Александр Шамис.

Виталика. Проблемы моделирования жизни и разума



скачать книгу бесплатно

Предисловие

У каждого из нас имеется какой-то набор знаний. По границе области знания лежит область незнания. Чем больше область знания, тем больше область незнания. Правда, мы не всегда фиксируем на этом внимание. Одна из главных целей этой книги – расширение и конкретизация у читателя представления о его области незнания. Конечно, речь пойдет не об огромной области незнания вообще, а только об ее части, касающейся живых систем и в частности о жизни и мышлении. При этом нас будет интересовать в первую очередь конструктивное знание, т. е. такое, которое может быть реализовано, или смоделировано в неживых системах.

В то же время нужно отметить, что, несмотря на огромный накопленный теоретический и экспериментальный материал, мы еще очень мало знаем об основных наблюдаемых нами фундаментальных явлениях нашего мира. Нам трудно понять, что такое вечность и бесконечность и, соответственно, что такое время и пространство. Мы практически ничего не знаем о сути таких явлений как гравитация, электричество, внутриатомные взаимодействия, электромагнитные взаимодействия, электромагнитное поле. Почти то же самое относится и к таким фундаментальным проблемам познания как жизнь и разум. Различные существующие теории в биологии, психологии, математике и философии не являются достаточно полными и конструктивными и обычно описывают только внешнюю сторону явления.

Чаще всего материалистические теории укладываются в схему «если-то», т. е. причина – следствие в рамках проводимого или возможного эксперимента. В противном случае это будет уже не теорией, а только непроверяемой гипотезой. При этом материалистическая научная гипотеза должна быть хотя бы в принципе проверяема. Формулирование теории на уровне если – то часто затрагивает только внешнюю описательную сторону явления.

Поясним это примером, который я обычно привожу, говоря о теориях, вынуждено ограничивающихся внешним описанием явления на уровне, достаточном для экспериментальной проверки. Что такое гравитация? На этот вопрос пытались ответить два великих физика – Ньютон и Эйнштейн. Полученный на основе прямых наблюдений и экспериментальной проверки закон всемирного тяготения Ньютона вводит понятие сила притяжения и количественно определяет зависимость силы притяжения от масс взаимодействующих объектов и расстояния между ними. Закон имеет хорошее экспериментальное подтверждение, но ничего не говорит о том, почему эти силы такие, а не иные, как они возникают, как и с какой скоростью (мгновенно?) передаются в пустом пространстве.

В геометрической теории гравитации Эйнштейна, т. е. в общей теории относительности, силы притяжения заменяются силами инерции при движении по геодезическим линиям в искривленном пространстве-времени. Это искривление создается имеющими массу-энергию объектами. Теория Эйнштейна имеет экспериментальное подтверждение, но остается чисто внешним описанием явления и по-прежнему не отвечает на те же фундаментальные вопросы «почему» и «как» (например, в частности, почему искривляется пространство-время).

Таким образом, гравитация внешне описывается, но по своей сути как была, так и остается для нас загадкой.

То же самое относится и ко многим другим фундаментальным физическим свойствам и явлениям мира.

Не исключено, что построение более глубоких теорий в каких-то случаях может выходить за пределы возможностей нашего познания, базирующегося на эксперименте и получении информации по схеме «если-то». К сожалению, доступный нам эксперимент очень ограничен как во времени, так и в пространстве.

Помимо наблюдаемых фундаментальных явлений нашего мира могут существовать и ненаблюдаемые. Последние часто придумываются и могут относиться к области фантастики или религии. Область доступного нам эксперимента непрерывно расширяется, но, скорее всего, это расширение имеет какой – то предел. Этим пределом могут быть, например, пространственные и временные рамки нашей Вселенной (если они имеются), или что-то еще, недоступное ни нашему эксперименту, ни нашему пониманию.

Все это относится в первую очередь к физике. Но, возможно, и в биологии с ее главными задачами – «жизнь» и в особенности «разум» можно столкнуться с принципиальной ограниченностью наших знаний. Однако, будем надеяться, что эти задачи все же имеют доступное нам полное целостное конструктивное описание и решение.

Существует ложное представление о быстром развитии и скором создании так называемого Большого искусственного интеллекта (искусственного мышления). Это происходит на фоне быстрого увеличения скорости и памяти вычислительных машин, а также бурного развития телекоммуникационных и информационных технологий. Эти технологии особенно на бытовом уровне часто ошибочно путаются с технологиями искусственного интеллекта.

На самом деле, производная развития целостных конструктивных (моделируемых) представлений о работе мозга в процессе мышления близка к нулю. Так ни экспертные системы, ни системы перевода, ни формальные системы представления знаний, ни распознавание образов, ни формальные нейронные сети не только не решают эту проблему, но даже почти не приближают нас к ее решению. Нет подходов к построению целостной теории работы мозга в процессе мышления и в биологии.

Идущие от кибернетики Винера аналогии между живыми системами и техническими системами автоматического управления малопродуктивны. Не верны и представления о том, что работу мозга в процессе мышления можно объяснить и описать с позиций вычислительной техники. Точно также для понимания работы мозга очень мало дает идущая от Шеннона теория информации и отождествление информации с сообщением.

Для построения полной конструктивной теории мышления и, тем более для моделирования живого человеческого мышления, нужно решить много проблем и ответить на принципиальные вопросы, основанные, главным образом, на представлениях о принципиальных отличиях живого от не живого. Я постарался сформулировать многие из них, представляющиеся мне основными. Большая часть этих вопросов пока еще остается без ответа. Ответы на определенную часть вопросов ниже приводятся, но часто они являются гипотетическими и формулируются на более или менее общем уровне. И, тем не менее, я надеюсь, что приведенная в книге информация будет полезна читателю, в том числе и за счет того, что его взаимосвязанные области знания и незнания расширятся.


Итак, главная идея книги это необходимость поиска и конкретизации принципиальных особенностей и отличий живого от неживого, и, в связи с этим, необходимость решения многих принципиальных проблем и получения ответов на многие вопросы. Только на этой основе возможно моделирование полноценного разума. Я постарался сформулировать вопросы, представляющиеся мне основными и необходимыми для понимания общей проблемы. Часть из рассматриваемых ниже тем затрагивалась в [14,15,16]. Я постарался дать им уточненную интерпретацию.

В научно-популярной литературе и в прессе часто обсуждается проблема «риск создания Большого искусственного интеллекта». Эта проблема в некоторых ее аспектах в книге затрагивается. Обсуждаются также различные предположения о перспективах как естественной, так и искусственной эволюции.

Практически все современные обобщающие работы в области моделирования живого (от Винера до Пригожина) выделяют и подчеркивают важность проблемы ВРЕМЯ. Эта тема рассматривается в главе 6.

В приложении приводится критическая оценка целей и теоретической основы общественного движения Россия-2045.

Глава 1. Кибернетика и виталика

Два главных интересующих нас вопроса: что такое жизнь и что такое разум? При этом полные ответы должны описывать не только внешнюю сторону явлений, отвечая на вопросы что это такое, как это проявляется и какими обладает свойствами, но и внутреннюю сторону, отвечая на вопрос: как это возникает, устроено и работает. Можем ли мы полностью, точно полно и конструктивно объяснить жизнь и разум с использованием имеющихся физических знаний? Нет, не получается. Поняв это можно успокоиться, привлекая для объяснения жизни и жизненных явлений такие «виталистические» понятия как дух, душа, жизненная сила, жизненный порыв, энтелехия, ссылаясь при этом на Бога, допуская существование каких-то особых свойств живой материи и принимая, что материалистическое и конструктивное объяснение всего этого невозможно. Так и поступали еще со времен Платона и Аристотеля. Соответствующее научное направление впоследствии получило название Витализм. Однако существуют и другие подходы.

Во-первых, все жизненные явления, включая разум, можно еще пытаться полностью объяснить материалистически в рамках имеющихся физических знаний. Материя это вещество, обладающее массой, энергией и формой движения (т. е. изменения). Выделяются следующие формы движения: механическая, физическая, химическая, тепловая и биологическая. (Существуют и иные классификации форм движения материи).

При материалистическом подходе к объяснению жизненных явлений в противовес витализму часто считается, что биологическая форма движения материи не обладает принципиальной спецификой, а является просто сложной комбинацией других форм. Такой подход реализуется в разных научных направлениях от грубого механицизма до кибернетики, современной биохимии, синергетики и неравновесной термодинамики. При этом биологию естественно считать не самостоятельной наукой, а разделом прикладной физики или прикладной химии. На этом направлении получено очень много интересных и важных частных результатов, но уже давно ожидаемого решающего прорыва, т. е. полного конструктивного и целостного объяснения сути всех основных жизненных явлений, все нет и нет.

Возможен и иной подход, направленный на поиск хотя и материалистических, но особых принципов существования и развития живых систем и живой материи, т. е. на определение специфической биологической формы движения материи. Несмотря на то, что на внутреннем физическом и химическом уровне принципиальные отличия живой материи от не живой не находятся, на внешнем функциональном уровне эти отличия очевидны. Так, в первую очередь, можно выделить следующее: активно поддерживаемая неравновесность живых систем (используемая и возобновляемая свободная энергия), сознание, воля, активная целенаправленность поведения и мышления, ощущение, мышление, творчество, эмоциональные оценки.

Объяснить все это в рамках кибернетики [6] и ее современных модификаций, в том числе и в рамках популярной в последнее время неравновесной термодинамики Пригожина [12], нельзя. Никто всерьез и не пытается. Поскольку в современных науках о живом, т. е. в биологии, биофизике и биохимии выяснено, что принципиальных физических и химических различий между живой и не живой материей нет, то напрашивается неизбежный вывод – объяснить особые функциональные свойства живого можно только выйдя за пределы материалистического мировоззрения.

Однако, это не обязательно. Мы еще очень мало знаем о нашем мире. Кроме того, есть еще надежда, что все особые свойства живого можно объяснить, если конструктивно определить особые механизмы биологической формы движения материи, причем не на уровне отдельных физических или химических процессов, а на уровне их особой совокупной согласованной организации.

Если это удастся, то может быть «виталистические» понятия смогут получить конструктивные и материалистические объяснения, но уже не в рамках направления, противопоставляемого материализму и получившего название Витализм, а в рамках иного научного направления или даже науки, которую можно назвать, например, Виталика.

Чем виталика должна отличаться от кибернетики?

Основной фактический предмет исследования кибернетики [6] как бы он не определялся, в конечном счете, это объяснение и моделирование жизни, т. е. существования, поведения, восприятия, мышления и развития живых организмов с привлечением представлений о принципах управления и связи в искусственных системах. Метод исследования – выделение общих принципов управления в живой природе технике и обществе. Перенос представлений о работе устройств автоматического управления и обработки информации на представления о работе живых систем.

Кибернетика при своем зарождении на фоне появления и быстрого начального развития вычислительной техники была очень популярна. Огромный энтузиазм вызывали представления о том, что жизнь и мышление можно конструктивно определить и смоделировать. Однако, кибернетика наукой не стала. Причина в том, что в живом есть что-то очень важное, определяющее его сущность и принципиально отличающее живое от неживого. Если это так, то метод исследования, применявшийся в классической винеровской кибернетике, состоящий в поиске подобия процессов управления и обработки информации в машинах, живых системах и обществе, был исходно неверен.

Неверно и конкретное кибернетическое представление о том, что управление в живых системах, как на внутреннем уровне, так и на уровне внешнего поведения, главным образом основывается на отрицательных обратных связях. Ниже будет говориться о том, что одно из важных отличий живых систем от не живых состоит в использовании положительных обратных связей при управлении на уровне внешнего поведения, на уровне работы механизмов мозга и, даже, на уровне прогрессивной эволюции. (Применительно к таким процессам будем пользоваться следующим частным определением. Отрицательная обратная связь это «действие», вызванное изменением в системе и направленное в противоположную сторону «действию», вызвавшему изменение. Положительная обратная связь это «действие», вызванное изменением в системе и направленное в ту же сторону, что и «действие», вызвавшее изменение.)

Еще одно отличие управления в живых системах, касающееся уже не всех, а только высокоразвитых живых систем, состоит в переходе от решения одноэкстремальных градиентных задач поведения и от задач, решающихся с использованием обратных связей к решению многоэкстремальных задач. Многоэкстремальные задачи не решаются ни с использованием отрицательных обратных связей, ни с использованием положительных обратных связей.

Неверно и идущее от Винера и Шеннона отождествление используемой живыми системами информации с передаваемым сообщением и, соответственно, сведение теории информации к теории связи. В живых системах информация не является закодированным сообщением. В ходе эволюционного развития сигнальная информация, используемая в процессе поведения, становится уже не просто сигналом в цепи автоматического управления, а принимает форму многомерного входного образа и иерархической модели среды, необходимой для субъективной интерпретации входного образа.

Информация, образующая иерархическую нейронную модель среды (мира), это не запомненная совокупность сообщений. Это целостная система взаимосвязанных и взаимоопределяющих знаний, т. е. модель, которая является одновременно формой, содержанием и инструментом работы с информацией в процессе восприятия, обучения, активного целенаправленного поведения и мышления. (Несколько подробней об информации, принимающей форму модели среды, будем говорить ниже.)

Не является сообщением и содержащаяся в ДНК генетическая информация хотя бы потому, что она записана не в декларативном, а в процедурном виде.

Точно также, становится все более ясно (правда, к сожалению, еще не всем), что мозг и вычислительная машина работают с информацией совершенно по-разному. Определяется это совершенно разным представлением информации в машине и в мозге и совершенно разными механизмами работы с информацией. Ни на макро, ни на микро уровне, в процессе мышления никаких вычислений или каких-то иных операций с закодированными текстами (сообщениями) мозг не делает. Поэтому переносить из вычислительной техники в биологию нечего, хотя это до сих пор иногда пытаются делать. Переносить из биологии в вычислительную технику тоже нечего. При этом не только потому, что в биологии еще нет достаточных знаний о работе мозга, но и потому, что эти знания обычной вычислительной технике пока еще не нужны.

Естественно, что кибернетические модели никуда дальше простых схем регулирования с обратной связью, или поведения по схеме стимул-реакция, или принятия решения на основе сплошного перебора и простых эвристик, не пошли.

При попытках объяснения сущности живого, как на общем, так и на каком-то частном уровне, от базовых кибернетических представлений часто стихийно уходили, но это нужно делать осознанно, четко формулируя принципиально иной подход. Итак, кибернетика это не наука. Сейчас термин кибернетика используется как общее понятие, объединяющее все что угодно, имеющее какое-либо отношение к моделированию живого и, в первую очередь, поведения и мышления. Иногда к кибернетике причисляют и сложные информационные и телекоммуникационные технологии.

В рамках Виталики должны вестись комплексные исследования, объединяющие экспериментальные, теоретические и технические работы биологов, психологов и представителей точных наук, направленные на получение целостного, полного и конструктивного (моделируемого) представления о живых системах, мозге и процессе мышления.

Таким образом, предмет исследования виталики должен быть тот же, что и основной исходный фактический предмет исследования кибернетики – объяснение и моделирование живого, т. е. существования, эволюции, поведения, восприятия и мышления живых организмов. Метод исследования должен быть принципиально иным и состоять не в выделении подобия живых и не живых систем, а в выяснении основополагающих особенностей живого, его специфики и в определении различий между живым и неживым. В метод исследования должен включаться и поиск возможности формализации этих особенностей и их реализации в искусственных системах на уровне как существующего, так и нового физического знания.

Как уже говорилось, основополагающее отличие состоит в том, что жизнь это не статическое состояние, а активный процесс поддержания определенного уровня свободной энергии и состояния термодинамического неравновесия. Из этого базового свойства должны выводиться все особые свойства живого. Это может оказаться как возможным, так и невозможным.

В последнем случае для развития виталики потребуется не только развитие биологии, но и расширение материалистических физических знаний, в том числе и смещение границы между физикой и метафизикой в сторону метафизики, т. е. в сторону того, что сегодня представляется идеальным, сверхчувственным, лежащим за пределами наблюдаемых явлений. Такое смещение границы постоянно и происходит. Пример – проявления радиации, таинственные и загадочные воздействия которой получили материалистическое объяснение. К сожалению, нельзя исключить и того, что полное моделирование жизни на не биологической основе, в том числе и с использованием программного моделирования, окажется невозможным. В этом случае развитие виталики может привести к четкой формулировке соответствующих физических запретов.

Итак, в рамках определенной выше виталики, в отличие от кибернетики, нужно искать не общее между живым и не живым, а специфику и суть живого и на этой основе определить особые принципы движения живой материи. На этой основе могут получить объяснения ее особые функциональные свойства. На внешнем функциональном уровне эти особые свойства очевидны. Уже отмечались главные из них. Еще раз отметим: целенаправленность, активность, сознание, воля, ощущения, эмоции и направленность всего этого на активное поддержание неравновесности живых систем (используемой и возобновляемой свободной энергии). Принципиально отметить также такие свойства как открытость, необходимое взаимодействие со средой, целенаправленное восприятие среды, размножение, прогрессивное эволюционное развитие.

Эти основные «виталистические» свойства присущи живому и в совокупности характеризуют жизнь как особую биологическую форму движения материи. Как большинство из перечисленных основных свойств живого порождаются физическим и химическим уровнем в точности не известно. Биология, психология и философия занимаются этими проблемами, описывают их и даже формулируют какие-то законы, но все это чаще всего пока еще ограничивается как обычно и в физике только внешним описательным уровнем, или уровнем причина-следствие.

Формальная упрощенная имитация отдельных необходимых свойств живого часто бывает возможна. Так строятся различные кибернетические игрушки и роботы. Однако, с полным целостным конструктивным, достаточным для комплексного моделирования пониманием живого связаны значительные проблемы. Уходить от этих проблем, как это часто делается при попытках моделирования или хотя бы качественного объяснения жизни и мышления нельзя. Поэтому в дальнейшем мы будем стараться фиксировать внимание на принципиальных проблемах и нерешенных вопросах.

Перваяпроблема это определение сущности биологической формы движения материи, т. е. жизни и ее отличие от других форм движения материи. Все остальные свойства и функции живого могут оказаться производными от общего принципа движения живой материи.

Итак, что такое жизнь и чем она принципиально отличается от не жизни? Об этом выше уже говорилось, но дальше этот вопрос будет рассмотрен несколько подробнее.



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2

Поделиться ссылкой на выделенное