Файл: Системный подход в современной науке..pdf

темы обеспечивают свое существование. Обратимся к одному из наиболее общих разделов современной физики — термодинамике. С ее точки зрения любая система может находиться в двух основных состояниях: стабильном или лабильном. Примером стабильной сис­ темы является кристалл или даже простой камень. Мы не можем учесть всех воздействий ближнего и дальнего Космоса, которые от­ ражает микрокосмос камня. Но и то, что мы знаем, говорит о совер­ шенно уникальных его свойствах. Он противостоит и испаряющему действию Солнца, и стремящейся раздавить его силе земного тяго­ тения, растворяющему действию воды и химическому воздействию веществ в воздухе, воде и почве. Более того, сцепление молекул в нем столь уникально организовано, что при умеренных усилиях сжа­ тия или растяжения в нем возникают силы, равные по величине и об­ ратные по направлению силам, на него воздействующим. Отсюда становится понятным, почему из огромного теоретически возможно­ го числа минералов в условиях Земли лишь немногие смогли стать реальным микрокосмосом — простыми камнями. Стабильным спосо­ бом сохраняется множество систем — от атомов до небесных тел, ме­ няются лишь силы, образующие связи между элементами, — нуклон­ ные, электромагнитные, гравитационные.

Уже давно рядом авторов (П.К. Анохин, Н.А. Бернштейн) отмеча­ лось, что отличительным признаком жизни является ее способность к опережающему реагированию. Однако при этом не ставился во­ прос: каким физическим условиям должна отвечать система, спо­ собная к такому реагированию? Поэтому поиск определения жизни начнем с константации того факта, что опережающее реагирование возможно, если система способна реагировать не на само важное для ее существования событие, а на опережающий его малоэнергетичный признак — сигнал (звук, запах, свет и т. п.). При этом такая реакция протекает адекватно не самому сигналу, а событию, призна­ ком которого он является. Но при этом, в свою очередь, возникает вопрос: каким физическим условиям должна удовлетворять система для обеспечения подобной реакции? Очевидно, что для такого реа­ гирования она должна с необходимостью отвечать следующим тре­ бованиям.

1. Термодинамическому, т. е. она должна обладать структурами, которые способны удерживать без потерь энергию высокого потен­ циала, необходимую для совершения работы по сохранению организ­ ма. Это требование удовлетворяется широко распространенными

в природе метастабильными состояниями, в которых энергия высо­ кого потенциала защищена от выравнивания потенциальными барье­ рами. Именно последним обязано своим существованием разнооб­ разие устойчивых изотопов таблицы Менделеева и даже все разно­ образие мира в целом.

2. Информационному. Это требование сводится к необходимос­ ти обладания структурами, регулирующими процесс высвобождения этой энергии в ответ на сигнал, представляющий собой слабый, но специфический энергетический импульс. Этому условию отвеча­ ют органические и минеральные катализаторы. Они могут быть вве­ дены в контакт с веществом за счет слабого воздействия, например, механического, либо благодаря их активации в результате добавки к ферменту кофермента. Аналогично работают выключатели элект­ росети и т. п., т. е. структур, называемых нами стрейторами (от анг­ лийского straight — прямой). Стрейторы способны при получении сиг­ нала снижать (а в пределе и устранять) или, наоборот, восстанавли­ вать потенциальный барьер метастабильного состояния. Стрейторные реакции обладают высокой селективностью: например, в то вре­ мя как нагревание ускоряет множество химических реакций, катали­ затор ускоряет только одну из них или всего несколько.

3. Преобразовательному. Это требование обусловливает необ­ ходимость обладания структурами, преобразующими выделившуюся энергию высокого потенциала в работу, направленную на сохранение организма. Эта роль может принадлежать, например, молекуле фер­ мента, которая помимо выполнения каталитической функции совме­ стно с мембраной способна определять направление реакции, либо кинематической части станка, преобразующей вращения двигателя в конкретную работу. Свойство преобразования энергии присуще всем материальным объектам, с ней взаимодействующими.

В соответствии с этой простейшей структурой — сигнальным эле­ ментом (сокращенно сиэлом) — определяются исходные элементар­ ные понятия теории систем.

Информация. В теории информации за единицу последней при­ нимается воздействие, обусловливающее единичный выбор. Оче­ видно, что такой единицей оказывается сигнал, который осуществля­ ет подобную операцию и всегда специфичен относительно сиэла, вхо­ дящего в состав организма или автомата. Сказанное позволяет по­ нять необоснованность объяснения информации с использованием негэнтропийного принципа, согласно которому под ней понимается

любое воздействие на систему, обусловливающее то или иное ее со­ стояние. В соответствии с этим положением признается, что «инфор­ мацией» якобы наполнена вся Вселенная. Наше понимание природы сигнала (информации) позволяет внести ясность в еще одно ключе­ вое положение синергетики. Формально сигнал (информация) как ма­ лое возмущение, радикально изменяющее состояние системы, схо­ ден с бифуркацией. Принципиальное же его отличие заключается в том, что под воздействием сигнала происходит не переход си­ стемы из состояния хаоса в состояние упорядоченности, а пере­ ход от одного состояния организации к другому.

Знание. Сиэл — это элементарная структура, которая «знает», на какой сигнал и как реагировать.

Смысл. В структуре сиэла заключен и элементарный смысл ре­ акции.

В двух последних пунктах мы обнаруживаем связь основных по­ ложений ОТС с началами семиотики и семантики.

Управление. Сиэл являет собой элементарную структуру управ­ ления, в которой малая энергия информации управляет существенно более мощными энергетическими потоками.

Программа. Программа — это структура, способная под воздей­ ствием энергетического потока порождать сигналы для данного ор­ ганизма или автомата. Программа, подобно сигналу и информации, представляет собой понятие относительное. Так, неподвижный ланд­ шафт, порождающий сигналы для человека и многих животных, не является программой для лягушки, способной замечать лишь дви­ жущиеся предметы. Примерами программ могут служить ДНК и РНК, магнитные ленты, лазерные диски и т. п. Большинство программ, в том числе и те, которые содержатся в клетках организма, а также магнитные ленты, лазерные диски и т. п., способны порождать сигна­ лы, осуществляющие выбор программ более низкого ранга для вво­ да их в действие, изменять их или даже порождать новые под влия­ нием сигналов. При этом возникают и новые рефлексы, видеозаписи и т. п., являющиеся важными факторами, используемыми в процес­ сах запоминания и адаптации организованных систем. Единичным элементом программы явится та ее часть, которая генерирует еди­

ничный сигнал.

Организация. Очевидно, что организованными называются сис­ темы, существование которых обеспечивается, в частности, за счет содержащихся в них сигнальных элементов; иными словами, это ор­

ганизмы, автоматы и их совокупности. В то время как упорядочен­ ность — это всего лишь закономерное расположение элементов и их связей. Согласно Дж. фон Нейману, мера упорядоченности — коли­ чество информации, необходимое для описания этой закономернос­ ти. Как видим, разница между упорядоченностью и организацией су­ щественная и носит принципиальный характер.

Следует отличать обратную сигнальную связь от несигнальной: например, обозначаемую формулировкой «действие равно противо­ действию». В основе кибернетики лежат понятия информации и об­ ратной связи. Отделение этих понятий от их несигнальных аналогов позволяет избежать многочисленных ошибок при их использовании и естественным образом включить начала кибернетики в начала теории систем. Таким образом, получают операциональные опреде­ ления исходные понятия теории систем.

Рассмотрим теперь принципы построения структур высшего поряд­ ка. Таковой явится упрощенная схема метаболизма: например, линей­ ная последовательность сиэлов, регулируемая накоплением конечного продукта (в химии процесс ретроингибитирования)7. В этой последова­ тельности постоянство концентрации А поддерживается тормозящим воздействием этой концентрации на первый стрейтор в цепи — Ф:

а 1—^ а2— **■■■>...л,— g*-»...4 ,— >ф ,

Aj может быть не только продуктом экзотермической химической реакции, но и, например, деталью, обрабатываемой на автоматичес­ кой поточной линии (в последнем случае работа этой линии будет ре­ гулироваться количеством деталей в накопителе);

Ф\ — это либо фермент, либо устройство, осуществляющее оче­ редную операцию на данной линии.

Тогда А, — > представляет собой сиэл, в котором А есть энер­ горесурс в метастабильном состоянии, a Oj — стрейтор (фермент или станок автоматической линии) и одновременно преобразователь.

Этот элемент второго порядка, реагирующий элемент или сокра­ щенно — реэл, исчисляется уже количеством (п—1) элементов перво­ го порядка — сиэлов. Существует и модификация элемента второго порядка, обусловленная постоянством первого параметра Aj за счет воздействия сигнала о его значении на последний стрейтор O n -i(A j - O n -i). Это может иметь место, например, при поддержании постоянства давления в кровеносной системе или в трубопроводе.