САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИЧИННОСТЬ

Украинцев Б. С.

Взаимодействие объектов в неживой природе со-

36

вершается в соответствии с принципами наименьшего действия и наибольшей вероятности. Согласно первому принципу, для данного класса сравниваемых движений материальной системы действительным будет то движение, которое вызывается наименьшим значением физической величины, называемой действием. Этот принцип можно переформулировать как принцип наименьшей работы, которая затрачивается на действительное движение системы.

Так, например, ручей прокладывает себе русло только по такой траектории, которая связана с наименьшей затратой работы при

стоке воды. Электрический разряд в воздухе (молния) происходит по траектории, следующей в направлении наименьшего электрического сопротивления, там, где воздух больше всего ионизирован, и т. д.

Согласно второму принципу (наибольшей вероятности), все физические закрытые системы переходят от статистически менее вероятного состояния к более вероятному состоянию, т. е. от большей упорядоченности и организации к меньшей упорядоченности. При этом уменьшается та доля энергии системы, которая может быть превращена в работу. Происходит необратимый процесс «обесценения» энергии, выражаемый ростом физической энтропии в соответствии со вторым началом термодинамики.

Оба эти принципа неприменимы для описания взаимодействия элементов самоуправляемой системы, самоуправляемых систем с внешней средой и друг с другом, если рассматривать процесс в целом. Если же брать отдельные элементы процесса самоуправления, то они могут быть описаны при помощи физических понятий, в том числе и упомянутых принципов.

Так, например, сидящая на нижней ветви ели белка, увидев у подножия соседнего дерева гриб, вместо того чтобы спуститься на землю и побежать за ним

37

кратчайшим путем, предпочитает взобраться повыше, а затем, перепрыгнув на ветви соседнего дерева, спуститься за добычей. Каждый элемент поведения белки может быть описан в строгом соответствии с физическими законами: столько-то калорий было затрачено на подъем, столько-то единиц силы было приложено, чтобы придать необходимое ускорение при прыжке, и т. д. Однако ответить на вопрос, почему белка совершила такой неэкономичный путь, почему она сперва перешла от более вероятного к менее вероятному состоянию, одна только физика не в состоянии.

При физическом взаимодействии объектов между ними происходит обмен вещества и энергии. При взаимодействии с внешней средой самоуправляемая система тоже участвует в обменных процессах. Однако характер таких обменных процессов уже иной. Все самоуправляемые системы принадлежат к классу открытых систем '. Они активно извлекают из внешней среды энергию в большем количестве, чем это необходимо для компенсации роста энтропии, обусловленного необратимыми процессами внутри самоуправляемой системы. Тем самым они обеспечивают регулярное взаимодействие своих элементов и подсистем.

Использование энергии внешней среды позволяет самоуправляемым системам быть в некотором смысле антиэнтропийными. За время существования таких систем их энтропия поддерживается на одном уровне или даже временами уменьшается, если система достаточно высоко организована и способна к прогрессивному развитию.

Так как самоуправляемые системы неизбежно изнашиваются, тенденция роста энтропии в конце концов одерживает верх над тенденцией уменьшения энт-

1 Л. Берталанфи. Общая теория систем: критический обзор — «Исследования по общей теории систем». М., 1969, стр. 37.

ЗЯ

ропии.

Антиэнтропийный характер самоуправляемых систем не вступает в противоречие со вторым началом термодинамики, так как при функционировании этих систем в роли подсистем более общих систем (среда — самоуправляемая система) второе начало распространяется и на них. Энтропия более общей системы, включающей в себя в качестве своих подсистем внешнюю среду и самоуправляемые системы, всегда возрастает.

При взаимодействии с внешней средой самоуправляемая система в целом и некоторая часть ее элементов переходят от менее вероятных состояний к более вероятным в каком-то отношении состояниям. Для того чтобы процесс самоуправления не прерывался, самоуправляемая система должна возвращаться к маловероятным состояниям. Для этого она использует энергию внешней среды, затрачивая ее для перевода некоторой части своих элементов и подсистем в маловероятные состояния.

Если рассматривать самоуправляемую систему в целом, то возобновление и поддерживание маловероятных состояний ее элементов является ведущей тенденцией процесса самоуправления. С исчезновением этой тенденции самоуправляемая система разрушается и превращается в скопище простых физических систем. Эту особенность самоуправляемых систем А. Сент-Дьердьй показал на примере различий между живыми и физическими системами и соответственно между биологическим и физическим подходами к вопросу: «Биология — это наука о невероятном, и я думаю, что в принципе для организма существенны только статистически невероятные реакции. Если бы метаболизм осуществлялся в результате ряда вероятных и термодинамически спонтанных реакций, то мы сгорели бы и вся машина остановилась бы, подобно часам, лишенным регулятора. Реакции контролируют-

39

ся тем, что они статистически невероятны и могу г происходить только благодаря специфическим механизмам, способным обеспечить их регулирование. Таким образом, в живом организме становятся возможными реакции, которые кажутся физику невозможными или, во всяком случае, невероятными» '.

Способность самоуправляемых систем переходить в маловероятные состояния обеспечивает им получение большого числа степеней свободы и благодаря этому высокую активность и маневренность, на много порядков превышающих активность физических систем. Активность последних не выходит за рамки динамизма ответной реакции на внешние воздействия. Такая реакция в основном определяется интенсивностью воздействия внешнего фактора, хотя по форме она во многом зависит от внутренних особенностей реагирующего объекта. Реакция физической системы сводится к противодействию внешнему для нее действию.

Если реакция физических систем непосредственно зависит от характера внешних воздействий, то активное поведение самоуправляемой системы относительно независимо от внешней среды и в большей мере определяется имманентными законами системы.

Переход самоуправляемой системы в другие состояния опосредованно зависит от изменений внешней среды. Самоуправляемые системы изменяют свое состояние таким образом, чтобы сохранялись их целостность и определенность как функционирующих систем.

Одним из ведущих принципов самоуправления является принцип активного самодвижения на основе регулярного воспроизводства маловероятных состояний системы, и ее элементов за счет извлекаемой из внешней среды энергии.