Является ли метаэволюция Вселенной запрограммированным и целенаправленным процессом?

Гринченко С.Н. (sgrinchenko@ipiran.ru ) Институт проблем информатики РАН

Оглавление

Введение.................................................................................................................................164

1.Общие положения.............................................................................................................165

2.Метаэволюция неживой природы....................................................................................167

3.Метаэволюция живой природы........................................................................................170

4.Метаэволюция «человеко-искусственной» природы.....................................................177

5.Сравнительный анализ особенностей метаэволюции неживого, живого и социально-технологического...................................................................................................................192

Заключение.............................................................................................................................193

Литература.............................................................................................................................194

Перечень введённых аббревиатур:

вПАЛЕО - верхне-палеолитический; нПАЛЕО - нижне-палеолитический; КОМП -компьютерный; КОСМ - космический; МИАПО - механизм иерархической адаптивной поисковой оптимизации; НЕО - неолитический; ПРОМ - промышленный.

Введение

Делая попытку провести сравнительное изучение истории Вселенной с момента так называемого «Большого взрыва» (происшедшего, как считают, около 13,7 млрд. лет назад), истории Живой природы с момента образования Земли (как считается, около 4,6 млрд. лет назад), и, наконец, - истории Человечества (т.е. последние несколько миллионов лет), невольно задаешься вопросом: а есть ли у этих столь разных исторических потоков нечто общее? Можно ли, в частности, выделить в этих трёх перманентно развивающихся подсистемах Природы (на первый взгляд столь непохожих) сходные механизмы, формирующие их приспособительное поведение? И если «да» - то какой формальный язык описания (если подобный, достаточно универсальный язык вообще существует) может быть наиболее адекватен этим процессам и механизмам?

Как представляется, существует и описан (см., напр., [1]) подход, в рамках которого ответы на первые два из этих вопросов будут утвердительными. Правда, применим этот подход для описания не всего необозримого разнообразия исторического процесса в полном его объёме, а лишь для моделирования его «каркаса»/«скелета»/«базисной структуры»/«системы реперов» etc. В качестве такого «каркаса» указанный подход рассматривает метаэволюцию - процедуру наращивания уровней/ярусов в соответствующей иерархической системе (в ходе её формирования как таковой). Фактически, этот процесс близок к совокупности метапереходов по В.Ф.Турчину [2]. Сами же такие системы («достаточно высокой» сложности) интерпретируются в данном контексте как системы, имманентно включающие механизмы иерархической адаптивной поисковой оптимизации (МИАПО) (соответствующих целевых критериев энергетического характера) [1].

Подобная интерпретация дает ответ на третий из поставленных выше вопросов, поскольку означает привлечение для описания указанных систем и их приспособительного поведения информатико-кибернетического языка в его сегодняшней развитой трактовке, с соответствующим формальным инструментарием (в области технической кибернетики терминологически четко определенным, математически хорошо

развитым и практически продемонстрировавшим свою эффективность - см., напр., [3-4]). Что само по себе резко расширяет возможности историка-аналитика, давая ему в руки выверенный (пусть и на содержательном материале несколько иной области применения) действительно универсальный инструмент не только качественного, но и количественного анализа изучаемых им процессов и систем. В частности, удается сформировать (смоделировать) не только иерархические поисковые оптимизационные схемы, но и оценить (рассчитать) пространственно-временные характеристики:

•52 структур, последовательно возникающих в ходе метаэволюции неживого,

•13 им подобных, но существенно более сложных структур, характерных для метаэволюции живого, и

•22 еще более усложненных структур, отражающих основные этапы «социально-технологической» метаэволюции Человечества, из которых к тому же успели реализоваться в историческом прошлом и (частично) настоящем лишь примерно 8, а формирование и «расцвет» остальных 14-ти относится к потенциально возможному будущему Человечества...

Ниже дается краткое изложение основных идей и элементов предлагаемого подхода.

1. Общие положения

Под системой Природы будем понимать совокупность 3-х её основных ипостасей -подсистем неживой природы, живой природы и «человеко-искусственной» («Второй») природы. Соответственно последовательный ход процессов развития этих подсистем естественно называть историей неживого, историей живого и историей «социально-технологического».

Важнейшей характеристикой (свойством) системы Природы как целого (и, естественно, указанных подсистем, её составляющих) является иерархичность. То есть актуальна задача выделения в упомянутых исторических процессах таких моментов, которые соответствуют формированию новых иерархических уровней/ярусов в системе в ходе её метаэволюции. Решать эту задачу целесообразно на базе языка описания её «обобщенно-адаптивного» поведения (т. е. приспособления к изменениям не только внешней по отношению к системе среды, но и её внутренней среды) в терминах перманентной работы МИАПО [1,5].

Рассмотрим подробнее возможные этапы метаэволюции Природы, используя именно данный информатико-кибернетический язык её описания. При этом будем иметь в виду, что, в силу единства Природы (тезис, не являющийся чисто декларативным!), многие процессы, на первый взгляд характерные лишь для той или иной её ипостаси, в действительности могут иметь и для других сходную структуру, а также некоторые параметры. Что на данной основе открывает возможность получения новых знаний о той или иной подсистеме Природы. Но предварительно следует хотя бы кратко, конспективно пояснить, что же представляет собой упомянутый выше МИАПО.

Инструментарий информатико-кибернетического моделирования системы Природы, как представляется, позволяет реализовать следующие основные свойства системы Природы:

•S активность (проявление себя как «индивидуальности»);

•S экспансивность (стремление к всё большей своей протяжённости в пространстве); •S структуризуемость вплоть до иерархизации (возникновения в ней подсистем,

отграничивающих каждая свою внутреннюю среду от своего окружения); •S обобщенную адаптивность (стремление к гармоничности, т.е. к согласованию внутренних интересов подсистемы с потребностями её внешнего окружения). Математически этот инструментарий выражается итеративными соотношениями, с которыми желающие могут ознакомиться, напр., в [1]. Но в данной публикации, для

наглядности и ориентируясь на интересы «более гуманитарно» ориентированного читателя, его лучше представить графически, с помощью ряда простых и наглядных схем.

Простейший вариант такой схемы приведен на рис.1 а. На тот факт, что это именно иерархический контур поисковой оптимизации, обращают внимание два показателя:

ЭЛЕМЕНТ (N + 1)-ro ЯРУСА В ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

размер L

At - поисковая приспособительная активность

Кт -целевой

критерий

ЭЛЕМЕНТЫ N-го ЯРУСА

В ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

размер г

Рис. 1а. Наипростейшая (предельно вырожденная) схема механизма иерархической поисковой оптимизации

Общие примечания: а) стрелки, направленные вверх, имеют структуру (отражают отношение) «многие - к одному», направленные вниз - «один - ко многим»; б) A, S, P, R - поисковые приспособительные активности; KT, Q, G, H - целевые критерии поисковой оптимизации; П - (системная) память.

сотни микросекунд

S

Над-организменные уровни интеграции биосистем

S часы

сутки Q

МНОГОКЛЕТОЧНЫЙ ОРГАНИЗМ

месяцы (~1 год) и более

метры

rчасы

минуты И_

Органы

дециметры

декасекунды

Ткани

миллиметры

минуты

ры

S

секунды

декасекунды Q ,

СЛОЖНЫЕ КЛЕТКИ

дека-сутки

гг

сутки J П

часы П

санти-\ секунды

]J_P_

сотни микрометров

деци-секун ды

R

се-кун-ды

деци-секунды

санти-секунды

минуты

G^O Q^O П

Суб-клеточные уровни интеграции N биосистем

Рис. 1б. Упрощенная схема фрагмента механизма иерархической адаптивной поисковой оптимизации живой природы

а)характерное время t изменения поисковой активности At , проявляемой элементами N -го яруса в иерархии системы, много меньше характерного времени T реакции на эту активность - изменения целевого критерия KT , задаваемого соответствующим элементом (N +1)-го яруса: t << T ;

б)характерный размер l элементов N -го яруса в иерархии системы много меньше характерного размера L соответствующего элемента (N +1)-го яруса: l << L .

Поскольку элемент ( N +1)-го яруса состоит из элементов N -го яруса, образуя тем самым элементарную иерархическую конструкцию, приведенные соотношения достаточно очевидны.

Избегая деталей, сущность работы схемы рис. 1 а сводится, вообще говоря, к следующему. На каждом временном такте оптимизационного процесса в иерархическом контуре все элементы N -го яруса активно «ведут себя», т.е. генерируют некий вектор («пучок») поисковых влияний на элемент (N +1)-го яруса (т.е. на всю совокупность себе подобных и себя в том числе). Последний реагирует с вполне определенной инерционностью (т.е. на некоторую последовательность временных тактов элементов N -го яруса), генерируя соответствующее изменение своего целевого критерия. То есть выдает тем самым на все элементы, его составляющие, сигнал типа «комфорт»-«дискомфорт» (энергетического характера). И если выдан сигнал «комфорт» -предыдущая активность каждого из элементов N -го яруса может быть продолжена «в том же духе», на неё не оказывается «сверху» никаких специальных управляющих воздействий. Но если выдан сигнал «дискомфорт» - подобное воздействие как раз и