«машины», служащие создателям и собственникам, либо как организмы, в которых цели подсистем подчинены общей цели системы. После 60-х гг., когда персонал становится более образованным и склонным к самостоятельному принятию решений, цели подсистем далеко не всегда совпадают с общей целью. В этих условиях более адекватной методологией системного анализа социальной системы выступает интерактивный подход, в котором развитие системного подхода в существенной мере оказываются связанными с коммуникативными моделями поведения и стилем мышления. В этом варианте системного подхода информация – главный ресурс управления.
5. Понятия и принципы информационной парадигмы
Исходный смысл термина «информация» связан со сведениями, сообщениями и их передачей. В 1948г. Клод Шеннон предложил количественный способ измерения потока информации, содержащегося в одном случайном объекте на основе двоичной системы. С тех пор количество информации измеряется в битах и байтах (байт - набор из 8 бит, т.е. количество информации в трех двоичных разрядах).
Первое научное расширение понятия информации дают математические
«теории информации» (комбинаторная, топологическая, семантическая), в которых информация предстает измеримой величиной.
К свойствам информации относят:
- способность управлять физическими, химическими, биологическими и социальными процессами;
- способность передаваться на расстоянии (при перемещении носителя информации);
- способность подвергаться переработке;
- способность сохраняться в течение любых промежутков времени и изменяться во времени;
- способность переходить из пассивной формы в активную.
Общее определение информации Н.Винера имеет негативный характер: Информация – не материя и не энергия. В позитивном определении понятия информация ученые не достигли согласия. Можно выделить три основных подхода в интерпретации его содержания.
|
|
1) Физический подход представляет информацию как негэнтропию. Понятие энтропии в физике – это мера нарастания хаоса (беспорядка), следовательно, информация – это мера нарастания организованности (Л.Бриллюэн).
2) Кибернетический подход представляет информацию как меру разнообразия (У.Р.Эшби).
3) Философский подход представляет информацию как отраженное разнообразие (А.Д.Урсул и др.) или функциональное отражение.
В современной системе научных знаний общая тенденция в истолковании феномена информации представлена переходом от конкретных математических дефиниций информации как неопределенности, вероятности, алгоритма к мировоззренческому контексту, в котором основными выступают категории: отражение, различие, взаимосвязь, отношение.
Функциональный подход выделяет прагматический и ценностный аспекты информации, которые в математических теориях не рассматриваются. Информация соотносится с наличием в природе активного вида отражения, характерного для живого организма.102 Проблемным оказывается вопрос, обладают ли информацией только организмы, или уже на клеточном уровне можно говорить об информации. Во всяком случае, генетический код в микробиологии трактуется именно как информативная структура (несущая наследственную информацию).
Более широкий мировоззренческий подход к содержанию понятия информация развивается на основе понятия разнообразия (У.Эшби) и отражения (А.Д.Урсул). Трактовка информации через разнообразие открывает перспективу единого концептуального описания всех систем с различной степенью организованности. Концепция отраженного разнообразия опирается на представление о состоянии и измененном состоянии системы. Отражение в этом случае – возникает как особое состояние взаимодействующих систем, а информация - как особое отношение систем, которое определено реальным и возможным изменением их состояний. Информация как отраженное разнообразие функциональна по своей природе, опирается на отношение систем и представляет собой скорее свойство целого (отношения, связи систем), чем отдельно взятой системы, изъятой из этой связи (которая выступает только одной стороной отношения). Поэтому причинно- следственные связи в природе являются цепями передачи информации.
|
|
Термин «отраженное разнообразие» подчеркивает отношение систем, в котором существенную роль играет результат отношения системы к процессу отражения. Это отношения связано с обособлением системы, ее автономностью,
 |
102 П.К.Анохин использует понятие опережающее отражение.
обусловливающей границы внутренних изменений и относительность (прагматическую и ценностную) информации для разных систем, вступивших во взаимодействие. В обособленной системе отражается не все разнообразие мире, которое объективно стремится к бесконечности. Этот термин, таким образом, подчеркивает ценностный аспект информации, избирательный характер реагирования системы в соответствии с ограничением поступления информации. С этой точки зрения фактором организации действия системы выступают не только цели, но и некоторые общие критерии целесообразности, ценности и идеалы, которые играют роль критериев ограничения пространства выбора (поля действия).
|
|
Наиболее развитое определение информации связано с выделением функциональной роли результата взаимосвязи (структурного отображения, образа, гештальта) в действии системы и прогнозировании ее поведения. Поэтому феномен информации характеризуют как метасистемный. Он всегда выражает больше, чем любое конкретное состояние системы, поскольку заключает в себе еще и свойства более широкой системы (метасистемы).
Информация, характеризуя внешний мир в собственных параметрах состояния систем и ценностных установках, становится фактором управления поведением системы.
Особое значение в жизни системы приобретает информационная среда, в которую погружена система. Информационная среда определяет и некоторое внутреннее пространство системы, которое в современной системе знания называют семантическим (смысловым) пространством. Именно в этом пространстве, которое можно назвать пространством внутренней детерминации действия, формируются ценностные критерии и целевые установки, возникает свой (субъективный) регулирующий и управляющий фактор – «информация об информации». Благодаря этому поведение сложноорганизованной системы определяется не только актуальным взаимодействием и предшествующими причинами, но и будущим, представленным в прогнозе ситуации, внутренней целевой установке, идеальном конечном результате (идеале).
Представление о внутренней детерминации раскрывают понятия целесообразности, целеполагания, целевой причины. В науке конца века фундаментальное значение приобретает понятие рефлектирующей системы, принципом организации и самоорганизации которой выступает цель, внутренняя установка, ее оценка и осмысление (рефлексия).
Современная наука выделяет информационные процессы в качестве фундаментальных процессов, наравне с физико-химическими. С этой точки зрения информация составляет главный ресурс не только общества, но лежит в основании
всего сущего. Например, в качестве фундаментальных характеристик физического вакуума современная наука рассматривает его информационные характеристики.
Исходные мировоззренческие положения информационной парадигмы в современном естествознании определяются положениями об универсальности информационных процессов и фундаментальности единства материи– энергии–информации в основании наблюдаемого мира и его эволюции.
Эти положения создают концептуальную базу в построении новой
«информационной картины мира» в конце XXв. В стремлении создать единую теорию универсума современная наука (в частности физика) приходит к представлению об универсальном поле сознания, к описанию характеристик которого можно применить аппарат квантовой механики.103 В концепции Семантической Вселенной Л.В.Лескова за исходное берется понятие универсального оператора смысла (аналог сознания) и информация, содержащаяся в знаке. Антиэнтропийная направленность универсального оператора (сознания) может проявиться только в том случае, если существует внешний по отношению к нему источник негэнтропии в виде информационного поля. В концепции Лескова - это состояние физического вакуума, названное мэоном. В мэон-био-компьютерной концепции (МБК- концепции) Л.В.Лескова информационные качества системы, в частности физического вакуума, получают базовое мировоззренческое значение. Объяснение механизма эволюционной динамики связывается с семантическим давлением на систему, способным вызвать ее разрушение.104
В концепции «Биоэнергоинформатики» В.Н.Волченко постулируются три проявления Вселенной: информация (сознание), энергия (материя), смысл. В этой модели Вселенной, наряду с информационно-энергетическим пространством, существует семантическое пространство, в котором заложены все смыслы эволюции. Все системы несут информацию и могут рассматриваться как живые, обладающие неким эквивалентом сознания. Информационно-энергетическое пространство Вселенной образует Мир Сознания, единый для вещественных и чисто информационных систем. Потенциальный информационно-энергетический барьер, существующий между вещественным и «тонким» миром преодолевается благодаря
«туннельному эффекту». Понимая информацию как структурно-смысловое разнообразие, которое может быть не проявленным, проявленным и
 |
103 Московский А.В. Платон, Флоренский и современная наука // Сознание и физическая реальность. 1996.№1- 2.С.33-41. Джан Р.Г., Данн Б.Д. Границы реальности. Роль сознания в физическом мире. М.1995. Сафронов И.А. Человек. Вселенная. Время. СПб.1997.
104 Лесков Л.В. На пути к новой картине мира // Сознание и физическая реальность. 1996. Т.1. №1-2. С.42-54.
отраженным, автор проецирует на нее принцип Троицы: соответственно - Абсолют, Логос и Дух.105
Информационные модели объяснения распространяют представление об информационной причинности на все явления микро-, макро- и мега мира, а также на все биосферные, химические, психические, сознательные, культурные и социальные явления. На этой базе утверждается информационная парадигма, выступающая в качестве концептуальной основы новых проблемных областей исследования, в частности, в теоретической биологии, биохимии, биофизике.
Под информационной причинностью понимается закономерность действия системных требований, которая имеет кодовый характер и проявляется в запуске последовательности действий (или программы действия), приводящих к определенному результату. Суть информативного кода нормирование некоторого потенциального жизненного пространства системы. Такого рода системная причинность, выраженная кодом, указывая неявные границы действий, задает параметры самоопределения системы.
Распространение информационного подхода связано с введением новых общенаучных концептов, обладающих эвристическим потенциалом. Представление об информационных качествах системы связано с определением потенциальных возможностей ее адаптации, т.е. ее жизненного горизонта. Предпосылкой такого представления служит взаимосвязь системы со средой. Сложная динамическая системы (в частности биосистема) всегда погружена в некую жизненную среду (не только природную, но и информационную). Ситуативная связь с жизненной средой жизни и ее регуляция выражается понятиями адаптации и целесообразности действия. Более узко информационные качества системы соотносятся с количеством снятой неопределенности, что может быть выражено математически.
Информационный процесс понимается как некий обобщенный процесс, предполагающий выбор. Динамика такого процесса предполагает формирование структур подобных знанию в качестве базы прогнозирующего целесообразного адаптивного действия. Выбор – это не сам процесс, а его завершение, результат действия. По традиции в естествознании процесс понимается как изменение системы во времени. Не каждый процесс завершается выбором, поэтому информационные процессы характерны только для определенного класса систем и процессов.
|
105 Волченко В.Н. Принятие Творца современной наукой // Сознание и физическая реальность. 1997. №1. С.1-7.
Информационная система – система, способная воспринимать, запоминать, генерировать макроинформацию, извлекать ценную информацию и использовать для достижения своих целей.
Выбор, который не запоминается системой, соотносится с понятием микроинформации. Выбор, который запоминается и становится базой для генерации новой информации, для прогноза и саморегуляции системы, – с понятием макроинформации. 106
Информационная среда в широком смысле соотносится с объективным существованием пространства потенциального выбора действий (потенциальных возможностей в прогнозировании действия). Информационные среды могут быть внешними и внутренними. Иерархия информационных сред, например, в социальном пространстве предполагает сложную семантику, которая играет ключевую роль в формировании жизненного мира индивидуума. Достаточно просто перечислить семантические (смысловые) уровни, к которым можно отнести архетипы подсознания, культурные смыслы, социальные нормы, языковые традиции, интеллектуальные и профессиональные среды, чтобы убедиться в жизненном значении информационной среды.
Информационная парадигма определяет методологию исследования и обоснования результатов в проблемно ориентированных дисциплинах, соединяющих традиционно различные концептуальные области, предметом которых выступают биологические (и органичные) системы.
Ключевое понятие информация в контексте теории динамических систем (биосистем) определяется как случайный и запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных. Таким образом, под информацией подразумевается только зафиксированная выбором информация.107 Что в известной мере совпадает с представлением о некотором подобии знания и структуре знания, составляющей базовый концепт когнитивного подхода,108 заявленного в области искусственного интеллекта.
|
106 См.: Чернавский Д.С. Синергетика и информация. М., 2004
107 Кастлер Г. Возникновение биологической организации. М.: Мир, 1967
108 Предложен М.Мински в 70-х гг. Термин когнитивный происходит от лат. cogito (мыслю). Когнитивный подход строится на базовом представлении о когнитивных процессах, в основании которых лежат структуры
знания и операции с ними. Общая методологическая платформа для физиологии, нейропсихологии, лингвистики, антропологии, информационной технологии во взгляде на когнитивный процесс – представление о некоторой единой архитектуре поведения человека, животного, машины, основание которой связывается с обработкой информации.
7. Синергетическая парадигма: истоки и методологические принципы
Теоретические и экспериментальные основания синергетики.
Начиная с 50-х гг. ХХв. внимание ученых различных отраслей естествознания привлекают процессы самоорганизации в сложных системах, наблюдаемые не только в живой природе, но также на уровне химическом и физическом (в виде самопроизвольно возникающих структур и периодических процессов - автоколебаний).
В 1951г. советский химик Б.П.Белоусовым установил особые закономерности в автокаталитических химических реакциях: строгую периодичность смены цвета в процессе определенной окислительно- восстановительной реакции, которую можно было проверять по часам. Периодичность изменения цвета, говорила о периодическом чередовании промежуточных продуктов реакции. В 60-х гг. биофизик А.М.Жаботинский объяснил механизм реакции Белоусова, исследовав сходные химические реакции. Периодичность возникновения промежуточных продуктов химических реакций указывала на сходство протекания таких химических реакций с автоколебаниями, характерными для различных физических (механических, электромагнитных) систем и биологических ритмов.
В теории автоколебательных процессов 109 было введено понятие
«автоволны» (академик Р.В.Хохлов - 1926-1977), обозначавшее особый род волн, автоматически поддерживающих свои физические параметры за счет среды, в которой они распространяются. Теория автоколебаний нашла применение в нейрофизиологии. В частности, нервный импульс, который бежит без затухания по длинному (до 1,5 м) тонкому нервному волокну (диаметром менее 0,025 мм), представляет собой пример автоволны.110
В 60-х гг. выдвигается концепция автокатализа в химии (А.П.Руденко), объясняющая способность катализаторов к собственному структурному совершенствованию в ходе химической реакции. Это оказывается возможным за счет энергии базовой химической реакции в случае открытой системы. При своевременном отводе отработанной энергии и усвоении свежей энергии
|
109 В отечественной науке в середине века разрабатывалась школами академика Л.И.Мандельштама (1873-1944) и академика А.А.Андронова (1901-1952).
110 По такому же принципу работают сердце и головной мозг. Обработка информации в коре головного мозга происходит на уровне взаимодействия между автоволнами возбуждения и торможения, которые охватывают обширные участки головного мозга. Работа сердца также регулируется волной возбуждения, которая с
периодичностью в секунду распространяется по сердцу, вызывая сокращение сердечной мышцы. Волна возбуждения связана с временным уменьшением разности электрических потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны сердечных клеток, которая регистрируется на электрокардиограмме в виде периодического всплеска.
базовой химической реакции каталитическая система поэтапно совершенствуется (эволюционирует).
Исследуя поведение органических макромолекул на уровне неживых, доклеточных структур, микробиолог М.Эйген установил закономерности усложнения организации макромолекул на предбиологическом уровне, к которым применимо понятие естественного отбора и применил термин самоорганизации в описании наблюдаемых процессов.111
Одной из предпосылок возникновения нового направления в исследовании сложных систем, несомненно, послужили работы в области кибернетики, где еще в 50-х гг. XXв. была поставлена задача создания самосовершенствующихся автоматов. Найти решение тогда не удалось, но начало исследованию проблемы самоорганизации в широком междисциплинарном контексте было положено. Исследуя диффузионные процессы, Н.Винер совместно с биологом А.Розенблютом рассмотрел задачу о радиальном несимметричном распределении концентрации в сфере. Английский математик А.Тьюринг предложил модель структурообразования (морфогенеза) в виде системы двух уравнений диффузии с дополнением, которое описывало реакции между возникающими структурами («морфогенами»). А.Тьюринг показал, что в реактивной диффузионной системе (обменивающейся со средой энергией) может существовать неоднородное распределение концентраций, которое периодически меняется в определенные промежутки времени. Непрерывная модель самовоспроизведения автоматов Дж. фон Неймана также основывалась на нелинейных дифференциальных уравнениях в частных производных, описывающих диффузионные процессы в жидкости.
В области физики процессы самоорганизации сначала исследовались в связи с изучением турбулентности и созданием новой лазерной техники. Союз математиков и физиков в отечественной науке опирался на достижения первой половины века в развитии математических методов нелинейной динамики (А.М.Ляпунов, Н.Н.Боголюбов). К проблеме самоорганизации приводили исследования неравновесных структур плазмы в термоядерном синтезе, разработка теории активных сред, биофизические исследования. В 60-х гг. процессы самоорганизации исследовались в рамках отдельных дисциплин (химии, биологии, физики), между которыми ученые не видели связей. В 60-
70 гг. была создана теория турбулентности (А.Н.Колмгоров, Ю.Л.Климонтович). За теорию генерации лазера группа ученых (Г.Б.Басов, А.М.Прохоров, Ч.Таунс) получила Нобелевскую премию.
|
111 Эйген М., Шустер П. Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул. М.: Мир, 1982.
В следующем десятилетии предметом анализа становится аналогия процессов самоорганизации в системах различной природы. Шаг к концептуальному обобщению в объяснении процессов самоорганизации был сделан в 70-х гг. Группа бельгийских ученых во главе с И.Пригожиным сопоставила реакцию Белоусова-Жаботинского с абстрактной моделью самоорганизации английского математика и кибернетика А.Тьюринга и выдвинула собственную теоретическую модель самоорганизации физических и химических систем. Источник процесса самоорганизации И.Пригожин связал со случайными неоднородностями (флуктуациями, микрочастицами, микросредами), которые до некоторых пор гасятся силами внутренней инерции. Нарастание случайных микрофлуктуаций ведет к состоянию внутреннего хаоса в системе. Но когда в систему с хаотическим состоянием поступает достаточно большое количество внешней энергии, то возникают определенные макроскопические конфигурации (или моды), представляющие собой коллективные формы поведения множества микрочастиц. Среди возникающих мод происходит отбор наиболее устойчивых.
Следующий и самый решительный шаг в становлении общей науки о самоорганизации сделал немецкий физик Герман Хакен, выделивший особое значение коллективных процессов в организации поведения всех сложных систем. Общность и значение этих процессов для самоорганизации сложной системы он и подчеркнул введенным термином «синергетика» (συνεργέτυκός – греч. совместный, согласованно действующий). В Штутгартском Институте синергетики и теоретической физики Профессор Г.Хакен объединил усилия большой международной группы ученых, создавших серию книг по синергетике.
Исследуя согласованные процессы в различных физических и химических системах, Г.Хакен подчеркнул фундаментальную роль коллективного поведения подсистем в процессе самоорганизации – возникновении новой устойчивой неравновесной структуры. Переход системы от неупорядоченного (хаотичного) состояния к упорядоченному, по мнению Г.Хакена, происходит за счет совместного, синхронного действия многих образующих ее элементов. С этого времени синергетика ассоциируется с теорией самоорганизации.
Под самоорганизацией понимается возникновение упорядоченных структур и форм движения из первоначально неупорядоченных,
нерегулируемых форм без специальных, упорядочивающих внешних воздействий.112
Новое направление в естествознании, возникшее в 80–90-х гг. XXв., в качестве основного предмета исследования выделило поиск общих закономерностей согласованного поведения сложных систем различной природы. Системный подход, ставший к этому времени традиционным, претерпевает существенные изменения. В отличие от кибернетики, исследующей саморегуляцию в равновесных сохраняющихся системах на основе отрицательной обратной связи, в новом направлении главный акцент ставится на положительной обратной связи, выводящей систему из состояния равновесия, и механизмах возникновения нового упорядоченного состояния.
В современной литературе синергетику часто определяют как науку о самоорганизации в системах, далеких от равновесия. Такие системы характеризуются нелинейностью (процессы в них описываются математическими уравнениями второй и третьей степени), открытостью (способностью за счет обмена энергией удерживать состояние вне термодинамического равновесия).
В конце века синергетика как общая теория самоорганизации становится популярным научным направлением, ориентированным на исследование связей между структурными элементами, которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химических и др.) благодаря интенсивному обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях. Особый понятийный аппарат синергетики разрабатывается на базе физической химии и термодинамики, математической теории случайных процессов, нелинейных колебаний и волн. В современной литературе синергетика определяется как одна из фундаментальных теорий постнеклассической науки, изучающая поведение сложных нелинейных систем.113
Теория самоорганизации
Источниками теории самоорганизации, изучающей единый алгоритм перехода от менее сложных и неупорядоченных состояний к более сложным и упорядоченным - стали работы в области математической теории катастроф (Р.Том, В.И.Арнольд), неравновесной термодинамики (И.Пригожин), согласованных (когерентных) процессов в физике (Г.Хакен).
Математическая теория катастроф была сформулирована в 70-х гг. XXв. По влиянию на умы появление этой системы в математике и науке
|
112 Новое в синергетике. Загадки мира неравновесных стуруктур. М.,1996, с.61.
113 Лебедев С.А. Философия науки: Словарь основных терминов. М., 2004. С.225.
сравнивается с переворотом, вызванным введением дифференциального исчисления. В три последних десятилетия века теория катастроф с успехом применялась в естествознании, технике, экономике, лингвистике, психологии, социологии. Наиболее эффективно - в обосновании хлопков упругих конструкций, в теории опрокидывания кораблей.
Основной предмет теории катастроф – ситуации, когда небольшие постепенные изменения ведут к неожиданному резкому, непредсказуемому поведению системы. Термин «катастрофа» связывается именно с такими скачкообразными изменениями, возникающими при плавно меняющихся параметрах. В теории катастроф разрабатываются методы факторного анализа. Математические модели критических ситуаций, которые были построены на этой основе, выявили зависимость поведения системы в критических ситуациях от ее предыстории (явление «гистерезиса»). Факторный анализ, позволил анализировать поведения системы режиме неожиданно возникающего беспорядка.114
Теория катастроф выделила нелинейность в качестве фундаментальной характеристики поведения сложной системы в критической ситуации, ввела в оборот понятие бифуркации (bifurcus - лат. раздвоенный). Содержание этого понятия в математике определено изменением числа (или устойчивости) решений уравнений определенного типа для модели, описывающей систему при изменении управляющих параметров. В точке бифуркации система имеет разные ветви решений, и как бы совершает «выбор», который определяет ее дальнейшую эволюцию. Этот «выбор» не зависит от случайных, непредсказуемых факторов.
Теория неравновесных процессов в термодинамике сформулирована бельгийским ученым Ильей Романовичем Пригожиным (1917-2003), Нобелевским лауреатом 1977г. в области физической химии. И.Пригожин с группой сотрудников исследовал процессы в незамкнутых системах, обменивающихся с окружающей средой веществом и энергией. Его теория сформулирована на экспериментальном материале исследования фазовых переходов. Отправным пунктом в исследованиях Пригожина стала чувствительность неравновесных фазовых переходов к конечным размерам образца, форме границ и другим факторам, в отличие от обычных фазовых переходов.
Само представление о равновесии сложной системы в физике конца века претерпело изменение. С точки зрения молекулярно-кинетической теории в замкнутой изолированной системе положению равновесия отвечает состояние с высокой энтропией, равнозначное состоянию максимального хаоса (в смысле броуновского движения частиц). Сложная система, двигаясь к так
|
114 Арнольд В.И. Теория катастроф. М., 1990.
понимаемому равновесию (состоянию с максимальной энтропией), не всегда его достигает из-за ограничивающих условий, которые могут быть постоянными, а могут изменяться. Если ограничения постоянны (например, определенная температура на границах), то переменные состояния системы стремятся к независимым от времени величинам, достигая квазистационарного или стационарного состояния. Такие состояния сложной системы Л. фон Берталанфи назвал текущим равновесием.
В сложной системе процессам, нарушающим текущее равновесие, противостоит внутренняя релаксация (восстанавливающий, возвратный процесс). Если возмущающие процессы менее интенсивны, чем релаксационные, то говорят о локальном равновесии (существующем в малом объеме), которое может возникать независимо от состояний других частей системы. Идею локального равновесия И.Пригожин иллюстрировал на примере газа, находящего между плоскостями, нагретыми до 100 С и 0 С. Поскольку процесс теплопередачи происходит медленно, газ находится в неравновесном состоянии, но где-то найдется малая область локального равновесия газа.