Алгоритмы развития

3. Структура организации и обратные связи

Среди понятий, которые используются для обсуждения проблем самоорганизации и развития, важное место занимают понятия структуры и организации. Изучая конкретные процессы развития, мы не можем ограничиться только общефилософским определением этих понятий, а нуждаемся в их конкретизации, тем более что теория организации уже достаточно давно существует как самостоятельная дисциплина с собственными методами и принципами.

Основателями этой теории, которые работали независимо друг от друга, можно считать известного кристаллографа Е. С. Федорова и врача, физиолога и известного общественного деятеля А. А. Богданова. Первый обратил внимание на то, что разнообразие архитектурных форм вещества значительно беднее разнообразия материала, участвующего в природных процессах. Это делало содержательным выделение структуры вещества как самостоятельного объекта исследований. Е. С. Федоров провел такое исследование на кристаллах. Оказалось, что независимо от химического состава вещества, способного к кристаллизации, существует лишь вполне определенный набор кристаллических структур. Е. С. Федоров дал его полное описание (закон Федорова).

Если для Е. С. Федорова наиболее важным было изучение структуры кристаллов, а соображения общесистемного характера были у него, так сказать, «побочным» продуктом исследований, то А. А. Богданов стремился исследовать прежде всего именно общие принципы организации материального мира. Теория Е. С. Федорова заложила основы статики в теории организации, т. е. изучения стабильных структурных форм. Теория А. А. Богданова ставила своей целью изучение динамики организационных форм, т. е. изучение характера их изменения под действием внешних и внутренних факторов. Иными словами, если Е. С. Федоров рассматривал организацию как неизменное свойство, присущее данному объекту, то А. А. Богданов на обширном материале из разных областей естествознания и обществоведения показывал существование закономерностей в изменении организационных структур, общих для явлений самой разной природы.

Однако ни Е. С. Федоров, ни А. А. Богданов не дали четкого определения организации, считая его, по-видимому, одним из исходных понятий. Мне представляется, что А. А. Богданов считал понятие организации неотделимым от понятия материи: любой материальный объект обладает определенной организационной структурой, любой процесс всегда протекает в рамках определенной организации, а само это понятие всегда связано с определенным материальным носителем.

С конца прошлого века математики начали заниматься проблемами, которые по своему существу очень близки теории организации. Это прежде всего некоторые области топологии и качественной теории дифференциальных уравнений. Я думаю, что благодаря усилиям математиков, работавших в этих областях, уже начал формироваться математический инструментарий теории организации. Начало всем подобным качественным исследованиям было положено А. Пуанкаре⁸.

Значение математических методов в теории организации стало особенно наглядным в последние годы, когда были обнаружены удивительные свойства «универсальности» систем различной природы, испытавших многократные бифуркации. Изученные сначала на относительно простых явлениях, таких, например, как отображение отрезка в себя, они, как оказалось, свойственны и процессам неизмеримо более сложной природы⁹. Конечно, бессмысленно говорить об организации, не называя ее материального носителя. Но ведь похожая ситуация возникла и после открытия общей теории относительности. Теперь трудно оспаривать, что пространство вне времени, вне связи с распределением вещества и изучения и характером их движения есть некая фикция, некая абстракция. Но это вовсе не означает, что нельзя изучать свойства и особенности того же пространства, той же организации самих по себе. Изучение таких абстракций чрезвычайно важно для науки и составляет основу целого ряда теоретических дисциплин (и не только теоретических!). Теоретическая наука в отличие от эмпирии всегда имеет дело с идеализациями реальных объектов. И не только наука. Ведь изучаем же мы законы архитектуры, не вдаваясь особенно в изучение физических свойств тех материалов, из которых построены те или другие шедевры зодчества, и изучаем их архитектурные формы, мало беспокоясь о том, как используются здания.

Подобный путь формирования и использования абстракций традиционен для науки – это один из важнейших способов познания. Вот почему теорию организации А. А. Богданова¹⁰ оправданно считать фундаментом теории систем. В самом деле, целостное представление о системе требует прежде всего изучения ее организации. И чтобы добиться такого представления, надо сначала ответить на вопрос, что такое организация. Во всяком случае, объясним тот смысл, который мы будем вкладывать в это слово.

Любой процесс может быть описан в терминах состояния. Это могут быть фазовые переменные, относящиеся к конечномерным объектам, или функции (в том числе и функции распределения), если речь идет об объектах континуальной или стохастической природы. К числу характеристик состояния относятся также функционалы, зависящие от фазовых переменных. Все переменные состояния так или иначе изменяются во времени. И в каждом конкретном случае можно говорить о характерных временах их изменения, измеренных некоторым временеподобным масштабом, являющимся характеристикой целей исследования.

Описание процесса изменения состояний – это и есть, с точки зрения математика или физика, описание процесса эволюции или развития изучаемого объекта. И в таком контексте понятие организации кажется, вообще говоря, ненужным – без него вроде бы можно и обойтись. Однако в процессе исследования того или иного объекта мы, как правило, обнаруживаем, что характерные времена изменения некоторых переменных его состояния значительно больше соответствующих времен других переменных. Вот эти первые переменные состояния мы и условимся относить к элементам организации. Другими словами, организация изучаемого объекта (системы) – это совокупность консервативных, медленно изменяющихся (в частном случае – постоянных, неизменных) характеристик объекта. У кристаллов это их геометрия – взаимное расположение вершин, ребер, граней. В турбулентном потоке – это средние характеристики давления, пульсации скоростей и т. д. С этих же позиций можно изучать и организацию живого мира, и общественные структуры, определяя каждый раз те характеристики эволюционного процесса, которые мы будем относить к организации. Например, в теории динамических систем под организацией естественно понимать топологию ее фазовых траекторий, структуру аттракторов и т. д. В процессе исследования мы следим за изменением организации системы, изучаем условия ее коренной перестройки. С помощью такого языка часто оказывается возможным описать более наглядно те или иные свойства механизмов бифуркационного типа, поскольку именно в точках катастрофы и происходит резкое изменение организации.

Понимание главного содержания процесса самоорганизации материи как изменения ее организации позволяет описать процессы развития систем последовательностью переходов от одних квазистабильных состояний, характеризуемых определенными параметрами организации, к другим. Предлагаемый подход отвечает тому представлению о роли временных масштабов при изучении процессов, протекающих в окружающем мире, которые мы находим в многочисленных публикациях В. И. Вернадского. Заметим, что такое представление лежит, по существу, в основе инструментария современного системного анализа. В самом деле, в каждом конкретном исследовании всегда каким-либо образом определяется временной интервал, в пределах которого изучается тот или иной объект, – например, глубина прогноза погоды или количество жизненных циклов популяции. Определение подобного интервала является важнейшей характеристикой исследования, определяющей цель исследователя.

Но если в любом исследовании всегда присутствует некоторый характерный интервал времени, то по отношению к нему мы можем провести (и всегда проводим) некоторое ранжирование или классификацию отдельных процессов. Например, в ряде случаев можно изучать функционирование объектов, считая их организацию неизменной, как в задаче об исследовании механических свойств кристалла. Это будет один вариант асимптотических теорий. В других случаях можно лишь игнорировать детали некоторых быстропротекающих явлений. Это будет другой тип асимптотических теорий. Поясним сказанное на примере анализа изменения характеристик климатических процессов.

Говоря о погоде, мы имеем в виду характерные времена порядка нескольких Дней. И для ее изучения важнее всего структура атмосферной циркуляции – распределение фронтов, характер циклонов и т. д. На фоне этой «организации» погоды мы изучаем ее видимые детали: где и когда выпадут осадки; каков будет суточный ход температуры; чему будет равна максимальная скорость порывов ветра и т. д. Если же речь идет об анализе долговременного климатического процесса, о его зависимости от астрономических факторов, например, то динамика отдельных циклонов отступает на второй план. Зато появятся новые характеристики: особенности динамики океанических масс, структуры энергообмена «океан – атмосфера», изменение альбедо и ряд других, которые в «чисто погодных» исследованиях считаются Постоянными. Таким образом, наши рассуждения общего характера приводят в конце концов к вполне конкретным методическим рекомендациям в анализе процессов самоорганизации.

Одновременно мы видим, что понятие организации – достаточно условно, что многое зависит от требований, предъявляемых к анализу. То, что в одних условиях мы можем считать параметрами функционального характера, в других можно отнести к элементам организации.

Остановимся еще на двух особенностях эволюции, теперь уже – живой материи, особенностях, которые будут играть важную роль в последующем изложении.

Сегодня получил широкое распространение термин «гомеостазис». Он означает, в частности, что любому живому существу свойственно стремление к самосохранению или стабильности организма. Многие считают – и я долго разделял эту точку зрения, – что отрицательные обратные связи, которые поддерживают состояние гомеостазиса, как раз и есть та основная особенность, которая отличает все живое от неживого: живое всегда стремится сохранить свою стабильность. Но, видимо, это распространенное мнение не вполне точно. В самом деле, с одной стороны, например, принцип Ле Шателье, справедливый для неживой материи (он является следствием законов сохранения), можно трактовать как «стремление» сохранить гомеостазис. С другой стороны, некоторые прокариоты и вирусоподобные существа, которых мы относим, естественно, к представителям живого мира, по-видимому, лишены способности формировать петли обратной связи. Не вдаваясь здесь в обсуждение этих трудных и спорных вопросов, мы тем не менее можем утверждать, что стремление к гомеостазису, к сохранению собственной стабильности, стабильности рода, популяции всегда было одним из мощнейших факторов эволюции, фактором, который оказывал прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Но диалектика развития непрерывно демонстрирует нам неоднозначность результатов любых конкретных тенденций и противоречивый характер любых категорических утверждений типа «только так и не иначе». Устойчивость, доведенная до своего предела, прекращает любое развитие. Она противоречит принципу изменчивости. Чересчур стабильные формы – это тупиковые формы, эволюция которых прекращается. Чрезмерная адаптация или специализация столь же опасна для совершенствования вида, как и его неспособность к адаптации. Стремление к гомеостазису должно компенсироваться другими тенденциями, определяющими рост разнообразия организационных форм. А эти тенденции неизбежно будут формировать механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей. Одна из таких тенденций порождается, видимо, принципом минимума диссипации энергии, о котором уже шла речь в этой главе. Мы говорили о том, что этот важнейший принцип отбора может быть распространен и на живые системы, а также предложили его расширенную формулировку. Обобщенный принцип минимума диссипации – это такое же эмпирическое обобщение, как и принцип сохранения гомеостазиса.

Живые системы – это открытые системы, поскольку им свойствен метаболизм, т. е. обмен энергией и веществом с окружающим миром. И одной из ведущих тенденций их развития является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды, уменьшая тем самым свою локальную энтропию. Этот факт – эмпирический: стремление так изменить систему, в такую сторону направить эволюционный процесс, чтобы увеличить ее способность усваивать внешние энергию и вещество, столь же свойственно живому, как и стремление сохранить гомеостазис. Эти тенденции в известных условиях могут оказаться противоречивыми, что особенно хорошо видно при анализе общественных форм организации.

В результате непрерывно совершающихся компромиссов между этими тенденциями возникают и быстро развивающиеся, «прогрессивные» формы эволюции, какой является, например, человек, и формы более стабильные, развивающиеся значительно медленнее и даже практически остановившиеся в своем развитии, вроде термитов или муравьев¹¹.

Таким образом, важнейшей особенностью эволюционного процесса является противоречивое взаимодействие тенденций двух различных типов – тенденций к стабильности, нуждающийся в укреплении отрицательных обратных связей, и тенденций поиска новых, более рациональных способов использования внешних энергии и вещества, необходимо требующих формирования положительных обратных связей и ограничения стабильности. Способы разрешения этих противоречий, т. е. структуры возникающих компромиссов, могут быть самыми различными. И это обстоятельство тоже в значительной степени ответственно за разнообразие организационных форм материального мира.