Текст книги "Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции"

Информатика возникла в 60-е годы XX века как часть кибернетики. Её создание было связано с развитием вычислительной техники, появлением первых компьютеров, созданием высокоскоростных линий связи. К основателям информатики принадлежали Норберт Винер, Клод Шеннон и Уильям Росс Эшби.

Н. Винер почти одновременно с К. Шенноном разработал статистическую теорию количества информации, заложил основы теории управления, в которой ключевую роль придавал приёму, передаче, хранению, переработке и использованию информации, а также прямым и обратным связям с использованием каналов поступления информации от источника к приёмнику. Винер первым отождествил информацию с отрицательной энтропией, что имело фундаментальное значение не только для становления информатики, но и для зарождения впоследствии эволюционной физики.

Вслед за Винером К. Шеннон в 1948 г. (в котором вышла книга Винера «Кибернетика») разработал количественный способ измерения потока информации, содержащегося в одном случайном объекте. При этом информация была интерпретирована как устранение (или, выражаясь философским языком, как снятие) неопределённости. Минимальный шаг в устранении неопределённости был связан Шенноном с различением между двумя знаками, например, между нулём и единицей. Поэтому для оперирования информацией и её передачи была использована двоичная система счисления, и каждое сообщение предлагалось разъять на последовательно поступающие сигналы, различие между которыми проводилось наиболее чётко и недвусмысленно путём разграничением между нулём и единицей. Соответственно было предложено измерять количество информации в минимальных шагах по снятию неопределённости, которые были названы битами. Шеннон произвёл это название от английских слов «бинари дигит», что означает «двоичная система». В качестве более крупной единицы количества информации был введён байт – набор из 8 бит, т. е. количество информации в четырёх двоичных разрядах.

Весьма характерно, что Шеннон называл созданную им теорию информации теорией связи. При создании этой теории он абстрагировался от смысла и ценности информационных сообщений, представив информацию в виде двоичных кодов для передачи её по каналам связи. Практическое значение теории Шеннона заключалось прежде всего в преодолении помех, которые неизбежно возникают при передаче даже чётко различимых сигналов от источника к получателю информации, её адресату. Помехи, или информационный шум, возникают при передаче сигналов постоянно, они являются следствием энтропии, т. е. хаотического, несвязного движения молекул, атомов и элементарных частиц на микроуровнях, а также вторжения различных посторонних физических воздействий извне (например, радиоволн) на макроуровне.

Система передачи сигналов становится уязвимой именно в результате кодирования сообщений, их разъятия на чётко определённые коды. При этом теряется, как бы погружается в непроницаемый «чёрный ящик» смысл сообщения, позволяющий интеллекту человека восстанавливать первоначальный текст по некоторым достаточно существенным деталям. Поступление в передаваемый по каналу связи поток информации посторонних сигналов сразу же затрудняет дешифровку сообщений именно вследствие неразличимости по смыслу полезной информации и шума. Возникает определённый предел допустимого шума, за порогом которого распознавание декодированных сообщений резко снижается либо даже становится невозможным. Нарастание неопределённости в связи с образованием помех требует решения проблемы передачи информации наиболее определённым образом с целью минимизации поступления помех и их максимального устранения. Для этого необходимо либо разработать и установить различные типы фильтров для создания препятствий поступлению помех, либо повысить надёжность передаваемых сигналов путём их повторения в определённом количестве раз. Последний способ наиболее действен, но при его применении происходит снижение скорости передачи информации в столько же раз, во сколько необходимо увеличить число повторений.

К. Шеннон разработал математический аппарат для достижения оптимального сочетания между повторением сигналов и скоростью передачи информации, обеспечиваемой проходимостью каналов связи. Для характеристики количества повторений и для предотвращения искажений и потерь информации под воздействием шума Шеннон ввёл понятие избыточности информации.

Одним из главных достижений теории К. Шеннона была физикализация процессов оперирования информацией и рассмотрение физической стороны информационных процессов. «Основная идея теории связи, – писал он, – состоит в том, что с информацией можно обращаться почти так же, как с такими физическими величинами, как масса и энергия» (Шеннон К. Современные достижения теории связи – В кн.: Работы по теории информации и кибернетике – М.: ИЛ, 1963 – 669 с., с. 404). Главным героем научных произведений Шеннона стал сигнал как физический объект, способный передаваться по каналам связи и оказывать управленческие воздействия на сложные системы. Тем самым был открыт путь к изучению роли информации в физических процессах, в образовании порядка, в космической эволюции в целом. По мысли американского физика и информатика французского происхождения Леона Бриллюэна, теория информации оказывается одним из самых мощных средств исследования, одним из самых надёжных проводников, ведущих нас, подобно ариадниной нити, сквозь лабиринт «гносеологических наслоений» современного научного познания (Бриллюэн Л. Научная неопределённость и информация – М.: Мир, 1966 – 484 с., с. 12)

Следующий важный шаг в развитии информатики был сделан английским психиатром, биологом и нейрокибернетиком Уильямом Россом Эшби. Эшби ввёл понятие уровня организации системы, предложив формулу количественного выражения такого уровня как отношения между информационной энтропией для равновероятных состояний и информационной энтропией для неравновероятных состояний.

Формула Эшби позволила оценивать уровни организации сложных систем, введя для такой оценки чёткие количественные критерии. Она обеспечила возможность измерять уровень организации любой материальной системы, определять количественные различия между вероятностными и детерминированными системами. Появилась возможность количественно характеризовать степень упорядоченности как материальной, так и информационной системы, сравнивать по степени упорядоченности различные системы и определять изменения степени упорядоченности каждой системы, прослеживать динамику изменения степени упорядоченности. Связывая информированность с уровнем организованности и упорядоченности системы, Эшби в то же время рассматривал информацию как меру разнообразия, что соответствовало техническому, кибернетическому подходу к определению сущности информации.

Именно Эшби ввёл понятие и термин «самоорганизующиеся системы», задав тем самым первоначальный импульс к исследованиям процессов самоорганизации в неживой природе, которые в конечном счёте привели к созданию синергетики. Однако подход Эшби как кибернетика коренным образом отличался от подхода, который позднее нашёл воплощение в синергетике. Стремясь создать кибернетическую модель работы человеческого мозга, Эшби разработал техническую модель так называемого гомеостата, позволяющую имитировать восстановление постоянства внутренней среды живых организмов путём адаптации к изменениям среды с помощью системы обратных связей. Тем самым в качестве основы самоорганизации были признаны именно явления гомеостаза, т. е. воспроизведения относительного постоянства состояний сложной системы в ответ на разнообразные воздействия внешней среды. В синергетике же самоорганизация рассматривается в связи с резким выведением системы из состояния равновесия, удалением от стабильного состояния.

Кибернетический подход к исследованию и преобразованию информации связал информацию с управлением и организационным упорядочением сложных систем, привёл к рассмотрению информации как альтернативы энтропии, беспорядочному и бессвязному движению как в технических устройствах, так и в живой и неживой природе. Информация стала рассматриваться как средство управления техническими, физическими, химическими, биологическими и социальными процессами. Такой подход вызвал кризис самого понимания информации, её трактовки с мировоззренческих позиций. Дискуссии о природе информации начались в 60-е годы XX века и продолжаются до сих пор. Особую остроту они приобрели в 70-е годы XX столетия.

Так, в Советском Союзе, где давление коммунистической идеологии обеспечивало жёсткую привязку философского мышления к принципам и положениям «единственно верного учения», в 60-х – 70-х годах XX века развернулась бурная дискуссия об онтологическом статусе информации. При этом одни философы, опираясь на цитаты из классиков марксизма, доказывали невозможность объективного существования информации в неживой природе, признавали возможность такой информации лишь в отношении к мыслящему и воспринимающему субъекту. Другие, указывая на необходимость развивать диамат на базе новейших достижений естествознания, предлагали признать кибернетический подход к информации подтверждением диалектики. Обвиняя своих оппонентов в субъективизме, они рассматривали информационные процессы как существующие объективно, вне и независимо от человека, во всех сферах бытия – в живой и неживой природе, в обществе и человеческом мышлении. При этом они стремились опереться на марксистскую теорию отражения.

Лидер этого направления А.Д. Урсул определял информацию как отражённое разнообразие и как функциональное отражение. А поскольку догмат о всеобщности отражения, сформулированный Лениным, был непререкаем, всеобщность информации также могла быть на этом основании введена в ортодоксальную теорию диамата. В основе разногласий между этими группами лежало различное понимание информации. Традиционное понимание информации как знания приводило к отрицанию существования информации вне отношения к воспринимающему субъекту. Новое понимание информации в генетике и кибернетике отвлекалось от ценности и смысла информации, что создавало разрыв с пониманием информации как результата человеческой деятельности. Это и подогревало накал дискуссии.

В 60-е годы диамат также эволюционирует – от гонений на генетику и кибернетику, объявления их наряду с теорией относительности и квантовой механикой буржуазными лженауками – к предоставлению им статуса конкретнонаучного подтверждения и материала для развития материалистической диалектики. Тем не менее и в этих условиях дискуссия принесла определённые плоды. Она способствовала пониманию многоликости и многообразия самого феномена информации.

Жаркие дискуссии по поводу понимания феномена информации велись и в западных странах. Сторонники различных подходов к объяснению этого феномена брали за основу различные аспекты кибернетической теории информации. Так, Л. Бриллюэн и его последователи связывали понимание информации с негэнтропией, т. е. с процессом, обратным нарастанию энтропии. Поскольку нарастание энтропии определялось как распространение хаоса (в форме, например, информационного шума, помех при передаче сигналов по каналам связи) информация определялась как мера нарастания упорядоченности. У.Р. Эшби и его единомышленники определяли информацию как меру разнообразия. Многие исследователи трактовали информационное воздействие как функцию управления.

Кибернетический подход к понятию информации был связан с переносом смысла этого понятия с выработки и усвоения знания, осуществляемого человеческим мозгом, на структурное многообразие процессов, влияющих на поведение сложных систем. Наличие информации в системах наследственности, открытое генетикой, сделало невозможным ограничение понятия информации узким смыслом, характеризующим обмен информацией мыслящими субъектами. Однако при расширении смысла понятия информации сохранилось различие между двумя видами информации – информации как формы мышления человека, характеризующейся ценностью, смыслом и содержанием, и информации в широком смысле – как меры упорядоченности структуры последовательности сигналов, оказывающей воздействие на внутренние структуры сложных систем и, соответственно, способной влиять на детерминацию их поведения. Регулируя осуществление прямых и обратных связей систем, информация приобретает свойства, определяющие её роль средства управления сложными системами. А поскольку сложные системы существуют повсеместно, информация в широком смысле рассматривается как неотъемлемое свойство, атрибут всего существующего.

Такой подход к информации и получил название атрибутивного. В целом он соответствует и этимологии слова «информация», которое произошло от лат «ин» – внутренний, входящий внутрь и «форматион» – формация, строение, структура. В таком понимании информация становится одним из важных средств раскрытия механизмов эволюции.

Изменения, происходящие в системах в результате отражения ими воздействий других систем, образования прямых и обратных связей, выражаются в форме вещественных или энергетических сигналов, которые воздействуют на чувствительные к этим сигналам структурные компоненты этих систем. Аналогичные взаимодействия возникают и внутри систем, между их подсистемами, элементами, структурными компонентами. Обмен структурно значимой информацией происходит в природе непрерывно, как и обмен веществом и энергией. Поэтому некоторые сторонники атрибутивного подхода к информации нередко говорят о триаде формирующих природу сущностей – Материи, Энергии и Информации, которые в науке заменяют Святую Троицу религиозного мировоззрения.

Расширение смысла понятия информации, произведенное в кибернетике и её дочерней дисциплине информатике повлекло за собой и расширение смысла понятия памяти. Возникли представления о системах с памятью, о веществах с памятью. Подобно тому, как слово «информация», обозначавшее феномен интеллектуальной деятельности человека, стало пониматься как всеобщее свойство действительности, слово «память» также приобрело чрезвычайно расширенное значение. В психологии память определяется как психический процесс, состоящий в сохранении и воспроизведении прошлого опыта. В кибернетике память стала трактоваться как кибернетический процесс, состоящий в сохранении и воспроизведении ранее возникших, определённым образом упорядоченных структур на основе накопленной в недрах данной системы информации. В обоих случаях информация выступает своеобразным мостом от прошлого системы к её настоящему. Всякая система хранит в своей памяти свидетельства своего прошлого, своей истории, поскольку она есть результат предшествующей эволюции.

По этим свидетельствам и воссоздаётся наукой история данной системы, отражённая в её нынешнем состоянии. Наша Вселенная – Метагалактика также является системой с памятью. По её нынешнему расширению мы можем судить о её первоначальном сжатом состоянии, а по реликтовому фоновому излучению получаем информацию о физических параметрах её горячего состояния в начальные моменты расширения. Ибо именно в реликтовом излучении заключена память Вселенной о своих давних состояниях. Наше предположение о том, что Метагалактика развивается по определённой программе, обусловленной достигнутым ею уровнем эволюции в её досингулярном состоянии, также базируется на представлении о Метагалактике как о системе с памятью, сохраняющей определённую информацию о прошлом в своих наиболее фундаментальных мобилизационных структурах. Память вообще есть свойство мобилизационных структур. Деградирующие структуры, как правило, либо беспамятны, либо у них ничего не остаётся, кроме памяти о прошлом, не происходит никакой сколько-нибудь существенной мобилизации на развитие.

Память любой сложной системы неживой природы заключается в структурных особенностях, обеспечивающих частичное возвращение к утраченным ранее состояниям. Структурные характеристики такой системы включают накопленную, но нереализованную на прежних этапах эволюции информацию. Система обладает структурами, которые способны преобразовывать воздействия извне в форму потока сигналов и в соответствии с теорией Шеннона выделять сигналы на фоне помех. Совершать такие операции могут только особым образом организованные структуры, структуры-упорядочеватели, структуры-мобилизаторы.

Хотя наши знания об информационной стороне структурных преобразований в неживой природе всё ещё недостаточны, многое удалось узнать благодаря направлению в развитии информатики, которое характеризовалось синтезом кибернетики и синергетики. Зачатки подхода к исследованию информации, присущего этому направлению, сформулировал уже Н. Винер, который во втором издании «Кибернетики» в 1961 г. и статьях последующих лет размышлял о системах, характеризующихся нелинейными реакциями на случайные входы. При этом он даже употребил термин «синергетическая целостность», хотя понимал под такой целостностью устойчивое состояние, к которому система стремится и может обрести в ходе линейных реакций.

В синергетике же всё как раз наоборот: порядок возникает в состояниях, далёких от устойчивости и равновесия. Винер первым обратил пристальное внимание и на процессы самоорганизации. Но концептуальной базы кибернетики было недостаточно для выявления особенностей управления и информационных процессов в неживой природе. Если именно кибернетике принадлежит первенство в рассмотрении информационных процессов в неживой природе, то в основной профессии кибернетики, исследовании механизмов управления, в отношении неживой природы образовалась брешь, поскольку, впервые приступив к раскрытию управленческих механизмов в природе, кибернетика по мировоззренческим соображениям отвергла саму возможность существования таких механизмов за пределами биосферы. Это обстоятельство наложило отпечаток и на исследование информационных процессов.

В соответствии с кибернетической теорией информации последняя представляет собой средство управления и она распространяется и действует в неживой природе, как и в живой, но управления в неживой природе не происходит, поскольку в ней отсутствует целесообразность. Лишь интеграция с кибернетикой синергетики с её стремлением выявить соотношение порядка и хаоса позволило разрешить этот парадокс кибернетической теории информации. Сама аналогия между неживыми машинами, управляемыми при помощи потоков информации, и сложными образованиями природы, ставшая исходным пунктом формирования кибернетического подхода, требовала его распространения на сложные системы неживой природы, которые также обладают автоматическими реакциями на информационные и энергетические воздействия, и не руководствуются в своём поведении жизненными стремлениями и целями.

Поворот в теории информации, связанный с влиянием синергетики, обозначился в работах американского исследователя Х. фон Ферстера. Ферстер предложил различать кибернетику первого порядка, занятую исследованием тривиальных машин (действующих, по Ферстеру, не только в технике, но и в природе) от кибернетики второго порядка, изучающей нетривиальные, самоорганизующиеся машины. Это машины с памятью, обладающие рефлексивностью, т. е. способностью обращаться к собственным состояниям путём реагирования на накопленную внутри них информацию. Предшествующая эволюция таких систем образует набор своеобразных рефлексов, оказывающих влияние на их поведение. Уже в работе «О самоорганизующихся системах и их окружении», изданной в 1960 г., Ферстер стремится обосновать модель мира, основанную на синтезе кибернетики и синергетики и обладающую как философско-мировоззренческой (онтологической), так и теоретико-познавательной (эпистемологической) новизной. Введение понятия рефлексивности в применении к самоорганизующимся «машинам» неживой природы действительно представляет собой немалый шаг в понимании информационных предпосылок прогрессивного развития сложных систем и в объяснении формирования жизни.

Оказывается, уже в неживой природе формируется машиноподобное качество сложных самоорганизующихся систем, позволяющее им реагировать на информацию о собственном состоянии. Это качество было очень точно названо Ферстером – рефлексивность. Оно базируется на способности создания порядка из шума, хаоса. Именно рефлексивность в неживой природе является формой отражения, образующей важнейшую предпосылку формирования того небезразличия к собственному состоянию, которое характеризует системы живой природы и является важнейшим стимулом для интенсификации эволюционных процессов.

Возникновение живой природы из неживой на Земле было связано с образованием систем с особого рода памятью – генетической памятью, материальным носителем которой явились структуры ДНК и РНК. Генетический способ накопления, сохранения, передачи и преобразования информации представляет собой типичный пример выделения полезной информации из хаоса и шума, обладает механизмом помехоустойчивости.

Чувства всех живых существ являются их информаторами. Они сообщают в центры управления живых организмов сведения об изменениях окружающей среды, событиях внешнего мира и состояниях собственного организма. Они поставляют информацию для выработки моделей поведения и корректируют поведение на основе вновь поступающей информации на каждом поведенческом акте. Психика высших животных позволяет относительно свободно оперировать информацией, осуществлять отбор и накопление жизненно важной информации, создавать на их основе определённые модели окружающего мира. Человеческое сознание представляет собой особую форму информационного устройства. Оно не только получает, но и творит, генерирует информацию, перерабатывает поступающую информацию и превращает её в знание, обладает свободой, позволяющей по-своему интерпретировать информацию и осуществлять выбор информационного обеспечения стратегии поведения.

Оперирование информацией в человеческом сознании, этой сверхсложной системе, гораздо более сложной, чем любые менее высоко организованные информационные устройства, гораздо лучше, чем они, изучено наукой по самым различным направлениям. Колоссальный исследовательский аппарат психологии, физиологии мозга, кибернетики, информатики использован для получения данных об информационных процессах, протекающих под черепной стенкой в коре головного мозга человека. Однако пока поддаются выявлению лишь поверхностные моменты функционирования информационного колосса, умещающегося в голове человека. Мозг остаётся для науки кибернетическим «чёрным ящиком», о котором известны самые различные информационные входы и выходы, но неизвестна, сокрыта целостность этой внутренней информационной Вселенной.

Одним из ключевых свойств человеческого мозга как информационного устройства является высочайший уровень избирательности в восприятии и использовании информации. Поражающая способность человека отвергать или игнорировать очевидное, воспринимать как шум самую правдивую информацию, поддаваться внушениям, верить в существование несуществующих существ, принимать за истину идеологемы, совершенно не соответствующие действительности, также проистекает из творческого характера человеческого сознания, особенностей жизненного процесса, создающих особые фильтры для поступления и оценки информации. Избирательность в поглощении и использовании информации регулируется в человеческом сознании и его бессознательных структурах феноменом установки.

Этот феномен, длительное время изучавшийся научной школой грузинского психолога и философа Узнадзе, представляет собой не что иное как мобилизационный фактор человеческого сознания, продуцируемый мобилизационной структурой человеческого мозга. Человеческие идеи (и научные концепции) суть не что иное, как мобилизационные установки, позволяющие высветить в информационном океане организованную определённым образом информацию, выстроить её в соответствии с социально заданными целями и побудить работать на эти цели, т. е. совершать эволюционную работу в данном конкретном обществе. Соответственно те же механизмы информационного обеспечения, которые побуждают многих людей подавлять восприятие истинной информации, обусловливают и движение людей к самоотверженному обретению истины. В основе функционирования этих механизмов лежат мобилизационные факторы.

Мобилизационные факторы, хотя и совсем другого порядка, лежат в основе функционирования механизмов оперирования информацией и в неживой природе. Если бы не функционирование этих механизмов как предпосылок продуцирования космически значимого порядка, возникновение жизни ни на Земле, ни в каком-либо другом месте или слое бесконечно многообразной Вселенной было бы принципиально невозможным. Благодаря исследованиям, проводившимся на основе синтеза информатики, кибернетики и синергетики удалось выявить некоторые существенные моменты функционирования механизмов упорядочения с использованием информации в неживой природе.

Кибернетический подход к природе как технической системе, структуры которой действуют подобно техническим устройствам и автоматам, управляемым направленными потоками энергии и информации, явился прямым предшественником синергетического подхода, на основе которого удалось показать механизмы первичного преобразования хаоса в порядок. В свою очередь при всей остроте критики, которой со стороны этих подходов подвергся механистический детерминизм, они явились его прямыми наследниками, совершенствуя и развивая технико-подобную модель устройства Космоса. При всей своей условности и относительности такая модель проявляет высокую работоспособность при объяснении многих особенностей реальных природных процессов. Да и человеческое общество во многих отношениях действует как бездушный автомат, поглощающий энергию и информацию и превращающий людей в колёсики и винтики своего механизма.

Синтез кибернетического и синергетического подходов в теории информации оказался необычайно плодотворен в выявлении, так сказать, немеханистической технологии самоупорядочения природных структур с поглощением и направленным действием энергии и информации. Так, в газах и жидкостях происходит сохранение информации в связи с кратковременным сохранением упорядоченности молекулярных структур. При переходе вещества из жидкого состояния в твёрдое в процессе кристаллизации происходит передача информации от кристаллов к молекулам жидкости в виде своеобразных «моделей организации». Кристаллы, магнитные и поляризирующиеся среды способны сохранять полученную информацию, накапливать её в течение длительного времени и предавать другим родственным системам. Передача информации происходит в процессе поляризации диэлектрика при взаимодействии с электрическим полем. Информационный характер связей наблюдается в явлениях резонанса, в основе которых лежит упорядоченное расположение в атомах электронов и их квантовых энергетических уровней.

Исследование Космоса как грандиозной электронно-вычислительной машины, гигантского суперкомпьютера, действующего методом проб и ошибок и порождающего необозримое многообразие упорядоченностей на основе энергоинформационных процессов, продолжается. Неживая природа постоянно экспериментирует, порождая упорядоченности и оперируя самой разнообразной информацией. Этот эксперимент составляет сущность эволюции и создаёт информационные предпосылки для развития и прогресса.