авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

А.Г. КИРЬЯКО

ЭЛЕКТРОННЫЙ МОЗГ

(его работа и конструкция)

г. Санкт-Петербург

Альфарет

2007

2

УДК 681.513: 004.89:004.3

ББК 22.120, 22.31, 32.813, 87.2

К 43

Кирьяко А. Г.

Электронный мозг (его работа и конструкция). Научное

К 43

издание. – Санкт-Петербург: Альфарет, 2007. - 296 с.

ISBN 978-5-902882-53-4

В книге изложен анализ работы человеческого мозга как электронного устройства для приема-передачи, хранения и переработки информации (другие функции мозга не рассматриваются). Книга состоит из трех разделов.

Первый раздел посвящен анализу мышления. Здесь описана символическая модель, на базе которой строится мыслительная деятельность головного мозга человека, и ее функционирование.

Второй раздел посвящен конструированию электронного мозга. Здесь установлены принципы, позволяющие осуществить функции мозга в том же объеме и качестве, в котором они осуществляются в мозге человека. Предложены электронные схемы, на базе которых функционирует символическая модель, описанная в первом разделе. Разработана одна из возможных программ для моделирования этих функций на компьютере.

Сравнение работы предлагаемых устройств с экспериментальными данными нейрофизиологии животных и психологии человека, которому посвящен отдельный раздел книги, объясняет множество особенностей строения и откликов мозга животных и человека, а также психологических эффектов и особенностей функционирования мозга человека.

Книга написана физиком и, в первую очередь, предназначена для специалистов - физиков и инженеров - в области искусственного интеллекта (ИИ) и конструирования роботов, но также может быть полезна нейрофизиологам и представителям гуманитарных профессий: лингвистам, философам, психологам, и др. исследователям различных сторон работы мозга человека.

© Кирьяко А.Г., ISBN 978-5-902882-53-4 © ООО «Издательство «Альфарет», ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

Предисловие …………………………………………………….… Раздел 1. Мышление Введение ……………………………………………………………… Часть 1. Мозг, сознание и познание Введение ………………………………………………………………. Глава 1. Закономерности эволюции органических и неорганических систем …….…………………………………… Глава 2. Закономерности эволюции сознания …………………….

. Глава 3. Физические параметры эволюции систем ……….……… Глава 4. Реализация процесса познавания ………………………… Часть 2. Язык в его качестве быть средством мышления. Логос Введение ………………………………………………………………….. Глава 1. Язык как система звуковых символов …………………… Глава 2. Происхождение и развитие частей речи с точки зрения отражения ими объективных свойств природы ……………… Глава 3. Язык в качестве основы мышления ……………………... Часть 3. Детерминантная модель природы Введение ……………………………………………………………….. Глава 1. Символическая модель мышления ……………………… Глава 2. Характеристики и их детерминанты ……………………. Глава 3. Формирование детерминантной модели природы ……. Раздел 2. Электронный мозг – принцип действия и устройство Введение. Цель и методы исследования ……………………… Глава 1. Анализ признаков …………………………………………. Глава 2. Принципы записи и воспроизведения информации на адаптивных связях …………………………...…………...… Глава 3. Принципы обучения электронного мозга.……………….... Глава 4. Потактовый способ записи и воспроизведения информации ………………………………………………………. Глава 5. Принципы управления ………………………………………. Глава 6. Переработка информации …………………………………… Глава 7. О материализации электронного мозга …………...………... Раздел 3. Сравнение экспериментальных данных функционирования головного мозга животных и человека с работой электронного мозга ……………… Предисловие Предлагаемая книга представляет собой попытку конструирования электронного устройства, осуществляющего переработку информации подобно тому, как это делает человеческий мозг. Поэтому в дальнейшем мозг рассматривается только как электронное устройство для приема-передачи, хранения и переработки информации, и другие функции мозга не исследуются.

Уже более полувека назад успехи развития электронной техники позволили поставить вопрос о моделировании и конструировании устройств, способных осуществлять переработку информации, которая в какой то мере подобна переработке информации в мозге животных и человека. К ним относятся разнообразные устройства искусственного интеллекта (ИИ), моделирующие мозг, а также, в определенной мере, компьютеры. Различие между ними заключается, кратко говоря, в том, что мозг – это устройство на адаптивных связях, а компьютер – устройство на фиксированных связях. Признано, что принципы, заложенные в устройство и функционирование компьютера, не могут позволить работать ему как мозгу. Тем не менее, моделирование адаптивных связей на компьютере вполне возможно, и, более того, это в последнее время стало основным направлением развития разработок в области ИИ. К сожалению, ни одно из направлений не привело еще к окончательному решению проблемы.

Не останавливаясь на анализе истории развития и особенностях известных устройств, хорошо знакомых специалистам, мы отметим только характерные требования к устройствам переработки информации, которые выявились в процессе этих исследований и разработок, и которым, несомненно, должны будут подчиняться любые устройства, моделирующие мозг человека..

Переработка информации требует наличия двух компонент: hardware (кратко, «хард») и software («софт»).

Хард – это, условно говоря, система устройств из твердых материалов. Она должна включать в себя а) устройства памяти – долговременной и кратковременной, б) периферийные устройства для общения устройства с внешним миром: устройства ввода и вывода информации;

в) устройства (каналы) передачи потоков информации между всеми частями харда;

г) центральное логическое устройство переработки информации, системы крепления, связи и пр..

Софт – это система знаков, которые взаимно-однозначно переводятся внутри харда в соответствующие электрические сигналы и циркулируют там в виде электронных импульсов. Для правильного перевода знаков в сигналы существуют правила – «грамматика». Совокупность знаков и грамматика составляют язык общения человека с компьютером. В зависимости от задач и творческого желания исследователя, таких языков (языков программирования) может быть создано бесконечно много. На языках программирования составляются алгоритмы переработки сигналов с целью либо получить на выходе устройства решение какой-либо задачи, либо осуществить регулирование движения различных машин и устройств.

Софт также делится на несколько разных частей, в соответствие с тем, какой отдел харда они обслуживают и какую задачу предназначены решить:

- во-первых, имеется довольно простой, но необходимый раздел софта, который можно назвать «пуск» и «останов» работы харда;

- во-вторых, разделы, диктующие запись информации в память и вывод ее из памяти (кратковременной и долговременной);

- в-третьих, раздел распределения и передачи сигналов по отделам харда в строго необходимом порядке;

- в-четвертых: раздел софта, который обслуживает работу центрального логического устройства харда, является самым сложным, и часто называется алгоритмом задачи. Алгоритмы задач также многочисленны, как и сами задачи, и состоят из множества, частично самостоятельных, разделов (мы не имеем в виду только математические, но любые задачи, встречающиеся в практике человека, например, переработка изображений, звуков и т.п.) Несмотря на то, что между мозгом и компьютером существует существенная разница, почти все указанные выше особенности устройства и функционирования компьютера имеются также и у мозга, как устройства хранения, передачи и переработки информации.

Поэтому мы выделим в нашей книге два основных раздела, которые условно можно назвать: «софт мышления» и «хард электронного мозга», соответствующие софту и харду компьютера. В свою очередь каждый из этих разделов будет состоять из частей и глав, посвященных анализу предмета исследования и построению электронного устройства, работающего аналогично мозгу человека.

(Третий раздел посвящен экспериментальной проверке найденных решений).

Предлагаемые решения полностью соответствуют требованиям, выявленным наблюдениями и экспериментальными исследованиями работы мозга. В частности, решена основная задача, которая до сих пор оставалась без ответа:

показано как должны быть устроены и функционировать адаптивные связи, чтобы обеспечивать в малом объеме огромную память мозга и позволять с большой скоростью осуществлять поиск информации. Предложены схемы анализа, записи и воспроизведения информации. На этой основе показано, как осуществляется процесс переработки информации (т.е. силлогистическое и содержательное мышление).

Предложена программа моделирования адаптивных связей на компьютере, которая дает возможность проверить и оптимизировать найденные решения.

Чтение книги подразумевает знакомство читателя, по крайней мере, с произведениями авторов, чьи имена упомянуты в тексте.

Раздел 1. Мышление Введение Этот раздел книги посвящен изучению всего круга вопросов, который связан с мышлением, как основной деятельности головного мозга человека, играющего роль прототипа электронного мозга. В том числе, здесь:

- выясняется, в чем заключается необходимость и цель мышления как приспособительного механизма, созданного эволюцией для выживания человека;

- осуществляется анализ процесса мышления, как деятельности мозга по получению, записи, хранению и переработки информации;

- анализируется символическая модель природы, которая составляет каркас мышления – язык;

- описываются алгоритмы мышления, выработанные эволюцией и усовершенствованные в процессе развития научных методов;

- выявляются требования к структуре и принципам работы мозга, как электронного устройства, способного осуществлять необходимые операции, составляющие мышление.

Этот анализ позволяет гарантировать правильность выбора элементов и устройств электронного мозга и построить программы, реализующие мышление.

Следует отметить, что смысл некоторых терминов, используемых в этом разделе, может не совпадать с принятыми в философии, языкознании и др.

областях, где они также употребляются. Автор счел излишним перегружать книгу новыми терминами и их определениями, когда существуют близкие по смыслу понятия в соответствующих областях знания. Тем не менее, читателю следует учесть, что все эти термины должны пониматься в приложении к техническим проблемам, которые стоят перед конструкторами электронного мозга, а не в приложении к гуманитарным областям, в которых они используются в настоящее время.

Часть 1. Мозг, сознание и познание Введение Термин «сознание» в отношении его функционирования может быть определен как некоторая символическая модель окружающей действительности, которая складывается в головном мозге человека в процессе познания мира и позволяет правильно взаимодействовать с последним.

Эта часть книги посвящена анализу начал организации сознания в головном мозге человека. Она описывает основные закономерности, диктующие развитие сознание и является в этом смысле аксиоматикой, на которой строится поиск решений, изложенных в дальнейших частях книги. Читателями, которых мало интересуют эти вопросы, часть 1 может быть пропущена без ущерба для понимания результатов следующих разделов книги.

Глава 1. Закономерности эволюции органических и неорганических систем Введение. Упрощение и усложнение систем В данном случае нас будет интересовать развитие не всего организма человека, а только человеческого мозга и его способностей.

В биологической и философской литературе принято под эволюцией понимать прогрессивное развитие, или, другими словами, движение от простых систем к сложным, способным выполнять более многообразные функции, чем предшествующие простые системы. Но в общем случае развитие не заключается только в прогрессивном усложнении систем. Мы имеем многочисленные примеры обратного процесса – процесса упрощения. Среди последних мы наблюдаем не только повсеместные процессы разрушения и, в конечном итоге, гибели системы, при которой ее сложность становится нулевой в том смысле, что система перестает существовать в своем качестве. Мы также наблюдаем упрощение, как прогрессивный процесс устранения излишней (балластной) сложности, которая чаще всего сопровождает природное стохастическое эволюционное развитие организмов.

Мозг является одной из самых сложных систем, появившихся в результате эволюции живого мира. Его символьное содержимое, которое в общем случае можно назвать сознанием, также является системой, возникшей в процессе эволюции. Целью этой части книги будет исследование усложнения и упрощения этих систем, как прогрессивного развития.

Термины «усложнение» и «упрощение» мы оставляем пока неопределенными, надеясь, что на данном этапе обычный опыт дает достаточное понимание процессов, описываемых ими. Более подробному определению сложности, как функции, характеризующей систему (функцию состояния системы), мы посвятим отдельную главу.

1.0. Упрощение и усложнение живых систем 1.1.0. Усложнение живых систем Как мы отметили эволюция животных (в том числе и человека) заключается в развитии, как самого мозга – некоторой структуры, так и сознания – символьного содержимого мозга. Первое подчиняется генетической эволюции, а второе – эволюции сознания..

В отношении генетического усложнения организма известно, что оно протекает следующим образом (в сильно упрощенном виде). Система (особь;

или, правильнее, популяция) подвергается воздействию случайных внешних объектов.

Эти действия вызывают некоторое, случайное изменение записи построения новой системы (особи), происходящей от данной. Очевидно, в общем случае, изменение могло произойти так, что вновь построенный организм оказывается проще материнского, или так, что этот организм оказывается несколько сложнее материнского. В первом случае новая особь часто утрачивает некоторые из способностей взаимодействия с природой;

во втором, напротив, может приобрести некоторые дополнительные способности, помогающие более правильно взаимодействовать с окружающим миром.

Как и за счет чего, под контролем каких законов природы происходит это усложнение? На это отвечают законы Дарвина, подкрепленные знаниями современной генетики. Процесс усложнения здесь описывается триединой формулой: изменчивость, наследование, отбор. Рассмотрим их по порядку.

Изменчивость. По данным современной генетики, изменчивость живой системы обусловлена действием случайных для данной системы причин. Такими причинами, в основном, являются некоторые посторонние по отношению к организму объекты (так называемые, мутагенты), как, например, радиация, некоторые химические вещества, вирусы, и пр., которые могут произвести изменения в записи (плане, геноме) построения нового организма.

Отбор. Увеличение числа некоторых однотипных объектов (организмов) на данном промежутке времени связано с устойчивостью объектов по отношению к взаимодействию их с другими объектами. Устойчивость есть способность сохранять свою сложность (свое качество) в процессе взаимодействия с другими объектами. В результате взаимодействия с объектами природы происходит уничтожение менее устойчивых и сохранение (накопление) более устойчивых особей. Этот процесс и называется отбором.

Поскольку усложненные объекты часто могут более разнообразно взаимодействовать с окружающими системами, имеется вероятность, что некоторые из них в процессе изменения приобрели большую устойчивость к данным условиям существования. Таким образом, такие системы сохраняются во времени лучше, чем прочие.

Наследственность. Наследственность понимается как способность данной системы (особи;

популяции) производить особи, подобные себе, или, более конкретно, производить особи с тем же планом построения: геномом. Эта способность мало связана со сложностью, которой обладает система (можно отметить только, что из общих соображений следует, что воспроизводить более простые особи легче, чем более сложные). Таким образом, производят себе подобных как усложненные особи, так и более простые. В условия отбора число особей, усложнение которых дает выгоду во взаимодействии с природой, будет непрерывно расти во времени. Одновременно, число более простых особей будет непрерывно уменьшаться (по крайней мере, относительно) до тех пор, пока не произойдет почти полная смена простых особей более сложными. Это практически означает появление и устойчивое существование более сложных систем (при этом не обязательно более простые системы должны исчезнуть: они могут существовать наряду с более сложными, если не вступают в отношение антагонизма).

1.1.1. Дополнительные параметры эволюции Условия эволюции.

В теории Дарвина основное внимание уделено рассмотренным трем факторам эволюции (усложнения) живых систем: изменчивости, наследованию и отбору.

Но в литературе уже отмечена необходимость учета условий для действия этих трех факторов, т.е. условий, в которых происходит эволюция. Следует отметить, что, хотя Дарвин уделил внимание условиям отбора, но, по-видимому, посчитал этот фактор не столь существенным для эволюции, чтобы его внимательно проанализировать.

Новейшее развитие теории эволюции столкнулось с рядом трудностей, которые, по нашему мнению, имеют причиной именно отсутствие в теории Дарвина более существенного внимания к фактору условий эволюции. Вследствие этого некоторые ученые даже начали сомневаться в основах теории. Думается, для этого нет причин. Скорее всего, теория эволюции, в том виде, как она досталась нам от Дарвина, требует расширения. Введение в триединую формулу «изменчивость, наследование, отбор» дополнительного фактора «условия эволюции», как нам кажется, снимает многие трудности.

Необходимость учета условий эволюции подчеркивается, например, тем, что они способны отменять эволюцию. Действительно, в неизменных условиях существования могут сохранять свою устойчивость и очень простые особи. Этим и объясняется одновременного наличия в природе разнообразных видов живых объектов – от одноклеточных организмов до человека – существующих устойчиво на протяжении всей истории органического мира. Если строго следовать теории Дарвина, все простые организмы должны были эволюционировать в сложные, и мы не должны были наблюдать их в современном мире.

Можно сказать, условия эволюции регулируют скорость эволюции, т.е.

скорость действия законов Дарвина. В этом смысле, они могут обратить эту скорость в нуль, могут способствовать очень медленной эволюции, в некоторых случаях позволяют чуть ли не скачкообразную (с очень большой скоростью) эволюцию. Вполне возможно (хотя этим, кажется, никто не интересовался), что при некоторых условиях мы можем наблюдать отрицательную эволюцию, т.е.

уменьшение сложности системы.

Следует сказать, что условия существования влияют независимо на каждую часть триединой формулы Дарвина: отдельно на изменчивость, наследование и отбор.

Нетрудно предсказать, что от внешних условий существенно зависит интенсивность изменчивости. В литературе имеется анализ факторов внешней среды, ускоряющих или замедляющих изменчивость. Например, в местах с более повышенной радиоактивностью (кстати, некоторые исследователи отмечают, что это имело место в Африке в местах появления человека) изменчивость имеет большую интенсивность.

Известны также факторы, которые улучшают или ухудшают процесс наследования приобретенных признаков.

Факторы, влияющие на отбор, также проанализированы достаточно широко и глубоко. Появление конкурирующих видов, изменение климатических условий, катастрофы и т.п. очень серьезно влияют на отбор. Отметим, что в процессе отбора важна именно устойчивость, а не сложность системы. Но более сложная система часто имеет большую вероятность быть более устойчивой в новых условиях, в то время как более простая система уже исчерпала такую возможность.

Симбиоз Еще один фактор, который по нашему мнению, играет существенную роль в эволюции, и на который обратили мало внимания, как Дарвин, так и последующие биологи, есть симбиоз объектов живого мира. Под симбиозом понимают взаимозависимость отдельных объектов живого мира друг от друга. Мы будем понимать это понятие шире: как взаимозависимость любых объектов живого мира – животных и растений. Нам хочется обратить внимание на ту сторону этой взаимозависимости, которая регулирует скорость эволюции объектов, вступивших в симбиоз. Достаточно сказать, что в некоторых случаях трудно представить возможность эволюции живых объектов, если его не учитывать. Например, трудно представить, что могли бы существовать животные, если бы не существовало растительности. Но агрономам также известно, что развитый растительный мир также вряд ли мог бы существовать, если бы не было животных (включая бактерии, микроорганизмы, грибы и т.п.), которые перерабатывают растения в питательную среду для растений, а также обогащают ее после своей гибели.

Наблюдения показывают, что в отношении эволюции (усложнения) сознания мы можем сказать то же самое, что и об эволюции генома (учитывая понятные особенности приобретения, существования и передачи содержимого сознания).

Поэтому в общем случае об эволюции животных можно говорить как об эволюции генома и сознания, как единого комплекса, который определяет эволюцию информации, обеспечивающей существование живых систем.

1.2.0. Упрощение живых систем Упрощение заключается в потере системой своих элементов и в потере способности взаимодействовать с другими системами. На живых объектах мы наблюдаем этот процесс повседневно в печальных случаях болезней и даже смерти, означающей, практически, полную потерю сложности живым объектом. В какой то мере, старение организма является внешним проявлением его упрощения. Но нельзя сказать, что в момент рождения организма он обладает наивысшей сложностью, которая по мере его взросления уменьшается.

Как мы сказали, важную роль в эволюции животных играет накопление им знаний, или, по другому, эволюция сознания. В отношении человека эта эволюция составляет, пожалуй, основную часть его видового развития. Но и индивидуальное развитие человека заключается, в основном, в накоплении способностей его нервной системы и особенно – головного мозга. Развитие моторной и вегетативной нервной системы происходит параллельно с развитием сознания, но почти независимо от него. Поэтому можно говорить о развитии каждой из них по отдельности.

Поскольку по современным данным информация, которой обладает животное (в том числе, человек) связана с состоянием синапсов, то, более конкретно, хотя и формально, можно связать изменение сложности данного организма с числом «обученных» синапсов данного организма.

Физиология и наблюдения показывают, что в развитии во времени каждой из этих систем наблюдается нарастание сложности до какого-то индивидуального предела, а затем ее спад, заканчивающийся нулевым уровнем. Момент спада довольно индивидуален и зависит от многих причин (в основном, от «тренировки», в широком смысле этого слова). Этот ход изменения сложности был отмечен уже древними греками. Высшую точку развития способностей мужчины они называли «акмэ» (вершина, пик). Средний возраст «акмэ» древних греков считался около 45 лет.

Если эти наблюдения перевести на язык чисел задействованных синапсов, то можно отметить следующее. При рождении у животного задействовано небольшое (в процентном отношении от общего числа) число синапсов, «обученных» генетически. Это число примерно одинаково у всех особей данного вида, поскольку оно содержит информацию о наиболее существенных моментах жизнедеятельности организма. В процессе обучения организма число обученных синапсов возрастает. Этот рост продолжается до тех пор, пока из-за старости (т.е.

из-за нарастания числа поломок в организме) синапсы не начинают выходить из строя. В этот момент намечается акмэ, после которого начинается уменьшение числа обученных синапсов, даже если обучение продолжается (разумеется, акме не является одной временной точкой, а некоторым периодом). Математический ход возрастания числа обученных синапсов до достижения акмэ, очевидно, определяется наличным числом еще необученных синапсов. Математический ход сокращения числа обученных синапсов после достижения акмэ, очевидно, определяется наличным числом обученных синапсов. Нетрудно показать, что и в том, и в другом случае кривая изменения будет определяться экспонентой.

Но, по-видимому, имеет смысл говорить именно только о средних цифрах относительно животных (людей), находящихся в одинаковых условия жизни.

Пытаться найти какие-то детерминистские закономерности в этом случае представляется бесперспективным.

Если же говорить об эволюции отдельного вида, здесь развитие уже не привязано к числу обученных синапсов какого-либо индивидуума. Здесь удобно ввести для каждой популяции животных (людей), подвергающейся эволюции, понятие абстрактного «эволюционного индивида» (кратко, «эвида»). Определим эвид, как представителя данной популяции, находящегося в возрасте акме, в любой момент жизни обладающего всем объемом знаний, определяющим средний уровень развития данной популяции в данный момент времени и живущего с начала до конца изучаемого периода существования данной популяции. В отношении эвида мы можем сказать все то же, что мы говорили выше о среднем нормальном человеке, с учетом другого срока жизни и с тем существенным отличием, что эвид подвергается не усложнению нормального индивида, а эволюционному усложнению.

Обычный индивид усложняется, фактически, за счет переноса информации от членов сообщества к нему. Эта информация уже существует. Информацией, которую получает эвид, никто не владеет: она создается случайно в процессе эволюции так, как мы рассмотрели это выше.

2.0. Законы эволюции неорганических систем 2.1.0. Усложнение неорганических систем Итак, усложнение органических объектов природы в достаточной мере объясняется теорией Дарвина. Но неорганические системы (объекты) также различаются по сложности, и у нас есть все основания считать, что сложные объекты организуются на основе простых (атомы из элементарных частиц, молекулы из атомов, и т.д.). Но у нас нет теории, объясняющей эволюцию неорганических объектов.

Кто или что может усложнять объекты неживой природы?

С точки зрения материалистического начала природы ничто, кроме природы не может это сделать – ни бог, ни дух, ни герой, на которых мы можем возложить эту нелегкую работу. Ответ может быть только один: усложнение имеет источником саму природу. Остается выяснить, каким образом происходит это усложнение неорганических (неживых) объектов природы.

Когда в термодинамике был открыт закон возрастания энтропии (а затем, эквивалентное ему утверждение – теория на основе Н–функции Больцмана), встал вопрос о том, как природе удается избегать максимального упрощения своих систем, называемого в термодинамике «тепловой смертью». Единственно, что удалось придумать – «демон Максвелла».

Демон Максвелла – это фантастический механизм или существо, позволяющее отделить более сложные объекты от простых. Речь в термодинамике шла только о простых статистических системах, типа газа. В частности, например, «демон Максвелла» способен отделить в равновесном газовом объеме более энергетичные молекулы от менее энергетичных. Но никто не мешает нам поставить вопрос более общо: что может служить в природе демоном Максвелла?.

Материалистическая концепция не позволяет придумать ничего иного, как тот же эволюционный механизм. Поэтому мы предполагаем, что эволюция неорганической материи происходит по тем же законам, что и эволюция органической материи. Покажем, что этот механизм действительно может объяснить все особенности развития природы.

Пусть существует некоторая система, которую будем называть простой.

Элементы других систем и сами эти системы оказывают воздействие на эту систему. В результате взаимодействия система случайно может либо упроститься, либо как-то усложниться. Как мы видели в случае органических систем, особенно легко это происходит малыми порциями усложнения. Следовательно, можно предположить также, что вероятность усложнения неорганических систем малыми долями больше, чем большими.

Очевидно, также, что такое усложнение не создаст новый устойчивый вид объектов, так как в равновесной системе усложнение столь же вероятно, как и упрощение. Следовательно, для появления нового вида объектов необходим какой-то дополнительный механизм.

Пусть усложненный объект приобретает каким-то образом способность так взаимодействовать с окружающими объектами, что это помогает, способствует, катализирует возникновение таких же объектов. Например, рождение электрон позитронных пар из гамма-кванта происходит лишь в электромагнитном поле, в том числе, в поле другого электрона или позитрона (или другой заряженной частицы;

например, даже с большей вероятностью в поле ядра). Возникшие электроны, в свою очередь, способны катализировать реакцию рождения других пар электрон-позитрон.

Таким образом, появление усложненных объектов получает благодаря катализу преимущество перед рождением других объектов и, следовательно, они появляются в большем количестве, чем другие.

Если к тому же усложненный объект оказался достаточно устойчивым по отношению к взаимодействию с остальными объектами природы, то появляется новый вид объектов. Например, если два усложненных объекта способны поддерживать устойчивость друг друга, что, вероятно, имеет место при обменном взаимодействии, то эти объекты способны существовать устойчиво более продолжительное время, чем другие.

Таким образом, мы предполагаем, что образование любого объекта природы от элементарных частиц до человека происходит в эволюционном порядке в результате случайной изменчивости, катализации рождения измененных систем и естественного отбора более устойчивых систем (объектов), причем, все перечисленные условия действия эволюционного механизма для живых систем необходимы и для неорганических систем.

Отсюда также следует, что все законы природы «появились» в результате естественного отбора и в основном, как условия обеспечения устойчивого сосуществования объектов Вселенной в целом и отдельных ее частей, в частности.

Эта гипотеза может показаться несколько смелой, как в свое время таковой казалась многим гипотеза Ч. Дарвина о развитии органического мира, но она вполне соответствует представлениям материализма и подкрепляет их своими выводами.

Нетрудно показать, что такая схема возникновения объектов природы является непротиворечивым, необходимым и достаточным условием развития мира.

(Правда, она не очень хорошо укладывается в теорию Большого Взрыва, но в последней столько странностей, что ее корректировка, по-видимому, неизбежна в будущем. Может быть, тогда нам удастся согласовать эти два подхода к Сотворению Мира).

2.2.0. Упрощение неорганических систем Проблема упрощения неорганических систем известна в физике как проблема необратимости перехода из неравновесного (более сложного, по нашей терминологии) состояния в равновесное (состояние с нижним уровнем сложности). Определяющим фактором необратимости процесса является наличие в данной системе множества взаимодействующих объектов и отсутствие поступления в него энергии и вещества извне (изолированность системы, необходимая как ограничение на возможность усложнения системы). Если в результате какого-то внешнего воздействия в системе установилось неравномерное распределение характеристик объектов в пространстве (плотности распределения материи, энергии, импульса и пр.), то система называется неравновесной (или говорят, что система находится в неравновесном состоянии).

При равномерном распределении система называется равновесной.

Необратимость процесса (необратимое изменение системы) заключается в том, что вероятность перехода системы взаимодействующих объектов (без внешнего воздействия) из неравновесного состояния в равновесное, больше, чем вероятность перехода системы из равновесного состояния в неравновесное, причем разница между вероятностями тем больше, чем больше количество элементов, составляющих эту систему.

Существование необратимости зафиксировано в одном из постулатов физики:

втором начале термодинамики. После того, как этот принцип был подтвержден опытом, появились попытки вывести его из общих принципов механики, в частности, из «Принципа наименьшего действия» (Больцман, Клаузиус, Гельмгольц и др.) Но все попытки не привели к желаемому результату, пока не был осознан тот факт, что необратимость является следствием статистического распределения энергии между очень большим количеством элементарных объектов и имеет совершенно самостоятельную и независимую от принципов классической механики природу.

Как известно, уравнения динамики и даже уравнение переноса Больцмана, которое описывает изменение статистических систем (если воспользоваться теоремой возврата Пуанкаре-Цермело) не являются необратимыми (см., Людвиг Больцман. Статьи и речи. Наука, М., 1970, стр. 77;

Дж. Честер. Теория необратимых процессов. Серия «Современные проблемы физики, 1966, стр. 16).

Для доказательства необратимости изменения системы Больцман постулировал «Гипотезу о молекулярном беспорядке». На основании последней он сформулировал и доказал H - теорему, содержание которой заключается в утверждении, что изменение величины H = S q, (где S q - энтропия k системы) во времени необратима.

Нетрудно видеть, что величины H и S q соответствуют понятиям сложности и простоты, соответственно. Принцип увеличения энтропии предсказывает необратимость процессов упрощения. Следствием этого должна наступить так называемая «Тепловая смерть Вселенной» или, проще говоря, состояние, при котором сложность всех систем в природе обратится в ноль, если не будет существовать противоположного процесса усложнения.

Глава 2. Закономерности эволюции сознания Введение. Предмет исследования Хотя в изучении природы и человека сделаны очень большие успехи, до сих пор в научной среде не прекратились споры о том, возможно ли объективное познание и моделирование природы человеком. Существуют две взаимоисключающие точки зрения на возможность достичь этого, опирающиеся на два разных подхода восприятия и осознания мира. Поэтому, мы, волей или неволей оказываемся вынужденными проанализировать (хотя бы очень кратко) эти две точки зрения, два подхода, две картины изучения природы, которые известны как идеалистическая и материалистическая концепция.

1.0. Материалистическая и идеалистическая картины мира.

К сожалению, до сих пор в понимании того, что такое сознание, господствует идеалистическая точка зрения. Основная часть ученых, занимающихся изучением сознания и всего того, что сопряжено с ним - философы, психологи, социологи и т.д., является по традиции гуманитариями и считают, что сознание и, в частности, способность мыслить и все психические проявления сознания, являются непознаваемой сущностью человеческого существования. В рамках идеалистической философии первичными являются наши ощущения, и мы не можем утверждать, что они достоверны. Таким образом, с этой точки зрения, все, что физикам позволено в области исследования мышления и природы есть описание и упорядочивание экспериментальных фактов и создание априорных концепций. Эту точку зрения логически оспорить невозможно благодаря тому, что она основана на своем собственном фундаменте постулатов и вполне непротиворечива.

Но можно построить другую систему постулатов, которые дают возможность говорить о познаваемости природы и сознания и позволяют исследовать их как всякий физический феномен. Эта система постулатов называется материализмом.

Материалистическая точка зрения предполагает, что:

1. вне связи с сознанием человека существует инвариантный во времени и пространстве мир в совокупности его взаимодействующих и движущихся объектов;

2. все взаимодействия объектов природы связаны причинно-следственной связью;

3. как отражение этого мира, в головном мозге образуется и существует система знаний (картина, модель мира), моделирующая природу, благодаря исследованию которой можно с достаточной точностью предсказывать причинно следственный ход событий в реальном мире. Эта система знаний в общем случае называется наукой. В эту систему (модель природы) входят, как частное, модели всего, что существует в природе: модели объектов и их характеристик, модели (описание) взаимодействий и состояний объектов и т.д., причем, человек рассматривается в этой системе, как один из объектов природы и только.

Очевидно, существование науки имеет смысл и единственно возможно только в том случае, если сама модель природы отражает инвариантность мира (объектов и взаимодействий природы) во времени и пространстве. В противном случае в описании мира не может существовать определенности и отсутствует возможность однозначного предсказания событий, т.е. того, что и является практической целью науки. Пользуясь доказательством от противного, нетрудно доказать, что инвариантность модели природы однозначно соответствует инвариантности природы: действительно, устойчивая непротиворечивая модель природы, позволяющая однозначно предсказывать события в природе, может существовать тогда и только тогда, когда существует инвариантность природы, которую она отражает.

(Кстати, введение этой точки зрения показывает некоторую непоследовательность сторонников идеалистического подхода. Действительно, если мы признаем существование науки согласно данному определению, из этого следует признание существования инвариантного мира, т.е. природы самой по себе, вне нашего сознания. Таким образом: или мы признаем возможность существования науки, и тогда должны опираться на постулат о том, что мир материален и существует вне наших идей;

или мы должны отвергнуть существование науки, если считаем, что мир связан с нашим сознанием, которое субъективно и, в силу этого, не инвариантно ни в пространстве, ни во времени. В этом случае мы имеем набор идей, более менее произвольный, который иногда может позволить правильно предсказать поведение объектов природы, но не гарантирует от ошибочности этого описания).

Итак, придерживаясь материалистической точки зрения на познаваемость природы, мы будем опираться на предположение, что сознание есть отражение (модель) природы, которая может быть познана в рамках этой модели, и его становление (т.е. процесс познавания) должно подчиняться законам природы.

2.0. Человек и его сознание как объекты эволюции В материалистической картине мира человек является одним из объектов природы, возникшим благодаря эволюции этой природы.

2.1. Особенности эволюционного развития человека 2.1.1. Инстинкты как законы поведения человека Очевидно, что именно инстинкты позволяют человеку, как виду, существовать относительно устойчиво. Достаточно перечислить основные инстинкты (голода, страха, смерти, размножения и другие), чтобы убедиться в этом. В настоящее время существует экспериментальная наука, которая полностью объясняет и подтверждает основополагающее значение инстинктов в существовании человечества и других групп животных, называемая этологией.

2.1.2. Этология как основа объяснения психической и духовной деятельности человека.

По предмету этологии опубликовано значительное число исследований, которые дают полное представление о данном предмете. Имеются специальные сайты, посвященные этой дисциплине. Имена иностранных и отечественных этологов знакомы многим: К. Лоренца, Эфраимсона, Дольника и др. (Хотел бы обратить внимание читателя и на книгу известного писателя Александра Никонова: "Апгрейд обезьяны. Большая история маленькой сингулярности", в которой эти вопросы рассмотрены с достаточной серьезностью, но и не без занимательности).

3.0. Формирование сознания как отражения природы Процедуру формирования сознания во всех его аспектах будем называть познаванием. В узком смысле будем рассматривать сознание, как совокупность всех знаний, которыми обладает человек.

3.1. Сознание как результат эволюционного приспособления организма к взаимодействию с природой Как известно, местом, где формируется сознание, является головной мозг.

Ежедневный опыт и результаты экспериментов нейрофизиологов позволяют нам дать следующее определение знания:

- благодаря отражению природы в головном мозге животного в виде набора некоторых взаимосвязанных следов (терминология Павлова), в мозге образуется «следовая» модель природы;

- знание есть потенциальная деятельность этой «следовой» модели, способная адекватно управлять действиями животного;

- у человека каждому следу или взаимосвязанному набору следов может быть сопоставлен некоторый знаковый объект, называемый символом, образованный в процессе обучения и способный быть переданным другим людям, - символ содержится в мозге также в виде некоторых следов и может быть воспроизведен вне мозга в виде некоторого материального объекта (например, звука или письменного знака);

- функционирование символической модели природы, соответствующей «следовой» модели природы, представляет собой теоретическое знание, которое благодаря своему самостоятельному существованию, также представляет собой объект развития и познания.

Теорию, имеющую своим объектом образование и функционирование символической модели природы, назовем теорией познания. Как всякая теория, теория познания, должна иметь в своей основе определенную аксиоматику (определения, постулаты-законы, и т.д.). Именно выяснением основ теории познания мы и займемся ниже.

3.2. Основные физические принципы познавания Как известно, действия человека и животного, кроме знаний, заключенных в следах мозга (символьного знания) во многом определяются также и знаниями генетическими. Основное различие между ними заключается в наборе объектов, которые они моделируют, а также в различной материализации записи. В остальном в существовании животных они выполняют одинаковые функции.

Поэтому можно предполагать, что их формирование должно подчиняться одним и тем же законам природы.

Генетические знания записаны, как мы знаем, в ДНК посредством определенного шифра. В этом тексте – геноме - можно выделить отдельные части (так сказать, разделы, главы, параграфы и т.д.), которые содержат информацию, достаточную для завершения определенной операции. Эти участки называются генами.

Не конкретизируя, по аналогии с геном, назовем единицу знания гносом так, что совокупность гносов (или гносома) составляет знание. Гносома, как и геном, представляет собой сложную статистическую систему (т.е. систему, составленную из большого набора взаимодействующих случайным образом элементов).

Отметим, что и в случае генома, и в случае гносомы в качестве системы следует рассматривать не содержимое мозга индивидуума, а совокупное знание популяции. Также как в случае генетической эволюции изменяющейся системой выступает совокупность геномов популяции, также и в случае гностической эволюции изменяющейся системой выступает гносома популяция. Параллели здесь очень тесны и логичны, а различия понятны и объяснимы.

Поскольку развитие (усложнение) генетической информации подчиняется законам эволюции Дарвина, остается предположить, что и развитие (усложнение) гносомы также подчиняется подобным законам. Для того, чтобы удобнее было описывать это развитие, введем характеристику системы, называемую сложностью или упорядоченностью.

Первый принцип, очевидно, должен определять источник создания сознания человека или, другими словами, источник происхождения гносомы. Этот принцип известен в материалистической философии, как принцип отражения.

Сформулируем его в удобном для нас виде:

I. Принцип отражения: гносома есть отражение материального мира в головном мозге животного.

Следующий принцип может рассматриваться как следствие общего закона сохранения, сформулированного еще древнегреческими философами: «Ничего из ничего не появляется», но может рассматриваться как независимый постулат.

II. Принцип основания: эволюционное изменение возникает не как внешнее по отношению к данному объекту, но происходит на уже имеющемся основании как изменение уже существующих элементов данного объекта.

Одним из наиболее важных, но одновременно и с трудом поддающихся аксиоматизации является «Принцип причинно-следственной связи явлений».

Для его описания введем следующие определения:

1) Объектом природы называется всякое единичное тело или система взаимодействующих тел, которые называются элементами системы.

2) Объект природы, выбранный по общему соглашению в качестве базового, начального, называется системой отсчета.

3) Системой координат называется упорядоченная система символов, в которой каждому элементу системы отсчета отвечает один и только один набор символов (в частном случае пространственной системы отсчета к ней для удобства использования можно прикрепить три линейки со шкалами, не лежащие в одной плоскости, которые называются пространственной системой координат).

4) Пользуясь договорными правилами проектирования, любая точка любого тела может быть взаимно-однозначно задана несколькими символами системы координат (в случае пространственной системы координат - по одному для каждой шкалы).

5) Всякое изменение (движение) объекта природы представляет собой упорядоченный (поддающийся нумерации) ряд состояний данного объекта, который мы будем называть траекторией состояний. Траектория движения может быть задана рядом точек пространственных координат и называется пространственной траекторией тела.

6) Траектория состояний некоторого выбранного по общему соглашению объекта природы называется часами, а точки траектории именуются точками времени или временными точками.

III. Принцип причинно-следственной связи задает соответствие между точками траектории состояний объекта природы и точками времени, с одной стороны, и точками пространства, с другой, и состоит из двух утверждений:

а) для каждых двух последовательных временных точек 1 и 2 существует на траектории состояний две соответствующие точки изменения (движения) 1 и 2;

б) вторая точка траектории состояний не может появиться, если не была пройдена первая точка.

Если первую точку на траектории состояний назвать причиной, а вторую – следствием, то принцип причинно-следственной связи можно сформулировать следующим образом:

без наличия состояния 1 не может существовать состояние 2, или более просто: без причины не бывает следствия.

Из вышесказанного следует, что: все точки траектории состояний связаны между собой причинно-следственной связью.

Теперь перейдем к принципам эволюционного развития систем.

Основываясь на известных закономерностях развития статистических систем, постулируем, что для статистических систем (и органических - живых, и неорганических) справедливы следующие три постулата, которые, как нетрудно видеть, соотносятся с законами Ч. Дарвина и другими законами статистических систем:

IV. Закон усложнения (который может быть назван также законом увеличения упорядоченности или законом уменьшения энтропии) являющийся обобщением закона эволюции:

сложность статистических систем, в частности генетической и гностической систем знания, возрастает благодаря:

а) случайной изменчивости (в процессе взаимодействия элементов системы между собой и с природой), б) естественному и искусственному отбору, в) наследственности (в нашем случае, генетической и гностической), под которой следует понимать в общем случае, каталитическое действие уже существующих (упорядоченных) систем на другие, в частности, родственные им системы.

V. Закон упрощения (являющийся обобщением закона увеличения энтропии Р. Клазиуса - В.Томсона):

В результате взаимодействия систем объектов сложность статистической системы, в частности генетической и гностической систем знания, уменьшается по определенному закону.

VI. Закон независимости усложнения и упрощения: В отношении любой статистической системы оба закона действуют одновременно и независимо.

Можно предполагать, что вероятность (и скорость) усложнения системы (объекта) тем ниже, чем выше сложность этой системы (объекта), а вероятность (и скорость) упрощения тем выше, чем выше сложность. Например, в первом приближении можно принять, что скорость уменьшения сложности в сторону ее уменьшения пропорционально величине сложности, которую система имеет в данный момент времени, а скорость же увеличения сложности в сторону ее увеличения обратно пропорционально величине сложности, которую система имеет в данный момент времени Нетрудно связать с понятием сложности философскую категорию качества.

Опыт показывает, что каждая система сохраняет свое качество в определенных пределах, как в процессе увеличения своей сложности, так и в процессе ее уменьшения, переходя в другую систему (т.е. становясь качественно другой) при превышении этих пределов. Говорят, что, если изменение сложности в процессе существования системы не выходит за эти пределы, объект существует в своем качестве, т.е. стационарно (очевидно, стационарность в этом случае следует понимать как ограниченно-динамическую, а не статическую характеристику).


3.3. Некоторые замечания о ходе генетической и гностической эволюции Всякая ли информация в геноме или гносоме (в частности, всякие ли следы в головном мозге) является знанием? Это вопрос не праздный. Как мы знаем, согласно теории Дарвина существует некоторый критерий отбора: полезность информации для развития популяции. Можно считать, что полезной является такая информация, которая позволяет системе (в данном случае, популяции) быть более устойчивой. Известно, например, что в геноме имеется множество балластных, ненужных генов, не содержащих полезной информации и даже мешающих прочтению полезных генов. Параллельно этому известно, что существует огромное количество книг и статей, не содержащих никакой полезной (даже в эстетическом смысле) информации. Более того: если добавление информации в геном происходит очень медленно, то пополнение гносомы бесполезной информацией происходит у нас на глазах. (тысячи томов различного рода заблуждений, хранящиеся на полках библиотек, являются памятником этого балластного знания). Поэтому вопрос об оптимальности информации и ее записи является существенным в теории и практике развития генома и гносомы.

Чтобы избежать ненужных споров о духовных или психических потребностях и их значении для существования современного человека, отметим, что становление познавательных способностей человека шло на том этапе превращения каких-то животных (приматов) в человека, когда о таких потребностях не имеет смысла говорить. Таким образом, исследуя вопрос о становлении сознания человека, следует рассматривать человека как обычное животное, приобретающее новую приспособительную способность – сознание в его функциях накопления, приема-передачи и переработки информации.

В философии и психологии существует понятие менталитета, как духовного мира индивидуума или группы людей. Другими словами, менталитет – это все проявления деятельности данной личности или группы людей во взаимодействии с другими людьми или группами. Очевидно, в таком виде менталитет должен включать в себя как все генетические, так и все гностические характеристики определенной группы в определенный период времени. Первые обусловлены генами и не поддаются (по крайней мере, пока) изменениям по воле людей.

Вторые обусловлены гносами, т.е. научением, и могут изменяться достаточно быстро (по крайней мере, от поколения к поколению). Мы будем понимать под менталитетом информацию (не отделяя полезную и бесполезную ее части), содержащуюся как в геноме, так и в гносомме отдельного человека или какой-то группы людей.

Есть достаточные основания считать, что на протяжении значительного промежутка времени (последние 20.000-30.000 лет) генетическая эволюция играет незначительную роль в развитии человечества. Напротив, на этом промежутке времени гностическая эволюция составляла основу этого процесса, т.е. всех изменений человека и любой его группы, которые можно зафиксировать на каждом отрезке времени. В этом смысле можно сказать, что эволюция гносов и есть вся эволюция и история человечества. Зная ее закономерности, можно объяснить предыдущее развитие и предсказать в какой-то степени будущее.

Но при этом следует учитывать, что развитие гносов идет под строгим контролем генетических требований. Основная цель и причина изменения гносов есть удовлетворение генетических потребностей человека и групп людей (см.

далее: принцип полезности или потребности).

Очевидно, что изменение гносов, также как изменение генов не является строго детерминированным процессом, но является процессом статистическим.

4.0. Необходимое и достаточное условия формирования сознания На основании указанных принципов познавания можно доказать следующую теорему:

Для того, чтобы познавание имело место, необходимо и достаточно:

1) чтобы имело место отражение природы в головном мозге человека (т.е.

возникло и устойчиво существовало соответствие между природой и отраженной моделью);

2) чтобы это отражение поддерживало устойчивость вида (в узком смысле, служило удовлетворению естественных потребностей человека)".

Для краткости условия 1) и 2) назовем соответственно "Принципом соответствия" и "Принципом потребностей".

Раскроем смысл употребленных понятий. Естественными потребностями мы называем потребности, обусловленные инстинктами и направленные на поддержание устойчивого существования отдельного человека или группы людей.

Как мы знаем, для нормального устойчивого существования вида необходимо удовлетворение всех основных инстинктов, ибо именно для этого они предназначены эволюцией. Нетрудно доказать, что удовлетворение инстинктов является необходимым и достаточным условием существования вида.

Соответствием мы называем ту причинно-следственную связь, которая существует между объектами и явлениями природы, с одной стороны, и теми символами и образами, которые их вызывают и им соответствуют в головном мозге (сознании) человека, с другой. Например, объекту "яблоко" соответствует в головном мозге некоторый образ, составленный из зрительных, вкусовых, осязательных и прочих следов (символов). Это соответствие должно пониматься только в известном направлении, а именно: причинно-следственном, от природы к мозгу, но никогда наоборот;

т.е. должно пониматься как соответствие, которое обусловлено процессом отражения - ощущения и восприятия - природного объекта в головном мозге человека.

Перейдем к доказательству вышеуказанной теоремы. Докажем необходимость условий 1) и 2). Пусть познавание имеет место. Покажем, что имеют место "Принцип соответствия" и "Принцип потребностей".

Напомним, что основной постулат материализма формулируется следующим образом: материя - первична, сознание - вторично. Отсюда следует, что познавание имеет причиной природу. Это утверждение, фактически, есть другая формулировка "Принципа соответствия", что и требовалось доказать.

Из эволюционной теории следует, что всякое изменение, происходящее с живым организмом обусловлено потребностями существования и выживания организма. Поскольку познание в приспособительном плане есть такое же изменение, как и генетическое, отсюда следует, что оно произошло в силу "Принципа потребностей". Предполагая (доказательство от противного), что в познавании потребности не было, мы приходим в противоречие с законами эволюции.

Докажем теперь достаточность условий 1) и 2). Пусть имеют место "Принцип соответствия" и "Принцип потребностей". Требуется доказать, что в этом случае имеет место познавание. "Принцип потребностей" требует действия животного, но действие в общем случае невозможно без модели действия, т.е. без последовательности сигналов, символов, контролирующих последовательность действий. Но приобретение модели действия мы и назвали познаванием. Таким образом, достаточность доказана, а тем самым доказана и вся теорема.

Вышеприведенная теорема, несмотря на свою почти тривиальную простоту, позволяет без излишних дискуссий дать основу исследованию многих сторон деятельности животных и человека.

5.0. Проблема истинности знания 5.1. Природный (объективный) аспект истинности Выше мы показали в соответствии с постулатами материализма, что содержимое сознания всегда является отражением природы. Но мы не ставили вопроса о том, насколько точно соответствует содержимое сознания фактам природы, т.е. не рассматривали вопрос о том, насколько истинным является отражение, другими словами, вопрос о том, что следует понимать под истиной в материалистической картине мира?

Так как отражение субъективно, ибо фиксируется в головном мозге отдельного субъекта, то на знание, получаемое им, могут накладываться искажения, обусловленные особенностями субъекта, называемые субъективизмом. Что же в таком случае позволяет считать наше знание, знание человечества, истинным? В том, что оно истинно, трудно сомневаться, поскольку об этом свидетельствует устойчивое существование в природе вида в целом, несмотря на то, что знания каждого отдельно индивидуума могут быть не вполне истинными. Чем это объясняется?

Во-первых, это можно объяснить, несомненно, наличием естественного отбора, ликвидирующего те особи (а также группы особей - племена, народы), которые создают в своем сознании неправильную картину мира и, как следствие этого, не могут правильно взаимодействовать с природой (включая взаимодействие с другими племенами и народами). Такие неправильности мы наблюдаем в историческом развитии почти каждого народа и караются они природой очень сурово (вплоть до уничтожения целых племен и народов, хотя чаще уничтожаются структуры, приведшие к такому искажению взаимодействия человека с природой, а часть самих индивидов включается в другие структуры, с другими правилами поведения). Например, мы видим, что, когда на сознание людей накладывает влияние инстинкт, заблуждения людей достигают подчас гигантских масштабов (например, в случае религиозного сознания, националистических концепций, а также и при создании некоторых теорий). В устойчивой популяции в целом отбирается правильная информационная модель также, как это имеет место для генофонда. Можно сказать, что отбор – это экспериментальная проверка истинности знания, устраиваемая природой.

Но существует и второй фактор: усреднение данных, полученных сознанием.

Такое усреднение характерно, во-первых, для сознания каждого индивидуума в отдельности. Действительно: всякое наблюдение вследствие воздействия различных случайных факторов имеет субъективную ошибку, но эти ошибки распределены по случайному закону (чаще всего, по закону Гаусса). При большом количестве наблюдений противоположные по знаку ошибки уничтожают друг друга и выделяемая средняя величина близка к истинной («колокол» Гаусса становится все уже). Например, астрономические наблюдения древних вавилонян, египтян, греков и др. (Гиппарх, Эратосфен, Птолемей, Улугбек и др.), произведенные примитивными инструментами и невооруженным глазом, сравнительно мало уступают по точности современным измерениям. Это объясняется тем, что каждое измерение одной и той же величины в то время производилось сотни и тысячи раз на протяжении многих столетий;


усреднение результатов многих наблюдений давало очень точные величины.

Еще более важно усреднение, производимое общественным сознанием, т.е.

сознанием большого коллектива людей. В этом случае усредняются наблюдения, полученные многими людьми, а также поколениями людей. Например, таким образом появились народные пословицы, поговорки и приметы;

таким же образом выявлялась полезность в качестве лечебного продукта тех или иных растений;

и многое другое. Усреднение знаний коллектива людей на протяжении многих веков выявляло истинность найденного знания. (Отметим, что два типа усреднения – индивидуальный во времени и коллективный по множеству соответствуют в физике двум типам статистик: первый, когда набирают статистику на одном приборе, повторяя наблюдение множество раз;

второй, когда делают эксперимент на множестве приборов по одному разу;

хотя до сих пор не решен вопрос доказательства равнозначности этих статистик, эта равнозначность принята как постулат).

5.1. Эволюционный (субъективный) аспект истинности Устойчивость и стабильность живого объекта (растения или животного) связана как с устойчивостью самого объекта (индивидуума), так в более широком плане, с устойчивостью популяции, в которую входит этот объект. Таким образом, должна существовать истина индивидуума и более сильная (общая, мощная) истина популяции индивидуумов.

Определение первой можно сформулировать следующим образом: всякое высказывание (утверждение, мнение), касающееся данного индивидуума, называется истинным, если оно способствует устойчивости данного индивидуума.

Второе определение аналогично первому с заменой слова «индивидуум»

словом «популяция».

Из этого следует, что истин первого типа столько же, сколько индивидуумов (объектов) живого мира. Очевидно, что истин второго типа столько же, сколько существует популяций (а также групп, партий, наций, религиозных объединений и т.п., которые тоже в широком смысле могут называться популяцией, если говорить о гностической наследственности).

Другими словами, здесь мы имеем почти бесконечное число истин. Несмотря на странность этого утверждения, его нетрудно доказать. Устойчивость индивидуума или популяции проверяется законом отбора Дарвина. Поскольку в живом мире «истинно» то, что устойчиво, то другого вывода сделать невозможно.

И, что самое главное, наше заключение с полной достоверностью подтверждается опытом.

Глава 3. Физические параметры эволюции систем Введение В предыдущих главах мы показали, что сознание, как система знаний, должно подчиняться общим законам развития природы. В частности, мы пришли к выводу, что сознание, как система знаний или как символическая модель, в которой содержится наше знание, должно одновременно усложняться и упрощаться Попытаемся теперь сформулировать в математическом виде закономерности, которым подчиняются природные системы.

1.0. Сложность как параметр Системой мы называем совокупность взаимодействующих объектов.

Согласно нашим представлениям, природа существует в виде взаимодействующих объектов и сама может рассматриваться как некоторый объект (система), включающий в себя все другие объекты.

Объекты, входящие в систему, называются элементами системы. Таким образом, каждый объект можно рассматривать как систему более элементарных объектов, которая, в свою очередь, является частью еще более сложной системы, и так, вероятно, до бесконечности, как в сторону упрощения, так и в сторону усложнения. (Последнее утверждение можно считать принципом бесконечности природы).

На нынешнем уровне знаний самыми элементарными (простыми) объектами считаются, так называемые, элементарные частицы, но нет сомнения, что они также являются достаточно сложными системами.

Наиболее сложной системой можно считать познанную часть Вселенной, которая, очевидно, представляет собой именно лишь часть Вселенной.

Принято называть составляющие объекты более простыми (менее сложными), а составляемые объекты – менее простыми (более сложными). Из вышесказанного следует, что одной из основных характеристик любой системы является ее простота (или, противоположное ей понятие - сложность).

Обозначим сложность значком o (читать «по», от греческого «полиплокотита»), а простоту – значком (читать «апо», от греч.

«аплотита»).

Итак, каждому объекту природы соответствует своя величина простоты (или сложности o ). Попытаемся раскрыть смысл этой характеристики и найти ее количественное определение (выражение) через другие физические параметры объекта. (Во всех последующих рассуждениях мы преимущественно будем пользоваться понятием сложности).

Начнем с того, что исследуем, что мы называем сложным или простым и как используем эти характеристики в повседневном опыте.

1. Во-первых, в повседневной жизни сложность употребляется как относительная характеристика. Мы не можем сказать, насколько сложен объект, если не сравним его с другим объектом.

2. Во-вторых, мы оцениваем сложность, прежде всего, по количеству элементов, его составляющих. Например, лампа накаливания ни проще, ни сложнее электронной лампы, если рассматривать их как бытовые приборы. И ту, и другую при выходе из строя мы выбрасываем и заменяем новой. В этом смысле сложность (простота) каждой из них равна нулю. Но первая проще второй, если мы говорим об их устройстве, т.е. о системе элементов, их составляющих. Если мы говорим об их изготовлении, то электронную лампу изготовить значительно труднее, поскольку она состоит из большего числа элементов.

Отметим, что для оценки сложности мы употребили понятие «трудноизготовляемость», а это понятие непосредственно связано с понятием «стоимости изготовления». Как известно, лампа накаливания значительно дешевле электронной лампы.

3. В-третьих, очевидно, сложность системы зависит не только от количества элементов, его составляющих, но и от сложности самих этих элементов.

Действительно, если один редуктор имеет на несколько шестерен больше другого при одинаковом профиле и средних размерах их, то первый редуктор мы назовем более сложным (более трудно изготовляемым), чем второй. Но, если второй редуктор составлен из шестерен сложного профиля, то, возможно, он окажется сложнее и дороже первого.

Следовательно, при оценке сложности системы мы должны принимать во внимание не только количество элементов, его составляющих, но и их сложность.

Какие случаи мы можем встретить при попытке оценить эту сложность?

1-ый случай, когда, упрощая (разбирая) на элементы сравниваемые системы, наконец, находим, что они состоят из одинаковых элементов с одинаковыми связями. В этом случае мы можем считать систему тем более сложной, чем больше в ней таких элементов. То есть, фактически, для данных сравниваемых объектов мы принимаем сложность, присущую одному простейшему элементу, за единицу сложности, а сложность объектов (систем) определяем как сумму сложностей простейших элементов (единиц).

Если обозначить единицу сложности знаком c o (читать «ко» от s i (читать «си» от «симплекс»), то «комплекс»), единицу простоты знаком сложность вышеуказанных систем будет измеряться как n = co = nc o i = n - количество элементов данной системы. При этом, очевидно co = si.

где 2-ой случай: когда, разбирая объекты, мы не находим одинаковых элементов, из которых бы состояли системы и, следовательно, не можем оценить сложность предыдущим способом. Мы имеем:

n = i i = где - сложность i-го элемента. Например, что сложнее, авторучка или i автокарандаш?

Для ответа на этот вопрос люди обращаются к характеристике, более определенной – «трудноизготовимости» или к «стоимости» систем. В этом случае более сложным считается объект, который при прочих равных условиях труднее изготовим и соответственно, имеет более высокую стоимость. Такая оценка не только не противоречит оценке, используемой в случае 1, а является ее обобщением.

Действительно, предположим, что в авторучке имеется пять неодинаковых деталей, разобрать которые на более элементарные части, не разрушая их самих, невозможно. В автокарандаше пусть содержится шесть подобных элементов. Каждая из этих деталей требовала отдельного изготовления. Но процесс изготовления состоит из однородных операций – элементов (например, из движения руки вверх-вниз или вправо-влево, и т.п.). На каждую из них уходит одна и та же энергия и затрачивается одно и то же время.

Каждая операция, грубо говоря, создает некоторый элемент в неразборном элементе: угол, выступ, виток резьбы и т.п..

Таким образом, можно считать, что авторучка, автокарандаш или любой другой объект состоит из этих, уже однородных и одинаковых элементов – операций (переходя к понятию трудноизготовимости и стоимости, можно сказать, что труд, или затраченная энергия, как бы эквивалентен элементу, который он создает). Тогда, приняв сложность, соответствующую одному такому элементу за единицу, не составит труда подсчитать количество этих одинаковых элементов в авторучке, карандаше и пр. объектах и вычислить сложность этих объектов, как сумму сложностей этих элементов.

Очевидно, дифференцируя любые объекты, мы в пределе всегда можем получить достаточно однородные и одинаковые элементы и, следовательно, всегда можем оценить сложность системы. В таком случае мы можем говорить о непрерывной функции от непрерывного аргумента:

n = ( x) = lim n i i i = В процессе предыдущих рассуждений мы пользовались свойством сложности системы, которое следует считать четвертым свойством сложности: сложность аддитивна, т.е. сложность системы равна сумме сложностей, составляющих ее элементов.

2.0. Вид функции сложности.

Очевидно, представляет интерес выяснение вида функции Так как трудноизготовимость объекта является мерилом его сложности, попытаемся выяснить связь последней с физическими параметрами существования систем, исходя из примеров производственной деятельности человека.

Пусть, например, некий кузнец изготавливает топоры: всегда одинаковые и на одном и том же оборудовании. Предположим, что при средней интенсивности труда он за час изготавливает один топор. Чем больше часов он работает, тем больше топоров он изготовит. Следовательно, увеличение сложности пропорционально времени изготовления. Но при двойной интенсивности работы кузнец способен изготовить 2 топора за час. Очевидно, он затратит при этом в два раза больше энергии, так как ему дважды приходится производить одну и ту же работу. Следовательно, сложность пропорциональна и энергии изготовления.

Таким образом, для функции i, определяющей сложность некоторого элемента номера i, мы можем написать выражение:

i = i t, где есть постоянная пропорциональности (которую можно выбрать равной единице), - энергия изготовления, t - время изготовления. Если мы говорим об объекте, состоящем из множества очень мелких элементов, т.е.

если считать, что энергия изготовления является непрерывной функцией времени, то мы можем определить полную сложность как сумму или интеграл:

t i = (t ) dt t 3.0. Изменение сложности системы в процессе развития (изменения) системы Поскольку сложность системы определяется ее созданием, появлением, то можно предполагать, что всякое изменение (эволюция) объекта взаимно однозначно связана с изменением его сложности. Другими словами, сложность системы определяет ее существование (в определенном смысле можно это утверждение считать следствием принципа перехода количества в качество).

Проследим, как изменяется энергия изготовления и сложность некоторой системы в зависимости от характера ее существования. Очевидно, до тех пор, пока система не возникла (до некоторого момента времени t 0 ), сложность системы равна нулю. С момента появления система начинает усложняться, пока в момент времени t1 ее «изготовление» не закончится. На это t1 t 0.

расходуется определенная энергия за некоторый промежуток времени Если в дальнейшем система находится в инертном состоянии, т.е. не вступает во взаимодействие с другими системами, то для поддержания ее существования энергии больше не тратиться. Этому соответствует промежуток времени t 2 t1. В существовании системы возможен момент времени t 2, после которого система начинает разрушаться (упрощаться), отдавая свою энергию на изготовление других систем. Расход энергии можно считать приобретением отрицательной энергии, и соответствующее изменение системы можно изобразить графиком под осью абсцисс. Если за промежуток времени t 3 t 2 система полностью разрушена, то ее сложность обращается в нуль и не изменяется больше.

Возможен случай, когда система не изменяет сложности, но, в то же время, не находится в инертном состоянии. Это случается, когда система, вступив во взаимодействие с другими системами, в среднем находится в состоянии равновесия. Это означает, что она может небольшими порциями терять и приобретать сложность так, что в среднем ее сложность не изменяется. Это состояние называется состоянием динамического равновесия. Пределы сложности, в которых система сохраняет свою определенность, называются пределами существования системы.

Из предыдущего анализа следуют некоторые свойства функции -функция 1) всегда положительна (это следует из аддитивности функции сложности).

2) -функция равновесно существующей системы в среднем постоянна.

4.0. Примеры вычисления сложности систем Попытаемся оценить сложность различных систем, встречающихся в конкретной практике человеческой деятельности. Начнем с примеров производственной деятельности.

1-ый пример: оценка сложности набора текста на печатной машинке.

Текст статьи складывается из отдельных частей, глав, параграфов, абзацев, предложений, слов и, наконец, из букв. Таким образом, самым простым элементом печатного текста является буква. Сложность печатных букв можно считать одинаковой, так как любая из них изготовляется нажатием клавиши (если не учитывать разницы в расположении клавиш).

Отметим что относительно рукописных букв того же сказать нельзя, так как сложность написания букв от руки неодинакова;

например, букву «ж»

труднее писать, чем букву «и», и т.п. Поэтому в этом случае придется разделять буквы на отдельные штрихи, сложность написания которых можно признать одинаковой. Так как сложность нажатия клавиши приблизительно равна сложности создания одного штриха, то «стоимость» печатных букв должна быть меньше, чем рукописных, что, как мы знаем, соответствует действительности.

Интересно следующее: пробелы между словами в рукописном тексте, практически, имеют сложность, намного меньшую, чем сложность буквы. В печатном тексте пробелы достигаются таким же нажатием клавиши, как и создание буквы. Это находит свое выражение в оценке сложности (стоимости) текста: чаще всего печатный текст оценивается по числу букв, включая и число пробелов.

Таким образом, если сложность набора одной буквы обозначить как c o, то сложность текста в n знаков, включая и пробелы, будет равна:

= n co 2-ой пример: вычислим сложность объекта, в котором сложности отдельных элементов системы не равны между собой, но меняются закономерным образом в процессе изготовления объекта. К таким объектам относится стена из одинаковых кирпичей, укладываемых каменщиком.

Предположим следующую схему работы каменщика: из штабеля кирпича каменщик берет по одному кирпичу и ставит его на нужное место. Причем стена возводится от некоторого начального уровня (фундамента) до конечного (крыши). Будем также считать, что основную энергию каменщик тратит на подъем кирпича до уровня кладки, а на остальные движения энергия не тратится (или входит в энергию подъема, поскольку для укладки любого кирпича требуется одна и та же энергия). Так как уровень кладки растет, то на укладку каждого нового уровня требуется большая энергия, чем для укладки предыдущего. То же самое относительно времени: оно растет пропорционально высоте стены.

Подсчитаем сложность стены, имеющей M уровней кирпича и N кирпичей в каждом уровне. Пусть энергия подъема возрастает с каждым уровнем на на один кирпич, а время – на t на один кирпич, а энергия и время укладки o t o.

одного кирпича в первый уровень равны, соответственно, и Тогда сложность первого уровня будет:

N 1 = o t o ;

n = Второго:

N 2 = ( o + )(t o + t ) ;

n = Третьего:

N 2 = ( o + 2 )(t o + 2t ) n = m-го уровня:

N m = [ o + (m 1) ][t o + (m 1)t ] n = Сложность всей системы будет равна:

M N = 1 + 2 +... + M = [ o + (m 1) ] [t o + (m 1)t ] = m =1 n = или, M = N [ o + (m 1) ][t o + (m 1)t ] m = раскрывая сумму, получим:

M 1 M = N M o t o + o t o M + t o M+ 2 M 1 + t M (2M 1) 6 Рассмотрим, что представляет собой каждый член этой суммы.

1) Первый член соответствует сложности такой стены, для которой энергия и время изготовления, приходящиеся на один кирпич, не меняются.

2) Второй член представляет собой сложность, дополнительную к первому члену, возникающую за счет возрастания времени изготовления при переходе от одного уровня к следующему, более высокому.

3) Третий член соответствует добавочной сложности, возникающей за счет возрастания энергии изготовления при переходе от одного уровня к следующему, более высокому.

4) Четвертый (последний) член соответствует добавочной сложности, обусловленной возрастанием времени изготовления за счет увеличения энергии изготовления.

Практика подтверждает правильность проведенного анализа.

Действительно, в строительстве при составлении смет на различные работы (в том числе, на кладку) существует разделение стоимости на основную и дополнительные, который вводятся за увеличение сложности выполняемых работ. (Часто работы, соответствующие дополнительной сложности выполняются менее квалифицированными, так называемыми, подсобными рабочими, которые и получают зарплату, соответствующую стоимости этой работы, которая ниже зарплаты основного мастера).

Таким образом, экономические расчеты могут рассматриваться как отражение физических закономерностей в природе. Очевидно, они могут выполняться в форме расчета сложности работ. Это дает большие удобства в анализе способов уменьшения стоимости работ, выбора оптимальной технологической цепочки осуществления работ и т.п.

Судя по высказываниям ряда специалистов в экономике, потребность в таком представлении может оказать полезной. Например, укажем такое замечание (см. «США: современные методы управления». Наука, М., 1971, стр.61, примечание 35): «Докладчики были единодушны в том, что наибольшую трудность представляет нахождение организованных форм, в которых может быть реализовано оптимальное соотношение централизованного и децентрализованного управления. Один из них – М.

Ками … так охарактеризовал проблему: «Мы нуждаемся в упрощении систем, операций, процедур и линий поведения. Но этой простоты не так то легко достичь. Это труднейшая задача» и т.д.» Проблемы оптимизации и упрощения в представлении анализа функции сложности, можно свести к известным задачам вариационного исчисления, решение которых хорошо разработано.

5.0. К связи сложности с физическими параметрами С функцией, выполняющей такую же роль, как сложность, мы знакомы из механики, где она называется действием по Гамильтону:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.