Кибернетическая картина мира. Есть многое на свете, друг Горацио, что недоступно нашим
 Скачать 14.04 Mb.
|
|
2.3. кибернетическая физика Н. винер, возродив кибернетику как управление и связь в жи- вых организмах, машинах и социально-экономических системах, остановился, как перед священной коровой, перед физикой. Но за последние годы накопилось много нерешенных проблем, например, до сих пор не удалось установить связь с инопланетными цивилиза- циями. далее, стало очевидным, что видимая часть вселенной – это только 5%, а остальное – темная материя и темная энергия, и нет единого мнения, что это за структуры, и список нерешенных про- блем можно продолжить, что побуждает к поиску новых моделей. Перейдем к построению лингво-комбинаторных моделей ато- мов, при этом будем исходить из ключевых базовых понятий, кото- рые уже сложились в науке. Рассмотрим в качестве примера атом водорода и в качестве ключевых слов возьмем слова «атом», «про- тон», «электрон», тогда фраза (2.1) будет иметь вид 81 Atom + Proton + Electron. (2.19) в эквивалентных уравнениях (2.3) – (2.5) А1 – характеристика атома водорода, А2 – характеристика протона, А3 – характеристи- ка электрона, Е1 – изменения этих характеристик соответственно. для моделирования дейтерия используем ключевые слова «атом», «протон», «электрон», «нейтрон»: Atom + Proton + Electron + Neutron. (2.20) После операции поляризации А 1 1 *Е1 + А 1 2 *Е2 + А 1 3 *Е3 + А 1 4 *Е4 = 0, и эквивалентные уравнения будут E1 = U1*A 1 2 + U2*A 1 3 + U3*A 1 4 ; E2 = – U1*A 1 1 + U4*A 1 3 + U5*A 1 4 ; E3 = – U2*A 1 1 – U4*A 1 2 + U6*A 1 4 ; (2.21) E4 = – U3*A 1 1 – U5*A 1 2 – U6*A 1 3 , где А 1 1 – характеристика атома дейтерия; А 1 2 – характеристика протона атома дейтерия; А 1 3 – характеристика электрона атома дейтерия; А 1 4 – характеристика нейтрона атома дейтерия; Е1– E4 – изменения этих характеристик соответственно. в случае атомных реакций возможно превращение дейтерия в водород посредством трансформации уравнений (2.21) в уравнения (2.4). При наложении еще одного ограничения на переменные систе- мы А 2 1 *Е1 + А 2 2 *Е2 + А 2 3 *Е3 + А 2 4 *Е4 = 0 получим Е1 = U1*D 1 23 + U2*D 1 24 + U3*D 1 34 ; E2 = – U1*D 2 13 – U2*D 2 14 + U4*D 2 34 ; E3 = U1*D 3 12 – U3*D 3 14 – U4*D 3 24 ; E4 = U2*D 4 12 + U3*D 4 13 + U4*D 4 23 , где D 1 23 = A 1 2 *A 2 3 – A 1 3 *A 2 2 и т. д. Аналогичным образом возможно построение лингво- комбинаторных моделей всех известных элементов таблицы Мен- делеева и их изотопов и возможных новых элементов. Из структу- ры этих моделей вытекает наличие блока управления, который мо- жет манипулировать произвольными коэффициентами, т. е. наша 82 модель – это модель атома с блоком управления [31], разработка которой позволит осуществлять информационное воздействие на атомы. это еще один путь для компьютерного моделирования физико-химических реакций. При этом необходимо решать задачу верификации таких моделей применительно к конкретным систе- мам. Следует отметить, что такое понимание атомов близко к тому, как их понимал Лейбниц. Ньютон считал, что материал состоит из твердых частиц. Лейбниц заменил их понятием монад – частиц без размеров, деталей и конфигурации, но которые обладают способно- стью к восприятию в различной степени. 2 Лингво-комбинаторное моделирование может явиться полез- ным инструментом при анализе и синтезе атомно-молекулярных систем. Представляет интерес рассмотрение вопроса о путях перехода из одной мировой точки в другую. обычное трехмерное пространство и время образуют четырехмерный мир. Мировая точка есть обычная точка в некоторый момент времени. Ее четырьмя координатами являются декартовы координаты X, Y, Z и время t, которые будем обозначать через х1, х2, х3, х4. Событие есть физическое явление в некоторой мировой точке. Четырехмерное расстояние х9 между двумя мировыми точками х1, х2, х3, х4 и х5, х6, х7, х8, интервал, определяется как с 2 (х4 – х8) 2 – (х1 – х5) 2 – (х2 – х6) 2 – (х3 – х7) 2 = (х9) 2 , где с – скорость света, константа; (х4 – х8) – разница во времени ∆Т. возможны различные пути перехода из одной мировой точки в другую. К сожалению, в обширном списке работ по теории от- носительности вопрос всего множества этих путей не исследован, что определило тупик в изучении свойств пространства и времени. Методика лингво-комбинаторного моделирования может быть ис- пользована для изучения и этой проблемы. После дифференцирования вышеуказанного уравнения можно построить систему эквивалентных уравнений с произвольными коэффициентами, число которых в данном случае будет 36, и они могут быть использованы для задания различных движений. Мож- но задать сближение мировых точек по различным законам, в том числе по законам квантовой телепортации или по законам Ньюто- 2 См.: Лейбниц Г. в. Монадология: Соч. в 4 т. М.: Мысль, 1982. Т. 1. С. 413–429. 83 на, и исследовать, как влияет тяготение и другие силы на время и пространство и на поведение нанороботов. возможно перемещение нанороботов в настоящее время из прошлого или будущего. Сход- ство нанороботов с вирусами позволяет предполагать, что и вирусы могут проникать в наше настоящее как из прошлого, так и из буду- щего, что представляется важным для здравоохранения. Является экспериментальным фактом то, что мозг состоит из нервных клеток – нейронов, которые связаны между собой через их отростки – аксоны. По первоначальной гипотезе, по аксонам передаются электрохимические импульсы, которые несут инфор- мацию. Но электрохимические импульсы довольно медленные, и если оценить их суммарное быстродействие, то его явно не хватает для решения колоссальных задач по переработке потока зритель- ной и слуховой информации, которая непрерывно поступает через глаза и уши. Можно высказать другую гипотезу: нейроны – это квантовые машины со всеми присущими им возможностями кван- товых вычислителей (колоссальное быстродействие), квантовой криптографии (доступность информации только родственникам) и телепортации (возможность сверхбыстрой передачи другим ней- ронам, скорость этой передачи многократно превосходит скорость электрохимической передачи). На пути исследования нейронов как квантовых машин стоят большие трудности, это низкотемпе- ратурные машины, в отличие от тех квантовых машин, которые традиционно рассматриваются в физике. в настоящее время поставлена задача создания нанороботов, ко- торые могли бы манипулировать атомно-молекулярными структу- рами, как строя из этих структур наносооружения, так и разбирая наносооружения по мере надобности. Уже имеется большой опыт создания человекоразмерных робототехнических систем, отрабо- таны их алгоритмы функционирования при манипулировании раз- личными предметами, при сборке и разборке различных машин и сооружений [15, 16]. Переход на наноразмеры оказывается непро- стым делом. Химия представляет очень большой спектр веществ, из которых могли бы синтезироваться нанороботы, и для сокращения этого списка и выбора подходящих веществ как раз и нужно вырабо- тать необходимые и достаточные условия синтеза нанороботов. для решения этой задачи прежде всего необходим единый язык описа- ния как атомно-молекулярных структур, так и алгоритмов функ- ционирования будущих нанороботов. Такой общий язык описания предлагается методом лингво-комбинаторного моделирования [3]. 84 Наноструктуры должны понимать естественный язык. Сегодня имеется множество барьеров между человеком и наноструктурами. Лингво-комбинаторное моделирование поможет преодолеть эти ба- рьеры в физике, химии, биологии и других науках. в наноструктурах одна из главных проблем – это проблема сбор- ки. Наноробот должен взять атом и перенести его в другое место, по сути дела перевести его из одной мировой точки в другую. в каче- стве исходного рассмотрения можно взять механическую трехзвен- ную руку манипулятора, который может переносить предметы из одной точки в другую, где X1, X2, X3 и X4, X5, X6 – координаты концов первого жесткого звена длиной L1; X4, X5, X6 и X7, X8, X9 – координаты концов второго жесткого звена длиной L2; X7, X8, X9 и X10, X11, X12 – координаты концов третьего жесткого звена длиной L3, тогда исходные уравнения трехзвенной руки ма- нипулятора будут (X1 – X2) 2 + (X2 – X5) 2 + (X3 – X6) 2 = L1 2 ; (X4 – X7) 2 + (X5 – X8) 2 + (X6 – X9) 2 = L2 2 ; (X7 – X10) 2 + (X8 – X11) 2 + (X9 – X12) 2 = L3 2 и эквивалентные уравнения будут содержать m+1 4 n 12 S C C 792 = = = произвольных коэффициентов. Некоторые молекулы имеют при- мерно такое же количество произвольных коэффициентов, именно среди них и необходимо искать те вещества, из которых можно син- тезировать наноробота, который мог бы переносить атом из одного места в другое. Таков аналитический путь выбора веществ для синтеза наноро- ботов. в качестве итогов нашего рассмотрения можно сформулировать необходимые условия для синтеза наноробота: сложность веществ, из которых синтезируется наноробот, должна быть больше слож- ности реализуемых нанороботом алгоритмов. в качестве достаточного условия существования наноробота в изменяющейся среде необходимо, чтобы наноробот находился в зоне адаптационного максимума. Тогда он сможет в полной мере использовать свои возможности и обеспечить свою выживаемость в максимально возможной зоне изменений окружающей среды. Наличие произвольных коэффициентов и возможность расшире- 85 ния модели, возможность включения новых переменных, новых ключевых слов позволяют настраивать модель для моделирования сложных наноструктур. в связи с развитием информатики рассматривают три главные структуры – материю, энергию и информацию. в физике обычно рассматривают методы трансформации на основе изменения мате- рии и энергии, но наибольший интерес представляет трансформация на основе информации, без больших затрат энергии и материи. в многопроцессорных системах также важной является пробле- ма сборки вычислительной структуры из отдельных процессоров для решения конкретной задачи. во всех вышеперечисленных си- стемах слова, переменные А, могут ассоциироваться с отдельными процессорами и соответствующие эквивалентные уравнения могут задавать эти вычислительные структуры. Таким образом, каждой из физических, биологических или социально-экономических си- стем могут быть сопоставлены соответствующие вычислительные структуры, которые и являются их компьютерными моделями со структурированной неопределенностью. время разделения наук по отдельным специальностям заканчи- вается, наступает время интеграции, и для этого есть прекрасный инструмент – вычислительные системы. Рассматрим вопрос о применении лингво-комбинаторного моде- лирования к основным законам физики с целью выявить дополни- тельные аспекты. одна из основных формул специальной теории относительности связывает полную энергию Е, массу m и импульс p свободной ча- стицы и имеет вид E 2 = p 2 c 2 + m 2 c 4 (2.22) После дифференцирования этого уравнения получим 2EdE/dt – 2 pc 2 dp/dt – 2mc 4 dm/dt = 0, (2.23) и после синтеза эквивалентных уравнений dE/dt = – U1pc 2 – U2mc 4 ; dp/dt = – U1E – U3mc 4 ; (2.24) dm/dt = U2E + U3pc 2 этот закон рассматривает взаимодействие трех величин: энергия + Импульс + Масса – это исходная фраза для лингво- комбинаторного моделирования, и система эквивалентных урав- 86 нений будет аналогична системе (2.5). здесь А1, Е1 – энергия и ее изменение; А2, Е2 – импульс и его изменение; А3, Е3 – масса и ее изменение. Если сравнить уравнения (2.24) и (2.25), то разница – лишь в отсутствии скорости света. закон ома рассматривает взаимодействие трех величин: На- пряжение + Сила тока + Сопротивление – это исходная фраза для лингво-комбинаторного моделирования, и система эквивалентных уравнений будет также аналогична (2.5), но здесь A1, E1 – напря- жение и его изменение; A2, E2 – сила тока и его изменение; A3, E3 – сопротивление и его изменение. Если исходить из традиционной формулы закона ома U = I*R, (2.25) то после дифференцирования получим dU/dt – R*dI/dt – I*dR/dt = 0. (2.26) Сравнивая уравнения (2.1) и (2.26), получим в традиционных обозначениях A1 = U, E1 = dU/dt, A2 = I, E2 = dI/dt, A3 = R, E3 = = dR/dt, а из необходимости совпадения первого уравнения систе- мы (2.1) и уравнения (2.26) получим U1 = dR/dt, U2 = dI/dt, в итоге система (2.1) преобразуется к виду dU/dt = dR/dt*I + dI/dt*R; dI/dt = – dR/dt*U + U3*R; (2.27) dR/dt = – dI/dt*U – U3*I. Итак, как очевидно из этих уравнений, два последних являются дополнением к закону ома. Аналогичным образом можно рассмо- треть закон Ньютона F = ma и другие физические законы. 2.4. кибернетическая астрономия и астрофизика в процессе эволюции человечество создавало самые различ- ные артефакты – здания, дороги, машины и т. д., но самым зна- чительным артефактом, им созданным, является естественный язык, который вобрал и вбирает все знания, навыки, учения, созданные людьми на сознательном и подсознательном уровне. Поэтому очевидно стремление обратиться к естественному языку для того, чтобы глубже понять, как устроена вселенная [42, 43, 65]. 87 Люди издревле наблюдали и изучали космос, который безуслов- но влиял на их развитие. Успехи астрофизики за последние годы впечатляющи, но открытый феномен темной материи и темной энергии не получил теоретического объяснения, а то, что челове- чество изучило – это 5% от всей массы и энергии. Так что имеется необходимость в разработке новых моделей. Растет осознание асте- роидной опасности, т. е. опасности столкновения нашей планеты с большим астероидом. По мере исследования астероидного пояса обнаруживаются все новые виды неустойчивостей, и вычислимая вероятность такого столкновения растет. На земле остались следы прошлых столкновений, которые послужили источником глобаль- ных катастроф. заключенные российско-американские соглаше- ния по борьбе с астероидной опасностью могут позволить объеди- нить усилия держав по использованию всего ракетно-ядерного арсенала для предотвращения столкновения, но только с астерои- дами относительно небольших размеров. Если размеры астероида будут превышать 10 км в диаметре, всей объединенной мощи не хватит для предотвращения катастрофы. выход один – усилить фундаментальные исследования для открытия новых законо- мерностей. Если обратиться к моделированию Солнечной системы, то в ка- честве ключевых слов можно взять Солнце, Меркурий, венера, земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон – 10 пере- менных, в структуре эквивалентных уравнений этой системы будет содержаться 45 произвольных коэффициентов: E1 = U1*A2 + U2*A3 + U3*A4 + U4*A5 + U5*A6 + + U6*A7 + U7*A8 + U8*A9 + U9*A10; E2 = – U1*A1 + U10*A3 + U11*A4 + U12*A5 + U13*A6 + +U14*A7 + U15*A8 + U16*A9 + U17*A10; E3 = – U2*A1 – U10*A2 + U18*A4 + U19*A5 + U20*A6 + +U21*A7 + U22*A8 + U23*A9 + U24*A10; E4 = – U3*A1 – U11*A2 – U18*A3 + U25*A5 + U26*A6 + +U27*A7* + U28*A8 + U29*A9 + U30*A10; E5 = – U4*A1 – U12*A2 – U19*A3 – U25*A4 + U31*A6 + +U32*A7 + U33*A8 + U34*A9 + U35*A10; E6 = – U5*A1 – U13*A2 – U20*A3 – U26*A4 – U31*A5 + +U36*A7 + U37*A8 + U38*A9 + U39*A10; 88 E7 = – U6*A1 – U14*A2 – U21*A3 – U27*A4 – U32*A5 – –U36*A6 + U40*A8 + U41*A9 + U42*A10; E8 = – U7*A1 – U15*A2 – U22*A3 – U28*A4 – U33*A5 – – U37*A6 – U40*A7 + U43*A9 + U44*A10; E9 = – U8*A1 – U16*A2 – U23*A3 – U29*A4 – U34*A5 – – U38*A6 – U41*A7 – U43*A8 + U45*A10; E10 = – U9*A1 – U17*A2 – U24*A3 – U30*A4 – – U35*A5 – U39*A6 – U42*A7 – U44*A8 – U45*A9. (2.28) в этой системе уравнений А1 – характеристика Солнца; Е1 – из- менение этой характеристики; А2 – характеристика Меркурия; Е2 – изменение этой характеристики; …; U1, U2, …, U45 – произ- вольные коэффициенты, наличие которых определяет возможность управлять характеристиками. выявление этой новой возможности управления важна для человечества ввиду астероидной опасности. Единственная надежда – на открытие новых способов управления планетарными процессами. Аналогичным образом можно модели- ровать галактики и их взаимодействия. обратимся к анализу пред- ложенной модели. во-первых, когда мы говорим о системе, это значит, что из всего мы выделяем часть – систему и рассматриваем ее взаимодействие с тем, что осталось, – с окружающей средой. Так же и с Солнечной системой – мы выделили планеты и можем рассматривать как вза- имодействие между ними, так и воздействие остального космоса на всю Солнечную систему. Солнечная система существует в потоке переменных воздействий остального космоса, и ее устойчивость за- висит от ее адаптационных возможностей, которые определяются числом произвольных коэффициентов. в данном случае это число 45, в общем случае оно определяется формулой (2.5). Как очевидно из этой формулы, в зависимости от числа наложенных ограничений для числа переменных больше шести количество произвольных коэффициентов будет сначала возрастать, достигнет максимума и потом будет уменьшаться. это явление в теории систем называется феноменом адаптационного максимума [1–3], в зоне адаптационно- го максимума система обладает максимальными адаптационными возможностями. Можно предположить, что в процессе эволюции адаптационные возможности Солнечной системы изменяются в со- ответствии с формулой (2.5), что можно подтвердить или опровер- гнуть соответствующими исследованиями. Формула (2.5) может 89 быть основой для объяснения ритмов развития как Солнечной си- стемы в целом, так и Солнца в частности, и галактических систем. во-вторых, в качестве ключевых слов для построения модели мы взяли сами планеты, которые можно наблюдать, т. е. это фено- менологическая модель. Люди, наблюдая планеты, для объясне- ния их движения создали целую систему понятий, в частности для объяснения их движения были привлечены законы Ньютона, ко- торые оперируют понятиями «сила», «масса», «ускорение», «ско- рость». опираясь на эти понятия как на ключевые слова, можно нашим методом построить другую лингво-комбинаторную модель, которая бы определила взаимодействие между этими понятиями. Таким образом, можно рассматривать два языка – язык феноме- нологического описания и язык научных теорий, и попытаться осуществить перевод с одного языка на другой, а можно замешать в общую структуру как сами явления, так и научные понятия, что и определит взаимодействие между ними. в-третьих, о прямых и обратных задачах. Прямая задача связа- на с моделированием следствия по заданной причине. в обратной задаче мы хотим восстановить причину по известному следствию. Прямая задача имеет единственное и устойчивое к малым возму- щениям решение. для обратной задачи единственность решения может нарушаться, так как различные причины могут вызвать одно и то же следствие. Если обратиться к движению планет, кото- рое наблюдается людьми много тысяч лет, то этот феномен может быть по-разному объяснен. Существовала система Птолемея, по- том были открыты законы Кеплера, потом законы Ньютона. Если считать за причину законы Ньютона, то исходя из них можно рас- считать траектории движения планет. Но исходя из других сообра- жений тоже можно получить такое же движение планет, такой же феномен. это обратная задача, которая имеет множество решений [34]. Лингво-комбинаторное моделирование позволяет построить множество различных генераторов таких же движений. в-четвертых, в современной науке и в обществе в настоящее время получили большое распространение понятия «управление», «информация», и они пронизывают биологические (от генетики до высшей нервной деятельности), социально-экономические, техни- ческие науки, но эти понятия, можно сказать, исключены из фи- зики, и астрономии в частности. Конечно, и астрономия, и физика сформировались довольно давно, когда понятия «управление» и «информация» не были разработаны, но в настоящее время вызы- 90 вает недоумение отсутствие этих понятий при объяснении многих астрономических и физических явлений. Если исходить из этой точки зрения, то насущной задачей астрофизики должен быть по- иск центров управления, систем связи и самой возможности управ- ления малыми воздействиями, вызывающими большие послед- ствия в планетарных и галактических системах. в настоящее вре- мя рассматривается вопрос о создании кибернетической физики, в которой вопросы управления займут достойное место. Уже существует гипотеза Гея, в которой рассматривается вся планета земля как живая система. Можно высказать гипотезу о живой вселенной со своей нервной системой. Историки науки часто обращаются к анализу суда инквизиции над Галилеем. По этому поводу К. Поппер в книге «Логика и рост научного знания» писал, что епископ оснандер в своем предисло- вии к книге Коперника «об обращении небесных сфер» заметил, что гипотезы Коперника не обязательно должны быть истинными или хотя бы правдоподобными – от них требуется лишь одно – да- вать вычисления, согласующиеся с наблюдениями. Сам Галилей подчеркивал превосходство системы Коперника в качестве инстру- мента для вычислений, но в то же время он допускал и даже верил, что она дает истинное описание мира, и для него и для церкви это было гораздо важнее. в наши дни понимание физической науки, выдвинутое оснандером, кардиналом Белармино и епископом Беркли, одержало неожиданную победу без всякого сопротивления с другой стороны, инструменталистская точка зрения вдруг стала общепризнанной догмой. Галилей был прощен судом инквизиции, а джордано Бруно был сожжен на костре за то, что провозглашал существование множества миров, множества вселенных. Если рас- сматривать мир как модель внутри сверхмашины, то эта точка зре- ния допускает существование многих миров внутри сверхмашины, и чтобы переходить из одного мира в другой нужно быть талантли- вым хакером. в-пятых, еще в древней Греции Анаксимандром была высказа- на гипотеза о существовании апейрона – субстанции, которая про- низывает вся и все. в свете развиваемой нами теории, апейрон – физическая символьная структура, которая реализует структури- рованную неопределенность в виде произвольных коэффициентов U, субстанции U. Структурированной неопределенности противо- стоит хаос – неструктурированная неопределенность. Структури- рованная неопределенность – основа жизни во вселенной. в свете 91 развиваемой теории, вакуум – это непрерывно перестраиваемая матрица структурированной неопределенности, в которой заполне- ние матрицы идентифицируется с назначением конкретных значе- ний произвольных коэффициентов U. Перед астрономами и астро- физиками стоит задача обнаружения центров управления плане- тарными и галактическими системами. эти идеи перекликаются с идеями К. э. циолковского, 150-летие со дня рождения которого мы отмечали в 2007 г. |