходимости разыскивать однозначный компромисс, который бы удовлетворял нас во всех отношениях. Такого компромисса может и не быть. Противоречия — они были, есть и останутся, будут возникать вновь и вновь. Однако их эскалация ограничивается тем, что существуют реальные границы, выход за пределы которых выводит человечество из области его гомеостазиса. И человечество должно четко установить эти границы, чтобы по незнанию или случайности не переступить их. Кое-что мы уже знаем сегодня об этих границах. Так, мы знаем, что достаточно большое количество сажи, оказавшееся вдруг в атмосфере (например, вследствие пожаров, которые человечество способно зажечь — и не только с помощью ядерного удара), приведет его к гибели. Поэтому, как бы ни были остры противоречия, какие бы способы нх разрешения ни использовались, ядерная война или другие «спички», способные зажечь эти пожары, должны быть раз и навсегда исключены из арсенала способов преодоления противоречий.
Изучение условий, нарушающих гомеостазис, позволяет сформулировать определенную систему запретов, по
255
добную той, которая возникла на заре истории человечества и позднее переросла в мораль. Отличие лишь в том, что в эпоху раннего палеолита процесс формирования запретов происходил стихийно, ибо действовали лишь стихийные алгоритмы развития, определяемые естественным отбором организаций первобытных сообществ, а ныне — в эпоху ноосферы — пришло время новым алгоритмам, которые создаются сознательной деятельностью людей. Один из них вытекает из того, что человечеству в целях продолжения его существования на Земле необходимо исключить ядерную войну из числа средств разрешения противоречий. Такой запрет в принципе не может быть выработан «естественным», или стихийным, путем, так как человечество существует в единственном экземпляре, а этот запрет касается всех!
Запрет на ядерную войну — это необходимое, но отнюдь не достаточное условие выживания и развития человечества. Постепенное выяснение подобных условий представляет собой важнейшую задачу науки. Но наряду с этим, по-видимому, не менее важно изучать и механизмы соблюдения таких условий, поскольку одно их знание еще не гарантирует их соблюдения.
Среди условий, соблюдение которых обязательно для дальнейшего развития человечества, есть одна группа условий, которые занимают новое, совершенно исключительное место. Это условия взаимоотношения человека и окружающей среды. Биосферой в естественных науках принято называть ту часть земной оболочки, в которой присутствует жизнь. Человек — это элемент биосферы, элемент системы «окружающая среда + общество». Биосфера долго жила без человека и в будущем тоже, наверное, может обойтись без него. Но вот человечество не может даже мыслиться вне биосферы. Активная деятельность людей влияет на параметры биосферы, структуру которой общество приспосабливает к своим потребностям. Так происходило всегда — ив прошлом и в настоящем. И будет происхо-
256
дить в будущем. Но человек, меняя характеристику окружающей среды, сам всегда приспосабливается к ней. Иными словами, его отношения с биосферой двусторонни — но это всегда отношения части и целого. Когда эти отношения регулируются разумом и обеспечивают взаимное развитие биосферы и человеческого общества, мы получаем процесс, называемый «коэволюцией человека и биосферы». Я думаю, что первейшей обязанностью современной науки является раскрытие, если угодно, расшифровка этого процесса и исследование всех тех условий, которые необходимы и достаточны для его обеспечения. Для этого нужно, в частности, глубоко изучить все детали современного процесса развития и выяснить те условия, которые гарантируют сохранение гомеостазиса человека, а также и те, которые достаточны для разрушения.
В такой ограниченной постановке проблема коэволюции человека и биосферы приобретает уже вполне практический характер, удобный для формирования специальных научных программ. Действительно, из сказанного следует, что описание коэволюции эквивалентно описанию минимума условий, выполнение которых необходимо, ио еще не достаточно для сохранения гомеостазиса человека.
В самом деле, обеспечение будущности человечества нуждается не только в разрешении его противоречий с природой, но и в преодолении проблем общественно-политического характера (о которых я здесь не говорю).
Изложенное выше ограниченное представление о коэволюции, вероятно, намного уже того, которое связывал с понятием ноосферы В. И. Вернадский. В самом деле, понятие ноосферы требует анализа и решения бесчисленного множества вопросов, относящихся и к структуре общества и общественных отношений, и к проблеме противоречивых целей и интересов регионов, стран, классов, личностей и т. д. Все это требует изучения структуры противоречий в новом ракурсе. Мы должны искать пути
257
разрешения разнообразных противоречий, не разрушающих гомеостазиса человеческого общества, искать новые формы компромиссов. Но вместе с тем мы не должны быть утопистами, полагая, что от противоречий вообще можно избавиться, а должны оставаться на позициях диалектики, которая учит нас, что именно противоречия являются двигателем прогресса. Ведь унифииация целей, стремлений, культур, языков, нивелирование личностных характеристик — все это ведет к застою (эквивалентно прекращению развития) общества и, значит, к его деградации.
Итак, прогресс человечества требует разнообразия темпераментов, стремлений и т. д., — одним словом, люди будущего должны обладать определенной самобытностью. И в то же время «свобода личности», без которой немыслимо дальнейшее развитие общества, не может иметь ничего общего с представлениями типа «бакунинской вседозволенности». Необходимость ограничений очевидна. Они должны формироваться определенной организацией, соответствующим распределением власти и «институтами согласия». Иными словами, необходима система, исключающая возможность такого разгула страстей, который приведет общество к гибели. Все это, конечно, предмет специального анализа, и на некоторых вопросах из числа названных я остановлюсь ниже. Но во всяком случае, в числе подобных запретов должен быть запрет нарушения условий коэволюции. Обеспечение коэволюции должно стать одним из основных «институтов согласия».
Проблемы организации общественных структур мы оставим, однако, пока в стороне. Я думаю, что безусловным приоритетом сегодня обладают условия коэволюции в том узком смысле слова, который мы только что обсуждали. Лишь тогда, когда мы достаточно четко и полно определим эти условия, накладываемые на развитие человеческого общества, мы сможем обрести надежный фундамент для разрешения специфических общественных про
258
блем и для нахождения тех форм общественной организации, которые обеспечат не только коэволюцию человека и биосферы, но и дальнейшее развитие цивилизации.
2.	Учение В. И. Вернадского и идеи русского космизма
Представление о коэволюции человека и природы, о необходимости совместного и гармонического их развития появилось, конечно, не сегодня. Оно было, например, одной из основных составляющих направления общественной мысли, которое получило название «русский космизм».
Русский космизм не является ни каким-либо законченным учением, ни даже совокупностью четко сформулированных принципов. Это было своеобразное умонастроение русской мыслящей публики. И вряд ли можно назвать его родоначальника. В XIX в. в России постепенно складывалось представление о единстве человека и природы, о тех трудностях и бедах, которые подстерегают общество, обуреваемое стремлением всецело подчинить себе природу. Возникла проповедь возвращения к естественной, т. е. деревенской жизни, необходимости новой морали и нравственности. Все это оказало заметное влияние на характер мышления русской интеллигенции. Наиболее отчетливо это умонастроение формулируется славянофилами и народниками, которые часто облекали свои рассуждения в религиозную форму. Так, известный философ и публицист И. В. Киреевский видел выход из грядущих трудностей в переосмыслении европейской образованности с позиций православия и нравственного совершенствования.
Одним из ярких представителей русского космизма был библиотекарь Румянцевского музея Н. Ф. Федоров. Необходимость развития человеческого общества в гармонии с развитием окружающей его природы, необходимость выработки соответствующих норм нравственности наиболее отчетливо прозвучали в его основном сочинении «Фило
259
софия общего дела», опубликованном в конце прошлого века. «Общим делом» он назвал, пожалуй, то, что мы называем коэволюцией человека и биосферы. Общее дело всех людоД, живущих на свете, — обеспечить гармоническое сочетание развития природы и общества. Это важнейшая их задача. Не будучи естествоиспытателем, Н. Ф. Федоров искал претворения в жизнь этого важнейшего принципа на путях, которые представляются нам сегодня совершенно утопическими. Восстановление «утерянной» гармонии между природой и человеком связывалось с отказом от городской, т. е. промышленной, цивилизации и с возвратом к образу жизни далеких предков.
Важнейшую роль в развитии идей космизма сыграла русская художественная литература, представленная прежде всего именами Ф. М. Достоевского и Л. Н. Толстого. «Я есьмь» перед лицом Вселенной — один из основных лейтмотивов творчества Ф. М. Достоевского. Он оказал огромное влияние на последующую историю мысли. И я думаю, что мы долгое время в силу различных причин недооценивали вклад русской философии в мировую культуру. Сейчас же, в канун XXI в., мы невольно начинаем обращаться ко многим идеям, высказанным сто лет назад. И прежде всего — к глубокому пониманию необходимости изучения основного действующего лица Вселенной — Человека.
Умонастроение, возникшее в русском интеллигентном обществе во второй половине прошлого века, оказало заметное влияние и на формирование отечественной естественнонаучной школы. Эта школа, преодолевая мисти-чески-религиозную форму русского космизма, восприняла, однако, его содержательную сторону, а именно идеи цельности, единства человека и окружающего мира, подчеркнутый интерес к человеку, его личности.
Ярким представителем такого «системного», как мы бы теперь сказали, направления в естествозианин был И. М. Сеченов — один из основоположников современной психоло
260
гии и физиологии. Человек как единое целое его духовного, психического и физиологического бытия — вот основное кредо научной деятельности И. М. Сеченова. Испытали влияние идеи космизма и другие крупные представители отечественного естествознания. Среди них Д. И. Менделеев, К. Э. Циолковский. И не могли не испытать, ибо эти идеи составляли тот интеллектуальный климат, в котором воспитывались целые поколения исследователей. В этой атмосфере рос и мужал В. И. Вернадский. И не случайно «биогеохимия», а позднее и учение о ноосфере родилось именно в России, где для этого сложилась необходимая интеллектуальная среда.
Примечание. Здесь уместно отметить одну особенность русского естествознания второй половины прошлого века. Первыми учителями русских естественников были в основном выходцы из Германии, и нх ученики восприняли немецкую манеру работать. Исследования фокусировались на отдельных конкретных вопросах. Но во второй половине XIX в. русские ученые уже были учениками русских же ученых. И возникает своеобразная реакция на те принципы и цели, которые формулировались в предшествующих исследованиях. В результате возникает тяга к работам общесистемного характера. Творчество Д. И. Менделеева, И. М. Сеченова, а затем В. И. Вернадского может служить прекрасным примером, иллюстрирующим эту тенденцию.
Имеет смысл еще раз заметить, что многие идеи, высказанные русскими мыслителями второй половины XIX—начала XX в., не потеряли своей актуальности и сегодня. Может быть, только теперь мы по-настоящему начинаем оценивать глубину этих идей, отделяя их рациональное содержание от мистнчески-религнозной формы. Например, еще более ста лет назад представители русского космизма толковали о необходимости новой морали, новой нравственности. Сегодня эти вопросы привлекают все большее внимание ученых. Мы видели, какую роль сыграло становление морали в истории антропогенеза.
261
Не меньшее значение она имела и в последующей истории человечества. А та система запретов, которая должна возникнуть сегодня в результате анализа условий гомеостазиса, внесет в мораль новые элементы, не приняв которые человечество вряд ли сможет сохранить себя. Новая мораль будет не чем иным, как условием гармонии жизни человека и Природы в современных условиях
В начале XX в. уже с совершенно новых позиций — позиций развития Земли как космического тела — проблемы коэволюции человека и биосферы были подняты В. И. Вернадским. К этому периоду он завершил создание своей «биогеохимии» — совершенно новой в то время научной дисциплины. Она представляла собой грандиозную «системную» конструкцию. До этого существовала дисциплина, именуемая «геохимией». В ее развитие В. И. Вернадский тоже внес значительный вклад. Геохимия занималась изучением процессов трансформации вещества земной коры, историей образования тех или иных геологических пород. Исследования В. И. Вернадского привели его к ясному пониманию роли жизни во всех этих процессах: весь лик Земли, ее атмосфера, химический состав океанических вод, характер осадочных пород, ее ландшафты — все это результат жизнедеятельности. В. И. Вернадский не изучал процесс возникновения жизни на Земле, полагая, что жизнь есть явление космическое. Факт возникновения жизни он считал «эмпирическим обобщением». Но опираясь на этот факт, он уже в первое десятилетие XX в нарисовал грандиозную и достаточно отчетливую картину развития нашей планеты.
Изучая развитие жизни во взаимодействии с геологической и химической историей Земли, В. И. Вернадский естественным образом подошел к вопросу о той роли, которую суждено сыграть в истории Земли человеку и его цивилизации. На формирование его взглядов, на сам характер вопросов, которые он ставил, не могли не оказать свое влияние идеи космизма — ведь В. И Вернадский был
262
сыном своего века. Он жил в атмосфере этих идей, атмосфере, в которой возникало учение о ноосфере. Правда, само слово «ноосфера» появилось позднее — в 20-х годах XX в. Его придумал французский философ и естествоиспытатель Э. Леруа, а затем стал широко использовать другой ученый и мыслитель — П. Тейяр де Шарден, который питал к В. И. Вернадскому чувство глубокого уважения3. Появление этого слова сыграло важную роль в становлении нового учения, позволив более лаконично и четко изложить его основы. Вместе с ним начал возникать и новый язык — основа нового понимания, новой парадигмы.
Мы называем эпохой ноосферы тот этап развития биосферы, иа котором ответствениость за дальнейшую судьбу принимает на себя человек. Поэтому выражения «эпоха ноосферы» и «коэволюция человека и биосферы» сегодня оказываются практически синонимами. Благодаря успехам биологии, физики, химии, технических наук коэволюцию трактуют чаще всего с технологических позиций, имея в виду создание биосферных заповедников, замкнутых производственных циклов и т. п. Но как бы ни было важным все это — ведь без соответствующих технологий реализовать коэв