Кибернетика и синергетика

Фоменко Вячеслав, проф., Израиль

Кибернетика и синергетика

Элементы ретроспективы и перспективы (в связи с дискуссией по моей статье
«Синергетика и проблемы развития социальных систем»)

1. Необходимое введение.

Где-то я встречал высказывание Эйнштейна о том, что после того как в теорию относительности пришли математики, он перестал её понимать. Другой пример – Винер, который перестал заниматься теорией абстрактных пространств (некоторое время их называли пространствами Банаха-Винера, а потом осталось имя только великого польского математика) из-за того, что в эту модную область ринулись желатели покрасоваться и «клепать» (моя формулировка, В.Ф.) статьи и диссеры, а он (Винер) не захотел участвовать в этих скачках.

К чему это я? Конечно, вовсе не к тому, чтобы приблизиться к великим, своё место я знаю. И даже не к тому, чтобы реагировать на «дурдом», куда меня готов отправить г. В. Попов. А к тому, что я хотел выделить определённый вопрос и обсудить именно его и не в духе многих форумов-тусовок с принципом «сам дурак», или с переходом к вопросу «есть ли жизнь на Марсе…». Безусловно, есть много интересных вопросов – проблемы пространства–времени, Большого Взрыва, морфогенеза, непостижимой эффективности математики и её оснований и т.д. и т.п. Но, по К.Пруткову, «нельзя объять необъятное!».

Поэтому, уважаемые коллеги, давайте будем более методичными, более сконцентрированными, чтобы в итоге получить некий «сухой остаток», пусть даже с некоторой индивидуальной компонентой. И это при том, что, скажем, и в кибернетике, и в синергетике отцами-основателями затрагиваются мировоззренческие вопросы. Вспомним хотя бы обсуждение Винером времени по Бергсону, или время–оператор у Пригожина (по мне – очень изящная идея!) и многие другие. Давайте будем обсуждать, но не всё сразу!

Что же касается «воинствующих диЛЛетантов», «пИссимизма», «дурдома», то давайте вынесем это за скобки и сократим. Иначе я, не поняв, что в моей метафоре «измерить алгеброй гармонию» оппонент не узнал пушкинских слов в устах Сальери, втянусь в обсуждение темы «математика и музыка». Правда, по пути я узнаю, что существуют кватернионы и кто такой Эдвард Теллер (а вдруг, не дай Бог, я кое-что знаю?!), но мы далеко уйдём от первоначально очерченных вопросов и получим сайт «обо всём и ни о чём».

2. Кибернетика. Субъективная ретроспектива.

В 1955г. в «Доме учёных» города, где я учился, начал работать семинар по кибернетике. И это в то время, когда в СССР с кибернетики ещё не было полностью снято идеологическое клише «лженауки». Когда мой будущий оппонент по докторской диссертации Е.П. Попов в предисловии к своей книге не мог не пройтись по «идеалистической науке Винера» — иначе не издадут! Когда академик Лебедев собирал первую советскую ЦВМ практически в подполье на дому! Странное положение – научное направление, которое по существу подтверждало материалистические основы (как и в генетике), отвергалось ортодоксами от философии и функционерами от науки.

Под руководством старших коллег мы знакомились с новыми идеями и принципами управления, обработки информации в атмосфере горячих дискуссий и увлечённости. В 1956г. издаётся на русском «Техническая кибернетика» Цянь Сюэ-Сеня (потом переехавшего в КНР и ставшего научным руководителем ракетно-космических программ), а в 1958г. и «Кибернетика» Н. Винера с немыслимым ранее приложением «Машина умнее своего создателя».

И ручейки прорвали плотину! Наряду с зарубежными работами появляются отечественные по самому широкому спектру теории и практики. В Москве проходит конгресс IFAC, участие в котором принял Винер, начинают выходить специализированные журналы, создается целый ряд НИИ и Центров — ВЦ АН СССР, Институты кибернетики в АН Украины, Армении, Грузии, Белоруссии, Литвы (по-моему, во всех республиках), ИАТ преобразуется в ИПУ и т. д.

Между тем, я защищаю диплом по магнитным усилителям, в котором есть раздел по памяти на ферритах, и отправляюсь в «ящик» — ракетно-космическое КБ, руководимое академиком М.К. Янгелем. На моих глазах КБ получает ЦВМ «Урал-1» — аж 2000 операций в секунду! Сокращаем 50-60 расчётчиц с их грохочущими «Рейнметаллами» и за сутки получаем попадающую траекторию (двухточечная граничная задача для системы дифуров). Включаюсь в проблемы управления ЖРД и оптимального расходования топлива, продольной устойчивости, ориентации солнечных батарей КА, технической диагностики, идентификации объектов и ряда других.

И тут оказывается, что все эти оптимальные, адаптивные-приспосабливающиеся, самонастраивающиеся, стохастические и работающие в нечётких условиях сложные системы существуют не только в теории. Что имеется насущная необходимость внедрения и реализации их на практике для решения возникших сложных и ответственных задач. Согласно принципу английского кибернетика Бира: «степени сложности и неопределённости объекта должна соответствовать степень сложности и неопределённости регулятора». К тому же, к 70-х годах и для ЦВМ не нужно 2-3 этажное здание, и её вполне можно разместить на борту. Признаюсь, мне доставляет удовлетворение, что впервые (по крайней мере, в Союзе) удалось реализовать на борту адаптивный фильтр Калмана и оптимальную систему управления расходованием топлива. Фильтр Калмана мы успешно применили и для идентификации моделей атмосферы и гравитационного поля для низких (120-300 км) орбит.

А далее – персональный компьютер, Интернет, продвижения в ИИ, роботы, нейрокомпьютеринг и т.д. и т.д. Короче – свершилась третья промышленная революция, и стали говорить об информационной индустрии и информационном обществе. И как бы мы не определяли и не оценивали кибернетику, нельзя не согласиться, что в основе этой революции были и есть идеи и дела кибернетики. Конечно, некоторые «эйфорические» идеи отпали, другие отодвинулись по времени, и ждут своего решения. Особенно это касается сверхсложных задач управления экономикой, обществом и социумом.

3. Синергетика. Субъективная оценка и перспективы.

Кибернетика многое дала, и многое сделала, но и породила ряд надежд, которые, похоже, наталкиваются на серьёзные и принципиальные ограничения. Казалось «дайте нам рычаг» (орган и средства управления) и остальное «дело техники». Ещё в недрах кибернетики появились идеи и понятия «самоорганизующихся» (Уолтер Эшби) и даже «самовоспроизводящихся» (фон Нейман, теорема в теории конечных автоматов) систем как дело будущего.

Но в тех же 70 г.г. появилось «облачко» в виде «диссипативных» структур Пригожина и синергетики Хакена. Из этого облачка выпал холодный душ. Как показал Пригожин, переходы, перестройки в процессе самоорганизации неуправляемы (по крайней мере, в традиционном смысле), переход (выбор пути из возможных) совершается под действием неопределённых флуктуаций.

Поясним термин «неопределённых». Довольно часто путают «случайные» и «неопределённые» процессы, а это не одно и то же. Случайные процессы – это статистические, вероятностные процессы и явления, и они обладают статистической устойчивостью, и к ним применим весь аппарат теории вероятностей (законы распределения, оценки, числовые характеристики и т.д.). Пригожин показал, и это принципиальный момент, что в процессе перехода закон больших чисел не работает!

Что это означает для общественно-социальных систем? Мало того, что это уникальные процессы и «статистику» набрать нельзя. Но можно было бы применить имитационное моделирование, как это делается, например, в радиологической медицине: на основании данных о поглощении различных тканей, конкретной «геометрии» пациента создаётся модель и путём многократных машинных экспериментов (метод Монте-Карло) и при заданных доверительных интервалах назначается доза. Читатель вправе обратить внимание, что пока даже в экономике построение имитационных моделей затруднительно. С.П. Капица, например, построил некую демографическую модель и получил, что в районе 1925 г. наступит нелинейный режим обострения, и оценка численности людей стабилизируется на уровне 15 млрд. Строятся экологические, геофизические и др. модели. Прогнозная модель цивилизации (общества, социума, ноосферы) должна состоять из иерархии взаимосогласованных моделей подобного рода. Всё это соответствует методам кибернетики, но годится только на этапе относительной стабильности (устойчивости), когда система находится в районе «действующего» аттрактора.

Когда же в системе (диссипативной!) развиваются критические, кризисные моменты, наступает синергетический переход (бифуркация). Попыткам поиска аналогий и возможных сценариев, последствиям посвящена предыдущая статья. Здесь же я хотел бы ещё раз обратить внимание на два момента.

Первый заключается в том, что ветвь послебифуркационного движения системы (и, соответственно, аттрактора) выбирает неопределённая (см. выше) флуктуация, и нет никаких ни матожиданий, ни максимумов правдоподобия, ни прочих вероятностно-статистических методов оценивания. Никому не дано, начиная с определенного конкретного момента развития системы, предсказать (даже в вероятностном смысле!), какой путь эволюции выберет система. Самоорганизация в сложных системах свидетельствует о невозможности установления за ними жесткого контроля. Этим системам нельзя навязать путь развития. Управление ими может рассматриваться лишь как способствование присущим им тенденциям развития, и то на предкризисном этапе («готовь сани летом»). В теоретическом плане это требует изменения степени нелинейности системы, вида «потенциальной» (Ляпунова) функции и соответствующее изменение топологии фазового пространства, чтобы вид предстоящих аттракторов (и даже «худшего» из них) был достаточно приемлем (своего рода минимаксная стратегия). Эта теоретическая программа достаточно сложна даже для гамильтонового нелинейного маятника, а что уж говорить о рассматриваемой системе.

Профессор Барбараш и другие авторы предлагают ряд мер «если» в экологии, энергетике, управленческого характера и т.д. Вплоть до изменения человека! Всё это хорошо. Но я выскажу мысль, возможно покажущуюся крамольной (эмоционально мне тоже хотелось бы, чтобы «всё было хорошо», но…).

А откуда следует, что эти меры необходимы, не говоря о достаточности?

Интуиция, очевидность доставила много хлопот даже в обосновании математики, что уж тут говорить о сложнейшей, со многими перекрёстными связями нелинейной, немарковской, нестационарной (в системном смысле – параметры зависят от времени), недетерминированной системе. Боюсь, что получится по Черномырдину – хотели как лучше, а получилось как всегда! Ещё Винер в главе «Об обучающихся и самовоспроизводящихся машинах» (2-ое издание «Кибернетики»), ссылаясь на сказку о талисмане – обезьяньей лапке, говорил (перефразируя) – если мы чего-то хотим, то мы должны чётко и ясно понимать чего мы хотим! Покорение природы, покорение атома могут приводить и к Хиросиме, Карибскому кризису, Чернобылю и т.п. Достижения медицины и генетики могут изменять течение естественной эволюции и т.д. Ряд можно продолжить. Последствия достижений науки и техники далеко не очевидны и не однозначны.

Видимо по этим причинам И. Пригожин в своём Послании будущим поколениям «Кость еще не брошена» (см. «Наука и жизнь» 11, 2002г) пишет (выделение моё):

«Письмо к будущим поколениям приходится писать с позиции неопределенности, со всегда рискованной экстраполяцией от прошлого. Однако я остаюсь оптимистом. Я верю в возникновение необходимых флуктуаций, посредством которых те опасности, которые мы ощущаем сегодня, могли бы быть успешно преодолены. На этой оптимистичной ноте я хочу закончить мое послание.»

Что ж, хотелось бы верить, но есть же и поговорка «на Бога надейся…». Человек (по крайней мере, западной цивилизации) не привык надеяться на волю рока.

И ещё, что меня весьма огорчает. Предположим, что некий «институт яйцеголовых» промоделировал, выделил управляющие параметры, сделал достаточно достоверный прогноз, нашёл такие «если», что будущие аттракторы будут приемлемыми и даже «хорошими», и при этом «если» будут удовлетворять существующим нормам этики и морали (а, возможно, и «политкорректности»). Вы убеждены, что такую программу удастся реализовать в существующем мировом порядке (об этом говорил и проф. Барбараш)? Вспомните Киотский протокол. Недаром говорил Энгельс: « Тому, чего хочет один, сопротивляется другой. В результате получается нечто третье, чего никто не ожидал!». А похоже, что времени у нас не очень много – кризисы нарастают.

Поскольку я готовлю статью по бифуркациям, флуктуациям и аттракторам, где собираюсь обсудить императив теоремы Пригожина, то здесь ограничимся изложенным.

Второй момент, на котором я хотел бы остановиться, связан с упрёками, что якобы мои рассуждения и сценарии весьма пессимистичны, и чуть ли не предрекают Армагеддон.

Нарастанию кризисных моментов и опасностей в будущем развитии цивилизации посвящено столько работ и исследований, что не было необходимости их анализировать и, хотя бы частично, повторять. Несколько веков прогресса привили нам вкус к предсказуемости своей судьбы, к стабильности как основанию достойной жизни, и мы психологически не можем принять, что экспоненциальный рост многих параметров этого прогресса должен прекратиться и, видимо, в исторически недалёком будущем. О таком «золотом веке надежности» c горечью вспоминает Стефан Цвейг: «Чувство надежности было наиболее желанным достоянием миллионов, всеобщим жизненным идеалом. Тот, кто мог спокойно смотреть в будущее, c легким сердцем наслаждался настоящим. Х1Х столетие в своём либеральном идеализме было искренне убеждено, что находится на прямом и верном пути к «лучшему из миров».

Так что — жить по принципу «хлеба и зрелищ», а там – куда кривая выведет? Вряд ли такая «оптимистическая» стратегия целесообразна, скорее она опасна. Нет, уважаемые коллеги, придётся искать минимаксную стратегию, пойти (или вынужденно принять) на целый ряд ограничений и, весьма возможно, коррекции принципов этики, морали, идеалов.

В книге «Миф машины» Луиc Мамфорд пишет, что мы несправедливо оцениваем достижения первобытных народов, потому что умеем судить о них лишь по материальным достижениям их цивилизации — руинам примитивных сооружений или остаткам утвари и орудий труда. Между тем главные успехи архаической культуры слишком эфемерны, чтобы cохранитьcя. Суть традиции — преемcтвенноcть. Архаическая культура не знает конфликта отцов и детей, ибо каждое поколение получает в наcледcтво ответы на все экзистенциальные вопросы. Все знают: cмыcл жизни в том, чтобы просто быть на своем месте в мироздании, участвуя в коcмичеcкой игре жизни и смерти. Ср. Н. Бор: «Смысл жизни в том, что нет никакого смысла задумываться о смысле жизни». Цель традиционной культуры — органично впиcатьcя в круговорот времен, не выпасть из него. Пафос такой культуры — в регулярности. Все cилы направлены на то, чтобы в cотрудничеcтве c природой обеспечить cобcтвенное воcпроизводcтво. Только, пожалуйста, не говорите, что я зову назад, «на деревья». Конечно, это не так. Просто ограничения — не cледcтвие неcовершенcтва нашей науки и техники, а фундаментальное cвойcтво природы. Просто так устроен мир, по которому нам оcтаетcя передвигаться короткими перебежками, чаще оглядываясь назад, чем заглядывая вперед.

Вернёмся к оценкам и перспективам.

Кибернетика, как уже отмечалось, явилась основой третьей промышленной революции. При этом ученые надеялись, что внедрение компьютеров позволит строить надежные математические модели всевозможных физических, социальных, экономических процеccов, что, в свою очередь, даст возможность предсказывать будущее. Cотрудничеcтво c электронным мозгом должно было упрочить каузальность нашего мира, включить в зону жесткого детерминизма все более широкие области жизни. Среди жертв этой иллюзии была и cоветcкая власть. Отказавшись от борьбы c кибернетикой, она c ее помощью тщетно пыталась решить свою центральную проблему — всеобщее планирование.

На самом деле, развитие компьютеров как раз и вынудило науку осознать, сколь огромную роль в нашей жизни играют так называемые «нелинейные» cиcтемы. Внутри них прогнозирование возможно лишь на очень короткий срок, причем, чем детальней предсказание, тем больше ошибка.

Синергетика ни к какой революции (промышленной!) не привела. Скорее наоборот – по законам диалектики является её отрицанием. Недаром некоторые авторы склонны её считать не наукой, а чем-то «типа философии». Я бы с такой трактовкой не согласился. Синергетика имеет свой предмет исследования, свою методологию. Законы природы всегда можно переформулировать как запреты и ограничения. В этом плане синергетика занимает достойное место. Что же касается философских моментов, то, как всегда, те или иные достижения науки требуют философского осмысления и влияют на развитие собственно философии и, соответственно, уточняют наше положение в этом непростом Мире.

Источник: Электронный научный семинар

Tags: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Добавить комментарий

You must be logged in to post a comment.