Лев Шеромов - Прозрение

Природа создала в процессе эволюции биологические системы (организмы), почти бесконечно более сложные, чем системы, когда-либо придуманные человеком. Так нельзя ли понять, как все это получилось само собой , какие природные закономерности лежат в основе эволюции? Едва ли эти закономерности чисто биологические, так как формальная замена организмов какими-нибудь другими элементами, например, кибернетическими автоматами, не меняет их сущности. В кибернетике, например, доказано, что автоматы могут размножаться (строить себе подобных). Значит можно искать общие законы управления, обеспечивающие автоматическое развитие (самоорганизацию) других материальных систем, не вникая в сущность элементов, из которых они состоят. Например, социальных систем и их продукта – технических систем. Следовательно, можно представить и эволюцию автоматов.

Поэтому мы в дальнейшем и будем описывать общие закономерности развития материальных систем, рассматривая эволюцию Жизни как пример применения этой общей теории.

Но предварительно надо решить следующую проблему. В науке до сих пор существует фундаментальное противоречие. Естественное нарастание в Природе беспорядка, неопределенностей, стремления к хаосу – и естественное же возникновение процессов упорядочивания, усложнения, развития, эволюции.

Это «противостояние» имеет сильную эмоциональную сторону. Действительно, уже в школе, в курсе физики, изучается простой и очевидный закон – «теплота переходит от горячего тела к холодному и никогда наоборот». Если чуть-чуть вдуматься, то отсюда выходит, что температуры всех тел в природе должны со временем уравняться. Следовательно, всё в Природе стремится к «одинаковости», когда не выделяются ни тела, ни любые системы, ни связи между ними. Это, наиболее вероятное с точки зрения термодинамики состояние называется хаосом.

Но есть и примеры совершенно противоположного и также самопроизвольного процесса упорядочивания со временем, накопления информации, усложнения. Эти процессы не менее грандиозны: эволюция Жизни на Земле, существование сложных химических соединений (ясно, что они образовались из более простых веществ), рост кристаллов, появление и развитие цивилизации, обучение, технический прогресс.

Дальнейшее изложение связано с попыткой ясного и простого объяснения этого противоречия.

Наука всегда строится на основе некоторых простых и очевидных предпосылок, аксиом, из которых дедуктивным путем строится все остальное «здание» в виде теорем или других логических заключений Аксиомы же получаются обобщением известных фактов, среди которых не должно быть ни одного, им противоречащего. Ниже делается попытка обосновать такие аксиомы и сделать самые начальные дедуктивные выводы из них.

Конкретизируем некоторые термины, которые будут применяться в дальнейшем изложении.

Термин «самоорганизация» получил широкое распространение, и в дальнейшем используется как обобщение понятий процесса обучения природных систем, усложнения их структуры и функционирования самопроизвольно, автоматически, т.е. без участия человека. Понятие самоорганизации часто ассоциируется с эволюцией, развитием, прогрессом.

Термин «алгоритм» применяется в широком, общем смысле, как цепь явлений, связанных как причина и следствие (причинно-следственная цепь). Алгоритмы могут быть замкнутыми. Кругооборот воды в природе, цикл работы двигателя внутреннего сгорания, работа системы кровообращения в организме человека, компьютерные программы и т.д. Вероятностные алгоритмы понимаются лишь так, что из некоторой точки алгоритма есть несколько путей дальнейшего развития событий с разной вероятностью, но число таких путей всегда конечно.

Автоматы – устройства, машины или системы, которые осуществляют контроль и управление технологическим процессом без непосредственного участия человека. Автоматы-машины (устройства) и автоматы-системы очень разнообразны как по принципу действия, так и по своему назначению.

Система есть совокупность материальных элементов, которые взаимодействуют друг с другом во времени. Состояние системы определяется комплексом параметров, которые можно измерить. Вообще наука всегда имеет дело с явлениями, параметры, характеристики которых можно измерить. То есть нечто, открытое одним ученым, могут проверить (измерить) другие. Подчеркнем что понятие системы многозначно. Например, есть системы уравнений, системы управления и т.п. У нас далее используется понятие именно материальных систем. Например, организм человека и других организмов, «железо» компьютера, но не система команд, которая заставляет это железо работать, телефонная сеть, солнечная система и т.д.

Термодинамическая система – физическая система, состоящая из большого числа частиц и не требующая для своего описания привлечения характеристик отдельных частиц. Единицей измерения числа частиц в термодинамической системе обычно служит число Авогадро. Это примерно 6·10 23молекул на единицу массы вещества в килограммах численно равную его молекулярному весу, дающее представление, о величинах какого порядка идёт речь. Такое количество молекул, например, содержится в 18 граммах воды (H 2O → 2 + 16 = 18 – сумма атомных весов водорода и кислорода). Ограничения на природу материальных частиц, образующих термодинамическую систему, не накладываются: это могут быть атомы, молекулы, электроны, ионы, фотоны и т. д.

Исторически это понятие, да и сама наука термодинамика обозначились при постройке тепловых машин. Практически приходилось иметь дело с ограниченными объемами газа и пара, которые сжимались или расширялись, нагревались или охлаждались. Затем это понятие несколько расширилось, но все равно, характерной особенность термодинамической системы является огромное множество хаотически движущихся частиц, которые соударяются друг с другом.

Несколько слов о системном подходе , который мы также используем. Главная сущность его заключается в том, что в сложной системе могут существовать общие закономерности, никак не вытекающие из свойств элементов её составляющих (свойство эмерджентности). Простой пример. Имеется множество радиодеталей (микросхем, конденсаторов, резисторов и т.п.) любых номиналов и видов, но, изучив все их свойства, мы никак не сможем вывести из них конструкцию, например телевизора или радиоприемника. Эти аппараты можно только изобрести, т.е. изобрести их функционирование (алгоритм работы).

Ранее считалось, что наука – это исследование только природных закономерностей. Основателем этого направления «чистой науки» (редукционизма – метода разделения сложных явлений на более простые и изучения именно их, и после этого, сложное явление почти всегда становится понятным) можно считать И. Ньютона. Проводилась резкая граница между изобретениями и «истинно научными исследованиями», где, в основном, выводились и решались дифференциальные уравнения.