История и методология науки
 Скачать 1.6 Mb.
|
|
Основные понятия кибернетики: управление, система, информация, обратная связь, функциональный подход, системный анализ, - имеют общенаучный статус в системе современной науки. Пол системой понимается единство взаимосвязанных элементов или структур, которое отличается от простой совокупности (суммы частей, множества) наличием внутренних и внешних связей. Система обладает особыми свойствами, которые характеризуют ее как целое, определяют динамику всей системы и ее развития. Системные свойства нельзя отнести к элементам, составляющим систему. Такие свойства называют эмерджентными 92 (возникающими сами собой, как бы ниоткуда). Для них невозможно указать конкретное субстратное основание. Например, человек испытывает страх, но отнести это ощущение к определенному органу тела невозможно. В человеческом организме есть пять органов чувств, но нет органа страха. То же можно сказать об инстинктах, эмоциях, образах и мыслях. В кибернетике принципиально различаются простые и сложные системы. Простые системы состоят из относительно небольшого числа элементов, взаимные отношения между которыми поддаются анализу и математическому расчету. Строение простых систем мало изменяется во времени. Поэтому, можно сказать, что они не обладают внутренней динамикой. Поведение простых систем строится по принципу однозначной причинно-следственной связи, имеет линейный характер, поэтому точно прогнозируется. Система может иметь и большое число элементов, но быть простой, если все взаимодействия унифицированы, и ее поведение можно достаточно просто описать математически. К простым системам можно отнести объекты, рассматриваемые в физике или астрономии. Например, можно предсказать 92 Эмерджентность (от лат. emergo – появляюсь, возникаю) – несводимость свойств системы в целом к свойствам ее элементов 188 положение звезды или планеты, рассчитать рост кристалла. По сравнению с кристаллом, живая клетка уже представляет систему сложную. Сложные системы состоят из большого числа динамичных структур (подсистем), взаимодействие между которыми постоянно изменяется. Например, движущиеся потоки воздуха в атмосфере. Практически невозможно точно рассчитать их путь. Вывести точный закон в метеорологии (подобно закону движения жидкости или газа в классической механике) невозможно из-за непредсказуемости, случайности элементов, из которых складываются климатические явления. Поведение такой системы отличается фундаментальной неопределенностью. Точный расчет в этом случае заменяется вероятностным прогнозом, который более надежен в долгосрочном варианте: прогнозируется тенденция поведения системы, а не ее конкретные действия. Под поведением в кибернетике понимается любое изменение объекта по отношению к окружающей среде. Сложные системы отличаются собственным внутренним законом поведения, или целесообразностью. Их подсистемы также могут иметь собственные цели, не всегда совпадающие с целями системы в целом. Поведение сложных систем строится по принципу обратной связи, который выделяет зависимость между воздействием на систему и ее реакцией. Если поведение системы усиливает внешнее воздействие, то имеем дело с положительной обратной связью, если уменьшает, то имеем дело с отрицательной обратной связью. Возможен и третий вариант, когда система не реагирует на внешнее воздействие, сохраняя свои параметры. Такой характер взаимосвязи системы и ее окружения называют гомеостатическим. Примером может служить постоянство температуры тела у человека, которое поддерживается организмом независимо от температуры окружающего воздуха. Правда эта независимость тоже имеет свои пределы. Со сложными системами человек сталкивался задолго до кибернетики, управляя машинами и людьми, исследуя регуляцию жизненных процессов в природе. Однако понятие цели и целесообразности противопоставлялось представлению о естественной (объективной) причине явлений природы, сложившемуся в физике. Накопленные знания об управлении и организации носили локальный характер, и относились к области философии и искусства политики. 93 93 В 1843г. польский мыслитель Б.Трентовский опубликовал книгу «Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом». А.Ампер в книге «Опыт философских наук» составил новую классификацию наук, в которой кибернетика как наука о текущей политике и практическом управлении государством стоит на третьем месте. 189 В современной системе знания теоретическое становление кибернетики связано с выделением общих закономерностей управления сложной системой (а не специфики отдельных процессов управления в том или ином классе событий). Именно такая познавательная установка привела к оформлению совершенно новой междисциплинарной области естествознания, обращенной к исследованию целостности одной системы и систем объектов, а также природы в единстве ее взаимосвязей. Сложные системы описываются в кибернетике не только структурно (из чего они состоят), но и функционально (как себя ведут). Главной характеристикой сложной системы выступает ее целостность. Это подчеркивается выделением инвариантов – особых структурно- функциональных свойств, которые при любых внешних воздействиях на систему остаются постоянными, не меняются в потоке событий. Инварианты системы определяют ее качество. Другими словами, представляют собой такую характерную черту системы, которая позволяет установить ее идентичность в различных условиях и в разные периоды ее развития. Сложную динамическую систему характеризует внутренняя направленность поведения– целесообразность. Это свойство не вызывает сомнения в отношении живого организма. В технике целенаправленные машины получили название сервомеханизмов. Пример: торпеда, имеющая систему поиска цели. Целенаправленное поведение технической системы основывается на механизме обратной связи и прогнозе первого, второго и далее порядков. Поэтому наиболее точное определение кибернетики представляет ее как науку о сложных целенаправленных технических системах, которая распространяется на все возможные системы с внутренней динамикой. В истории естествознания развитие представлений о системах было связано с выявлением универсального механизма действия. Новое время (XVII-XVIIIвв.) было веком часов, XVII-XIXвв. – веком тепловой (паровой) машины, XXв. стал веком универсальной связи и управления, принципы которого являются предметом кибернетики. Управление понимается как процесс (особый вид движения, изменения), в котором начало и конец имеют целенаправленный характер, в отличие от физического или химического процесса, протекающего в природе на основании законов сохранения энергии или вещества (такие процессы определяются как самопроизвольные). В процессе управления определяющим является целенаправленный вызов изменений в системе или перевод ее из 190 одного состояния в другое в соответствии с избранной целью. Сложность такого процесса связана с необходимостью прогноза изменений, которые получит система после управляющего воздействия (например, сигнала, несущего руководящую информацию). В реализации эффективного управления (достигающего поставленной цели) существенное значение приобретает качество передачи информации, максимальное избежание разночтения (устранение ситуации «испорченный телефон»), скорость и своевременность управляющих сигналов. Свойством управляемости обладают далеко не все системы, хотя в общей совокупности природы, конечно, все системы взаимосвязаны. Простые системы образуют уровень физических систем, сложные – уровень органических систем. В качестве необходимого условия управляемости системы выступает ее организованность , которая связывается с наличием потенциальных возможностей выбора действия. Простую систему характеризует наличия определенной структуры. Концепции строения вещества и атома в физике раскрывает именно эту сторону простых систем. Организованность сложной системы определяется не только структурной организацией (тела), но и некоторой внутренней программой, обеспечивающей целесообразность действия. Поэтому в кибернетике особое значение придается раскрытию содержания понятия целесообразность, а также связанных с ним понятий: цель, целевая причина, целевая установка. В истории мысли понятие целевой причины было введено Аристотелем, который таким образом разграничил принцип внутреннего действия, характерный для живой природы, и принцип внешнего действия, характерный для неживой природы. Естествознание развивалось именно как знание о действующих (физических) причинах, которое строится по принципу следования естественной логике природы. Успехи теоретической науки были достигнуты, прежде всего, в области физики, описывающей внешние действующие причины. Самый сложный период в развитии физики связан с введением в описание событий целевой установки. Именно на это указывало соотношение неопределенности Гейзенберга, устанавливающее влияние субъективного взгляда наблюдателя на выбор модели описания микропроцессов субатомного уровня (волновая модель или структурная). В отношении биологических систем принцип целенаправленного действия был сформулирован в теориях эволюции XIXв. В качестве 191 природной (биологической) целесообразности поведения организма рассматривалось стремление организмов к выживанию и размножению. В кибернетике целевая причина выступает в качестве исходной при описании сложной системы, ее поведения и управления. Эффективность процесса управления, его надежность связывается с достижением цели управления. Цель понимается абстрактно как некоторая внутренняя установка, определенная внешней средой, внутренними потребностями системы или потребностями субъекта управления. Введение в систему науки субъекта управления в его абстракции (безотносительно к Богу или человеку) – еще одно приобретение естествознания, связанное с развитием кибернетики. Благодаря кибернетике целевая модель объяснения происходящих событий получила научный статус, вопреки ее изгнанию в область метафизики в предыдущую эпоху развития естествознания. В конце XXв. целенаправленность рассматривается очень широко – в применении к разнообразным классам систем и организации работы искусственных управляемых систем. Вводится представление об иерархии целей и акцентируется внимание на прагматических целевых установках программы. Один из принципов надежности управления в кибернетике гласит: цель управления должна быть принципиально достижимой. 2. Методология функционального подхода в научном исследовании Кибернетический способ исследования сложных систем на основе обратной связи получил название функционального подхода, характерной особенностью которого является установка на изучение реакций системы в ответ на внешнее воздействие сигнального характера. Система предстает в качестве «черного ящика», имеющего вход (на который поступает некоторый сигнал) и выход (действие, реакция, программа поведения). Внутренняя структура сложной системы не конкретизируется и вообще не рассматривается, анализируются только ее наблюдаемые ответные действия и необходимые для их реализации функции. До кибернетики подобный поведенческий подход разрабатывался в психологии. Особенно эффективно - в дрессировке животных. Поведенческий подход стал основанием бихевиоризма (behavior - англ. поведение) – популярной концепции в психологии, трактующей психику через отношение «стимул-реакция». Кибернетика использовала поведенческий принцип для разработки абстрактных принципов эффективного управления системой. 192 Утверждая универсальность принципа обратной связи в изучении и конструировании сложных систем, строение которых невозможно точно описать, кибернетика распространила функциональный подход на широкий класс явлений неживой и живой природы. В основании функционального подхода лежат две идеи: 1) общность закономерных процессов связи и управления для разнородных материальных систем; 2) взаимосвязь целесообразности и управления в организации действия системы. Закономерности, которые открыла кибернетика, позволили выделить новую область функциональных свойств и новые объекты научного исследования - функциональные системы. Предложенная академиком П.К.Анохиным теория функциональной системы, 94 давала описание взаимосвязи систем разного уровня организации в живой природе на основе понятия опережающего отражения и информации, выделяла особое значение в функционировании сложной системы систематизирующего фактора, которым выступает результат действия. Базовым исходным принципом в теории П.К.Анохина выступил принцип единства структуры и функций, применение которого к анализу биологических систем привело к выводу, что фундаментальным фактором становления и эволюции сложных организмов в живой природе является возникновение особых функциональных органов, назначение которых – обеспечить реализацию необходимого, жизненно важного действия. Пример функционального органа - инстинкт. Более того, потребность в определенных функциях в ходе адаптации и выживания вида становится потенциальным фактором структурного изменения тех или иных систем организма. Так, в процессе эволюции человека подобные изменения могла приобрести гортань с тем, чтобы обеспечить возможность речевой функции, которая в человеческом сообществе играет роль наиболее эффективного способа коммуникации и управления поведением. В функциональном подходе целесообразность и управление рассматриваются в качестве фундаментальных оснований живых (в общем случае, организмических, или органичных) систем. Эти основания образуют два полюса существования такой системы и оказываются так тесно переплетенными, что отдать предпочтение какому-то одному из них невозможно. Органичная система строится по принципу дополнительности. Любой элементарный процесс управления предполагает цель, а целесообразное поведение, так или иначе, управляемо. Поскольку управление всегда 94 Анохин П.К. Избранные труды: Философские аспекты теории функциональной системы. М.: Наука, 1978. – 400с. 193 имеет в основании некоторую информацию, информационные качества, связанные с потенциальными возможностями в адаптации системы, определяют ее жизненный горизонт. Со стороны конкретных наук функциональный подход опирается на теорию информации, оперирующую понятием абстрактного информационного процесса и теорию управления, оперирующую понятием автономного процесса управления, который строится на основе обратной связи. Автономный процесс управления (самоуправление) и первичная информация в системе - две взаимно дополнительные сущности каждого элементарного действия органичной системы. Главное положение функционального подхода – нет информации вне управления и наоборот. Таким образом, информацию можно считать и предпосылкой процесса управления и его результатом. Общие законы, сформулированные в кибернетике, относятся к надежности управления действиями сложных систем. Закон разнообразия : эффективное управление системой возможно только в том случае, если разнообразие управляющей системы выше разнообразия управляемой. Закон сложности : чем выше сложность системы, тем менее она управляема. Существует порог сложности системы, за которым тотальный контроль поведения системы становится невозможным из-за нарастания системных эффектов. 3. Теория систем и системный подход в истории науки XXв. История становления теории систем начинается еще в античности, когда формулируется представление о «едином» в отличие от «многого». В эпоху Возрождения это различие становится основанием мировоззренческой позиции, получившей название пантеизм. Главный принцип пантеизма – неразличимое единство природы и Бога. Благодаря такой установке распространяется представление о самостоятельном творчестве природы, а в описании природных явлений нематериальные силы заменяются силами физическими. В XIXв. идея единства, взаимосвязи мировых событий разного уровня (в частности, развития материи и духа) разрабатывается в немецкой классической философии. В панлогизме Гегеля заявлена идея некоторого общего принципа (абсолютной идеи) становления единства мира, единства природы и духа. Мировоззренческий контекст XIX века и развитие 194 эволюционных теорий в биологии способствовал распространению системных идей в начале XXв. Системный принцип утверждается в процессе научной систематики строения растений и животных, становления эволюционного учения. Хотя этот принцип явно не выделен в биологических учениях XIXв., именно он составляет концептуальную основу теории эволюции Ламарка, теории катастроф Кювье, теории естественного отбора Дарвина. Теория систем как междисциплинарная общенаучная концепция сложилась во второй половине ХХв. Австрийский ученый Людвиг фон Берталанфи (1901-1972) в 30-40гг. попытался дать определение понятия системы в его общем (общенаучном) значении, сформулировал принципы системного подхода и успешно применил этот подход в изучении биологических процессов. После второй мировой войны он выдвинул идею разработки общей теории систем. Его теоретическая программа включала: 1) выявление общих принципов и законов поведения систем независимо от их происхождения, природы составляющих элементов и отношений между ними; 2) выявление и формулирование объективных законов для биологических и социальных явлений; 3) синтез современного знания на основе сходства законов, описывающих разные сферы жизни природы, человека и общества. Общая теория систем , по замыслу Берталанфи, должна была стать наукой о системах любых типов. 95 Главная трудность в создании общей теории систем - различие общетеоретического и конкретного знания. Стремление к универсальности в описании систем приводило к абстрактности, более характерной для философии, чем для естествознания. Наибольшее развитие во второй половине XX века получили прикладные математические теории моделирования поведения систем и процессов, использующие аппарат теории множеств. Однако усилия Берталанфи не пропали даром. Благодаря заявленной программе распространилась новая познавательная стратегия в естествознании, получившая название системного подхода, появились новые междисциплинарные методы исследования, новый стиль мышления. 95 Берталанфи Л. Общая теория систем: критический обзор // Исследования по общей теории систем. М., 1969. С. 23-82; см. также: Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. М., 1972; Садовский В.Н. Системный подход и общая теория систем: статус, основные проблемы перспективы развития // Системные исследования. 1987. М., 1987. С. 29-54 195 Еще одно достижение несостоявшейся теории систем связано с формированием особого класса общенаучных понятий, которые играют коммуникативную роль в развитии современного научного дисциплинарного и междисциплинарного знания, образуя своеобразный концептуальный мост между науками, использующими различные языки описания природных явлений. В конце XX века системный подход становится общенаучной методологией и применяется практически во всех науках (естественных и социогуманитарных). В современной системе междисциплинарных знаний, сложившихся в конце века на базе системного подхода, выделяют: - техническую кибернетику (изучающую созданные человеком, искусственные системы), - экономическую кибернетику (исследующую приложения общих законов об управлении системами к экономике), - биокибернетику (исследующую живые организмы, поведение и мышление человека, его высшую нервную деятельность, субстратом которой рассматривается мозг и его тонкие нейрофизиологические структуры), - интеллектуально-информационную технологию, - когнитивистику (в основании которой лежит теория искусственного интеллекта, обобщающая исследования мышления и интеллектуального действия на основании выбора в пространстве возможных решений, компьютерной парадигмы интеллектуального действия, информационной парадигмы в описании деятельности мозга и мышления). 4. Методология системного анализа Применение понятий системного подхода к анализу прикладных проблем в разных сферах привело к выделению системного анализа в отдельную концептуальную и предметную область. В предмет системного анализа входит не только изучение объекта, явления или процесса, но главным образом исследование проблемных ситуаций. Одной из главных задач системного анализа выступает постановка цели или задачи, определяющей процесс управления (самоуправления) поведением сложной системы. Теоретическую основу системного анализа составили: кибернетика, теория информации, теория игр и принятия решений, анализ систем голосования. 96 96 Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М. 1989 196 Проблемы развития системного анализа связаны с заимствованием конкретных приложений и инструментария из смежных областей, уже сложившихся в науке, в частности в кибернетике и прикладной математике. Основные понятия системного анализа совпадают с аппаратом теории систем: система, целостность, элемент, структура, эмерджентность. Чтобы отделить строго научный смысл понятия «система» от обыденных ассоциаций (вроде системы отопления или системы розыгрыша кубка европейских чемпионов) предлагаются термины: органичность (org), целостность (hole), интегральность, - подчеркивающие универсальные качества системы. Несмотря на то, что в общенаучном контексте система рассматривается как целое, в системном анализе базовым понятием выступает математическое понятие множества, которое допускает возможность применения к изучению и описанию системы различных операций. При этом подчеркивается организованность , которая позволяет говорить и исследовать структурно- функциональную архитектуру системы, которая не присутствует в математических множествах (чисто количественных). Значение организации и организованности в начале XXв. выделил А.А.Богданов (Малиновский), опубликовавший труд «Тектология», в котором обосновывал новую науку об организации в обществе. Принцип структурной организованности в первой половине века развивается также в гештальтпсихологии, которую Берталанфи считал одним из предшественников теории систем. В гештальтпсихологии разрабатывалась динамическая теория мышления, в основании которой лежало понятие структуры мыслеобраза, или гештальта (Gestalt – нем. образ) и процесса его переструктурирования в ходе постановки и решения проблем. Динамическая теория мышления Макса Вертгеймера опиралась на: 1) принцип целостности природных процессов, из которого следует, что психические процессы определяются не единичным воздействием, а структурой воспринимаемой ситуации в целом; 2) принцип динамичности, согласно которому течение психических процессов определяется изменяющимися соотношениями, возникающими в самом процессе. Решение формируется подспудно, когда осознается структурное нарушение мыслеобраза, и возникает неожиданно (что принято обозначать термином инсайт). В процессе мышления при этом последовательно осуществляются операции: перецентрирования гештальта – мыслеобраза ситуации (переход к видению, диктуемому объективной ситуацией); изменение смысла (перестановка частей в соответствии с их 197 местом и ролью в данной структуре); анализ ситуации в терминах «хорошей структуры». 97 В конце XX века фундаментальным понятием, раскрывающим общий смысл системности с точки зрения структурной и функциональной организации, выступает понятие архитектура, фиксирующее различие между набором элементов и целым (например, между кучей камней и зданием, между органическими молекулами и живой клеткой). Термин «архитектура», взятый из области искусства, оказался очень конструктивным в области системного анализа, поскольку наилучшим образом позволил развести низкие уровни организованности систем (приближавшиеся к простой сумме элементов) и высокие. В 90-х гг. XXв. методология прикладного системного анализа распространяется в сфере социальных исследований. Английские ученые Р.Флад и М.Джексон, помимо деления всех систем на простые и сложные, которые различаются по степени зависимости (независимости) от внешней окружающей среды, а также по способности эволюционировать, ввели критерий участия элементов и подсистем (групп и индивидов) в организации деятельности системы и предложили новую классификацию систем. Были выделены: унитарные системы с высокой степенью согласия относительно целей, ценностей и установок; плюралистические системы, в которых интересы и ценности различаются, но согласовываются посредством компромиссов и выработки приемлемых решений; принудительные системы, в которых различие ценностей, целей и установок приводят к конфликтам и навязыванию решений. Новая классификация определяла шесть типов систем, поскольку каждый из перечисленных типов может относиться и к простой и к сложной системе. 98 Методология исследования унитарных систем объединила методы, ориентированные на исследование систем с четкой, неизменной структурой. Применение формализованных количественных методов описания поведением системы в этом случае наиболее эффективно. К унитарной методологии прикладного системного анализа относят: исследование операций, системотехнику (для простых систем), методологию жизнеспособных систем, предложенную С.Биром для сложных систем. 99 В основе методологии системного анализа жизнеспособной системы – аналогия 97 Вертгеймер М. Продуктивное мышление. М. 1987. 98 Плотинский Ю.М. Модели социальных процессов. М.,2001. См.: Глава 2. Основные направления прикладного системного анализа. 99 В основе методологии жизнеспособной системы – аналогия между функционированием мозга человека и управлением социальной организацией. Бир С. Мозг фирмы. М., 1993. 198 между функционированием мозга человека и управлением социальной организацией Методы исследования операций имеют четкое приложение в решении задачи оптимальной организации производственных процессов. 100 Нахождение оптимальных (эффективных) решений ведется на базе математики и компьютерной техники, поэтому исследование операций рассматривается как раздел информатики. Системотехника представляет собой совокупность класса методов проектирования технических изделий, автоматов и систем автоматической обработки информации. В последнее время это направление включает интенсивно развивающуюся область компьютерного моделирования и проектирования. В конце века это направление привело к созданию CASE технологии (Computer Aided Software/ System Engineering – применение ЭВМ для проектирования систем). Эта технология предполагает моделирование систем через построение взаимосвязанных наборов графических диаграмм, а также технологию группового моделирования проблемы, в основе которой лежит метод структурного описания и анализ систем. При этом заранее предполагается, что исследуемая система простая, которая, несмотря на большое число элементов, разбивается на простые части и допускает достаточно простое формализованное описание. 101 Представление об унитарных системах, которое возникает в 70-х гг. и опирается на кибернетический (функциональный, алгоритмический) подход, в применении к анализу социальных систем получило название жесткого системного подхода . Несколько десятилетий спустя в общую системную методологию вносятся изменения, которые позволяют создать более адекватные методы описания социальных систем. Этому способствует формирование представления о мягких системах, для которых характерна слабая структурированность и плюрализм внутренних установок. Принципы исследования таких систем были предложены У.Черчменом и представляли собой коммуникативную стратегию принятия коллективного решения в виде деловой игры, общая организация которой определяется установками на участие в процессе решения всех заинтересованных сторон, учет различных точек зрения, их интеграцию и синтез на уровне общего плана решения проблемы, а также обучение. 100 Исследование операций. Методологические основы и математические методы: в 2-х тт. / Под ред. Дж. Моудера и С. Элмаграби. М.,1981. 101 Кальянов Т.К. CASE-структурный системный анализ. М., 1996 199 Большое влияние на развитие прикладного системного анализа оказали труды американского ученого Р.Акоффа, который, проанализировав эволюцию организаций в XXв., ввел историческую координату в характеристику социальных систем. Он пришел к выводу, что до 60-х гг. социальные системы можно было рассматривать как унитарные, жесткие «машины», служащие создателям и собственникам, либо как организмы, в которых цели подсистем подчинены общей цели системы. После 60-х гг., когда персонал становится более образованным и склонным к самостоятельному принятию решений, цели подсистем далеко не всегда совпадают с общей целью. В этих условиях более адекватной методологией системного анализа социальной системы выступает интерактивный подход, в которомразвитие системного подхода в существенной мере оказываются связанными с коммуникативными моделями поведения и стилем мышления. В этом варианте системного подхода информация – главный ресурс управления. 5. Понятия и принципы информационной парадигмы Исходный смысл термина «информация» связан со сведениями, сообщениями и их передачей. В 1948г. Клод Шеннон предложил количественный способ измерения потока информации, содержащегося в одном случайном объекте на основе двоичной системы. С тех пор количество информации измеряется в битах и байтах (байт - набор из 8 бит, т.е. количество информации в трех двоичных разрядах). Первое научное расширение понятия информации дают математические «теории информации» (комбинаторная, топологическая, семантическая), в которых информация предстает измеримой величиной. К свойствам информации относят: - способность управлять физическими, химическими, биологическими и социальными процессами; - способность передаваться на расстоянии (при перемещении носителя информации); - способность подвергаться переработке; - способность сохраняться в течение любых промежутков времени и изменяться во времени; - способность переходить из пассивной формы в активную. Общее определение информации Н.Винера имеет негативный характер: Информация – не материя и не энергия. В позитивном определении понятия информация ученые не достигли согласия. Можно выделить три основных подхода в интерпретации его содержания. 200 1) Физический подход представляет информацию как негэнтропию. Понятие энтропии в физике – это мера нарастания хаоса (беспорядка), следовательно, информация – это мера нарастания организованности (Л.Бриллюэн). 2) Кибернетический подход представляет информацию как меру разнообразия (У.Р.Эшби). 3) Философский подход представляет информацию как отраженное разнообразие (А.Д.Урсул и др.) или функциональное отражение. В современной системе научных знаний общая тенденция в истолковании феномена информации представлена переходом от конкретных математических дефиниций информации как неопределенности, вероятности, алгоритма к мировоззренческому контексту, в котором основными выступают категории: отражение, различие, взаимосвязь, отношение. Функциональный подход выделяет прагматический и ценностный аспекты информации, которые в математических теориях не рассматриваются. Информация соотносится с наличием в природе активного вида отражения, характерного для живого организма. 102 Проблемным оказывается вопрос, обладают ли информацией только организмы, или уже на клеточном уровне можно говорить об информации. Во всяком случае, генетический код в микробиологии трактуется именно как информативная структура (несущая наследственную информацию). Более широкий мировоззренческий подход к содержанию понятия информация развивается на основе понятия разнообразия (У.Эшби) и отражения (А.Д.Урсул). Трактовка информации через разнообразие открывает перспективу единого концептуального описания всех систем с различной степенью организованности. Концепция отраженного разнообразия опирается на представление о состоянии и измененном состоянии системы. Отражение в этом случае – возникает как особое состояние взаимодействующих систем, а информация - как особое отношение систем, которое определено реальным и возможным изменением их состояний. Информация как отраженное разнообразие функциональна по своей природе, опирается на отношение систем и представляет собой скорее свойство целого (отношения, связи систем), чем отдельно взятой системы, изъятой из этой связи (которая выступает только одной стороной отношения). Поэтому причинно- следственные связи в природе являются цепями передачи информации. Термин «отраженное разнообразие» подчеркивает отношение систем, в котором существенную роль играет результат отношения системы к процессу отражения. Это отношения связано с обособлением системы, ее автономностью, 102 П.К.Анохин использует понятие опережающее отражение. 201 обусловливающей границы внутренних изменений и относительность (прагматическую и ценностную) информации для разных систем, вступивших во взаимодействие. В обособленной системе отражается не все разнообразие мире, которое объективно стремится к бесконечности. Этот термин, таким образом, подчеркивает ценностный аспект информации, избирательный характер реагирования системы в соответствии с ограничением поступления информации. С этой точки зрения фактором организации действия системы выступают не только цели, но и некоторые общие критерии целесообразности, ценности и идеалы, которые играют роль критериев ограничения пространства выбора (поля действия). Наиболее развитое определение информации связано с выделением функциональной роли результата взаимосвязи (структурного отображения, образа, гештальта) в действии системы и прогнозировании ее поведения. Поэтому феномен информации характеризуют как метасистемный. Он всегда выражает больше, чем любое конкретное состояние системы, поскольку заключает в себе еще и свойства более широкой системы (метасистемы). Информация, характеризуя внешний мир в собственных параметрах состояния систем и ценностных установках, становится фактором управления поведением системы. Особое значение в жизни системы приобретает информационная среда, в которую погружена система. Информационная среда определяет и некоторое внутреннее пространство системы, которое в современной системе знания называют семантическим (смысловым) пространством. Именно в этом пространстве, которое можно назвать пространством внутренней детерминации действия, формируются ценностные критерии и целевые установки, возникает свой (субъективный) регулирующий и управляющий фактор – «информация об информации». Благодаря этому поведение сложноорганизованной системы определяется не только актуальным взаимодействием и предшествующими причинами, но и будущим, представленным в прогнозе ситуации, внутренней целевой установке, идеальном конечном результате (идеале). Представление о внутренней детерминации раскрывают понятия целесообразности, целеполагания, целевой причины. В науке конца века фундаментальное значение приобретает понятие рефлектирующей системы, принципом организации и самоорганизации которой выступает цель, внутренняя установка, ее оценка и осмысление (рефлексия). Современная наука выделяет информационные процессы в качестве фундаментальных процессов, наравне с физико-химическими. С этой точки зрения информация составляет главный ресурс не только общества, но лежит в основании 202 всего сущего. Например, в качестве фундаментальных характеристик физического вакуума современная наука рассматривает его информационные характеристики. Исходные мировоззренческие положения информационной парадигмы в современном естествознании определяются положениями об универсальности информационных процессов и фундаментальности единства материи– энергии–информации в основании наблюдаемого мира и его эволюции. Эти положения создают концептуальную базу в построении новой «информационной картины мира» в конце XXв. В стремлении создать единую теорию универсума современная наука (в частности физика) приходит к представлению об универсальном поле сознания, к описанию характеристик которого можно применить аппарат квантовой механики. 103 В концепции Семантической Вселенной Л.В.Лескова за исходное берется понятие универсального оператора смысла (аналог сознания) и информация, содержащаяся в знаке. Антиэнтропийная направленность универсального оператора (сознания) может проявиться только в том случае, если существует внешний по отношению к нему источник негэнтропии в виде информационного поля. В концепции Лескова - это состояние физического вакуума, названное мэоном. В мэон-био-компьютерной концепции (МБК- концепции) Л.В.Лескова информационные качества системы, в частности физического вакуума, получают базовое мировоззренческое значение. Объяснение механизма эволюционной динамики связывается с семантическим давлением на систему, способным вызвать ее разрушение. 104 В концепции «Биоэнергоинформатики» В.Н.Волченко постулируются три проявления Вселенной: информация (сознание), энергия (материя), смысл. В этой модели Вселенной, наряду с информационно-энергетическим пространством, существует семантическое пространство, в котором заложены все смыслы эволюции. Все системы несут информацию и могут рассматриваться как живые, обладающие неким эквивалентом сознания. Информационно-энергетическое пространство Вселенной образует Мир Сознания, единый для вещественных и чисто информационных систем. Потенциальный информационно-энергетический барьер, существующий между вещественным и «тонким» миром преодолевается благодаря «туннельному эффекту». Понимая информацию как структурно-смысловое разнообразие, которое может быть не проявленным, проявленным и 103 Московский А.В. Платон, Флоренский и современная наука // Сознание и физическая реальность. 1996.№1- 2.С.33-41. Джан Р.Г., Данн Б.Д. Границы реальности. Роль сознания в физическом мире. М.1995. Сафронов И.А. Человек. Вселенная. Время. СПб.1997. 104 Лесков Л.В. На пути к новой картине мира // Сознание и физическая реальность. 1996. Т.1. №1-2. С.42-54. 203 отраженным, автор проецирует на нее принцип Троицы: соответственно - Абсолют, Логос и Дух. 105 Информационные модели объяснения распространяют представление об информационной причинности на все явления микро-, макро- и мега мира, а также на все биосферные, химические, психические, сознательные, культурные и социальные явления. На этой базе утверждается информационная парадигма, выступающая в качестве концептуальной основы новых проблемных областей исследования, в частности, в теоретической биологии, биохимии, биофизике. Под информационной причинностью понимается закономерность действия системных требований, которая имеет кодовый характер и проявляется в запуске последовательности действий (или программы действия), приводящих к определенному результату. Суть информативного кода нормирование некоторого потенциального жизненного пространства системы. Такого рода системная причинность, выраженная кодом, указывая неявные границы действий, задает параметры самоопределения системы. Распространение информационного подхода связано с введением новых общенаучных концептов, обладающих эвристическим потенциалом. Представление об информационных качествах системы связано с определением потенциальных возможностей ее адаптации, т.е. ее жизненного горизонта. Предпосылкой такого представления служит взаимосвязь системы со средой. Сложная динамическая системы (в частности биосистема) всегда погружена в некую жизненную среду (не только природную, но и информационную). Ситуативная связь с жизненной средой жизни и ее регуляция выражается понятиями адаптации и целесообразности действия. Более узко информационные качества системы соотносятся с количеством снятой неопределенности, что может быть выражено математически. Информационный процесс понимается как некий обобщенный процесс, предполагающий выбор. Динамика такого процесса предполагает формирование структур подобных знанию в качестве базы прогнозирующего целесообразного адаптивного действия. Выбор – это не сам процесс, а его завершение, результат действия. По традиции в естествознании процесс понимается как изменение системы во времени. Не каждый процесс завершается выбором, поэтому информационные процессы характерны только для определенного класса систем и процессов. 105 Волченко В.Н. Принятие Творца современной наукой // Сознание и физическая реальность. 1997. №1. С.1-7. 204 Информационная система – система, способная воспринимать, запоминать, генерировать макроинформацию, извлекать ценную информацию и использовать для достижения своих целей. Выбор, который не запоминается системой, соотносится с понятием микроинформации . Выбор, который запоминается и становится базой для генерации новой информации, для прогноза и саморегуляции системы, – с понятием макроинформации. 106 Информационная среда в широком смысле соотносится с объективным существованием пространства потенциального выбора действий (потенциальных возможностей в прогнозировании действия). Информационные среды могут быть внешними и внутренними. Иерархия информационных сред, например, в социальном пространстве предполагает сложную семантику, которая играет ключевую роль в формировании жизненного мира индивидуума. Достаточно просто перечислить семантические (смысловые) уровни, к которым можно отнести архетипы подсознания, культурные смыслы, социальные нормы, языковые традиции, интеллектуальные и профессиональные среды, чтобы убедиться в жизненном значении информационной среды. Информационная парадигма определяет методологию исследования и обоснования результатов в проблемно ориентированных дисциплинах, соединяющих традиционно различные концептуальные области, предметом которых выступают биологические (и органичные) системы. Ключевое понятие информация в контексте теории динамических систем (биосистем) определяется как случайный и запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных. Таким образом, под информацией подразумевается только зафиксированная выбором информация. 107 Что в известной мере совпадает с представлением о некотором подобии знания и структуре знания, составляющей базовый концепт когнитивного подхода , 108 заявленного в области искусственного интеллекта. 106 См.: Чернавский Д.С. Синергетика и информация. М., 2004 107 Кастлер Г. Возникновение биологической организации. М.: Мир, 1967 108 Предложен М.Мински в 70-х гг. Термин когнитивный происходит от лат. cogito (мыслю). Когнитивный подход строится на базовом представлении о когнитивных процессах, в основании которых лежат структуры знания и операции с ними. Общая методологическая платформа для физиологии, нейропсихологии, лингвистики, антропологии, информационной технологии во взгляде на когнитивный процесс – представление о некоторой единой архитектуре поведения человека, животного, машины, основание которой связывается с обработкой информации. 205 7. Синергетическая парадигма: истоки и методологические принципы 7.1 Теоретические и экспериментальные основания синергетики. Начиная с 50-х гг. ХХв. внимание ученых различных отраслей естествознания привлекают процессы самоорганизации в сложных системах, наблюдаемые не только в живой природе, но также на уровне химическом и физическом (в виде самопроизвольно возникающих структур и периодических процессов - автоколебаний). В 1951г. советский химик Б.П.Белоусовым установил особые закономерности в автокаталитических химических реакциях: строгую периодичность смены цвета в процессе определенной окислительно- восстановительной реакции, которую можно было проверять по часам. Периодичность изменения цвета, говорила о периодическом чередовании промежуточных продуктов реакции. В 60-х гг. биофизик А.М.Жаботинский объяснил механизм реакции Белоусова, исследовав сходные химические реакции. Периодичность возникновения промежуточных продуктов химических реакций указывала на сходство протекания таких химических реакций с автоколебаниями, характерными для различных физических (механических, электромагнитных) систем и биологических ритмов. В теории автоколебательных процессов 109 было введено понятие «автоволны» (академик Р.В.Хохлов - 1926-1977), обозначавшее особый род волн, автоматически поддерживающих свои физические параметры за счет среды, в которой они распространяются. Теория автоколебаний нашла применение в нейрофизиологии. В частности, нервный импульс, который бежит без затухания по длинному (до 1,5 м) тонкому нервному волокну (диаметром менее 0,025 мм), представляет собой пример автоволны. 110 В 60-х гг. выдвигается концепция автокатализа в химии (А.П.Руденко), объясняющая способность катализаторов к собственному структурному совершенствованию в ходе химической реакции. Это оказывается возможным за счет энергии базовой химической реакции в случае открытой системы. При своевременном отводе отработанной энергии и усвоении свежей энергии 109 В отечественной науке в середине века разрабатывалась школами академика Л.И.Мандельштама (1873-1944) и академика А.А.Андронова (1901-1952). 110 По такому же принципу работают сердце и головной мозг. Обработка информации в коре головного мозга происходит на уровне взаимодействия между автоволнами возбуждения и торможения, которые охватывают обширные участки головного мозга. Работа сердца также регулируется волной возбуждения, которая с периодичностью в секунду распространяется по сердцу, вызывая сокращение сердечной мышцы. Волна возбуждения связана с временным уменьшением разности электрических потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны сердечных клеток, которая регистрируется на электрокардиограмме в виде периодического всплеска. 206 базовой химической реакции каталитическая система поэтапно совершенствуется (эволюционирует). Исследуя поведение органических макромолекул на уровне неживых, доклеточных структур, микробиолог М.Эйген установил закономерности усложнения организации макромолекул на предбиологическом уровне, к которым применимо понятие естественного отбора и применил термин самоорганизации в описании наблюдаемых процессов. 111 Одной из предпосылок возникновения нового направления в исследовании сложных систем, несомненно, послужили работы в области кибернетики, где еще в 50-х гг. XXв. была поставлена задача создания самосовершенствующихся автоматов. Найти решение тогда не удалось, но начало исследованию проблемы самоорганизации в широком междисциплинарном контексте было положено. Исследуя диффузионные процессы, Н.Винер совместно с биологом А.Розенблютом рассмотрел задачу о радиальном несимметричном распределении концентрации в сфере. Английский математик А.Тьюринг предложил модель структурообразования (морфогенеза) в виде системы двух уравнений диффузии с дополнением, которое описывало реакции между возникающими структурами («морфогенами»). А.Тьюринг показал, что в реактивной диффузионной системе (обменивающейся со средой энергией) может существовать неоднородное распределение концентраций, которое периодически меняется в определенные промежутки времени. Непрерывная модель самовоспроизведения автоматов Дж. фон Неймана также основывалась на нелинейных дифференциальных уравнениях в частных производных, описывающих диффузионные процессы в жидкости. В области физики процессы самоорганизации сначала исследовались в связи с изучением турбулентности и созданием новой лазерной техники. Союз математиков и физиков в отечественной науке опирался на достижения первой половины века в развитии математических методов нелинейной динамики (А.М.Ляпунов, Н.Н.Боголюбов). К проблеме самоорганизации приводили исследования неравновесных структур плазмы в термоядерном синтезе, разработка теории активных сред, биофизические исследования. В 60-х гг. процессы самоорганизации исследовались в рамках отдельных дисциплин (химии, биологии, физики), между которыми ученые не видели связей. В 60- 70 гг. была создана теория турбулентности (А.Н.Колмгоров, Ю.Л.Климонтович). За теорию генерации лазера группа ученых (Г.Б.Басов, А.М.Прохоров, Ч.Таунс) получила Нобелевскую премию. 111 Эйген М., Шустер П. Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул. М.: Мир, 1982. 207 В следующем десятилетии предметом анализа становится аналогия процессов самоорганизации в системах различной природы. Шаг к концептуальному обобщению в объяснении процессов самоорганизации был сделан в 70-х гг. Группа бельгийских ученых во главе с И.Пригожиным сопоставила реакцию Белоусова-Жаботинского с абстрактной моделью самоорганизации английского математика и кибернетика А.Тьюринга и выдвинула собственную теоретическую модель самоорганизации физических и химических систем. Источник процесса самоорганизации И.Пригожин связал со случайными неоднородностями (флуктуациями, микрочастицами, микросредами), которые до некоторых пор гасятся силами внутренней инерции. Нарастание случайных микрофлуктуаций ведет к состоянию внутреннего хаоса в системе. Но когда в систему с хаотическим состоянием поступает достаточно большое количество внешней энергии, то возникают определенные макроскопические конфигурации (или моды), представляющие собой коллективные формы поведения множества микрочастиц. Среди возникающих мод происходит отбор наиболее устойчивых. Следующий и самый решительный шаг в становлении общей науки о самоорганизации сделал немецкий физик Герман Хакен, выделивший особое значение коллективных процессов в организации поведения всех сложных систем. Общность и значение этих процессов для самоорганизации сложной системы он и подчеркнул введенным термином «синергетика» (συνεργέτυκός – греч. совместный, согласованно действующий). В Штутгартском Институте синергетики и теоретической физики Профессор Г.Хакен объединил усилия большой международной группы ученых, создавших серию книг по синергетике. Исследуя согласованные процессы в различных физических и химических системах, Г.Хакен подчеркнул фундаментальную роль коллективного поведения подсистем в процессе самоорганизации – возникновении новой устойчивой неравновесной структуры. Переход системы от неупорядоченного (хаотичного) состояния к упорядоченному, по мнению Г.Хакена, происходит за счет совместного, синхронного действия многих образующих ее элементов. С этого времени синергетика ассоциируется с теорией самоорганизации. Под самоорганизацией понимается возникновение упорядоченных структур и форм движения из первоначально неупорядоченных, 208 нерегулируемых форм без специальных, упорядочивающих внешних воздействий. 112 Новое направление в естествознании, возникшее в 80–90-х гг. XXв., в качестве основного предмета исследования выделило поиск общих закономерностей согласованного поведения сложных систем различной природы. Системный подход, ставший к этому времени традиционным, претерпевает существенные изменения. В отличие от кибернетики, исследующей саморегуляцию в равновесных сохраняющихся системах на основе отрицательной обратной связи, в новом направлении главный акцент ставится на положительной обратной связи, выводящей систему из состояния равновесия, и механизмах возникновения нового упорядоченного состояния. В современной литературе синергетику часто определяют как науку о самоорганизации в системах, далеких от равновесия. Такие системы характеризуются нелинейностью (процессы в них описываются математическими уравнениями второй и третьей степени), открытостью (способностью за счет обмена энергией удерживать состояние вне термодинамического равновесия). В конце века синергетика как общая теория самоорганизации становится популярным научным направлением, ориентированным на исследование связей между структурными элементами, которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химических и др.) благодаря интенсивному обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях. Особый понятийный аппарат синергетики разрабатывается на базе физической химии и термодинамики, математической теории случайных процессов, нелинейных колебаний и волн. В современной литературе синергетика определяется как одна из фундаментальных теорий постнеклассической науки, изучающая поведение сложных нелинейных систем. 113 7.2 Теория самоорганизации Источниками теории самоорганизации, изучающей единый алгоритм перехода от менее сложных и неупорядоченных состояний к более сложным и упорядоченным - стали работы в области математической теории катастроф (Р.Том, В.И.Арнольд), неравновесной термодинамики (И.Пригожин), согласованных (когерентных) процессов в физике (Г.Хакен). Математическая теория катастроф была сформулирована в 70-х гг. XXв. По влиянию на умы появление этой системы в математике и науке 112 Новое в синергетике. Загадки мира неравновесных стуруктур. М.,1996, с.61. 113 Лебедев С.А. Философия науки: Словарь основных терминов. М., 2004. С.225. 209 сравнивается с переворотом, вызванным введением дифференциального исчисления. В три последних десятилетия века теория катастроф с успехом применялась в естествознании, технике, экономике, лингвистике, психологии, социологии. Наиболее эффективно - в обосновании хлопков упругих конструкций, в теории опрокидывания кораблей. Основной предмет теории катастроф – ситуации, когда небольшие постепенные изменения ведут к неожиданному резкому, непредсказуемому поведению системы. Термин «катастрофа» связывается именно с такими скачкообразными изменениями, возникающими при плавно меняющихся параметрах. В теории катастроф разрабатываются методы факторного анализа. Математические модели критических ситуаций, которые были построены на этой основе, выявили зависимость поведения системы в критических ситуациях от ее предыстории (явление «гистерезиса»). Факторный анализ, позволил анализировать поведения системы режиме неожиданно возникающего беспорядка. 114 Теория катастроф выделила нелинейность в качестве фундаментальной характеристики поведения сложной системы в критической ситуации, ввела в оборот понятие бифуркации (bifurcus - лат. раздвоенный). Содержание этого понятия в математике определено изменением числа (или устойчивости) решений уравнений определенного типа для модели, описывающей систему при изменении управляющих параметров. В точке бифуркации система имеет разные ветви решений, и как бы совершает «выбор», который определяет ее дальнейшую эволюцию. Этот «выбор» не зависит от случайных, непредсказуемых факторов. |