Материал: Гагин. Системный синтез. Линия жизни

«Природа не молчит. Простой цветок из моего сада подсказал мне истину. «Постигни, человек, - сказал он мне, - моё рожденье и мой рост – и ты уразумеешь тайну жизни».

(Спиноза)

Вернёмся к экстремальным принципам. Одним из важнейших и определяющих принципов, имеющих решающее значение для дальнейшего изучения систем, является Принцип максимума информации.

Из вышеприведенной «схемы овалов» принцип максимума информации можно записать в двух эквивалентных формах:

I(X,У) = Н(Х) – Н(Х/У) = Н(У) – Н(У/Х) = max

(X,У)

Эти формы равноправны, но интерпретируются по разному.

В первой, акцент делается на внешние стимулы Х, во второй – на реакции организма У.

По первой форме организм стремится приспособиться к всё большему разнообразию условий внешней среды Н(Х), сохранив при этом постоянство. Т. е., сохранив минимальное разнообразие результатов Н(Х/У). Это говорит о приспособленности организма к среде, вписанности в среду.

По второй форме организм стремиться увеличить безусловное разнообразие реакций Н(У), поскольку это оружие в борьбе за результат, и в то же время уменьшить разнообразие условное Н(У/Х), т. е. неоднозначность, неточность ответов на конкретный стимул. Вторая формулировка означает, что информация характеризует свойство организма, условно называемое «мастерством»:

«мастерство» = разнообразие + точность реакций

Можно заключить, что максимум информации получит система, способная своевременно адаптироваться к изменениям во внешней среде, сохраняя внутреннее постоянство, либо система, адекватно и своевременно реагирующая на изменения за счёт опережающего совершенствования и изменения внутреннего состояния.

Достигаемый максимум информации всегда условен, т. е. достигается лишь настолько, насколько позволяют условия, ограничения наложенные на реакции.

Важнейшими, являются ограничения на ресурсы:

U(Х,У) = const

Под ресурсами подразумевается энергия, вещество, время, пространство, количество операций и т. д.

Формы 1 и 2 можно объединить через множитель Лагранжа:

L = I(X,Y) - bU(X,Y) = H(X) – H(X/Y) - bU(X,Y) = max

(x,y)

Величина L – целевая функция или функция полезности.

Принцип максимума информации – постулат, имеющий глубокие эволюционные корни. Само возникновение жизни и развитие органических видов было связано с накоплением и отбором информации.

Этот принцип продолжает действовать и на высших этапах эволюции, проявляясь, в частности, в различных формах человеческой деятельности. Не только человеческое восприятие, поведение, эмоции, но и такие чисто человеческие создания как язык, наука, искусство, культура – проявление этого принципа.

Причина, по которой информация играет такую фундаментальную роль в эволюции, как живых, так и неживых систем, состоит в том, что она является наиболее общей и адекватной мерой приспособленности, «вписанности» системы в окружение, их взаимной согласованности и непротиворечивости. Этим определяется возможность выживания системы, её устойчивости в условиях непрерывных возмущающих воздействий со стороны окружения.

Принцип максимума информации – естественное продолжение принципа экономии энергии и принципа максимума энтропии. Оба они – частные случаи принципа максимума информации.

1.2.3. Закон роста энерговооружённости систем. Принцип экспансии.

«Природа всегда действует неторопливо и, если можно так выразиться, бережно: её действия никогда не бывают насильственны, в её произведениях всегда сказывается умеренность; она поступает всегда по правилам и соразмерно; если же её понуждают, она скоро истощается и всю оставшуюся силу употребляет на самосохранение, совершенно теряя при этом производительную способность и творческую мощь».

(Монтескье)

По мере усложнения и совершенствования систем, растёт их банк информации, повышается их энерговооружённость. Существует ли между ними взаимосвязь?

Существуют, казалось бы, две взаимоисключающие философские концепции развития биологической Вселенной: детерминизма и индетерминизма. Первая концепция признаёт, лишь, объективную закономерность и причинную обусловленность, всех явлений природы и общества. Вторая - отвергает всеобщую закономерность этих явлений. Но, Природа, успешно использует обе концепции.

Во Вселенной господствует детерминизм, взаимосвязь и развитие более сложных образований из менее сложных. В основе экологических цепей, лежит причинность. Появление новых видов, обусловлено освоением новых сред обитания, наследственностью, естественным отбором.

Но, опираясь лишь на имманентные (внутренние) силы, Природа развивается и преобразуется очень медленно. Такая линия развития не делает, как правило, скачков (Natura non facit saltus). Это эволюционный путь. И, это положение, восходит ещё к Аристотелю. Его разделял и Лейбниц.

Природа же, активно использует и революционный путь. Для качественно новых явлений нужны резкие, скачкообразные переходы на другой уровень, нужны мутации в генотипе живых систем. Для этого природой используются катаклизмы, сингулярности, бифуркации… . То, что для нас укладывается в понятие «случайности». Природа оставляет для системы любого порядка риск гибели. Но, одновременно, она побеспокоилась о защите системы от случайностей.

Остановимся на этом подробнее. И при случайном и при детерминированном исходе событий, во Вселенной, неумолимо действуют два закона динамического развития систем. Это: Закон накопления, сохранения и переработки информации и Закон повышения энерговооружённости систем.

Из первого закона вытекает Принцип Экспансии. Экспансия, или, как говорил Вернадский «освоение новых сред обитания» – это новая пища, новый температурный режим, новый радиационный фон (а значит и мутагенез), новые взаимодействия с новыми явлениями, т. е. новая информация. И это самое главное. Важнейшая жизненная задача системы – формирование и накопление банка информации.

В системологии разработаны два основополагающих понятия: тезаурус и энергоресурс.

Тезаурус – это полезная информация о себе и о среде. Она определяет способность системы управлять. Это организованная информация и измеряется в битах.

Энергоресурс – это внутренняя энергия системы. Она определяет способность совершать полезную работу. Это организованная энергия и измеряется в единицах энергии.

И тезаурус, и энергоресурс инвариантны.

Но вот что особенно важно: рост информации, её накопление, в банке системы, всегда сопровождается ростом энерговооружённости системы. Другими словами: рост тезауруса всегда вызывает рост энергоресурса системы.

Таким образом, Природа предусмотрела механизмы, приоткрывающие доступ энергии в систему и запасающие её при увеличении банка информации системы. Это подметили ещё древние римляне говорившие: «Tantum possumus quantum scimus!» – «Мы можем настолько, насколько мы знаем!». Но, энергией система должна распорядится «умно». У нас в народе говорят: «Бодливой корове Бог рогов не даёт».

Итак, Закон роста энерговооружённости систем. Он тесно связан с понятием энтропии. Чем больше энтропия, тем меньше заключённой в системе энергии, способной к совершению работы, к действию, к превращениям. Но, бороться с энтропией призвана информация. Её рост уменьшает энтропию и увеличивает энерговооружённость системы, что особенно характерно для живых систем.

Но, какая же информация ведёт к росту тезауруса? Только новая информация. Повторение информации, не признаётся информацией, как таковой. Откуда система может черпать новую информацию, если фактор экспансии уже использован?

В благоприятных условиях система тяготеет к полезным факторам. Критерий полезности и вредности – это критический детектор-определитель, при оценке любого воздействия, на систему. В живых организмах полезность и вредность закрепляется в ощущениях. Например, очень важным ощущением является боль – сигнал болезни, разрушения, гибели системы. Ощущения информационно закреплялись в двоичной системе – «да», «нет».

У высших форм организмов ощущения закреплялись в двух категориях: страдания и удовольствия. Центры «удовольствия» и «страдания» в мозге обнаружены давно. Сегодня нейрофизиология считает, что при поступлении сигнала боли в гипоталамус, в головном мозгу перестраиваются важные процессы. Повышается, например, температура тела. Это приводит к росту жидких кристаллов, в тех структурах мозга, которые отвечают за энерговооружённость.

Таким образом, реакции на негативные раздражители, такие как боль, приводят к росту энерговооружённости организма. Если организм и не заболеет, то болевые ощущения всё равно, держат его в состоянии напряжения и повышенной готовности до тех пор, пока боль не исчезнет.

У высших животных, в эмоциональной сфере, боль трансформируется в «мучение», стимулирующее мозг состоянием напряжённости. Это способствует обновлению тканей мозга и энерговооружению организма.

Эмоции тесно переплетены с памятью. Переносчики информации о боли, или о других негативах – химические вещества, медиаторы. Эти посредники, с кибернетической точки зрения играют роль сигналов, выполняющих не только информационную, но и регулирующую, и управляющую функции. Они обладают всегда и энергетической характеристикой, активно влияющей на исполнительные регулирующие устройства.

Психологи утверждают, что наиболее стойко в памяти закрепляется чувство страха и подобные ему отрицательные эмоции. Это продуктивно отражается на росте энерговооружённости организма. Более активно, чем под воздействием положительных эмоций.

Исследователи, классифицируя эмоции и чувства, составили их перечень. Оказалось, что положительных эмоций – 24 (радость, удовольствие), нейтральных – 5 (любопытство, удивление), а отрицательных – 40 (горе, тоска). И это без учёта низших эмоций, которые не эволюционируют (голод, жажда, боль). К ним же, можно добавить высшие, которые становятся отрицательными, при определённых условиях. Это справедливость, честь, чувство прекрасного и т. д.

Таким образом, количество отрицательных эмоций в реальной жизни, более чем в два раза превышает количество положительных. Это, очевидно, связано с тем, что информация об отрицательных эмоциях, более важная и приоритетная, перед всеми остальными, т. к. она - сигнал опасности для системы. Но, что не менее важно – они источник новой информации, т. к., тесно связаны со стрессами – особыми состояниями системы, когда мобилизуются все силы, и активно растёт взаимная информация, пополняющая тезаурус. И, как следствие, в «аварийном» порядке, срочно, растёт энергоресурс.