Алгоритмы развития

скачать книгу бесплатно

Что же касается физики и техники, то механизмы, обеспечивающие самонастройку системы, уже в течение многих лет являются объектом исследований специалистов по проблемам управления. Сегодня наука обладает достаточно развитой математической теорией систем, способных к адаптации. Поэтому, если мы в состоянии построить математическую модель системы и механизма ее самонастройки и располагаем достаточно полной информацией о свойствах окружающей среды, то, используя указанную теорию, мы сможем не только предсказать тенденции, как это делают селекционеры, но и дать с определенной точностью количественную характеристику развивающихся событий. Простейшие модели подобных механизмов широко используются в технике, биотехнологиях, при изучении динамики популяций и т. д. Зная достаточно хорошо внешние^условия и их прогноз, а также те объективные законы, которые управляют развитием системы, мы можем быть уверены, что с помощью механизмов адаптационного типа развивающаяся система не обретет никаких новых, неожиданных свойств. Механизмы подобного рода позволяют параметрам системы изменяться лишь в достаточно ограниченных пределах. И эти пределы во многих случаях можно определить заранее.

Сформулированные утверждения отвечают практическому опыту людей. Тысячелетиями человек вел направленный искусственный отбор – селекцию растений и животных, адаптируя их к своим потребностям. И при этом ничего принципиально нового он не получил. Как бы ни были отличны по своему внешнему виду многочисленные породы собак, они по-прежнему остаются собаками, принадлежат к одному и тому же виду.

Наверное, можно сказать и так: ни внешние возмущения, ни внутренние пертурбации не способны с помощью адаптационных механизмов вывести систему за пределы того «обозримого канала эволюции», того коридора, который заготовила природа для развития этой системы. При действии механизмов адаптационного типа границы этого коридора, очерченные объективными законами нашего мира, достаточно близки друг к другу и достаточно обозримы в перспективе. Следовательно, путь развития в этом случае предсказуем со значительной точностью. Такая характеристика механизмов адаптационного типа может быть принята в качестве их определения.

Но существует и иной тип механизмов развития. Он имеет уже совершенно другую природу, хотя, как мы это увидим ниже, и для него дарвиновская триада полностью сохраняет свой смысл. Для иллюстрации этого типа механизмов рассмотрим течение жидкости а трубе.

Пока расход жидкости мал, ее течение носит ламинарный характер – оно следует закону Пуазейля: частицы жидкости движутся параллельно оси трубы, а эпюра скоростей имеет параболический характер. Чтобы протолкнуть этот расход жидкости сквозь трубу, требуется определенное усилие. Оно определяется разностью давлений в различных сечениях трубы. С ростом расхода эта разность до поры до времени будет расти по линейному закону, а эпюра скоростей будет сохранять свой параболический характер. Но достаточно потоку превзойти некоторый критический порог, как характер движения качественно изменится. Ламинарное течение перестраивается – оно превращается в турбулентное. Разность давлений при этом начинает быстро возрастать. Иными словами, существует некоторое критическое значение внешнего воздействия, определяемое величиной расхода. Выше этого значения прежняя (ламинарная) форма движения жидкости существовать не может (старая организация системы разрушается). Вместо ламинарного движения жидкости возникает турбулентное.

Этот пример достаточно поучителен. Он показывает, что организация системы обладает пороговыми состояниями, переход через которые ведет к резкому качественному изменению протекающих в ней процессов, к изменению самой ее организации. Более того, в этом и аналогичных случаях переход от старой организации системы к новой неоднозначен, т. е. возможно целое множество различных новых форм организации. Поясним это более простым примером решения задачи Эйлера о нагруженной колонне. После того как вертикальная форма равновесия колонны потеряет устойчивость, возникает целый континуум новых форм равновесия – они заполняют поверхность вращения, образующая которой представляет собой полуволну синусоиды. Смена форм равновесия происходит тогда, когда нагрузка на колонну превзойдет некоторое критическое значение. Что особенно важно в описанной ситуации – так это то, что мы не можем предсказать, какая именно новая форма равновесия будет реализована. Мы этого не знаем и не можем знать принципиально, поскольку будущая реализация зависит от случайных воздействий (например, порывов ветра), которым подвергается колонна в тот момент, когда внешняя нагрузка превосходит критическое значение.

Вот эта неопределенность будущего и есть главная особенность рассматриваемого типа механизмов. Она есть следствие того, что будущее состояние системы при переходе ее характеристик через критическое (или пороговое) значение определяется прежде всего флюктуациями. А они присутствуют всегда. И то, около какого из континуума возможных состояний равновесия будет колебаться колонна при закритических величинах нагрузки, зависит от непредсказуемого порыва ветра! То же мы видим и в примере смены ламинарного течения жидкости турбулентным: мы лишены возможности предсказывать какие-либо детали турбулентности, хотя в условиях ламинарного течения мы точно знаем траектории всех жидких частиц. Мы не можем определить, как возникло данное турбулентное состояние потока, какое состояние предшествовало наблюдаемому. Можно сказать, что система не «помнит своего прошлого», если она испытала в своем развитии бифуркацию, т. е. разветвление путей эволюции при переходе через пороговое состояние своей организации.

Пороговые (или бифуркационные) механизмы свойственны не только миру «косной» материи. Но их проявление в процессах биологической и общественной природы значительно более сложное. Вот почему, выбирая иллюстративные примеры, характеризующие их особенности, я следовал такому высказыванию В. И. Вернадского: «Поэтому вполне позволительно и удобно воспользоваться и здесь (т. е. в биологии. – Н. М.) аналогией между живым веществом и газовой массой»

.

Рассуждения о механизмах, которые были приведены выше, разумеется, достаточно условны и схематичны. Реальные процессы развития – это всегда целая гамма различных механизмов. Тем не менее приведенные рассуждения достаточно наглядны, чтобы можно было представить себе основные черты единого процесса развития.

Законы физики, химии и другие принципы отбора устанавливают определенные границы изменения состояний системы, так сказать, «каналы», внутри которых могут протекать процессы эволюции системы. В свою очередь, множество случайных факторов как бы пытается все время нарушить эти границы, изменить организацию системы. Если ее параметры и состояния не выводятся из предначертанных рамок, механизмы развития носят адаптационный характер. Границы адаптации, т. е. границы этих «каналов», могут быть определены в том случае, если мы достаточно хорошо знаем законы, управляющие развитием.

Но в силу тех или иных причин система может однажды выйти на пересечение «каналов» адаптационного развития. И тогда вступают в действие иные механизмы, которые мы назвали, следуя А. Пуанкаре, «бифуркационными».