Место кибернетики в исследовании природы

Предлагая научному сообществу кибернетику, как науку об «управлении и связи в животном мире и машине» Н.Винер пытался поставить ее рядом с физикой. Понимая, что в кибернетике информация играет фундаментальную роль, он это природное явление, следом за К.Шенноном, представлял, как характеристику материи, которая носит чисто вероятностный характер. Не будучи физиком, он разделял свое понимание природы с копенгагенской школой в квантовой механике, которая утверждает, что на нано уровне существования материи мир не детерминирован и ведет себя случайным образом. По этому и информация, с точки зрения Н.Винера, носит вероятностный характер. Особенно связь физического представления окружающей среды с ее кибернетическим Н.Винер еще видел и в явлении энтропии и в так называемой тепловой смерти. Он отводил в своей книге «Кибернетика» следующую роль этой науке: «В мире, где энтропия в целом стремится к возрастанию, существуют местные и временные островки с уменьшающейся энтропией и наличие этих островков дает возможность некоторым из нас доказывать наличие прогресса. Механизм их возникновения состоит в естественном отборе устойчивых форм. Здесь физика непосредственно переходит в кибернетику». В тоже время отец кибернетики в ее определении ограничивается, как об этом упоминалось выше,  только «управлением и связью».

С нашей точки зрения, в этом месте, необходимо уточнить предмет исследований кибернетики. Конечно, эта наука естественная, и ее предметом внимания должна выступать одна из «граней» существования материи. Для того чтобы  разобраться, какая из них предназначена для познания в кибернетике, выполним некоторые исследования.  Поскольку в понимании существования природы, с точки зрения физиков, немаловажную роль играют знания предоставляемые термодинамикой, то, вначале, уделим внимание распространенности и роли явления энтропии. В XIX веке была разработана, эффективная для проектирования тепловых установок молекулярно-кинетическая теория, которая весьма успешно удовлетворяет расчетной части этих проектов, однако, по утверждению физиков не согласуется с явлением теплоты. В последнее время появилась принципиально новая модель существования материи, которая позволила тепловые процессы представлять, как результат изменения электрического и магнитного полей, отбросив, при этом, всевозможные кинетические явления с атомами и молекулами. С использованием этой новой модели материи определено понятие элементарных частиц вещества и указан их перечень. Опираясь на нее, удалось построить модель технологии естественного возникновения атома водорода. В процессе исследования этой технологии обнаружены свойства вещества (в атомах), отвечающие за распознавание информации, представленной электромагнитными волнами, которые следуют за формированием массы вещества.

Причем, этот «начальный» этап в природе имеет существенно больше возможностей для формирования массы, чем, продолжение формирования самого атома вещества, наделяя тем самым его способностью отражать информацию в виде света.  Приведенный вывод нашел экспериментальное подтверждение, когда  была обнаружена так называемая темная материя, которая не видимая нашими вещественными приборами, но вычисленная на основе косвенных данных. Таким образом, тепловые (термодинамические) процессы в темной материи отсутствуют, т.е. явление энтропии в них тоже отсутствует, и это означает, что о тепловой смерти в такой форме существования материи не может быть и речи.  Из этого следует, что вещество представлено, как минимум, в двух формах, и только одна из них подчиняется термодинамическим законам.

Оказалось, что имеются атомно-молекулярные вещественные системы, в которых основными источниками энергетических взаимодействий не являются электрическое и магнитное поле (электромагнитная волна). Из чего следует, что в них энергетические процессы не подчинены законам (началам) термодинамики, т.е.  действия этих законов, отсутствуют, а значит и нарушение их не возможно. В природе таких примеров предостаточно – это и вращение электронов вокруг ядра в атоме, и вращение планеты вокруг оси, вокруг своей звезды, вращение, имеющее место в звездных скоплениях типа галактик и т.п. Поскольку в этих вещественных структурах движение имеет место, то его вполне можно идентифицировать с источником вечного двигателя. Итак, вещественные структуры, которые сформированы природой с помощью гравитационных полей и полей, ответственных за действие в них законов термодинамики, можно подразделить на два типа. В одном из них работают законы термодинамики, а во втором их действие отсутствует.

Дальнейшие исследования атомно-молекулярных вещественных систем, которые подвержены  действиям законов термодинамики, показали, что они подразделяются еще на два вида. В одном из них под воздействием внешних законов, в том числе и термодинамических, происходит структуризация системы, препятствующая «растворению», поглощению внешней средой, которое  обычно присутствует при действии второго начала термодинамики (тепловой смерти). Такие в них структуры, как бы ограждают вещественную систему от «агрессивного» термодинамического внешнего воздействия. Приведем примеры.

В природе мы часто наблюдаем такое явление как дождь. В  туче под воздействием термодинамики конденсируются водяные пары, формируя таким способом капельки, которые располагаются в пространстве произвольно, т.е. хаотически. Затем под влиянием гравитации Земли начинают падать. В этот момент, как только они движутся в воздушной массе атмосферы, на них действуют законы аэродинамики, выстраивая их, друг за другом в систему цепочек. В результате при безветренной погоде приземление этих цепочек будет в заранее определенные места. Заметим, что при усилении дождя эти цепочки капель превращаются в струйки, которые можно увидеть уже не вооруженным глазом. Это воздействие законов аэродинамики на водные капли аналогично действию тех же законов на велосипедистов во время гонок. Оказалось, что в этом случае движение велосипедиста вслед за лидером облегчено, и, отсюда спортсмены стараются группироваться вокруг него. Аналогично капли «ищут облегченный» путь во время свободного падения, что, в конечном итоге, приводит их к структурированию в соответствующую динамическую систему, противодействуя тем самым рассеивающему влиянию окружающей среды.

Аналогичная ситуация складывается и в случае с системой эквипотенциальных точек напряженности любого поля. Разность потенциалов этих точек не зависит от увеличения или уменьшения напряженности. Рассматриваемые точки могут находиться  на поверхности шара, в центре которого расположен источник любого физического поля. Например, такие эквипотенциальные точки гравитационного поля Земли располагаются вдоль орбиты ее искусственного спутника. Частным случаем рассматриваемой системы является сбалансированная электрическая мостиковая схема, на выходе которой напряжение между ее «средними» точками равно нулю при любом изменении питания (воздействие внешней среды).

К рассмотренным выше примерам можно отнести материальные системы, которые в синергетике называют самоорганизующимися. Специалисты в этой области считают, что в них спонтанно образовываются высокоупорядоченные структуры из зародышей или даже из хаоса. Немецкий физик-теоретик основатель синергетики Г. Хакен пишет: «Самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне». В этом месте уместно заметить, что такие самоорганизующиеся системы, которые обладают какими-то магическими свойствами само организовываться и само развиваться независимо от внешней среды в природе отсутствуют. И если синергетики, во всяком случае, ее «отцы», берут такие системы в качестве предмета ее исследований, то они глубоко ошибаются. Дело в том, что такой синергетический подход к системам противоречит одному из законов кибернетики, согласно которому различные кибернетические системы, помещенные в одинаковые условия внешней среды, в процессе их развития приходят к одинаковым системам. Из этого следует,  что саморазвитие, самоорганизация материальных систем в природе происходит совместно с внешним воздействием и без такого внешнего воздействия силы притяжения Земли система капель дождя, рассмотренная ранее, структурироваться не будет.

Второй вид атомно-молекулярных вещественных систем, которые подвержены  законам термодинамики, тоже обладает способностью им противодействовать. И если в системах, рассмотренных выше, этому воздействию устанавливаются препятствия, только с использованием энергетических законов природы, то во втором виде для достижения тех же целей системы  на помощь привлекают еще такую скалярную характеристика материи, как информация. Эти системы и являются предметом исследования кибернетики, как естественной науки.

Анализируя природу еще с давних времен человечеству было трудно ответить на вопрос: «Что такое большая и малая, сложная и простая системы?» Знаний адекватных природе, чтобы ответить на этот вопрос на сегодня пока нет. Попытаемся с позиций кибернетики ответить на него. В естественных исследованиях, исходя и приведенных выше рассуждений, сформировалось два направление. Одно из них физическое, которое для познания природы использует такую скалярную характеристику материи, как энергия, и второе кибернетическое, которое для тех же целей использует другую скалярную характеристику материи – информацию. В физике сегодня широко используется прием познания материальной системы относительно наблюдателя, в качестве которого, как правило, выступает человек. Это хорошо просматривается, как в теории относительности, так и в теории квантовой механики. История науки свидетельствует, что рано или поздно такой способ в физике приводит к результатам, которыми грешит антропоцентризм – лженаучным методом познания, Здесь ярким примером являются этапы познания  человечества в средние века, когда инквизиция, исходя из позиций человека-исследователя, преследовала Джордано Бруно, Коперника, Галилея. Трудно отойти, в таком случае, от субъективных выводов, которые не согласуются с адекватными знаниями о природе.

В кибернетики основной упор, при познании материальной системы делается не на энергетическую характеристику, как в физике, а на такую же ее скалярную характеристику – информацию. Эти две характеристики, как бы отражают материю с противоположных позиций. Эта противоположность просматривается и в методах исследований. Если в физике принцип относительности в исследованиях, по существу не приемлем, что следует из приведенного выше примера из средних веков, то в кибернетике, которая исследует поведение материальных систем по отношению к окружающей среде и друг к другу, этот принцип проявляет свою эффективность. 

В нашем случае с оценками размеров и сложностей систем следует исходить из возможностей системы, в которой проявляется этот интерес, и это, прежде всего, относится к ее техническим возможностям распознать эту сложность и ее размер. Для одной системы, рассматриваемая ситуация определенного среза окружающей среды проста, а для другой является сложной, и это, еще раз подчеркнем – зависит от ее возможностей, как интеллектуальных так и технических. Тогда, исходя из такого подхода в исследованиях материальных систем, под малой материальной системой следует понимать ту из них, для распознавания которой требуется алгоритм, обозначенный в теории алгоритмов «полиномиальной сложностью». Если же для распознавания материальной системы потребуется алгоритм с «NP сложностью», то такая система будет большая. Если характеризовать материальные системы с позиции их сложности, то под сложной целесообразно рассматривать систему, для распознания которой недостаточно знаний у оценивающей системы, т.е. для нее это распознавание является проблемой, и необходимо еще ее решить, добывая, при этом, новые знания.  Простая система это та, для которой имеются достаточно знаний, и ее распознавание является задачей.

В настоящем сообщении рассмотрены формы существования материи в виде вещественных систем, каждая из которых должна выступать, как предмет исследований своей науки. Тогда в качестве предмета исследований науки кибернетики выступают вещественные системы, сопротивляющиеся внешнему агрессивному воздействию законов термодинамики, и это сопротивление осуществляется с учетом обработки информации

Работает на Drupal, система с открытым исходным кодом.