--------------------------------------------------------------------------------
Отрывки из книги Б.Б. Кадомцева Динамика и информация
(2-я редакция - М.: Редакция журнала Успехи физических наук. 1999.)
Борис Борисович Кадомцев 1928 - 1998 - физик. Директор Института ядерного синтеза Российского научного центра Курчатовский институт с 1973 г. Академик АН СССР 1970. Труды по физике плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза
--------------------------------------------------------------------------------
В свое время И. Пригожин ввел понятие открытых, систем, через которые могут протекать потоки энергии и энтропии. При достаточно больших потоках в таких системах могут происходить явления нелинейной самоорганизации. Аналогичные процессы могут развиваться и в квантовых системах. Связь квантовых систем с внешним миром может быть очень малой, но она, тем не менее, может приводить к радикальному их изменению и к квантовой самоорганизации. Такие системы можно назвать информационно открытыми системами...В целом атмосфера и биосфера Земли представляет собой сложную открытую систему. Стационарный баланс потоков энергии устанавливается за счет теплового излучения Земли в космическое пространство: на Землю приходится энергия с малой энтропией, а уходит с энтропией намного большей. Но нельзя сказать, что необратимый процесс возрастания энтропии идет совершенно монотонно во всех составных частях сложной системы. Напротив, общий рост энтропии сопровождается процессом создания упорядоченных структур с уменьшением локальных величин энтропии. Именно за счет глобального роста энтропии и возникает возможность противоположного процесса локальной организации и развития порядка. Ситуация здесь сходна с ирригационной системой, использующей механизмы для перекачки воды с нижнего уровня на более высокий: сама падающая вниз вода приводит в действие водяное колесо, перекачивающее часть воды вверх. Большой поток вниз создает малый поток вверх...
Следует отметить, что для информационного поведения сложных физических систем более важной является структурная сложность и структурная иерархия, а не иерархия элементарных уровней (частицы, атомы, молекулы, тела). Элементы информационного поведения появляются даже у микрочастиц в виде коллапсов волновых функций, а по мере укрупнения и усложнения структур к ним добавляются неравновесные коллективные параметры порядка, играющие роль динамических переменных. Коллапсы волновых функций и бифуркации динамических переменных вблизи точек ветвления выглядят как свободные поступки, т.е. как проявление свободы воли. Благодаря этому у Природы в целом появляется возможность свободного развития, которое реализуется в структурном усложнении и развитии ее составных элементов - сложных физических систем...Постараемся понять, как, оставаясь в рамках физики, можно подступиться к обьяснению феномена свобода воли. Под свободой воли будем понимать здесь свободу действий, или свободный выбор между двумя или несколькими альтернативами. Принято считать, что человек, безусловно, обладает свободой воли, будучи свободным в своих поступках. Разумеется, что человеку часто приходится совершать вынужденные поступки под давлением внешних обстоятельств, однако, и в этом случае, последний выбор остается за ним. Не факт, что абсолютно все примут данные утверждение за истину. Следуя, например, Шопенгауэру, можно было бы утверждать, что человек анализирует только хотения, а самый последний момент принятия решения может выпадать из-под его контроля. Другими словами, его волевые действия могут быть навязаны извне. Однако мы будем оставаться на более наивной точке зрения, полагая, что человек свободен в своих поступках и поэтому ответствен за них. Но принимая свободу действий для человека, мы не должны обижать и животный мир. С античных времен до нас дошел парадокс буриданова осла: осел, находящийся в точности между двумя охапками сена, должен умереть с голода, поскольку он не сможет решить, с какой охапки начать трапезу. Все мы знаем, что этого не произойдет, и осел, без всяких затруднений выберет одну из охапок сена. Но логический парадокс все же есть. Самое простое его решение основано на малых возмущениях: случайный ветерок может донести более сильный запах от одной из охапок и этого достаточно, чтобы осел сделал свой выбор. Но, опираясь на наблюдения за животными, можно утверждать, что осел и так свободен сделать свой выбор без всякой связи с внешней мотивацией: ему достаточно только знать о существовании обеих охапок сена. Более того, любое животное только потому и живо, что ему то и дело приходится принимать решения, как прокормиться самому и не стать пищей для хищника. Чем более высоко развит данный вид, тем более щирокий спектр решений приходится принимать его представителям. Но никак нельзя принять допущение, что свобода действий появляется скачком на некотором уровне развития: даже у самых примитивных представителей животного мира сохраняется свобода действий. Более того, очень трудно представить себе рубеж появления свободы воли на границе между неодушевленным миром и жизнью. Гораздо более естественным является допущение о том, что свобода воли является имманентным, т.е. внутренне присущим свойством всего мира. Только на основе этого исходного положения можно уйти от бессмысленного, полностью детерминированного механического мира к миру живому и развивающемуся. Итак, примем, что мир в целом обладает свободой воли, т.е. способностью принимать решения и свободно действовать в рамках тех ограничений, которые накладываются на него законами физики, в том числе классической физики. Эта свобода действий реализуется в виде огромного набора малых свободных актов и каждый из них должен укладываться в рамки физических законов. Это значит, что свобода действий может реализовываться только в точках бифуркации, когда законы механики и физики допускают неоднозначное развитие процесса. Рассмотрим сначала классическую физику. Типичным примером соответствующей бифуркации служит рис. где показано неустойчивое положение материальной точки на вершине холма между двумя потенциальными ямами. Из-за неустойчивости начального состояния материальная точка скатится в одну из ям. Произойдет спонтанное нарушение симметрии. Соответствующий процесс можно рассматривать как результат эволюции под действием начального возмущения. Само это возмущение можно рассматривать как совершенно случайное, не связанное ни с какими причинами. Но тогда совершенно эквивалентным образом можно сказать, что мир в целом (включая множество мелких связей, т.е. возмущения) принял решение о данном спонтанном нарушении симметрии. Аналогичным образом случайные бифуркации можно рассматривать как произошедшие беспричинно и спонтанно, т.е. если бы они были приняты волевым образом извне системы. Перейдем к микромиру. В системах многих частиц тоже могут происходить крупномасштабные бифуркации. Но гораздо больший интерес представляют самые малые бифуркационные переходы, т.е. коллапсы волновых функций. Возникает естественный соблазн рассматривать коллапсы как своего рода микронеустойчивости. Можно было бы предположить, что волновая функция, распавшаяся на некогерентные части, является неустойчивой, и частица предпочитает оказаться в одном когерентном субпакете. Такой подход близок к идеологии скрытых параметров, и вряд ли он может служить базой для полного понимания микропроцессов. Более того, нетрудно привести контрпример, который противоречит этому допущению. А именно, если мы опять разделим одну волновую функцию по двум потенциальным ящикам, затем подогреем их, то когерентность между двумя частями волновой функции разрушается. Произойдет коллапс волновой функции в один из ящиков, а именно там окажется частица. А перепрыгнуть из одного ящика в другой частица не может. Поэтому более логичным представляется предположение, что волновая функция является лишь показателем намерений...При сравнении простых и сложных систем, например простых механизмов и биологических систем со сложной иерархической организацией, резко бросается в глаза их принципиальное различие, состоящее в том, что движение простых механических систем полностью предопределено, а в живых организмах, даже простейших, мы видим признаки свободного поведения, не определяемого только внешними причинами. Разумеется, эта свобода действий еще более ярко выражена у сложных организмов. Спрашивается, нельзя ли проследить за этой тенденцией развития, исходя из представлений о самоорганизации. Как мы обсуждали выше, у самоорганизующихся систем имеется возможность расслоения на динамическую и информационную, управляющую, части. Если речь идет о биологических или добиологических системах, у которых имеется возможность репликации и многократного повторения цикла развития, то нетрудно себе представить, что системы с информационным поведением могут иметь и фактически имеют преимущества в борьбе за жизнь, т.е. за расширение фазового пространства своего устойчивого состояния. Таким образом, в условиях конкуренции динамическое поведение системы и ее развитие в большей мере начинает определяться ее информационными свойствами, включая информационное отношение к внешнему миру. Такие системы наряду с обычным обменом энергией и негэнтропией с внешним окружением, необходимым для сохранения открытой самоорганизованной структуры, получают возможность информационного развития, т.е. усложнения и совершенствования своего управления. Этот процесс связан с усложнением управляющей части, т.е. появлением в ней новых степеней свободы или параметров порядка за счет все новых бифуркаций. Феноменологически этот процесс можно охарактеризовать как получение новой информации от неравновесного внешнего мира. При взаимодействии систем с памятью и информационным поведением могут развиваться процессы адаптации одних систем к другим. Это аналог появления знаний о реакции других систем на поведение данной. Дальнейшее развитие механизмов адаптации и оптимизации поведения системы приводит к возможности обработки информации, т.е. к появлению элементов сознания. Но кроме свободы у сложных систем появляются зачатки воли. Свобода - это возможность выбора из нескольких альтернатив, акт воли - сам этот выбор. В неустойчивых системах с разбегающимися траекториями, для выбора одной из траекторий достаточно очень мало изменить начальные данные, т.е. использовать для этой цели очень малый сигнал с определенной информацией. В сложной системе с информационным поведением этот выбор может быть сделан из блока управления. Сигнал вырабатывается системой управления в процессе ее динамического движения и с использованием накопленной ранее памяти, т.е. знаний. Эти знания представляют собой продукт длительного развития данной системы в процессе ее взаимодействия с другими информационными системами. Знания в некоторой мере приобретают невременной характер, т.е. становятся не жестко связанными с событиями только ближайшего прошлого. Благодаря этому волевой акт выглядит как бы свободным - он не предопределен видимыми в настоящий момент причинами. Более того, проинтегрированные за большой промежуток времени и накопленные в памяти сведения содержат информацию о временном поведении системы и ее окружения, поэтому появляется возможность предугадывания событий, а следовательно, принятия решений с определенной целью. Другими словами, в отличие от обычной динамики, где поведение системы определяется ее мгновенной конфигурацией и соответствующими этой конфигурации силами, в информационных процессах выбор делается на основе долговременной памяти и с возможной экстраполяцией на будущее. Отсюда и появляется возможность выбора цели. Таким образом, целесообразность и возможность выбора цели можно считать достаточно естественным продуктом развития сложных систем с информационным поведением. Чем система сложнее, тем, казалось, бы, в большей мере у нее должны проявляться аспекты информационного поведения. В Природе в целом волевое начало связано с той структурой и памятью, которые сложились в ней в результате ее длительного развития. Когда в процессе исследований мы изолируем некоторую систему от внешнего окружения, мы, безусловно, создаем более простую и доступную для понимания ситуацию, но вместе с тем и обедняем ее путем информационной изоляции от внешнего мира. При переходе к изучению все более сложных систем именно структурные, информационные аспекты их поведения и развития выступают на первый план, а динамика создает лишь основу для информационного развития...Идеи о самоорганизации и образовании диссипативных структур в открытых системах оказались очень важными для того, чтобы перебросить мостик между физикой и биологией. Но видно, что следует идти дальше и изучать самопроизвольную иерархизацию структур, образование структур с памятью и возможностями извлечения информации извне, накопления ее в памяти, использования информации для управления и обработки этой информации с целью оптимального управления. Нетрудно видеть, что существует много общих черт в поведении сложных систем как органических, так и неорганических, причем неорганические системы со сложной структурой тоже не являются простыми как в структурном плане, так и по характеру их поведения.
(выделено мной - дарго)
