Назаретян - Hелинейное будущее 2013

Мегатренды и механизмы эволюции	251

§1.1.3.3. Феномен сложности:

структура, энергия и информация. Интеллект как Демон Максвелла

Сорная травинка во дворе сложнее самой причудливой туманности Млечного пути.

Эрик Чайсон

Материя в состоянии равновесия слепа; вдали от равновесия она начинает видеть.

Илья Пригожин

Разум – это способность при минимальных расходах собственной энергии организовать и запустить процесс с вовлечением в него... практически неограниченного количества энергии окружающего Космоса.

М.И. Веллер

Эволюционное преимущество сложности наглядно продемонстрировал на материале экологии выдающийся экономист, лауреат Нобелевской премии Ф.А. фон Хайек. Обсуждая теорию Т. Мальтуса, он отметил, что двухфакторная модель и вытекающие из неё следствия справедливы для своего времени, но последующая диверсификация и специализация труда скорректировала мальтузианские выкладки. Демографический взрыв несёт угрозу для природной среды в том случае, если опережает рост социокультурного разнообразия, т.е. увеличивается количество «одинаковых людей». Когда многие желают одного и того же и владеют одними и теми же простыми навыками, они создают напряжение на рынке труда, конкурируют за ресурсы и наращивают их расход. Но когда увеличивается число «разных людей», мыслящих непохоже и владеющих разнообразными умениями, параллельно множатся социальные услуги. Отходы одних деятельностей становятся сырьём для других деятельностей, полнее вовлекая в единый круговорот вещественные и энергетические ресурсы. В итоге с ростом населения и потребления сокращаются расходы природных ресурсов, включая нагрузочные для среды отходы социальной жизнедеятельности. «Люди стали могущественными потому, что стали такими разными», – заключает Хайек [1992, с.210].

252

Часть I

В предыдущих главах мы проследили эту тонкую зависимость между сложностью внутренней организации и эффективностью использования ресурсов на протяжении человеческой истории. В Разделе 1.2 будет показано, что и в эволюции биосферы увеличение организационной сложности живого вещества обеспечивало всё более эффективное преобразование энергии и вещества в биомассу и повышение «общей энергии жизнедеятельности» (А.Н. Северцов), при том что соразмерных векторных изменений в объёме основного входящего ресурса (солнечной энергии) не зафиксировано.

Здесь пора заметить, что сложность – стержневое понятие эволюционной теории со времён Г. Спенсера – трудно поддаётся однозначному определению, хотя попыткам определить его учёные разных специальностей посвятили немало усилий (см., напр., [Синергетическая… 2011]). Опора на собственно структурные признаки (число, разнообразие элементов и связей между ними или длина алгоритма описания) не исключает произвола при выборе исходных единиц. Объективный, хотя и косвенный критерий предложил американский астрофизик Э. Чайсон [Chaisson 2001, 2005]. Опираясь на обильный эмпирический материал и изящные расчёты, он выявил пропорцию между сложностью внутренней организации и удельной плотностью энергетического потока: отношение количества привлечённой свободной энергии в единицу времени к собственной массе тем выше, чем сложнее организована система. Зависимость настолько универсальна, что позволяет использовать удельную плотность энергии как количественный индикатор структурной сложности. Приведённое в эпиграфе к этому параграфу сравнение травинки с Млечным путём – не метафора, а математически обоснованный вывод [Chaisson 2005, с.96].

Опираясь на этот и ряд других интересных результатов, автор доказывает, что категорий массы и энергии (в сочетании с производной категорией структурной сложности) достаточно для исчерпывающего объяснения всего богатства взаимодействий во Вселенной. При этом, однако, он признаёт роль целенаправленной активности и даже ценностную (value-added) подоплёку биологической организации. Более того, предложенная Чайсоном красивая модель космической эволюции (мы будем возвращаться к ней в последующих главах) различает понятия разума (intelligence) и мудрости (wisdom) и содержит вывод о том, что центральным пунктом естественнонауч-

Мегатренды и механизмы эволюции	253

ного мировоззрения сегодня становятся понятия морали (morality) и этики (ethics). В редакционном предисловии к статье [Chaisson 2005] пришлось отметить, что такой категориальный ряд заметно контрастирует с концепцией, исключающей субъективную реальность в качестве самостоятельного фактора событий.

Чайсон трактует информацию как форму энергии. Хорошо известны также попытки отождествить её с материальным разнообразием и одним махом решить «психофизическую проблему», поставленную картезианцами. Но действительно ли она так просто решается? Достаточны ли категории, непосредственно связанные с материальными (масс-энергетическими) взаимодействиями, для полного объяснения процессов в природе и обществе? В естествознании этот «философский» вопрос был поставлен в середине ХХ века, с появлением теории информации и кибернетики. Н. Винер [1968] и У.Р. Эшби [1959] указали на то, что попытки свести информацию к веществу или энергии приводят к неразрешимым парадоксам. Дальнейшие исследования по кибернетической теории систем и синергетике привели многих учёных к выводу, что сохранение неравновесных состояний обеспечивается качеством «зрения», «видения» [Пригожин 2004] окружающего мира. Высокоорганизованная система эффективнее добывает и использует энергию, благодаря тому, что она умнее конкурентов; «эта зависимость (между качеством информационной модели и эффективностью антиэнтропийной работы – А.Н.) выражает один из основных законов природы» [Дружинин, Конторов 1976, с.105].

Обильные иллюстрации последнего положения даёт эволюционная биология. Показано, например, что у всех бегающих наземных животных, от насекомых до млекопитающих, эффективность двигательного аппарата приблизительно одинакова, т.е. они затрачивают равную энергию для перемещения единицы массы своего тела на единицу расстояния [Бердников 1991]. Превосходство же в успешности целенаправленного действия обеспечивается умением дальше и точнее «просчитывать» события: скажем, траекторию движения потенциальной жертвы, противника или партнёра – и соответственно планировать собственное поведение.

Винер [1968] описал сражение между мангустой и коброй, соотнеся его с теорией самообучающихся машин. Мангуста, маленькое хищное млекопитающее, одолевает свою опасную жертву не за счёт

254

Часть I

превосходства в силе или скорости, но благодаря тому, что более совершенная нервная система позволяет на большее число шагов прогнозировать чужие и планировать собственные движения.

Преимущество развитого интеллекта даёт себя знать не только в прямых столкновениях, но и в сложных обстоятельствах межвидовой конкуренции. Вот как К. Лоренц [1992, с.40] рассказал о развитии событий в австралийских экосистемах, вслед за появлением на этом континенте дикой собаки динго. «Когда динго, поначалу бывший домашней собакой, попал в Австралию и там одичал, – он не истребил ни одного из видов, которыми питался, но зато погубил обоих крупных сумчатых хищников Австралии: сумчатого волка (Thylacinus) и сумчатого дьявола (Sacrophilus). Эти животные, наделённые поистине страшными зубами, намногопревзошли бы динго в прямой схватке; но с их примитивным мозгом они нуждались в гораздо большей плотности добычи, чем более умная дикая собака. Динго не перегрызли их, а уморили голодом в конкурентной борьбе».

Поскольку плацентарные млекопитающие обладают более высоким коэффициентом цефализации (отношение веса мозга к весу тела – см. §1.1.2.1), чем сумчатые, их конкурентное превосходство проявлялось при каждом соприкосновении; в результате архаичные сумчатые млекопитающие дожили до наших дней только на сильно изолированных территориях. Например, с образованием Панамского перешейка плацентарные виды, проникнув с севера в Южную Америку, быстро извели господствовавших там сумчатых конкурентов [Diamond 1999].

В одной из книг В.И. Вернадского [1987] приведён сравнительный расчёт коэффициента цефализации. Если принять совокупный показатель современной фауны (без человека) за 1, то в миоцене (25 млн. лет назад) он составлял 0.5, а в начале кайнозойской эры (67 млн. лет назад) – 0.25. Использование почти неизменного входящего ресурса становилось всё более эффективным благодаря тому, что с ростом внутренней сложности увеличивалась и совокупная «интеллектуальность» живого вещества.

Бесчисленные примеры показывают, что существенная зависимость между сложностью структуры и эффективностью использования энергии опосредована совершенствованием модели мира как органа управления. За десятилетия до появления кибернетики к формулировке этой идеи (и понятия управления вообще) на физическом

Мегатренды и механизмы эволюции	255

языке приблизился Дж.К. Максвелл [1888], который в 1871 году, обсуждая закон возрастания энтропии и его возможные ограничения, предложил следующий мысленный эксперимент. Он представил наглухо закупоренный сосуд с газом, разделённый на две половины почти непроницаемой стеной. В стене имеется единственное отверстие, защищённое подвижной заслонкой, которой распоряжается разумное «существо» (названное впоследствии Демоном Максвелла). Если Демон станет пропускать из одной части сосуда в другую быстро летящие молекулы, а медленно летящие задерживать, то постепенно энтропия газа снизится: образовавшаяся разность температур создаст «из ничего» отсутствовавший энергетический потенциал.

Многолетние дискуссии привели к выводу, что нарушения закона здесь не происходит, так как на манипуляции заслонкой Демон должен затрачивать энергию, привнесённую извне сосуда, который, следовательно, не является закрытой системой. Можно только удивляться, как сам великий физик не заметил этого обстоятельства. Критики же, обнаружив ошибку, сочли вопрос закрытым и проигнорировали по-настоящему оригинальный результат рассуждения Максвелла. А именно, он показал, как целеустремленный субъект, нимало не ущемляя законы природы, но используя наличную информацию, в принципе способен получать полезный энергетический эффект, сколь угодно превышающий сумму затрат.

Способность информационной модели увеличивать энергетически полезный эффект на единицу входящего ресурса эквивалентна способности моделирующего субъекта перекачивать энергию от более равновесных к менее равновесным зонам. Это почти мистиче-

ское («максвелловское») свойство является решающим эволюционным фактором и может служить исходным определением интеллектуальности. Именно такое – негэнтропийное – направление энергетических потоков составляет главное отличие биосферы как сферы устойчивого неравновесия от эквилибросферы безжизненной планеты, где процессы всегда ориентированы в «правильном» направлении, т.е. так, чтобы создаваемые флуктуациями зоны неравновесия регулярно «сглаживались», возвращаясь к равновесному состоянию.

Когнитивную подоплёку зависимости между объёмом информационной модели и диапазоном целенаправленного управления раскрывают исследования в области логики и психологии. Из работ Д. Гильберта и К. Гёделя [Успенский 1982] известно, что всегда

256

Часть I

можно сконструировать метамодель, в которой прежние аксиомы превратятся в доказуемые теоремы (хотя в новой модели образуется своя аксиоматика). Гештальтпсихологами, со своей стороны, исследован когнитивный механизм, посредством которого обладатель более сложной модели преодолевает ограничения, накладываемые законами природы и остающиеся непреодолимыми для обладателя простой модели [Дункер 1981]. Дело в том, что каждое объективное ограничение абсолютно в рамках более или менее замкнутой системы зависимостей, которая на поверку всегда оказывается фрагментом более общих причинных сетей бесконечно сложного мира. Решение любой инженерной задачи состоит в том, чтобы найти более объёмную модель – «метасистему» по отношению к исходной.

Подобно превращению аксиом в теоремы, более мощная инфор-

мационная модель превращает те параметры ситуации, которые прежде выступали в качестве неуправляемых констант, в управ-

ляемые переменные. Это и позволяет интеллектуальному субъекту упорядочивать хаотические (с точки зрения данной задачи) природные силы, ограничивать степени свободы вещественно-энергетичес- ких потоков («превращать энергию многих степеней свободы… в энергию одной степени свободы» [Хакен 1980, с.21]) и тем самым целенаправленноперестраивать процессы вовнешней среде.

Таким образом, субъект, обладающий интеллектом, который превосходит по информационной ёмкости интеллект остальных элементов системы, выступает по отношению к ней как аналог максвелловского Демона. С появлением такого субъекта образуется система с Демоном: в ней причинныезависимости кардинально усложняются. В

соответствии с законом иерархических компенсаций (см. §1.1.3.2), жи-

вое вещество изначально исполняло роль Демона по отношению к добиотическим процессам на Земле. В последующем каждая более сложная (и, соответственно, более «интеллектуальная») форма жизни подстраивала потоки вещества и энергии под свои потребности. Далее первые прасоциальные организмы, заняв ведущие позиции в экосистемах, начали перестраивать их в антропоценозы, и этот процесс интенсифицировался после неолитической революции. Наконец, социумы с более высокой организацией и информационным наполнением (например, государства) превращались в центры, оттягивающие на себя энергию окружающих социумов – до тех пор, пока растущая система не утрачивала внутренниебалансы…

Мегатренды и механизмы эволюции	257

С умножением Демонов качественно возрастала совокупная интеллектуальность био- и затем антропосферы, обеспечивая их последовательное удаление от равновесия с физической средой. И чем выше по эволюционной лестнице, тем более явственно конкуренция между материальными структурами дополнялась конкуренцией между информационными моделями, так что последняя становилась во всё большей мере определяющей.

Сказанное помогает понять эволюционные мотивы становления субъективной реальности. Те из философов-материалистов, кто не довольствовались упразднением «психофизической проблемы» методом плоского редукционизма, в поиске природных истоков человеческого мышления обращались к атрибутивному свойству материи, «сходному с ощущением» (Д. Дидро), которое служит его аналогом и предтечей. Л. Фейербах использовал термин Spiegelbild

– (зеркальное) отражение, подхваченный последователями и критиками. При этом марксисты указывали на активный и творческий характер отражения, а некоторые, успевшие получить также и естественнонаучное образование, допускали, что отражение не является безразличным эпифеноменом материальных взаимодействий – оно «функционирует в качестве самостоятельного момента движения физических образований» и «играет какую-то конкретную роль… в движении неживых тел» [Смирнов 1974, с.31]. Ю.А. Жданов [1983, с.73] высказал более определённое соображение: «Сохранение себя в ходе воздействия извне является существенной основой функции отражения как всеобщего свойства материи». Ещё раньше на негэнтропийную функцию отражения обратил внимание известный биолог и врач Н.М. Амосов [1965]. Он, вероятно, был первым, кто связал эту философскую категорию с кибернетической по генезисуи общенаучной по статусу категорией моделирования.

Последняя категория богаче концептуальными связями: она включает в единый контекст сопутствующие понятия, связанные с целенаправленностью, управлением, конкуренцией и т.д. (см. гл.1.2.1). Сфера применимости этого понятийного комплекса чрезвычайно расширилась с распространением системно-экологической, системно-кибернетической и синергетической метафор на физические процессы (ср. [Фрадков 2005]), которое способствовало новому концептуальному синтезу причинного и целевого подходов.

258

Часть I

Изначально «кибернетическую» подоплёку взаимодействий демонстрируют хорошо известные в физике механизмы противодействия внешним деформациям, сохранения состояния движения (принципы инерции, принцип Лё Шателье, закон Онсагера) [Петрушенко 1971; Назаретян 1991]. В таком контексте моделирование мира простейшими физическими системами рассматривается как зачаточный инструмент управления (антиэнтропийной активности). Эволюционно исходную модель мира характеризует бесконечно малая внутренняя дифференцированность (в частности, тождество целевого и констатирующего компонентов) и нулевая внутренняя динамика. Такая модель преобразуется одновременно с физической структурой; поэтому она получила название синхронной, а форма управления в механических взаимодействиях – реактивной. Добавим, что архаичное моделирование по синхронному типу и реактивное управление обнаруживаются также и в живой природе, и у людей (при нейропсихических патологиях), и в технических системах, и в социальных организациях [Моррисей 1979].

Более сложная форма моделирования и управления фиксируется в высокомолекулярных химических соединениях, включающих в качестве центрального звена атом тяжёлого элемента. Они отличаются способностью удерживать неравновесие со средой, активно приспосабливаясь к внешним условиям [Руденко 1983, 1986], и сохранять неизменным основной субстрат (особенно углерод) в ходе взаимодействий. Здесь уже можно говорить о «становлении устойчивой индивидуальности», а моделирование приобретает первые признаки селективности и прогнозирования [Жданов 1968, 1983;

Шноль 1979].

Отчётливые признаки опережающего моделирования демонстрируют растительные организмы, причём, как отмечено во Вступительных заметках, построенное на видовом опыте предвосхищение событий уже на этой фазе сопряжено с вероятностью опасных ошибок. У животных опережающее моделирование приобретает дополнительное – сигнальное качество, т.е. способность прогнозировать события, опираясь не только на видовой, но и на индивидуальный опыт. Так, одноклеточные гетеротрофные организмы поддаются элементарной дрессировке: если перед подачей корма освещать одну часть аквариума, то вырабатывается условный рефлекс на трофически безразличный для них свет [Лурия 2004].

Мегатренды и механизмы эволюции	259

Эволюционное усложнение клеточных структур сопровождалось ростом внутренней динамики моделирования, совершенствованием способностей к дифференциации и прогнозированию, а соответственно, дальнейшим расслоением констатирующего и целевого компонентов модели мира («модель потребного будущего», по Н.А. Бернштейну). На стадии кишечнополостных в организме выделились специализированные клетки, ответственные за интеграцию функций моделирования и управления: образовалась нервная система. Формирование диффузной, затем ганглиозной и центральной нервной системы, развитие головного мозга (цефализация) и его коры (кортикализация) сопряжены с множеством качественных скачков в динамике моделирования. Качества сигнального моделирования совершенствовались с ростом коэффициента цефализации у позвоночных; при этом палеонтологи указывают на неуклонный исторический рост этого показателя. Вернадский [1987, с.251] ссылался на открытие американского палеонтолога Д. Дана: в филогенезе нервной системы «иногда наблюдаются геологически длительные остановки, но никогда не наблюдается понижение достигнутого уровня». Иллюстрации этого вывода и служил приведённый выше расчёт совокупного коэффициента цефализации фауны в различных геологических эпохах.

Один из грандиозных скачков на длительном эволюционном пути между кишечнополостными и человеком связан с появлением предметного образа. Его наличие эмпирически демонстрируется, прежде всего, через отклонения от нормы, фиксируемые в лабораторных экспериментах.

Введением фармахимических препаратов у собак и некоторых других млекопитающих (кошек, кроликов) вызывалось состояние делириозного типа, когда животное нападает на отсутствующего врага, защищается, «хватает мух», «кусается в пустоту» и т.д., т.е. в поведении своём обнаруживает, по всей видимости, актуализацию образов вне связи с адекватными внешними стимулами [Волков, Короленко 1966]. Такие галлюцинаторные расстройства, когда поведение, оставаясь предметным, становится неадекватным объективной ситуации, может служить воспроизводимым индикатором того, что в рамках совокупной модели вычленились автономные образы предметов.

Похожий эффект наблюдается при нейрохирургических операциях. В стволе человеческого мозга обнаружено скопление нейронов,

260

Часть I

ответственных за то, чтобы при интенсивных сновидениях падал мышечный тонус и спящий оставался малоподвижным. Означает ли наличие аналогичного отдела в мозгу высших животных, что сновидения не чужды и им? На этот вопрос просто и убедительно ответили французские учёные. Аккуратно разрушив соответствующие нейроны у подопытной собаки, они наблюдали «…поразительную картину. Едва биотоки и движения глазных яблок указывали на начало быстрого сна, как спящее животное с закрытыми глазами вставало на лапы, начинало принюхиваться и как бы озираться (глаза оставались закрытыми), царапало пол камеры, совершало внезапные пробежки и прыжки, как бы преследуя отсутствующую жертву или убегая от опасности. Всё поведение животного было таким, как будто оно участвовало в собственных сновидениях» [Ротенберг, Аршавский 1984, с.102]. Это, опять-таки, трудно интерпретировать иначе как свидетельство автономной динамики предметных образов, не вызванных непосредственно внешними стимулами.

Здесь мы уже имеем дело с предметной или образной моделью

мира, особенность которой составляет константное восприятие. Существует предположение (хотя надёжно доказать это пока не удалось), что именно с выделением предметных образов у высших позвоночных – млекопитающих и птиц – явственно обозначаются эмоциональные переживания и весь комплекс феноменов, которые принято относить к сфере психического.

Считая образ молекулой психики, её собственную историю следует начать с той стадии филогенеза, где моделирование обнаруживает наличие устойчивых полисенсорных комплексов, виртуально репрезентирующих предметы. Дополнительным аргументом в пользу отождествления образной модели с собственно психикой служит то, что возросший внутренний динамизм и беспрецедентная автономность предметных образов придаёт модели мира новое системное качество: она становится самостоятельной системой с собственным системообразующим фактором – психогенными потребностями. На предыдущих ступенях филогенеза функциональная потребность животного в активности сводится к нужде в физическом движении и замыкается на потребность физического самосохранения. У высших позвоночных она дополняется потребностью в отражательной активности («информационная потребность»; «потребность впечатлений»), стабилизируясь в своем анти-