Одна формула и весь мир - Евгений Седов

Человек научился хранить модели движения и в искусственной (электронной, магнитной, оптической) памяти, и на пленках (магнитных, светочувствительных), и на страницах газет, журналов и книг. Законсервированное в моделях движение может не использоваться десятки, сотни и тысячи лет.

«Оживив» модели движения, сохраняемые в тексте, человек одновременно приводит в действие и те модели движения, которые хранит его мозг. Так возникают модели самых разнообразных событий, пережитых или придуманных автором и донесенных им до читателей его книг.

Нечто подобное происходит в природе. Половая клетка несет в себе ту модель движения, по которой будет впоследствии развиваться вновь зарождаемый организм. С помощью электрических и магнитных полей помещенный в расплав кристалл передает модель движения молекулам жидкости, заставляя их «лепить» по этой модели новый точно такой же кристалл.

Существует мнение, что первая информация появилась на Земле вместе с рождением жизни. Однако в сложном процессе формирования белковых соединений и клеток нельзя провести четкую грань между «живым» и «неживым». Известный современный биохимик, лауреат Нобелевской премии М. Эйген исследовал механизмы образования макромолекул белков и пришел к заключению, что только благодаря участию информации в этих процессах могут самопроизвольно возникать те сложные цепочки и связи, из которых состоит основной материал живых клеток — белок. «Кирпичиками» всех белковых соединений являются полипептиды. Американские ученые Дж. Лоулесс и Н. Леви исследовали процессы образования полипептидов из растворенных в воде аминокислот и установили, что катализаторами, способствующими формированию полипептидов, служат неорганические вещества — силикаты, содержащиеся в определенных сортах глин. Вот, оказывается, как выглядит «информационный мост», по которому модели движения передаются от неживого к живому: неорганические молекулы силикатов уступают свое место более сложным молекулярным соединениям, заимствованным у аминокислот Сохраняющийся при этом «костяк» структуры силикатов служит моделью движения для молекул вновь образующихся белков.

Согласно библейской легенде бог сотворил Адама из глины. Но оказывается, не только в мифическом сотворении Адама, но и в реальном возникновении всех земных тварей глине и в самом деле принадлежит далеко не последняя роль!

Другим примером передачи информации от неживого к живому могут служить некоторые формы вирусов, способных кристаллизоваться при неблагоприятных условиях и вновь оживать при изменении внешней среды. В стадии кристаллизации вирусы сохраняют в себе все модели движения, которые будут приведены в действие, когда вирус снова станет живым.

Модели движения в самых разнообразных формах множатся и сохраняются в структуре различных материальных систем Несмотря на различие кодов, функция информации всюду едина. Используя множество языков, все существующие в мире развивающиеся системы пишут в соавторстве одну огромную книгу, у которой невозможно найти начало и никогда не будет конца.

НЕДОСТАЮЩИЙ ЗАКОН. КОНЦЕНТРАТОР ЭНЕРГИИ. КАК ДРЕССИРУЮТ СОБАКУ. ОТ СЛОНА К АМЕБЕ. ВВЕРХ ПО СПИРАЛИ. ОТ ДВУХ ДО ПЯТИ. ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ГАЛАКТИК. РЕАНИМАЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

«Здравствуйте, самоорганизующиеся системы!» — так обратился к участникам состоявшейся в 1959 году конференции по самоорганизующимся системам доктор Вейл. Это шутливое обращение заключает в себе глубокий смысл. Доктор Вейл хотел подчеркнуть, что объединение в одну категорию таких несхожих между собой систем, как человек, кристаллизующееся вещество, социологическая группа и популяция животных или растений, отнюдь не является произволом ученых, а отражает некое единство принципов формирования и существования всех самоорганизующихся систем.

Выявлению общих принципов и была посвящена конференция, открытая доктором Вейлом. Для иллюстрации общих принципов самоорганизации авторы докладов избирали самые разнообразные самоорганизующиеся системы, начиная с простых намагниченных кубиков и кончая сложными нервными сетями и комплексами взаимодействующих ЭВМ.

В науке давно назрела необходимость исследования общих закономерностей формирования таких систем, возникающих самопроизвольно в природе или создаваемых человеком сознательно и целенаправленно. Однако

до создания кибернетики, теории информации, математической логики отсутствовал необходимый для подобных исследований теоретический аппарат.

В том же самом 1959 году, выступая на Всесоюзной конференции по философским вопросам естествознания, эстонский академик Густав Наан сказал:

«При анализе совокупности фактов, известных науке трудно избавиться от подозрения, что список фундаментальных законов природы существенно не полон, что в нем не хватает по крайней мере одного очень общего закона. В самом деле. Мы имеем закон или законы ответственные, грубо говоря, за стабильность и преем-ственность мирового порядка. Это законы сохранения, прежде всего закон сохранения энергии. Мы имеем другой закон, ответственный за направленность процессов природы,— второй закон термодинамики. Этот закон говорит об универсальной эволюции в направлении все большего беспорядка, хаоса, в направлении, если угодно, демобилизации энергии.

Между тем, в природе мы наблюдаем самые разнообразные процессы, так сказать, антиэнтропийного характера,— процессы возникновения сложного из более простого Быть может, возникновение звезд, планет, галактик, происхождение жизни, по крайней мере отчасти, именно потому с таким трудом поддаются раскрытию, что нам неизвестен соответствующий общий закон, и мы находимся во власти сильно укоренившегося представления о том, что все эти явления могут получить объяснение только как редкое исключение из общего правила».

Спустя два года, выступая на конференции в США, кибернетик Эшби высказал сходные соображения, отметив, что ошибочный взгляд на происхождение жизни как на «редкое и странное явление» опровергается результатами исследований общих принципов и общей тенденции самоорганизации очень многих существующих в природе систем.

Мысль о том, что в природе действует некий противоборствующий возрастанию хаоса и беспорядка закон, в свое время высказывал Энгельс, считавший, что «... излученная в мировое пространство теплота должна иметь возможность каким-то путем... снова сосредоточиться и начать активно функционировать»

«Концентратором», в котором сосредоточивается и активно функционирует излученная в мировое пространство солнечная энергия, является всякий живой организм. Если рассеивание тепла сопровождается увеличением энтропии, то вся жизнедеятельность — это противоположный, анти-энтропийный процесс. «Впитывая» и перерабатывая энергию Солнца, организмы растений и животных используют ее для движения, развития и продолжения рода Об этом писал и Людвиг Больцман, понимавший, что одновременно с действием закона возрастания энтропии в живой природе действует некий антиэнтропийный закон. По мнению Больцмана, борьба за существование — это не борьба за органические вещества, в избытке рассеянные в окружающем воздухе, в воде и в земле; это не борьба за энергию, которая в форме, названной Больцманом «непревратимой» (то есть в виде тепла), тоже щедро рассеяна по окружающему пространству и добыча которой не составляет для организма большого труда. Борьба за существование — это борьба за энтропию (вернее, за уменьшение энтропии). К такому выводу пришел Больцман около 100 лет назад.

В различных формах ту же самую идею высказывали такие выдающиеся ученые, как Тимирязев, Вернадский, Шредингер.

И тем не менее до разработки теории информации закономерности антиэнтропийных процессов не удавалось сформулировать достаточно четко, поскольку сама энтропия оставалась недостаточно осознанным, слишком абстрактным понятием, по поводу которого советский физик П. Г. Кузнецов сказал:

«Не понимая, «что» возрастает в неживой природе, нельзя показать и «что» убывает в явлениях жизни» С помощью теории информации современная наука начала выявлять не только загадочное «что», но и заманчивое «как».

Начнем с самых наглядных примеров. Допустим, что мы захотели научить собаку различать цифры от 1 до 10. Разложив десять карточек с цифрами в случайном порядке, мы просим собаку выбрать из них, например, цифру 6. До начала дрессировки собака понимает лишь слово «дай», поэтому в ответ на приказ «Дай цифру 6» она выберет карточку наугад. Лишь после множества повторений, поощрений и наказаний собака поймет, что требует от нее дрессировщик. Возросла вероятность того, что в ответ на соответствующую команду собака выберет именно цифру 6.

Нечто подобное происходит в живой природе. Путем «поощрений» и «наказаний» в течение множества поколений накапливается способность дифференцировать вероятности тех или иных реакций на воздействия внешней среды. В процессе такой «дрессировки» организмы, популяции, виды меняют не только свое поведение, но и физиологию, и структуру органов, то есть весь комплекс признаков, определяющих жизнеспособность данного вида. И все эти сложные взаимодействия в общем виде сводятся к одному и тому же процессу — дифференцировке вероятностей функции    . При этом, как мы уже знаем, уменьшается энтропия, а количество информации возрастает ровно на столько, на сколько уменьшилась энтропия по сравнению со своим максимумом, когда все вероятности рi были равны друг другу (собака выбирала любую из десяти карточек наугад).