Ричард Докинз - Слепой часовщик

Базовый принцип работы регулятора Уатта — отрицательная обратная связь. Информация о некоем выходном параметре двигателя (о скорости вращательного движения в данном случае) подаётся назад на вход двигателя (величину подачу пара). Обратная связь отрицательна, так как высокое значение выходного параметра (быстрое вращение шаров) оказывает отрицательный эффект на вход (снижает подачу пара). И наоборот, низкий уровень выходного параметра (медленное вращение шаров) повышает подачу пара, т. е. влияние опять с обратным знаком. Однако я объяснил здесь идею отрицательной обратной связи лишь затем, чтобы противопоставить её положительной обратной связи. Давайте возьмём управляемый регулятором Уатта паровой двигатель и сделаем в нём одно критическое изменение. Мы инвертируем знак отношений между центробежным шаровым регулятором и клапаном подачи пара. Теперь, когда шары будут вращаться быстро, клапан, вместо того, чтобы закрываться (как это было у Уатта), будет открываться. И наоборот, когда шары будут вращаться медленно, клапан будет не увеличивать подачу пара, а уменьшать его. В нормальном двигателе, регулируемом оригинальным регулятором Уатта, двигатель, начавший было замедляться, вскоре исправит эту тенденцию и ускорится до желаемой скорости. Но наш извращённый двигатель будет делать всё наоборот. Начавшееся замедление заставит его замедлиться ещё больше, и вскоре он сам себя остановит. Но с другой стороны, если такому извращённому двигателю случится немного ускориться, то вместо ослабления тенденции, как это делал правильный двигатель Уатта, эта тенденция усугубится. Небольшое ускорение подкрепится инвертированным регулятором, и двигатель ускорится ещё больше. Это ускорение положительно вернётся на вход, и двигатель ускорится дальше. Это будет продолжаться до тех пор, пока двигатель не разрушится от перенапряжения и пробьёт своим маховиком фабричную стену или, исчерпав доступное давление пара в котле, прекратит рост скорости вращения.

Там, где оригинальный регулятор Уатта использует отрицательную обратную связь, наш гипотетический извращённый — являет собой пример противоположного явления — положительной обратной связи. Процессы с положительной обратной связью нестабильны и склонны к самоускорению. Небольшие начальные флуктуации усиливаются и с самоускорением мчат по всё возрастающей спирали, достигающей высшей точки или в катастрофе, или в выходе на крайне высокий уровень, разрастание которого до катастрофы предотвращают какие-то другие ограничители. Инженеры сочли плодотворным объединить одно, весьма широкое множество процессов под единым названием «отрицательная обратная связь», а другое, не менее широкое — под единым названием «положительная обратная связь». Аналогии между этими процессами плодотворны не только в каком-то расплывчатом качественном смысле, но и потому, что все эти процессы описываются одними и теми же базовыми математическими законами. Биологи, изучая такие явления как поддержание температуры тела и механизмы насыщения, предотвращающие переедание, сочли полезным позаимствовать у инженеров математику отрицательной обратной связи. Системы с положительной обратной связью используются меньше, чем с отрицательной — причём как инженерами, так и живыми телами, но однако предметом этой главы являются именно они.

Причина, по которой и инженеры, и живые тела чаще используют отрицательную, чем положительную обратную связь, конечно, в том, что поддержание параметров вблизи оптимума очень часто полезно. Неустойчивые безудержные процессы редко когда бывают полезны и, более того, часто просто опасны. Типичный химический процесс с положительной обратной связью — взрыв, и мы обычно используем слово «взрывной» для описания какого-нибудь безудержного процесса. Например, мы можем описывать характер какого-то человека, как взрывной. Одним из моих учителей был культурный, учтивый и обычно мягкий человек, но у него случались взрывы характера, о которых он сам знал. Когда в классе случалось что-то крайне вызывающее, то он сначала ничего не говорил, но его лицо показывало, что внутри происходит что-то необычное. Затем, начиная тихим и сдержанным тоном, он говорил: «Боже! Я не могу это сдержать. Я сейчас потеряю самообладание. Залезайте под столы, предупреждаю. Процесс пошёл!» В это время его голос быстро повышался, и, дойдя до крещендо, учитель хватал всё, что было в пределах его досягаемости: книги, дощечки, пресс-папье, чернильницы, и быстро швырял это всё, с предельной силой и свирепостью, но неприцельно, в общем направлении мальчика, спровоцировавшего его. Затем его возбуждение спадало, и на следующий день он максимально доброжелательно извинялся перед этим мальчиком. Он отдавал себе полный отчёт в том, что выходил из-под контроля и сознавал себя жертвой положительной обратной связи.

Но положительные обратные связи могут вести не только к безграничному росту; они могут вести также и к безграничному уменьшению. Я недавно участвовал в дебатах в Конгрегации — «парламенте» Оксфордского университета, на тему о предложении почётной степени одному человеку. Вопреки обыкновению, решение было спорным. После голосования, в течение 15-и минут, необходимых для подсчёта голосов, в зале стоял сплошной гул от общения участников, ожидающих объявления результата голосования. В один момент общение неожиданно прекратилось, и воцарилась полная тишина. Причиной прекращения была особая разновидность положительной обратной связи. Произошло следующее. В любом сплошном гуле голосов неизбежно происходят случайные флуктуации уровня шума, как вверх, так и вниз, которых мы обычно не замечаем. Произошла одна из таких случайных флуктуаций в сторону снижения уровня шума, чуть более заметная, чем обычно, что было замечено некоторыми людьми. Так как все с волнением ждали объявления результатов, то случайное уменьшение в уровня шума было замечено и вызвало прекращение их беседы. Это вызвало дополнительное небольшое снижение общего уровня шума, что было замечено уже большим количеством людей, и их беседа также прекратилась. Положительная обратная связь запустилась и довольно быстро довела уровень шума до полной тишины. Затем, когда мы поняли, что это была ложная тревога, раздался смех, сопровождаемый медленным подъёмом уровня шума до его прежнего уровня.

Самые значительные и впечатляющие положительные обратные связи — это такие, которые порождают не уменьшение, а безудержное увеличение чего-то: ядерный взрыв, учитель, теряющий самообладание, ссора в пивной, нарастающие взаимные обвинения в ООН (возможно, читателю следует вспомнить предупреждение, с которого я начал эту главу). Значение положительных обратных связей в международных делах неявно признано в жаргонном слове «эскалация»: когда мы говорим о зонах политической напряжённости, мы можем сказать, к примеру, что Ближний Восток — это «пороховая бочка». Одно из наиболее известных высказываний, выражающих суть положительной обратной связи, содержится в Евангелии от Матфея: «кто имеет, тому прибудет и приумножится, а кто не имеет, у того отнимется и то, что имеется». Эта глава — про положительные обратные связи в эволюции. Некоторые особенности живых организмов выглядят так, как будто они есть результаты какого-то взрывоподобного развития — следствия какой-то положительной обратной связи. В мягкой форме таким примером могут быть гонки вооружений предыдущей главы, но действительно впечатляющие примеры такого рода можно найти в органах полового привлечения.