Условия возникновения самоорганизации

Как отмечалось, развитие системы происходит за счет внутренних механизмов, в результате процессов самоорганизации и за счет внешних управляющих воздействий. М. Эйген на основе неровно-подавляющего термодинамики и теории информации разработал концепцию самоорганизации материи. Эйген ограничивается моделированием к биологической эволюции макромолекул, но развитые им идеи и методы имеют более общее, принципиальное значение. Так же, как и работы школы Пригожина, работы Эйгена вышли за рамки отдельных наук и имеют общенаучное методологическое значение.

Согласно теории Эйгена, самоорганизация - это не очевидна свойство материи, обязательно оказывается при любых обстоятельствах. Имеют создаться определенные внутренние и внешние условия, прежде чем такой процесс станет неизбежным. Самоорганизация начинается с флуктуации. Для возникновения процесса самоорганизации необходимы инструктивные свойства системы на микроуровне. Инструкция требует информации, кодирующего определенные функции. Для самоорганизующихся систем интерес представляет функция воспроизведения или сохранения ее собственного информационного содержания. Для возникновения эволюции существенна не количество информации, а ее инструктивные свойства; важно не количество, а ценность информации, которая непосредственно связана с его пригодностью для использования.

Достаточно сложно дать продуктивное универсальное определение ценности информации так, как оно дано для количества информации. Ценность информации различна для одной и той же системы при различных целях, различных условиях внешней среды. Ценность зависит от запаса накопленной информации, что система. Ценность -это степень ее ненадмирности, незаменимости. Информация, накопленная в процессе эволюции, - это "оценена" информация, и число битов мало что говорит о ее функциональное значение. Накопление информации - это увеличение числа элементов, имеющих заданную признак. Ценность информации оказывается тем больше, чем меньше различных способов выполнить заданную функцию. .

Если сравниваются системы, выполняющие различные функции, то ценностный критерий уже оказывается малопригодным, здесь, как и раньше, можно использовать количественный информационный критерий. Количественный и прагматический информационные критерии необходимо применять не отдельно, а вместе, только в этом случае можно достичь наиболее адекватного определения степени организации как в функциональном, так и во многих других отношениях.

Для появления согласованных направленных процессов в системе необходимо использование информации в процессе функционирования системы. Если использования нет, то новые признаки у элементов появляются независимо от того, какие признаки есть у других элементов. Если нет использования информации, то нет ее накопления во внешней среде, а следовательно, нет передачи накопленной информации из внешней среды в систему.

Организация в системе связана с локализацией элементов, которые имеют определенные признаки, с концентрацией этих элементов, то есть образованием диссипативной структуры. Локализованные диссипативные структуры имеют способность накапливать информацию за счет своего рода "примитивной памяти". Такая локализация происходит благодаря самоинструктивному процесса использования информации. В процессе использования информации происходит отбор тех элементов-признаков, которые дают преимущества в ходе развития. Использование информации - это не ее атрибут, а только свойство, проявляющееся в определенных условиях.

Во всех случаях сравнение и отбор информации происходит на основе их оценки по качеству. На линиях обратной связи всегда идет сопоставление реального результата какого-то действия с тем, что закодированный в программе. Это всегда означает прежде всего оценку

качества информации. Если информация из внешней среды дает указания на существование пищевых материалов, то прежде всего происходит их апробирование - сопоставление с необходимым материалом за его качеством. Если биоценоз получает информацию о новом варианте организмов (через его деятельность), то всегда идет сопоставление нового варианта с прежней нормой. В борьбе за существование отбор нового варианта происходит не на основе количества, а только по качественным показателям (по сравнению с нормой).

Самоинструктивний характер процесса отбора приводит к тому, что уменьшается диссипация, так как уменьшается разнообразие элементов-признаков. А это, в свою очередь, уменьшает устойчивость системы. Система не просто удаляется от равновесного состояния, а удаляется с растущей скоростью, так как в подборе побеждают более совершенные структуры, возникающие раньше других. Одним из условий возникновения самоорганизации является реализация отбора информации, имеющей определенную степень качества (ценность). Информация находит ценность в конкретном процессе ее использования. Для того чтобы начался процесс самоорганизации, необходимо, чтобы отбор происходил при определенных условиях, а именно: система должна быть далекой от равновесного состояния; интенсивность роста числа элементов должна быть достаточной для того, чтобы вывести систему из устойчивого состояния. Если скорость роста числа новых элементов невелика, то независимо от начальных данных через определенное время установится стационарное состояние. Скорость роста числа новых элементов должна превышать скорость отмирания "старых" элементов. Процесс роста должен иметь "автокаталитический" характер, то есть появление нового признака у одного элемента должна вызывать появление того же признака в других элементов. Если скорость роста будет меньше скорости отмирания, то система не будет внутренней способности к росту, необходимой для отбора против менее эффективных признаков. Подобная система несла бы в себе всю ненужную информацию предыдущих элементов-признаков, которые в конце концов блокировала бы дальнейшую эволюцию.

Для реализации отбора необходима избыточность информации. В системе самоорганизующейся возможно максимальное беспорядок увеличивается за счет присоединения новых элементов к системе. Но простое добавление элементов в систему еще не превращает ее в такую самоорганизующейся. При добавлении элементов к системе энтропия системы должна сохраняться постоянной. Для выполнения этого условия необходимо выделение отрицательной энтропии из окружающей среды, то есть дополнительное введение энергии, информации в систему, выражается в передаче накопленной информации из внешней среды в систему.

С ростом ценности связано и возрастание способности биологической системы к отбору ценной информации. Эта способность велика у высших животных, органы чувств которых предназначены для такого отбора. Отбор ценной информации лежит в основе творческой деятельности человека. Такой отбор не требует дополнительных энергетических затрат - энергетическая стоимость одного бита информации не зависит от ее ценности. Естественный отбор означает сравнительную оценку фенотипов применительно к данной экологической нише, то есть поиск оптимальной ценности.

Источником одной интересной аналогии служат шахматы. Согласно теории Стейница, следует играть позиционно, накапливая малые преимущества. Когда они достаточны, шахматист должен искать комбинационный решительный путь к выигрышу. Нетривиальность этой теории, подробно аргументированной Э. Ласкером, заключается в следующем: если позиционные преимущества не используются в принадлежишь! момент - они рассеиваются. Ласкер писал: "У мастеров комбинационная и позиционная игра дополняют друг друга. С помощью комбинации шахматист стремится отбросить ложные ценности, а путем позиционной игры он пытается закрепить и использовать настоящие ценности". Ласкер рассматривал шахматы как модель "жизненной борьбы", но ему не приходило в голову, что шахматы могут служить моделью естественного отбора, борьбы за существование: накопление малых преимуществ подобное микроэволюции, переход к комбинации подобный макроэволюции, своего рода фазовом переходе.

Теория функциональных систем, сформулированная выдающимся физиологом академиком П. К. Анохиным, утверждает, что движущий стимул поведения человека и животного - полезный приспособительный результат. Им могут быть оптимальное давление крови, достаточное содержание в ней кислорода и питательных веществ, внешние факторы, скажем, пища, вода, итоги социальной деятельности. Во имя достижения поставленных целей в организме создаются временные, "рабочие" объединения структур мозга, различных органов, систем, мобилизованные для выполнения отдельной функции. Эта концепция описывает общие принципы, по которым составляется физиологическая архитектура таких объединений. Поисковая активность организма - один из важнейших факторов выживания. Она повышает интенсивность обмена информацией с внешней средой, там самым способствует интенсивному использованию новых организационных структур, которые возникли во время стресса.

Современная теория стресса, разработанная великим ученым Гансом Селье, утверждает, что под влиянием сильного внешнего стимула после кратковременного периода перестройки, так называемой адаптации, организм вступает в состояние повышенной устойчивости. Но из-за более или менее продолжительное время, если продолжается внешнее воздействие, этот период внезапно и без дополнительных условий сменяется фазой истощения, когда сопротивляемость резко падает.

Существуют факты, противоречащие этой теории. Некоторые ученые считают, что решающая роль в устойчивости организма принадлежит поисковой активности. Если поиск прекращается, а потребность в нем сохранена, то невозможность ее удовлетворения приводит к негативным переживаниям и снижает устойчивость организма. Если же такая необходимость ослаблена или отсутствует, то низкий уровень активности может и не сопровождаться негативными эмоциями, но и в этом случае субъект остается повышен уязвимым для внешних вредных воздействий. Поисковая активность повышает интенсивность процесса возникновения новых функциональных структур, необходимых "для достижения цели", для отражения влияния вредных факторов.

Обращаясь к вышеизложенной концептуальной модели развития, отметим, что этапу преобразующего отбора соответствует состояние неустойчивости, то есть этап зарождения и формирования новой системы. Переход от этапа формирования к эволюции отобранного состояния можно рассматривать как скачок в развитии. Исследование процесса самоорганизации показали, что на организованность системы, то есть на ее энтропию, влияют в основном два параметра: интенсивность роста числа элементов в системе и интенсивность использования элементов в процессе функционирования системы. Рост числа элементов в системе может привести систему к неустойчивому состоянию и создать предпосылки для отбора наиболее ценных для развития системы элементов. Ценность же элементов определяется в процессе их использования. Чем выше интенсивность роста числа элементов в системе, тем быстрее система стремится к неустойчивому состоянию, приближая момент скачкообразных изменений. Но переход на новый качественный уровень структурной организации произойдет лишь тогда, когда интенсивность использования, которая играет роль организатора в системе, будет достаточно велика для того, чтобы уменьшить энтропию в системе и перевести систему к новому устойчивому состоянию.

Таким образом, изменяя параметры системы, а именно интенсивность роста числа элементов и интенсивность их использования, мы можем инициировать процесс самоорганизации в системе, замедлять или ускорять его. При этом мы можем перевести систему на новый, более совершенный уровень развития или разрушить ее.

Гибель системы может произойти в двух случаях. Во-первых, когда случайные флуктуации во внешней среде приводят к гибели отдельных элементов системы, к разрушению взаимосвязи между ними, в результате чего система уже не способна выполнять заданные функции. Во-вторых, когда нет использования информации о тех или иных свойствах элементов системы в процессе функционирования во внешней среде. Есть использования, а следовательно, и накопления информации во внешней среде, в результате чего нарушается прямая связь системы с внешней средой. Нарушается работа регулирующих механизмов, что приводит к дезорганизации системы и, как следствие, к ее гибели.

Рассмотренная модель процесса самоорганизации системы позволяет сформулировать основные требования к математической модели. Прежде чем начать анализ процесса развития системы, нужно определить те признаки элементов, являющихся инвариантами для исследуемой группы элементов. И уже для этих избранных элементов-признаков рассматривать степень упорядоченности, рассматривать рост и отмирание именно этих признаков. Модель должна связывать динамические характеристики системы (интенсивность роста и использования элементов-признаков) с функцией состояния системы, которая характеризует изменение ее упорядоченности, то есть с энтропией. Модель должна быть нелинейной, так как она должна отражать и количественные, и качественные изменения в системе. В модели должен быть отражен механизм обратной связи системы со средой.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >