Текст книги "Диалоги"

Автор книги: Станислав Лем

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 32 страниц)

Во всех без исключения процессах, происходящих в природе – как в звездах, так и в скоплениях атомов, – мы в основном наблюдаем увеличение беспорядочности, возрастающую дезорганизацию энергии. Летящему метеору присуща определенная внутренняя упорядоченность, которая выражается в том, что все его частицы движутся в одну сторону. Когда этот метеор упадет в ванну с водой, организованная энергия его направленного движения превратится в беспорядочное, хаотичное тепловое движение частиц, что проявится в закипании воды. О таком явлении мы говорим, что кинетическая энергия упорядоченного движения превратилась в энергию хаотического теплового движения. Так вот, в этом явлении чрезвычайно важна его необратимость. Невозможно, чтобы произошло нечто обратное, то есть чтобы вода, нагретая в ванне до температуры кипения, остыла, одновременно выбрасывая вверх метеор (или какое-то другое тело). Раз приведенные в состояние хаотического теплового движения частицы уже не способны преобразовать свою энергию в организованную энергию направленного движения метеоритной глыбы. Во всей природе мы наблюдаем постепенную дезорганизацию энергии, увеличение беспорядка, а мерой этого явления как раз и является энтропия. Стакан, брошенный на землю, разбивается: энергия упорядоченного движения переходит на низший уровень организации. Произошло нечто необратимое, ибо предоставленные сами себе осколки никогда не сложатся в целый стакан. Второй закон термодинамики обобщает это явление, глася, что энтропия замкнутой системы, предоставленной самой себе, может только возрастать, но не уменьшаться. Это означает, что наиболее естественным и привычным в природе является рост хаотичности, энергетическая дезорганизация, и именно поэтому спонтанно происходят лишь необратимые процессы. Газ, заполнивший под давлением сосуд, тут же расширится и рассеется, если этот сосуд открыть, – тем самым уменьшится энергетический порядок его частиц. Нагретые тела остывают, поскольку большее количество тепла характеризует большую энергетическую упорядоченность системы, а путь в природе ведет от порядка к хаосу, от организации к дезорганизации. Термодинамика отвечает на наш вопрос, какова вероятность появления некоего состояния, причем вероятен всегда и только рост хаотичности. Так вот, возвращаясь к кибернетике, – информация является противоположностью энтропии. В то время как энтропия есть мера беспорядка, информация – мера упорядоченности. Энтропия представляет наиболее вероятный ход явлений, информация же – мера процессов наименее вероятных, в том смысле, что информация, вложенная в определенную систему, самопроизвольно возрастать не может. Информацию, заключенную в замкнутой системе, можно уничтожить, но, раз уничтоженную, ее нельзя в этой системе воссоздать.

ГИЛАС. Как это – нельзя воссоздать информацию? Если еще раз собрать необходимые данные...

ФИЛОНУС. Я сказал: в замкнутой системе. Если эта система контактирует с окружением, дело обстоит иначе. Предоставленные сами себе, отрезанные от внешнего влияния, все системы, будь то планеты, горы или туманности, характеризуются с течением времени постоянным возрастанием дезорганизованности частиц, разложением структурного порядка, причем пределом этого процесса будет максимальный рост энтропии, которому соответствует полный беспорядок материи и энергии, иными словами – рой атомов, вообще не упорядоченных, перемешанных случайным образом. Противоположное явление, то есть самопроизвольный рост внутреннего порядка, будет в высшей степени невероятным. Разрушенные эрозией скалы не поднимутся сами из осыпей и не станут скалами, упавшие метеоры не взовьются обратно к звездам, разбитые кристаллы не восстановятся без притока внешней энергии (солнечной, например). И хотя явление роста энтропии подтверждается в туманностях и среди звезд, на небе и на Земле, однако существуют системы, которые создают видимость выпадения из этой общей закономерности.

ГИЛАС. Ты имеешь в виду наши тела?

ФИЛОНУС. Да. Ведь оплодотворенная яйцеклетка находится на более низком уровне, чем тот зрелый организм, который из нее развивается. Однако же организм возникает именно из частички белковых соединений, представляющей собой зиготу. Создается впечатление, что жизненные процессы идут «против течения» всех процессов природы в том смысле, что за пределами живых систем мы наблюдаем в природе одно лишь возрастание беспорядка, распад, уничтожение, упрощение структур, в то время как все протекание биологической эволюции представляет собой обратное явление: непрекращающееся уменьшение энтропии в пределах последующих организмов, которые более сложны, чем родительские формы.

ГИЛАС. Это явление вовсе не опровергает второго закона термодинамики, Филонус. Ведь известно, что живые организмы не являются изолированными системами, напротив, они живут именно благодаря окружению, поскольку их рост и развитие происходят за счет снижения уровня организации потребляемых ими продуктов. Звери питаются растениями, растения, в свою очередь, используют для синтеза собственных тканей энергию солнечных лучей, которая в результате подвергается дезорганизации, так что общий термодинамический баланс по-прежнему характеризуется возрастанием энтропии.

ФИЛОНУС. Ты прав, однако общий термодинамический баланс, подтверждающий правильность второго закона термодинамики, ни в малейшей степени не объясняет явления жизни. Подумай вот о чем: определенный механизм, определенная машина может воспроизвести только определенный механизм или же объект, структурно более простой, чем он сам. Попросту говоря, машина, производящая ботинок, более сложна, чем этот ботинок, машина для изготовления гвоздей более сложна, чем гвоздь, и так далее.

ГИЛАС. Всегда ли она должна быть более сложной? Мне кажется, сложность того, что производит, и того, что производится, может быть одинаковой. Возьми, к примеру, штамповочный механизм и отливку, им произведенную.

ФИЛОНУС. Всегда, всегда более, друг!

ГИЛАС. Но подожди-ка. Ведь на относительно простой машине, например токарном станке, можно изготовить очень сложный предмет.

ФИЛОНУС. Никогда. Более простая машина лишь тогда способна изготовить предмет более сложный, чем она сама, когда ее направляет человек, а в этом случае в расчет берется уже машина плюс человеческий мозг, то есть плюс вся его структурная сложность, равной которой в Космосе не существует.

ГИЛАС. Ну хорошо, а электронная счетная машина, которая выполняет невиданно сложное задание? Разве это задание не может быть структурно более сложным, запутанным, чем она сама? Правда, не представляю себе, как, собственно, измерить эту разницу в «запутанности»?

ФИЛОНУС. «Запутанность», или «усложненность структуры», в нашем понимании, – просто количество информации, мой Гилас. Счетный автомат может выполнить задание, которое структурно гораздо сложнее его, если мы поместим в него соответствующую инструкцию. Однако эта инструкция является определенной структурой, а говоря точнее – определенной информацией. Таким образом, окончательный баланс обнаружит перевес в сложности в пользу счетной машины, а не в пользу ее продукта – решенного задания. Рассмотрим для большей наглядности простой пример – твою формовочную машину. Штампует она, скажем, человеческие маски с формы. Таким образом форма в процессе штамповки передает глине определенный объем информации, при этом на практике некоторые незначительные детали формы утрачиваются в процессе штамповки, так что продукт (отливка) всегда чуточку менее сложный (обладающий меньшей информацией), чем сама отдельно взятая форма. Это проявление общего закона, по которому в процессе (при передаче) информация может уменьшиться, может подвергнуться упрощению, но сама собой она не увеличится. Это, как видишь, «обратная», кибернетическая, форма второго закона термодинамики, гласящего, что энтропия системы может спонтанно возрастать, но не может самопроизвольно уменьшаться. Однако идем дальше. Так вот, если бы мы процесс штамповки масок продолжили таким образом, что с каждой отливки изготавливали бы новую форму (негатив) и с нее отливали бы следующую маску, потом с этой следующей снова делали негатив (форму) и так далее, то после определенного количества таких повторений мы получили бы в конце концов маски, гораздо менее выразительные, чем исходная форма. Таким образом, мы смогли бы наблюдать постоянную дегенеративную тенденцию, проявляющуюся в том, что в процессе штамповки каждой последующей маски каждый раз утрачивались бы определенные детали рисунка. После многих тысяч операций мы получили бы в качестве отливки просто ком, лишь общим контуром приблизительно напоминающий исходный оригинал – и ни малейшей скульптурной изысканности. Так вот, следует отметить тот замечательный факт, что эта дегенеративная тенденция напрочь отсутствует в процессе, аналогичном рассмотренному, то есть при размножении живых организмов. Если бы подобная тенденция прослеживалась, дети всегда были бы несколько беднее (в смысле организации системы), чем родители, и через несколько поколений возникли бы системы, дезорганизованные настолько, что уже не были бы способны к жизни.

ГИЛАС. Какой же выход из этой дилеммы? Не значит ли это, что законы передачи информации не работают при рассмотрении живых систем, то есть вовсе не объем информации, заключенный в яйцеклетке, обусловливает появление из нее наследственного организма?

ФИЛОНУС. Законы обращения и передачи информации обязательны везде, во всех системах, живых или мертвых, так же как и законы термодинамики. Однако мы считаем, что в процессе эволюции действует некая закономерность, нейтрализующая проявление дегенеративной тенденции. В процессе эволюции проявляется, как нам кажется, феномен, неизвестный в мертвой природе, а именно: преодоление порога минимальной сложности. Что это значит? Это значит, что только ниже определенного уровня сложности системы не могут создавать другие системы, равные по сложности себе. Когда же воспроизводящее устройство превысит этот уровень, то есть достигнет «порога минимальной сложности», тогда оно уже будет в состоянии создавать устройства, равные по сложности себе.

ГИЛАС. Подожди-ка! Недостаточно, чтобы они были по сложности равными родительским. Ведь в процессе эволюции из более простых организмов возникают более сложные. Из этого следует, что при определенных обстоятельствах из меньшего объема информации может возникнуть больший объем, не так ли? Значит, закон кибернетики, утверждающий, что в процессе передачи информация не может возрастать, а может только уменьшаться, – этот закон не действует в процессе эволюции, которая его постоянно опровергает. Что ты на это скажешь?

ФИЛОНУС. Закон кибернетики в процессе эволюции не нарушается. Проблема, признаться, чрезвычайно сложна. Дело обстоит так: организм для рождения более сложного, чем он сам, потомка не создает информацию из ничего, но черпает ее из окружения. Подобным же образом, чтобы не допустить роста внутрисистемной энтропии, организм черпает из окружающей среды средства пропитания, энергетическая дезорганизация которых уравновешивает его термодинамический баланс. Каким образом организм черпает информацию из окружающей среды? В общих чертах мы можем сказать, что это происходит одним из двух способов. Во-первых, есть информация, которую получает из окружающей среды его нервная система. Она служит только данному организму, а не его потомкам, поскольку, как ты знаешь, индивидуальная память о событиях и жизненный опыт не передаются по наследству. Во-вторых, информация получается из окружающей среды непосредственно в процессе рождения и смены поколений.

ГИЛАС. А вот этого я абсолютно не понимаю. Как ты себе это представляешь?

ФИЛОНУС. Чтобы это выяснить, мы должны в двух-трех словах обрисовать второе фундаментальное понятие кибернетики, а именно – понятие обратной связи. Оно означает, что информация о результате воздействия организма на окружение возвращается обратно в организм с тем, чтобы корректировать его последующее действие. Таким образом, обратная связь – это механизм, позволяющий постоянно контролировать результаты деятельности организма или другого устройства, которое благодаря этой связи становится самоуправляемым: оно ведь не действует вслепую и, постоянно корректируя последующие этапы своего развития, может достигать определенной цели. Приблизительности этой формулировки – по крайней мере на данный момент – нам будет достаточно. Когда я протягиваю руку, чтобы поднять с земли вот этот листочек, информация о результатах моего предприятия устремляется по закону обратной связи через глаза в мозг, так что, если я коснусь рукой земли дальше или ближе листа, то, проинформированный об этом зрительным впечатлением, смогу тут же ввести соответствующую поправку для последующих движений. Это, надеюсь, тебе понятно?

ГИЛАС. Да.

ФИЛОНУС. Теперь вернемся к эволюции: здесь тоже действует обратная связь, только не по отношению к тому же самому организму, а к последующему поколению. Организм «воздействует на окружающую среду» тем, что рождает потомка. Если это действие было «целенаправленным» (как ловкое подхватывание рукой листочка), то потомок будет способен существовать в окружающем мире, будет размножаться, создавая последующие поколения. Если же это действие, каковым является потомок, не было «целенаправленным» (как промах протянутой за листочком руки), то окружение, подобно фильтру, «не пустит» потомка дальше, «внесет поправку», заключающуюся в том, что, неспособный к поддержанию жизни, он погибнет. Таким образом, обратная связь в процессе эволюции охватывает жизненный цикл поколений. Организмы последующих поколений, проходящие через «фильтр среды», являют собой положительную обратную связь – эти организмы будут жить и размножаться в дальнейшем. Несоответствующие, то есть неспособные пройти через «фильтр среды», вымирают – чаще всего не в первом же поколении, но после ряда проходов через «фильтр» (т.е. через несколько поколений). Приспособление организмов в процессе эволюции равнозначно смене информации, заключенной в генеративных клетках. Эта информация увеличивается в генных мутациях, причем неподходящую информацию отметает, не пропуская ее дальше, «фильтр», иными словами – совокупность условий окружающей среды. Подавляющее большинство мутаций не позволяет полезной информации возрастать и потому поглощается «фильтром». Только мутации, вызванные полезной информацией (в смысле способности к выживанию в данных условиях), проходят через «фильтр среды». Процесс этот – очень медленный, если учесть, что то, чему в индивидуальной деятельности организма соответствует один управляемый обратной связью акт, в процессе эволюции соответствует одно поколение систем. Однако же эволюция предоставляет организмам достаточно времени: ни много ни мало – около двух миллиардов лет. Откуда же берется в общем балансе эта дополнительная информация, из поколения в поколение закладываемая в хромосомы генеративных клеток тех организмов, которые проходят через «фильтр»? В конечном счете она увеличивается за счет дезорганизации фотонов солнечного света, которые поддерживают и делают возможным существование и развитие жизни на Земле. Ясно ли представляется тебе теперь кибернетическая интерпретация процесса эволюции?

ГИЛАС. Отнюдь нет. Особенно мне не нравится концепция, согласно которой информация, заключенная в гаметах, увеличивается из-за случайности, по воле слепого случая – ведь мутации по сути случайны. Количество информации, содержащейся в генах генеративных клеток, как я читал, более или менее соответствует количеству информации, заключенной в полном издании Британской энциклопедии. Мыслимое ли дело, чтобы эти сорок толстенных томов можно было бы напечатать, швыряя на пол типографские кассы с литерами, прочитывая то, что случайно сложилось, и последовательно уничтожая бессмысленные комбинации? Мне кажется, что, повторяя такой процесс хоть даже миллиард лет, мы бы все равно не смогли напечатать энциклопедию. А ведь именно так, с точки зрения кибернетики, представляется образ эволюции. Впрочем, проблему – то есть вопрос о том, наследственны ли свойства, приобретенные в процессе индивидуальной жизни, или нет – можно разрешить благодаря именно измеримости информации. Можно ведь рассчитать, какова математическая вероятность того, что количество информации, содержащееся в человеческой гамете, возникло за два миллиарда лет под воздействием эволюционной обратной связи в системе «случайные мутации – селекционный фильтр среды». Если подобная вероятность окажется, как я и предполагаю, ничтожной, то придется принять гипотезу о наследовании приобретенных качеств. Другого выхода нет.

ФИЛОНУС. Все не так просто, как ты считаешь, Гилас. С точки зрения статистики, и в том, что касается количества информации, – действительно, здесь наблюдается аналогия между энциклопедией и гаметой, поскольку обе они – «информационные» системы. Однако в динамическом смысле, в смысле внутренних системных закономерностей, это вещи в высшей степени различные и несравнимые. В особенности же несравнимы издание энциклопедии путем случайных сочетаний литер и действие обратной связи эволюционных систем, фильтрующих мутационный разброс генотипа популяции.

ГИЛАС. Почему это? Ведь генетика популяции подчиняется той же математической статистике, которая позволяет рассчитать вероятность составления энциклопедии бросанием литер из наборной кассы на пол?

ФИЛОНУС. Да, но «фильтр среды» действует только в отношении организмов, уже появившихся на свет, а поэтому в феномен входит – в качестве более ранней фазы – развитие зародыша, то есть динамичное высвобождение заряда информации, содержащейся в генах, которая преобразует определенный объем биологического строительного материала в живой наследственный организм. Энциклопедия – это каталог собранных вместе информационных блоков, из которых ни один не влияет ни на какой другой. Изменение же элементов информации (мутация гена) в клетке оказывает порой очень далеко идущее влияние на развитие всего зародыша. Именно потому, что с точки зрения внутренней монолитности, с точки зрения влияния одних информационных элементов на другие, гамета отличается от энциклопедии, нельзя применять одинаковые методы для исследования гаметы и энциклопедии.

ГИЛАС. Мне это непонятно. Что значит «внутренняя монолитность информации» гаметы? Вероятно, ничего – кроме того, что это информация, «посвященная», скажем, только одной задаче, каковой является творение, конструкция организма, в то время как информация, содержащаяся в энциклопедии, не обладает подобным однонаправленным характером. В таком случае давай заменим в нашем рассуждении энциклопедию толстым томом, в котором рассказывается о строительстве, к примеру, атомной электростанции; вот тогда аналогия будет точной, поскольку в обоих случаях мы будем иметь дело с информацией, касающейся только одной проблемы.

ФИЛОНУС. Отнюдь нет, мой дорогой. Учебник сам по себе не построит атомную электростанцию, в то время как зигота сама выстраивает наследственный организм. В том-то и дело, что зигота – нечто большее, чем «инструкция по строительству», – в ней еще хранится каталог обратных связей, ответственных за реализацию постройки. Суть в том, что вокруг плода происходит обращение информации, формирующее его развитие благодаря действию внутренних обратных связей. Даже если бы ты построил электронный мозг, способный преобразовывать введенные в него инструкции в определенные действия, и ввел в него в качестве такой инструкции твой учебник, вырвав предварительно последние двадцать страниц, то этот электронный мозг не справился бы с задачей ввиду недостатка информации. В то время как зародыш, даже поврежденный (если повреждение не слишком серьезное), может переорганизоваться так, что компенсирует увечье и, несмотря ни на что, создаст здоровый и нормальный наследственный организм.

ГИЛАС. А почему зародыш способен компенсировать повреждения, а электронный мозг не сможет восполнить пробелы инструкции?

ФИЛОНУС. Ну, конечно, можно бы сконструировать такой электронный мозг, который был бы способен самостоятельно восполнять пробелы в инструкции (например, если бы для восстановления отсутствующих данных ты бы предварительно провел соответствующие испытания). Однако это было бы устройство намного более сложное, чем то, которое лишь верно и слепо реализует инструкцию. Разница между ними в том, что первый электронный мозг способен к обучению, а второй нет. Поскольку зигота соответствует первому, более сложному мозгу, то мы приходим к удивительному умозаключению, что она способна к обучению. Так оно и есть на самом деле, поскольку зрелый организм представляет собой структуру, гораздо более богатую информацией, нежели зародыш. Эту информацию плод получает в период эмбрионального развития благодаря действию внутренних обратных связей. Происходящая в нем взаимная подстройка структуры, функций и химических реакций постоянно его обогащает информацией как целое.

ГИЛАС. Как-то это все неправдоподобно. Плод учится? Обогащается информацией благодаря обратным связям? Как же это происходит?

ФИЛОНУС. Благодаря распространенной всюду способности реагировать, которую проявляет каждая живая ткань, в том числе (а может, и прежде всего) зародышевая, а также благодаря тому, что эта потенциальная реактивность связана, интегрирована на высшем уровне в комплексе общественных обратных связей. Функции всех тканей и органов развиваются одновременно с ними самими – сердце зародыша, чуть только начнет формироваться, уже бьется; кровь зародыша, пробегая по жилам, стимулирует своим давлением стенки сосудов, они становятся крепче и растут. Коротко говоря: соединение хромосомных генов приводит в действие уровни развития, а не его сухой регламент; оно как бы выпускает на волю табун цепных химических реакций, звенья которых в процессе действия влияют друг на друга, да так, что равнодействующей их влияния становится моделирование, формирование органов, клеток, тканей одновременно с их деятельностью. Таким образом, зигота – это «инструкция построения, способная к обучению», то есть к усвоению в процессе реализации дополнительной, формирующей развитие информации. Значит, мутация представляет собой такое изменение элементов информации, которое отразится на широком фронте «строительных работ», а не на одном только свойстве. Отсюда – хотя и не только отсюда – проистекают трудности математического анализа явления в полном объеме.

ГИЛАС. Ты ничего не сказал о том, что зигота – это система, которая преодолела порог минимальной сложности. Не есть ли это еще одно различие между энциклопедией и генеративной клеткой?

ФИЛОНУС. Ты совершенно справедливо вспомнил о пороге минимальной сложности. Эта гипотеза нам многое объясняет. Во-первых, она объясняет, почему живые существа являются творениями, системами столь немыслимо сложными, почему не могут существовать живые организмы, представляющие строение такого уровня сложности, как, например, обыкновенные механизмы. Это потому, что более простые структуры, подверженные дегенеративной тенденции, вымерли бы через несколько – или через несколько десятков – поколений. Во-вторых, порог минимальной сложности обозначает четкую, измеряемую в физических единицах границу между миром механизмов в классическом смысле (машин) и миром организмов. Обрати внимание, что я не говорю «и миром живых организмов». «Жизнь» в этом случае понятие более узкое, а «организация» – понятие более широкое, включающее в себя и понятие «жизнь». Новая граница, проложенная порогом минимальной сложности, указывает на возможность существования организмов, то есть систем, ведущих себя, как живые белковые системы, но сконструированных из частей, из мертвых элементов. Ты вникаешь в то, что я говорю? В этом смысле «мертвый организм» означает не «труп», а определенную материальную систему, построенную, например, из стекла, серебра или никеля, такой сложности, что порог преодолен и организм способен к самовоспроизводству, к самоналадке регенерации, к сбору и использованию получаемой в процессе жизнедеятельности информации, к устремленности, в конце концов, к определенной цели. Тебе понятно, о чем я сейчас говорил?

ГИЛАС. Не совсем. В первую очередь я не нахожу ничего интересного в том, чтобы заниматься такими «мертвыми организмами», и потом – не вижу никакого смысла, никакой необходимости их конструировать. Далее – я не улавливаю ни малейшей связи между этим «органическим машинным видом» и нашей основной темой.

ФИЛОНУС. Я постараюсь тебе все объяснить – но не сейчас. За время, которое отделяет нас от следующей встречи, проработай, пожалуйста, фундаментальные понятия теории информации, энтропии и порога сложности, на которых, как на нерушимых столпах, мы будем возводить великолепное здание кибернетики.