Основатель украинской научной школы лингвистической технологии В.А. Широков об эволюции

Выдающийся ученый в области математической и прикладной лингвистики и лексикографии, основатель научной школы лингвистической технологии академик Владимир Широков отметит 28 августа свое 73-летие. Под его руководством работает Институт («фонд») языково-информационных исследований НАН Украины. «Гранит науки» к дню рождения Владимира Анатольевича публикует выдержки из его статьи «Пролегомены к будущей общей теории эволюции» — эта тема на сегодня интересует доктора технических и кандидата физико-математических наук больше всего.

«Интеллект — это форма индивидуализации систем, обладающая языковым статусом» (В. Широков)

Общая концепция эволюции. Понятие механизма эволюции. 6 основных механизмов. Возможность параллельной эволюции. Основной закон эволюции: сложность системы всегда растет. Характер общей темпоральной динамики произвольного эволюционного механизма. Любой механизм имеет свой естественный предел роста сложности, обусловленный его системным устройством.

Автор уже давно ощущает необходимость в некой универсальной схеме, которая позволила бы хотя бы в общих чертах обозреть устройство Мира с некой единой позиции. Причем Мира именно с большой буквы, ибо в данном случае мы предполагаем говорить обо всем Мироздании в целом.

Несмотря на колоссальный разброс мнений, убеждений и предубеждений, касающихся оснований мироустройства, большинство мыслящих людей сейчас пребывает в таком настроении, что мир, в котором мы живем, каким-то таинственным образом развивается, эволюционирует, а постоянно обновляющиеся данные науки не опровергают, а лишь подтверждают данное настроение. Но вот в каком направлении происходит эта эволюция, каким законам она подчиняется и вообще, существуют ли такие общие закономерности, действующие на всем, так сказать диапазоне Мироздания, и к чему в конце концов это может привести? – с ответом на эти вопросы дело обстоит гораздо сложнее.

Автор исходит из внутреннего убеждения, что Мироздание не случайно. Однако не в том смысле, что в нем отсутствуют случайности (совсем наоборот: мир вообще не может существовать без случайностей), а в том, что весь объем Универсума – от его Начала (и даже перед) и до самого Конца (и даже после) – урпавляется некими общими закономерностями, которые проявляются в формах, специфичных для каждого эволюционного этапа, каждой фазы эволюции.

Мы декларируем в качестве основного методологического принципа, которому предполагаем следовать в данной работе, так называемую «Презумпцию нулевого приближения», полагая, что любая теория хорошо работает лишь в «нулевом приближении». Не стоит требовать от теории такой точности, которая не является релевантной рассматриваемой проблеме (образно говоря, когда за деревьями становится не видно леса).

Состояние глобализированного современного мира можно охарактеризовать формулой «Борьба всех против всех». Общей особенностью кризисных явлений является их кажущаяся немотривированность. По крайней мере, внешние мотивы конфликтов при их зарождении почти всегда выглядят недостаточными для их разрастания. Всемирный Левиафан, призванный обеспечивать соблюдение Мирового Порядка, все хуже справляется со своими обязанностями, а роль глобальных мировых институтов становится все более декоративной.

Мы убеждены, что для того, чтобы понять причины современных кризисов, необходимо осознать и получить внутреннюю уверенность в том, что они являются следствием общих законов эволюции мира и не могут быть объяснены все их.

Но существуют ли вообще эти законы? И если да, то сформулированы ли они наукой? В каком состоянии сейчас находится то, что мы назвали общей теорией эволюции? Анализ данных показывает, что львиная доля публикаций посвящена тем или иным аспектам модернизации теории биологической эволюции Дарвина-Уоллеса, имеющей, по нашему мнению, весьма опосредованное отношение к общими проблемам эволюции.

Вследствие такого положения дел нам не остается ничего другого, как сформулировать собственную теорию эволюции мира, введя основные понятия и базовые параметры, описывающие эволюцию, вместе с их интерпретацией и иллюстрацией на конкретных примерах.

Итак, к делу. Мы исходим из убеждения, что Мир эволюционирует. Это убеждение мы квалифицируем как «Презумпцию развития» (автору нравится слово «презумпция») и далее будем рассматривать эволюцию как одно из основных свойств Мира, возможно даже – вообще основное.

Откуда движемся? Куда движемся? Как движемся? Почему? Зачем? На эти «наивные вопросы» не так просто дать вразумительный ответ. Большинство наличествующих ответов сводятся примерно к следующему: эволюция – это процесс последовательных изменений в системе, которые приводят ее к качественно новому состоянию развития (прогресса).

Мы полагаем, что «эволюция» является фундаментальным, первичным понятием (ср. с понятием множества в математике), которому строгое определение дать невозможно. Но можно привести примеры, дать некоторые пояснения, исследовать ее свойства и установить закономерности.

Основным понятием общей теории эволюции мы полагаем понятие «механизма эволюции». Краткое его содержание раскрывается в следующих утверждениях:

1. Эволюция мира осуществляется в определенных дискретных формах. Их мы и будем называть механизмами эволюции. В данной работе мы выделяем физический, химический, генетический, нейронный, коммуникационный и производственный механизмы. Параллельно с означенной шестеркой механизмов действуют космический, геологический и еще ряд возможных иных.
2. Каждый механизм характеризуется определенным, специфичным для него комплексом материально выраженных признаков, позволяющих его индивидуализировать и выделить среди других механизмов.
3. Однако все механизмы имеют некие общие свойства, что позволяет их типизировать и отнести к одному классу явлений, а именно – к классу «эволюция».

Каждый из механизмов обладает своей «тонкой структурой». Например, для физического механизма мы выделяем 10 фаз, а производственный механизм имеет 5 экономических этапов: потребительский, обменный, финансовый, финансово-информационный и финансово-информационно-сетевой.

Механизмы эколюции действуют на определенном классе объектов, причем их действие обеспечивается соответствующей «субстанцией», своеобразной агентской системой, реализующей действие данного механизма.

Перейдем к формулировке основного постулата общей теории эволюции, который мы называем Великой Экстраполяцией. Его содержание сводится к следующему утверждению: мы считаем, что причиной и двигателем эволюционных процессов является СЛОЖНОСТЬ эволюционирующей системы. Похожее соображение было высказано в статье М.В. Сухарева «Взрыв сложности», опубликованной в журнале «Компьютерра» №43 от 3.11.1998, где автором утверждалось буквально следующее: «Одним из неотъемлемых свойств известной нам части Вселенной является неуклонное усложнение природных объектов и систем… Похоже, что эволюция Вселенной подчиняется некоему эмпирическому закону, который можно сформулировать так: сложность самых сложных из имеющихся во Вселенной систем со временем повышается». К сожалению, эти идеи, насколько нам известно, не получили должного развития.

Итак, увеличение сложности системы является необходимым условием ее эволюции. Таким образом, мы приходим к обобщению, которое называем Основным законом эволюции и формулируем следующим образом:

СЛОЖНОСТЬ ЭВОЛЮЦИОНИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ВСЕГДА РАСТЕТ.

Возникают вопросы: можно ли измерить или посчитать сложность? И вообще, что это такое?

Исторически данное научное понятие впервые было сформулировано в алгоритмической теории сложности, созданной великим русским математиком А.Н. Колмогоровым (знаменита его работа «Три подхода к определению понятия количества информации»), с имплицитно содержащимися в ней отношениями «субъект-объект» и «форма-содержание». Впоследствии были разработаны и другие варианты теории сложности. Вообще, «сложность» оказалась исключительно многоаспектным понятием, которое по-разному проявляется в различных ситуациях. Интуитивное представление о сложности так называемых «конструктивных объектов» отражено здесь:

Здесь конструктивные объекты по определению представляются линейными цепочками символов, принадлежащих некоторому конечному алфавиту при условии, что количество элементов, представляющих каждый отдельный символ, не ограничено.

В теории сложности и информации Колмогорова оператор, осуществляющий переработку воспринимаемых им свойств наблюдаемого объекта в свое внутреннее представление, также представляется в форме некоторого конструктивного объекта. Как таковой, он также приобретает форму некоторого описания, а конкретно – слова в алфавите внутренних состояний (у Колмогорова они маркированы двоичными последовательностями). Среди возможных описаний выбирается минимальное – с учетом некоторых дополнительных условий, — и таким образом получается выражение для сложности исходного объекта относительно его описания. Оно и служит исходным материалом для построения количественных мер сложности и информации.

Отмеченные соображения оказываются полезными при построении мер сложности конкретных механизмов эволюции, формирующих реальный мир. Они позволяют построить «мостик» между математическими абстракциями и свойствами объектов реального мира. Это становится более понятным при сопоставлении свойств сложности, информации и энергии.

Связь между энергией и информацией была установлена довольно давно. Например, замечательным свойством информации является то, что для ее получения обязательно необходимо затратить какое-то количество энергии. Оказывается, что минимальные затраты энергии, необходимые для получения одного бита информации, вычисляются по формуле:

Существуют, в определенном смысле, обратные процессы – где, образно говоря, уже информацию можно преобразовать в энергию. Идея о возможности таких процессов возникла в науке в связи с обсуждением парадокса «демона Максвелла», который представляет пример механизма, использующего в качестве «горючего» информацию. Модель такого процесса описана в книге Р.Л. Стратоновича «Теория информации» (Москва, издательство «Советское радио», 1975 г.). Есть основания полагать, что аналогичные процессы происходят и в социотехнических системах – подробно они описаны в наших работах 1996 и 1998 годов «Информационно-энергетические трансформации и информационное общество» и «Информационная теория лексикографических систем».

Таким образом, инфомационные процессы не составляют замкнутой системы и очень быстро выводят в другую область свойств объектов – энергетическую. Это побуждает специалистов, занимающихся информационными свойствами систем, постепенно осознавать недостаточность одного лишь информационного подхода в своей области. По мере все более глубокого проникновения в свойства вещей представления, факты и методы различных наук, по нашему убеждению, будут стремиться к конвергенции все интенсивнее. В этом проявляется смысл трансдисциплинарности – основной определяющей черты современного развития науки.

Отметим, что далеко не любая информация может быть преобразована в полезный ресурс. В частном случае этот процесс способен реализовать даже один, образно выражаясь, демон Максвелла. В реальных же ситуациях для этой цели создаются целые комплексы организаций и институций (следуя О.Г. Селфриджу, употребим для них название «пандемониумы»), обеспечивающие производство, многократные преобразования информации и ее транзакции до тех пор, пока она не поступит в социотехническую систему в нужный момент, да еще и в нужной форме, адаптированной к восприятию системой-реципиентом.

Из изложенного вполне однозначно следует, что сложность является не просто оценочной характеристикой, а фундаментальным объективным свойством явлений и процессов. По нашему мнению, существует глубокая аналогия между определениями понятия сложности, с одной стороны, и энергии, также являющейся некоей универсальной объективной характеристикой вещей, с другой. Оба отмеченных понятия – и сложность, и энергия – являются многоаспектными и по-разному проявляются в различных ситуациях.

Подчеркнем, что сложность, фактически, имеет статус физической величины, которую можно измерять, рассчитывать по соответствующим моделям. Ее фундаментальность, так же, как и фундаментальность понятия энергии, определяется многообразием ее проявлений и связей с другими фундаментальными величинами и понятиями. Описание фундаментальных систем должно осуществляться в духе принципа дополнительности Бора в виде двух связанных между собою комплементарных видов описаний: энергетического и сложностного.

Материальные факторы, формы, механизмы и способы реализации самой сложности весьма различаются для разных механизмов эволюции. Они обеспечиваются разными, специфичными для каждого механизма субстанциями, отношениями, взаимодействиями и другими системными факторами. Это замечание справедливо даже и для различных фаз или этапов одного механизма эволюции:

Ниже продемонстрированы 10 этапов физического механизма эволюции в терминах соответствующих временных диапазонов, состояний, процессов и субстанций. При этом отмечается возрастание сложности соответствующего механизма эволюции на каждом этапе. Это служит еще одним подтверждением Основного закона эволюции («Сложность эволюционирующей системы всегда растет»).

Несмотря на то, что сложность является главным эволюционным фактором и движителем, ее рост в пределах любого конкретно взятого механизма эволюции не может продолжаться неограниченно. Анализ данных свидетельствует о том, что каждый механизм эволюции (и, соответственно, этап отдельно взятого механизма) имеет свой, характерный именно для него предел роста сложности, обусловленный его системным устройством. Данное обстоятельство имеет исключительное значение для временной динамики механизма эволюции. Оно, на самом деле, служит главным фактором, определяющим ограниченность во времени каждого механизма (и этапа) эволюции, и одновременно обеспечивает дискретность самого множества механизмов.

Таким образом, оценка сложности эволюционирующих объектов, управляемых теми или иными механизмами, приобретает решающее значение для развития общей теории эволюции. Эта задача весьма нетривиальна.

Общих, универсальных методов, позволяющих оценить сложность того или иного реального объекта, насколько нам известно, не существует. Хотя теория сложности развивается уже больше полувека, ее содержательные результаты в основном сосредоточены в области так называемой вычислительной сложности и касаются артефактов. Сюда относится собственно проблематика сложности вычислений, а также близкие к ней задачи сложности алгоритмов, программ, сложности доказательств, сложности информационного поиска и т.п. Что касается моделей сложности реальных объектов и процессов, то результаты здесь гораздо скромнее. В основном они касаются поведения так называемых сложных систем, причем сложность последних оценивается всего лишь на качественном уровне через факторы многопараметричности и/или нелинейности. Количественных оценок сложности соответствующих систем не делается. Автору не известны даже постановки таких заданий.

Представляется весьма заманчивой возможность построения формальной модели сложности реальной системы путем сведения ее к некоей известной задаче определения вычислительной сложности. Однако и такие примеры нам, к сожалению, неизвестны. Поэтому наши попытки определения сложности и динамики тех или иных механизмов эволюции будут в значительной мере эвристичными, имеющими характер «правдоподобных рассуждений».

Продолжение следует…

(Полную версию статьи В.А. Широкова читайте в научно-техническом журнале Харьковского национального университета радиоэлектроники «Бионика интеллекта» №1 (88) за 2017 год)

Читайте также интервью профессора Юрия Соколова, который работает над книгой о «глубоком системном развитии сложных объектов», и статью д.м.н. Вадима Корпачева «Наука должна изучать все, а не открещиваться»