Текст книги "Объекты"

Объекты
Сергей Борисов

© Сергей Борисов, 2023

ISBN 978-5-0062-0336-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

1.1 Определение объекта

Мы живем среди огромного разнообразия объектов: огромных планет и мельчайших частиц, живых организмов и искусственно созданных человеком устройств, отдельных индивидуумов и состоящих из них сообществ. Что же мы будем называть объектом? В философском смысле объект – это вещь, явление или процесс, на которые направлена познавательная деятельность субъекта, но мы будем использовать собственное определение, не привязанное к наблюдателю.

Математика начинается с набора аксиом – положений, которые принимаются за истину без доказательств. Теорию объектов мы начнем с двух простых утверждений.

Все известные материальные предметы состоят из более мелких частей. Наш организм состоит из клеток, клетки из белков, белки из аминокислот, аминокислоты из молекул, молекулы из атомов, атомы из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны состоят из кварков. Кварки, лептоны и калибровочные бозоны являются мельчайшими кусочками материи, известными на данный момент. Пока мы не можем продолжить эту цепочку, но, вероятно, и они состоят из других, более мелких частей. Итак, первое утверждение заключается в том, что каждый объект состоит из других более мелких объектов.

Вторым очевидным утверждением является то, что все объекты изменяются. Изменение – это переход из одного состояния в другое в самом общем смысле. Изменения вызванные внешними факторами будем называть внешними воздействиями. Например, удар молотком по камню – внешнее воздействие на камень; захват сигнальной молекулы клеткой – внешнее воздействие на клетку; звонок по телефону – внешнее воздействие на человека.

При каких же условиях несколько объектов можно считать одним новым объектом? Для этого между ними должны существовать связи. Связи между объектами существуют, если изменение одного из них вызывает изменения в других.

Объекты, между которыми существуют связи, образуют новый объект и называются внутренними частями.

Итак, объект – это множество внутренних частей, между которыми существуют связи.

Можно ли считать объектом два камня, лежащих на разных концах улицы? Между любыми физическими телами действует сила гравитации, однако если ударить по одному из камней, второй не ощутит никаких изменений в данных условиях. Если же их совместить, связать веревкой, они начнут сопротивляться удару вместе. Связанные камни уже могут считаться одним объектом.

Важно отметить, что некоторые связи не существуют независимо от внешних воздействий. То, что является объектом относительно одного внешнего воздействия, может не иметь связей относительно другого. Например, кажется, что между отдельно стоящими деревьями не существует связей: если начать рубить одно дерево, другие этого не почувствуют. Однако, если в одном из деревьев поселится насекомое-вредитель и оставит потомство, то позже заразятся и другие деревья. По отношению к такому внешнему воздействию между деревьями существуют связи, и множество деревьев – лес – может считаться объектом.

Является ли объектом природный газ? Молекулы газа не имеют прочных связей и легко меняют положение относительно друг друга, поэтому газ является слабым объектом относительно физических воздействий. Но если какое-то воздействие приведет к воспламенению небольшой его области, то огонь распространится и на остальные части. По отношению к возгоранию газ проявляет себя как объект.

Рассмотрим в качестве объекта компанию друзей. Если один из них попадет в аварию, остальные попытаются ему помочь: навестят в больнице, помогут деньгами, а кто-то присмотрит за домашним животным. Коллектив реагирует на внешнее воздействие сообща, поэтому может считаться объектом.

Посмотрим на примеры объектов различных типов, на их связи и на то, как они реагируют на различные внешние воздействия.

Когда будешь излагать науку, не забудь под каждым положением приводить его практические применения, чтобы твоя наука не была бесполезна. 

– Леонардо Да Винчи

• Объект: планетарная система

Планетарные системы состоят из звезд, планет, спутников и других более мелких объектов. Связью между внутренними частями является сила гравитации.

• Объект: твёрдое тело

Твердые тела состоят из молекул и атомов. Выделяют разные типы молекулярных связей: ионные, ковалентные, металлические, водородные. Реакция тел на физические внешние воздействия описывается классической механикой. Геометрические и физические свойства зависят от внутренних частей и связей между ними.

• Объект: клетка

Клетка – минимальная единица жизни. Внутренние части дифференцированы, выполняют различные функции. Одноклеточные организмы способны реагировать на внешние биологические воздействия, например, на проникновение вируса.

• Объект: человек

Человек – объект огромной сложности, который состоит из белков, клеток, органов, тканей, объединенных связями различных типов. Человек способен реагировать на большой спектр внешних воздействий: физических, биологических, информационных.

• Объект: автомобиль

Автомобиль можно рассматривать вместе с водителем как один объект. Автомобиль без водителя – просто набор твердых тел и жидкостей, но вместе с водителем приобретает дополнительные свойства. Сам автомобиль никак не отреагирует на изменение – прокол колеса. Водитель же обратится в автосервис и поломка будет устранена.

• Объект: государство

Государство можно рассматривать как совокупность людей, так и вместе с транспортными средствами, зданиями, флорой, фауной, ландшафтом. Такой объект будет реагировать на вторжение другого государства или природную катастрофу.

Существуют и более мелкие объекты-социумы: семья, поселение, город. Люди объединяются в такие объекты по определенному признаку: по национальности – в диаспору, по месту рождения – в землячества, по профессии – в профсоюзы, по родственным связям – в семьи и кланы.

Общество – свод камней, который обрушился бы, если бы один не поддерживал другого. 

– Сенека

Государства в свою очередь могут создавать межгосударственные объединения: союзы, блоки, торговые организации.

• Объект: Североатлантический альянс (НАТО)

Блок НАТО представляет собой военно-политический союз стран Европы, США и Канады. Пятая статья устава НАТО практически повторяет определение объекта: «договаривающиеся стороны соглашаются с тем, что вооруженное нападение на одну или несколько из них в Европе или Северной Америке будет рассматриваться как нападение на них в целом».

В современной физике есть примеры необычных объектов.

• Объект: запутанные частицы

Между квантово-запутанными частицами существует связь неизвестной природы. Экспериментально показано, что если провести измерение свойств одной из частиц, то это мгновенно повлияет на другую.

Пока мы говорили о вещах, существующих в физическом пространстве, но можно привести пример и более абстрактных объектов. Посмотрим на план строительства дома. Скорее всего, он состоит из нескольких этапов: сначала закладывается фундамент, затем возводятся стены и наконец укладывается крыша. Если в процессе строительства будут внесены изменения в фундамент, это может повлиять на стены, которые в свою очередь повлияют на крышу. Таким образом, цепочки связанных друг с другом событий являются объектами. Тема изменения объектов-событий встречается во многих фильмах, когда герой возвращается в прошлое и совершает некоторые действия, которые влияют на будущее.

Похожим образом объектом является любая область связанных друг с другом знаний. Каждое новое открытие опирается на фундамент уже накопленных знаний.

Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов. 

– Исаак Ньютон

В свою очередь, новые открытия могут дополнять, уточнять, а иногда и полностью менять предыдущие.

Компьютерные программы также являются объектами. Рассмотрим два типа изменений, которые могут с ними происходить.

• Объект: программа во время исполнения

Во время исполнения код программы остается неизменным, а все изменения происходят в регистрах процессора и ячейках оперативной памяти. В более сложных случаях производится запись в постоянную память, с помощью чего можно организовать связи между разными запусками программы.

Во втором случае изменяется сам код программы.

• Объект: код программы

В процессе разработки программисты регулярно производят внешние воздействия – вносят изменения в код. Части программы могут быть связаны между собой, например, один модуль может использовать функции другого. В этом случае изменение одной части может потребовать изменения другой.

Слишком сильные связи могут негативно отразиться на объекте-программе. В программировании это называется «сильным зацеплением» или «сильной связанностью» и считается плохой практикой.

Сильное зацепление рассматривается как серьезный недостаток, поскольку затрудняет понимание логики модулей, их модификацию, автономное тестирование, а также переиспользование по отдельности. 

– Википедия

1.2 Действия и внешние воздействия

В предыдущей главе мы говорили, что изменения, вызванные внешними факторами, называются внешними воздействиями. Кроме этого, внутренние части взаимодействуют между собой, также изменяя объект. Такие изменения мы будем называть действиями.

Внешнее воздействие – изменение, вызванное внешними объектами.

Действие – изменение, вызванное взаимодействиями внутренних частей.

• Объект: клетка

Действие: синтез новых белков.

Внешнее воздействие: проникновение вируса в клетку.

• Объект: человек

Действие: умножение чисел в уме является действием с информацией. Внешнее воздействие: любое получение информации извне, например, чтение этого текста.

• Объект: государство

Действие: переезд людей из одной местности в другую внутри территории государства. Внешнее воздействие: миграция людей из другого государства.

• Объект: часы

Действие: взаимодействия внутренних частей изменяют положение стрелок и позволяют внешнему наблюдателю определять время. Внешнее воздействие: со временем действия часов теряют точность, и человеку приходится вмешиваться в работу механизма – заводить часы.

Состояние, в котором окажется объект, определяется как самим внешним воздействием, так и последующими внутренними действиями.

• Объект: государство

Все начинается с незначительного внешнего воздействия: перемещения носителя вируса на территорию государства. Передаваясь от человека к человеку, вирус заражает большое количество людей. С течением времени вырабатывается коллективный иммунитет и пандемия сменяется сезонной заболеваемостью.

В этом примере мы видим, как небольшое внешнее воздействие запускает цепочку действий, которые в результате оказывают огромное влияние на весь объект. Это означает, что результат зависит не только от внешнего воздействия, но и от внутреннего устройства объекта, поэтому разные объекты имеют разную устойчивость к одинаковым внешним воздействиям.

• Объект: камень

Легко расколоть ударом молота, но тяжело распилить болгаркой.

• Объект: арматура

Легко распилить болгаркой, но тяжело разрушить с помощью молота.

Это свойство можно сформулировать в виде принципа соответствия: чтобы добиться определенных изменений, необходимо оказать соответствующее внешнее воздействие.

Огонь заливают водой, от солнца укрываются зонтом, от болезни спасаются лекарством.

изречение Древней Индии

Для решения различных математических задач используются разные методы, для ремонтных работ – разные инструменты, к каждому человеку требуется индивидуальный подход.

1.3 Пространства

Мы выяснили, что действия и внешние воздействия производят изменения. Множество возможных изменений определяет пространство, в котором находится объект.

Пространство – множество возможных изменений объекта.

Множество внешних воздействий можно рассматривать отдельно как внешнее пространство.

Основные пространства

• Пространство фундаментальных взаимодействий

На самом низком уровне известны четыре основных типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Внешние воздействия оказываются с помощью частиц-переносчиков: фотонов, глюонов, W и Z бозонов. Сильное взаимодействие делает возможным существование атомных ядер.

• Физическое пространство

Электромагнитные взаимодействия между молекулами и атомами формируют кристаллические решетки физических тел, взаимодействия которых описываются законами классической механики.

• Химическое пространство

Электромагнитные взаимодействия также делают возможным существование различных конфигураций протонов, нейтронов и электронов – химических элементов. Взаимодействия между различными элементами описываются законами химии. В результате таких взаимодействий произошло образование органических веществ и первых одноклеточных организмов.

• Пространство межклеточных взаимодействий

Около двух миллиардов лет назад взаимодействия между клетками позволили совершить переход от эукариотов к прокариотам. Появление клеточного ядра связывают с поглощением одного одноклеточного организма другим. Позднее, около 500 миллионов лет назад, произошел переход от одноклеточных организмов к многоклеточным. Примером взаимодействия между клетками в организме человека может служить передача нервного импульса от одного нейрона к другому.

• Информационное пространство

Эволюция многоклеточных привела к появлению сложных объектов типа животных и человека. Подобные объекты могут оказывать друг на друга простые физические воздействия, но наибольший интерес представляют информационные воздействия, которые воспринимаются с помощью органов чувств: зрения и слуха. В результате таких взаимодействий объекты высокого уровня образуют объекты-социумы.

Информационное пространство

С момента появления объектов высокого уровня возникает потребность в обмене информацией. Животные делают это с помощью положения тела, звуков и запахов. Человек использует более сложную систему письма и речи – язык.

С развитием науки и техники в 19 веке были созданы новые средства связи, которые позволили быстро передавать информацию на большие расстояния. Появление радио, телевидения, телефонии и интернета преобразило информационное пространство и произвело революцию в экономике и социальной жизни людей.

Виртуальное пространство интернета открывает дополнительные возможности: например, с помощью социальных сетей любой человек может быстро поделиться фотографией буквально с тысячами людей. В классическом информационном пространстве сделать такое практически невозможно.

Общение в виртуальном пространстве отличается от живого общения, поскольку во втором случае передается дополнительная информация в виде голоса, темпа речи, мимики, жестов и других невербальных воздействий. Переписка в интернете также несколько расширяет пространство общения, добавляя некоторые визуальные образы: картинки, смайлы, эмодзи, стикеры.

Подпространства

Пространства можно расширять, дополняя определенным набором воздействий или наоборот – сужать, запрещая часть воздействий, таким образом выделяя подпространства.

Например, в общем информационном пространстве можно выделить подпространства звуков, вкусов, визуальных образов. Эти пространства, в свою очередь, также можно расширять или разбивать на более мелкие подпространства.

• Клип

Прослушивая музыкальный трек, человек испытывает исключительно звуковые воздействия. Видеоклип расширяет пространство звука, добавляя визуальную информацию.

• Книга

Читая книгу, человек находится в ее информационном пространстве. Отдельная глава или отрывок текста являются подпространством книги.

Искусственные пространства

Люди создали множество искусственных подпространств, в которых действия и внешние воздействия осуществляются по установленным правилам. К таким пространствам относятся различные игры и виды спорта.

Так, в пространствах боевых искусств спортсмены оказывают ограниченные физические воздействия друг на друга.

• Бокс

Внешними воздействиями являются исключительно удары руками.

• Кикбоксинг

Кикбоксинг расширяет пространство бокса, добавляя удары ногами.

• Смешанные единоборства

Пространство смешанных единоборств использует более широкий спектр воздействий, чем классические единоборства. Бойцы применяют ударные техники руками и ногами, броски, болевые и удушающие приемы.

В таких командных видах спорта как футбол, баскетбол, волейбол, хоккей действиями и внешними воздействиями являются перемещения игроков и работа со специальным объектом – мячом или шайбой.

В более абстрактных игровых пространствах: настольных, карточных и компьютерных играх для воздействий на противников используются фигуры, карты, фишки, джойстики, виртуальные персонажи.

• Морской бой

Единственное действие – расстановка кораблей – совершается перед началом игры. Затем игроки поочередно оказывают внешние воздействия на поле противника, пытаясь уничтожить вражеские корабли.

• Шахматы

Каждым ходом игрок совершает действие – изменяет положение одной из своих фигур. Взятие фигуры противника является внешним воздействием. Кроме того, игроки видят ходы друг друга, что является получением информации, а значит, и внешним воздействием.

• Покер

Пространство покера включает в себя действия с деньгами и картами, а также использует элементы психологии. Своим поведением игроки демонстрируют силу карт, оказывая друг на друга информационные воздействия.

В некоторых соревновательных пространствах для совершения действий и внешних воздействий используется объект-посредник, над совершенствованием которого постоянно ведется работа.

• Гонки

В гоночных видах спорта помимо мастерства водителя имеет значение работа команды над автомобилем, посредством которого спортсмены соревнуются друг с другом.

• Роботы

В битвах роботов игроки управляют специальным объектом-роботом, который с помощью физических воздействий наносит урон противнику.

Существует огромное количество компьютерных игр, каждая из которых представляет собой определенное пространство. Выделяют различные жанры игровых пространств: стратегии, шутеры, файтинги, симуляторы, ролевые игры и другие. Многие карточные и настольные игры организованы в виртуальном пространстве.

Можно по-разному относиться к пространствам компьютерных игр, однако их современное разнообразие в сочетании с доступностью становится поистине угрожающим. В 2019 году Всемирная организация здравоохранения внесла игровую зависимость в перечень заболеваний. По статистике количество часов, которые люди проводят в виртуальных игровых пространствах исчисляется миллиардами.

Физическое, торговое, информационное пространства

Особое внимание стоит уделить тройке пространств: физическому, торговому и информационному.

Обмен ценностями осуществляется в торговом пространстве. Внешними воздействиями являются сделки между участниками рынка. Технически торговля может быть организована в физическом или виртуальном пространстве.

В некоторых играх условно выделяют роли воина, торговца и мудреца. Каждая из этих ролей соответствует определенному пространству. Воин успешен в физическом пространстве, торговец – в торговом, а мудрец может быть успешен в любом подпространстве, где происходит обмен информацией.

Разуму нужны книги, как мечу нужен точильный камень, если он хочет сохранить остроту. 

– Джордж Мартин, «Игра престолов»

Известно, что грубые информационные воздействия подобно физическим могут нанести человеку травму.

Язык – самое опасное оружие: рана от меча легче залечивается, чем от слова. 

– Кальдерон де ла Барка

Особый интерес представляет противостояние между объектами-государствами в этих трех пространствах. Реальные боевые действия часто сопровождаются торговыми войнами. Например, потерпев поражение от английского флота в Трафальгарском сражении, Наполеон развернул континентальную экономическую блокаду Англии.

Физическое пространство взаимодействий между государствами меняется со временем. До появления огнестрельного оружия кочевники представляли серьезную угрозу для земледельцев. После появления огнестрельного оружия военное преимущество перешло к технологически развитым странам, где народы, как правило, имели четко выраженную территорию оседлости. Изобретение ядерной бомбы в 20-м веке несколько изменило ситуацию. Страны, обладающие ядерным оружием, предпочитают вести прокси-войны и избегать прямого столкновения друг с другом.

С появлением телевидения и интернета борьба в информационном пространстве приобрела новую силу. Если раньше она ограничивалась вербовкой агентов и разбрасыванием листовок над позициями врага, то в настоящее время – переместилась в социальные сети и средства массовой информации. Хотя информационные воздействия и не позволяют уничтожать живую силу и технику, они способны оказывать влияние на умы миллионов людей и заставлять их действовать определенным образом.