Предисловие к русскому изданию
Предисловие автора
Глава 1. Новое
Особенности кибернетики
Применения кибернетики
Сложная система
Часть I. Механизм
Глава 2. Изменения
Преобразования
Повторные изменения
Глава 3. Детерминированные машины
Векторы
Глава 4. Машины со входом
Соединение систем
Обратная связь
Независимость внутри целого
Очень большая система
Глава 5. Устойчивость
Возмущения
Равновесие в части и в целом
Глава 6. Черный ящик
Изоморфные машины
Гомоморфные машины
Очень большой "ящик"
Неполностью наблюдаемый "ящик"
Часть II. Разнообразие
Глава 7. Количество разнообразия
Разнообразие
Ограничения разнообразия
Значение ограничений разнообразия
Разнообразие в машинах
Глава 8. Передача разнообразия
Обращение кодированного сообщения
Передача от системы к системе
Глава 9. Непрекращающаяся передача
Цепь Маркова
Энтропия
Шумы
Часть III. Регулирование и управление
Глава 10. Регулирование в биологических системах
Выживание
Оглавление
Глава 11. Необходимое разнообразие
Закон необходимого разнообразия
Управление
Некоторые вариации темы
Глава 12. Регулятор, управляемый ошибками
Марковская машина
Марковское регулирование
Детерминированное регулирование
Усилитель мощности
Игры и стратегии
Глава 13. Регулирование очень большой системы
Повторяющиеся возмущения
Проектирование регулятора
Количество выбора
Выбор и машины
Глава 14. Усиление регулирования
Что такое усилитель?
Регулирование и выбор
Усиление в мозгу
Усиление умственных способностей
Приложение I
Приложение II
Литература
Литература, добавленная при переводе
Ответы к упражнениям
Алфавитный указатель

С давних пор известны аналогии между:

а) сознательной целесообразной деятельностью человека;

б) работой созданных человеком машин;

в) различнейшими видами деятельности живых организмов, которые воспринимаются как целесообразные, несмотря на отсутствие управляющего ими сознания.

Человеческая мысль искала веками объяснения этих аналогий как на путях положительного знания, так и на путях религиозных и философских спекуляций. Твердая основа для научного их изучения и рационального философского уяснения была создана, когда:

1) Дарвин предложил последовательно разработанную теорию естественного происхождения целесообразного устройства живых организмов и, в частности, происхождения сложного аппарата, позволяющего живым организмам передавать свое целесообразное устройство по наследству потомкам;

2) Павлов установил возможность объективного изучения поведения животных и человека и регулирующих это поведение мозговых процессов без всяких субъективных гипотез, выраженных в психологических терминах.

В течение последних десятилетий быстрое развитие техники связи (радио, телевидение), автоматики и вычислительной техники привело к значительному расширению самого фактического материала для сопоставлений работы машин с деятельностью живых организмов и с сознательной деятельностью человека. При этом в мышление инженеров все более стало проникать использование аналогий между работой создаваемых ими машин и работой человеческого сознания. Например, средства связи воспринимают "информацию" и передают ее точно или с "ошибками"; на автоматы возлагается задача следовать той или иной "стратегии" или "тактике" и даже "обучаться" у противника усвоенной им тактике, с тем чтобы выработать целесообразную ответную тактику; вычислительные машины имеют "запоминающие устройства" ("память"); программирующие машины сами "разрабатывают программу " сложных вычислений, пользуясь более или менее совершенной "логикой", и т.д. В этой практике инженеров трудно усмотреть какую-либо философски окрашенную преднамеренность: просто указанные аналогии слишком естественны и явным образом помогают инженерам думать и изобретать.

Вполне понятно, что "целесообразная" работа машин не имеет никакой самостоятельности и является лишь техническим придатком к целесообразной деятельности человека. Однако богатый опыт, накопленный при конструировании автоматов и вычислительных машин, в настоящее время уже представляет большой интерес в качестве запаса моделей, помогающих представить себе возможные естественные управляющие и регулирующие механизмы. Процессы формирования условных рефлексов успешно изучаются при помощи моделирующих эти процессы машин. Существенно опираются на аналогии со сложными электронными машинами современные работы, анализирующие деятельность мозга. В современных работах по теории наследственности значительное применение находят представления о способах "кодирования " информации, разработанные в технической теории связи.

Для понимания причин возникновения новой науки -- кибернетики -- более существенно другое следствие новейшего развития указанных выше разделов техники. Их развитие не только дает новый материал для философского анализа понятий "управления", "регулирования", "целесообразности" в применении к машинам и живым организмам, но, кроме того, привело к возникновению некоторых вспомогательных специальных дисциплин нефилософского характера.

Эти дисциплины возникли непосредственно из практических потребностей под названиями "теория информации ", "теория алгоритмов", "теория автоматов". Конкретные результаты, полученные в их пределах, сейчас уже довольно многочисленны. Например, они позволяют: 1) оценить "количество информации", которое может быть надежно передано данным передающим устройством или сохранено данным запоминающим устройством; 2) оценить наименьшее количество простых звеньев с заданной схемой действия, которое необходимо, чтобы из них могло быть составлено управляющее устройство, выполняющее те или иные заданные функции. В обоих примерах результаты выражаются некоторыми математическими формулами, применимы же эти результаты совершенно одинаково и при конструировании машин, и при анализе деятельности живых организмов.

Заслугой Н.Винера является установление того факта, что совокупность этих дисциплин (в создании некоторых из них Винер принимал значительное участие) естественно объединяется в новую науку с достаточно определенным собственным предметом исследования. Сейчас уже поздно спорить о степени удачи Винера, когда он в своей известной книге в 1948 году выбрал для новой науки название "кибернетика". Это название достаточно установилось и воспринимается как новый термин, мало связанный со своей греческой этимологией. Кибернетика занимается изучением систем любой природы, способных воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования. При этом кибернетика широко пользуется математическим методом и стремится к получению конкретных специальных результатов, позволяющих как анализировать такого рода системы (восстанавливать их устройство на основании опыта обращения с ними), так и синтезировать их (рассчитывать схемы систем, способных осуществлять заданные действия), Благодаря этому своему конкретному характеру кибернетика ни в какой мере не сводится к философскому обсуждению природы "целесообразности" в машинах и в живых организмах, не заменяя также собой общего философского анализа изучаемого ею круга явлений.

Положение автора книги -- У.Р.Эшби -- как биолога, достаточно основательно изучившего отвлеченную, математическую сторону дела, весьма выигрышно для популяризации общих идей кибернетики среди лиц, для которых математический аппарат представляет большие трудности, а чрезмерно детальное вхождение в вопросы технической кибернетики тоже было бы затруднительно, При этом У.Р.Эшби достаточно осторожен в своих выводах и далек от нередко встречающегося рекламного стиля прославления кибернетики. Однако читатель должен критически относиться к высказываниям автора методологического и философского характера. Следует также иметь в виду, что некоторые выводы автора являются дискуссионными.

А.Колмогоров

Многие работники биологических наук -- физиологи, психологи, социологи -- интересуются кибернетикой и хотели бы применять ее методы и аппарат в своей собственной специальности. Однако многим из них мешает убеждение, что этому должно предшествовать длительное изучение электроники и высших разделов чистой математики; у них сложилось впечатление, что кибернетика неотделима от этих предметов.

Автор, однако, убежден, что это впечатление ложно. Основные идеи кибернетики по существу просты и не требуют ссылок на электронику. Для более сложных приложений может потребоваться более сложный аппарат, однако многое можно сделать, особенно в биологических науках, с помощью весьма простого аппарата; надо только применять его с ясным и глубоким пониманием затрагиваемых принципов. Если обосновать предмет общепринятыми, легко доступными положениями и затем излагать его постепенно, шаг за шагом, то, по мнению автора, нет никаких оснований ожидать, что даже работник с элементарными математическими знаниями не сможет достичь полного понимания основных принципов предмета. А такое понимание позволит ему точно решить, каким аппаратом он должен еще овладеть для дальнейшей работы и -- что особенно важно -- каким аппаратом он может спокойно пренебречь, как не имеющим отношения к его задачам.

Настоящая книга должна служить такого рода введением. Она начинает с общих, легко доступных понятий и шаг за шагом показывает, каким образом эти понятия могут быть уточнены и развиты, пока они не приведут к таким вопросам кибернетики, как обратная связь, устойчивость, регулирование, ультраустойчивость, информация, кодирование, шум и т.д. Нигде в книге не требуется знания математики сверх элементарной алгебры. В частности, доказательства нигде не основаны на исчислении бесконечно малых (немногими ссылками на него можно безо всякого вреда пренебречь; они приведены лишь с целью показать, каким образом исчисление бесконечно малых может применяться к рассматриваемым вопросам). Иллюстрации и примеры берутся в основном из биологических, реже из физических наук. Совпадение с книгой "Устройство мозга" невелико, так что эти две книги почти не зависят друг от друга. Однако они тесно связаны между собой, и лучше всего рассматривать их как взаимно дополнительные: одна помогает понять другую.

Книга делится на три части.

В части I рассматриваются основные черты механизмов; в ней обсуждаются такие вопросы, как представление механизмов посредством преобразований, понятие "устойчивости", понятие "обратной связи", различные формы независимости, которые могут существовать внутри механизмов, и соединение механизмов друг с другом. В этой части излагаются принципы, которыми следует руководствоваться, когда система столь велика и сложна (например, мозг или общество), что может рассматриваться лишь статистически. В ней обсуждается также случай системы, не вполне доступной непосредственному наблюдению, -- так называемая "теория черного ящика".

В части II методы, развитые в части I, применяются к исследованию понятия "информации" и к исследованию кодирования информации при ее прохождении через механизмы. В этой части рассматривается применение указанных методов к различным проблемам биологии и делается попытка показать хотя бы часть всего обилия их возможных применений. Это приводит к теории Шеннона, так что, прочитав эту часть, читатель сможет без затруднений перейти к изучению работ самого Шеннона.

В части III понятия механизма и информации применяются к биологическим системам регулирования и управления -- как к врожденным, изучаемым физиологией, так и к приобретенным, изучаемым психологией. В ней показывается, как могут строиться иерархии таких систем регулирования и управления и как посредством этого становится возможным усиление регулирования. В ней дается новое и в общем более простое изложение принципа ультраустойчивости, Эта часть закладывает основы общей теории сложных систем регулирования, развивая дальше идеи книги "Устройство мозга". Таким образом, она дает, с одной стороны, объяснение исключительной способности регулирования, присущей мозгу, а с другой стороны -- принципы, на основе которых проектировщик может строить машины, обладающие подобной способностью.

Хотя книга задумана как легкое введение, она не является просто болтовней о кибернетике -- она написана для тех, кто хочет путем самостоятельной работы войти в эту область, для тех, кто хочет на деле, практически овладеть предметом. Поэтому она содержит много легких упражнений, тщательно подобранных по степени сложности, с указаниями и подробными ответами, так что читатель по мере продвижения может проверять усвоение прочитанного и упражнять свои новые интеллектуальные мускулы. Немногие упражнения, требующие специального аппарата, отмечены звездочкой: "*Упр.". Их пропуск не затруднит продвижения читателя.

Для удобства ссылок материал разделен на параграфы; при всех ссылках приводятся номера параграфов, и поскольку эти номера стоят на каждой странице сверху, найти параграф так же легко и просто, как найти страницу. Параграфы обозначаются так: "§9/14", что указывает на §14 гл.9. Рисунки, таблицы и упражнения нумеруются внутри каждого параграфа; так, рис.9/14/2 есть второй рисунок в §9/14. Простые ссылки, например "Упр. 4", обозначают ссылку на материал внутри данного параграфа. Там, где слово формально определяется, оно напечатано полужирным шрифтом.

Я хотел бы выразить мою признательность Майклу Б.Спорну, проверившему все ответы к упражнениям. Я хотел бы также воспользоваться случаем, чтобы выразить глубокую благодарность управляющим больницы "Барнвуд Хаус" и д-ру Дж. У.Т.Х.Флемингу за широкую поддержку, которая сделала возможными эти исследования. Хотя книга затрагивает многие вопросы, они служат лишь средством; целью всей книги было выяснить, каким принципам нужно следовать, пытаясь восстановить нормальную деятельность больного организма, потрясающе сложного, если речь идет о человеке. Я верю, что новое понимание может привести к новым и действенным методам, ибо потребность в них велика.

У.Росс Эшби

"Барнвуд Хаус" Глостер

    Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Прогресс, 1986.

    Хакен Г. Информация и самоорганизация. М.: Мир. 1991.

    Капра Ф. Паутина жизни. Новое научное понимание живых систем. К.,:София, М.: ИД Гелиос, 2002.

    Винер Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине. М. 1983.

  1. Эшби у.Р. Введение в кибернетику. М., 2006.

Вопросы для самоконтроля

    Что такое управление?

    Какие диссипативные структуры вы знаете?

    Что такое брюсселятор?

    Каково соотношение управления и самоорганизации в социальных системах?

Лекция № 6. Структура ноосферы и взаимодействие природы и общества

Термин «ноосфера» этимологически связан с греческим словом «ноос» - разум. Само понятие впервые использовал французский ученый Э. Леруа, отмечая, что пришёл к этой идее совместно с другим исследователем П. Тейяром де Шарденом. При этом они основывались на идеях В.И. Вернадского, озвученных в 1922 – 1923 годах в ходе чтения лекций в Сорбонне.

Позже Пьером Тейяром де Шарденом была разработана телеологическая концепция ноосферы, в основе которой лежали теософские идеи (точка Омега как конечный пункт эволюции, в котором происходит соединение человека с Богом). В.И. Вернадским идея ноосферы разрабатывалась в совершенно ином ключе. Эта разница в подходе к трактовке понятия ноосферы получила название дилеммы Вернадского- Шардена, как противопоставление обьективного и субъективного факторов формирования ноосферы 32 .

Учение о ноосфере сформировалось уже в конце его жизни В.И.Вернадского. Впервые он употребил этот термин в письме Б.Л.Личкову 7 сентября 1936 г. в Карлсбаде, а произнёс публично в 1937 г в докладе “О значении радиогеологии для современной геологии”, который прочёл на 17 сессии Международного Геологического конгресса. В 1945 г, уже после смерти Вернадского, в журнале “American Scientist" вышла его статья “Биосфера и ноосфера”, получившая широкую известность в научных кругах. Но основные идеи Вернадского о ноосфере были изложены в двух незаконченных при жизни трудах, над которыми он работал в годы войны. Наиболее полно представления В.И.Вернадского о ноосфере были развиты в работе “Научная мысль как планетное явление”. Впервые она была опубликована в 1977 г., затем с поправками вошла в книгу “Философские мысли натуралиста” (1988г), а 3-е издание отдельной книгой осуществилось в 1991 г 33 .

В.И. Вернадский выявил геологическую роль жизни, живого вещества в планетарных процессах, а в этом живом веществе он выделил человека как геологическую силу, изменяющую естественные биогеохимические процессы планеты. По его мнению, ноосфера – это материальное образование, как результат естественноисторического развития биосферы и как результат планомерного труда человечества. Становление ноосферы - природное явление, резко материально проявляющееся в окружающей человека среде

Предпосылки становления ноосферы связаны с естественным процессом цефализации. Это определённое направление эволюции, выражающееся как усложнение центральной нервной системы и увеличение объёма головного мозга.

Геологическое действие человечества на биосферу проявилось спустя значительное время после его появления в биосфере, вначале с овладением огнём, потом с развитием земледелия.

Ноосфера – это не просто «очеловеченная природа», это сознательно формируемое человеком состояние природной среды 34 .

В работах Вернадского назван ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы:

    заселение человеком всей планеты,

    резкое преобразование средств связи и обмена между разными странами,

    усиление связей, в том числе политических, между всеми государствами Земли,

    преобладание геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере,

    расширение границ биосферы и выход в космос,

    открытие новых источников энергии,

    равенство людей всех рас и религий,

    увеличение роли широких масс в решении вопросов внешней и внутренней политики,

    свобода научной мысли и научного искания от давления политических, религиозных и иных теорий; создание условий, благоприятных для свободной научной мысли,

    подъем благосостояния людей; создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и ослабить влияние болезней,

    разумное преобразование первичной природы Земли таким образом, чтобы она была способна удовлетворить материальные, эстетические и духовные потребности растущего населения,

    исключение войн из жизни общества 35 .

Вернадский считал, что становление ноосферы связано с периодом, когда люди становятся способными организовать свою деятельность сознательно. Современную ситуацию в этом смысле оценивают пессимистично – загрязнение природной среды, нерациональное использование ресурсов, войны – нельзя говорить о наступлении эпохи ноосферы, но можно о становлении, о переходе к периоду ноогенеза (эволюции, управляемой человеческим сознанием) 36 .

Н.Н. Моисеев пишет о процессе перехода биосферы в новое, ноосферное состояние, как о «мучительном и небыстром процесс выработки новых принципов согласования своих действий и нового поведения людей», «новой нравственности» 37 .

Идея ноосферы лежит в основе ноосферной стратегии развития цивилизации, отличной от экстенсивной стратегии прошлых столетий. Рациональность при добыче, использовании, переработке, утилизации – вот ключ к этой стратегии 38 .

Иногда в составе ноосферы выделяют компоненты – антропосферу, техносферу, измененную человеком живую и неживую природу и социосферу, при этом антропосфера понимается как совокупность людей как организмов, социосфера – как совокупность социальных факторов и институтов, а техносфера – как часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком в технические здания и сооружения 39 .

Литература

    Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. М., 2002.

    Моисеев Н. Человек и ноосфера. М., 1990.

    Урсул А. Д. Путь в ноосферу: Концепция выживания и устойчивого развития цивилизации. М., 1993.

Вопросы для самоконтроля:

    Какова история формирования понятия «ноосфера»?

    Что значит цефализация?

    Каковы условия становления и существования ноосферы?

    Какой смысл вкладывал в понятие ноосферы Н.Н. Моисеев?

Лекция № 7. Антропогенно-природные факторы возникновения неустойчивости в биосфере.

Глобальные и региональные изменения климата.

Метеорологические данные указывают на рост средней температуры поверхности Земли(так, например, в России среднегодовая температура приземного воздуха выросла за последние 100 лет на 1 ºС). Однако в ряде регионов (юг США, Бразильская Амазония) происходит некоторое похолодание. Увеличивается частота экстремальных погодных явлений и их интенсивность (штормы, наводнения, засухи, зимние оттепели и т. д.).

Глобальные изменения климата многие учёные соотносят с ростом в атмосфере концентрации так называемых парниковых газов (углекислого газа, метана, закиси азота и др.).

В Четвертом оценочном докладеМежправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) сделан вывод, чтос вероятностью 90% происходящие изменения климата имеют антропогенный характер. Ряд исследователей отмечает, что Земля и раньше испытывала глобальные климатические изменения, переживая похолодание и потепление, но темп изменения средней температуры в наше время действительно велик. Есть точка зрения, отрицающая антропогенное влияние на климат 40

Рамочная конвенция и Киотский протокол.

На Всемирном саммите по устойчивому развитию в Рио-де-Жанейро была подписана Рамочная конвенция ООН об изменении климата (РКИК), вступившая в силу 21 марта 1994 года.

Это важный политический документ для всего международного сообщества, концентрирующий внимание на проблеме глобального изменения климата. РКИК имеет рамочный характер. Она даёт обоснование необходимости международного соглашения относительно глобальных изменений климата. В Конвенции использован принцип "общей, но дифференцированной ответственности", что выражается в более мягких требованиях для стран с переходной экономикой.

Все участники РКИК приняли определённые обязательства по инвентаризации антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями всех парниковых газов, разработке национальных программ ограничения изменений климата, научному сотрудничеству и обмену информацией и просвещению широких масс населения по данным вопросам.

В декабре 1997 г. принят Киотский протокол. Протокол - это международный политико-правовой документ, принятый в рамках деятельности по реализации РКИК. Он вступил в силу 19 февраля 2005 года. Отказались от участия в Протоколе до 2013 г. только 2 страны – США и Австралия.

В Протоколе был установлен список парниковых газов, суммарные выбросы которых будут учитываться при оценке достижения целевых показателей. Это диоксид углерода (СО 2), метан (СН 4) и закись азота (N 2 О), а также три группы долгоживущих промышленных газов – гидрофторуглероды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ) и гексафторид серы (SF 6). Промышленно развитые страны должны сократить свои суммарные выбросы этих газов не менее чем на 5,2% по сравнению с уровнем 1990 года, и сделать это к 2008-2012 гг.

Самые высокие обязательства по снижению выбросов приняли страны ЕС (8%), Австралия, Исландия и Норвегия могут увеличить свои выбросы на 8%, 10% и 1% соответственно. Россия и Украина могут сохранить объём выбросов на уровне 1990 года. Для развивающихся стран обязательства по снижению выбросов не предусмотрены.

Значение Киотского протокола – в переводе рамочного соглашения Конвенции на язык чётких практических механизмов. Важно, что для стран-участников обязательства носят юридически обязательный характер.

Другим значимым моментом является возможность гибкого подхода, который обеспечивается системой торговли квотами на выброс парниковых газов. Такой подход даст странам, в которых затраты на меры по снижению выбросов высоки, уменьшить экономическую нагрузку, за счёт выполнения части своих обязательств путем приобретения соответствующих квот на выбросы в странах, где такие меры по разным причинам дешевле 41 .

Ещё одной глобальной проблемой является изменение озонового слоя. В озоновом слое Земли происходит падение концентрации озона, что связывается с антропогенным воздействием, выделением фреонов. (Есть и гипотезы, указывающие на естественный характер образования «озоновых дыр».

Впервые истончение озонового слоя было замечено над Антарктидой в 1985 году, позже также было зафиксировано в северном полушарии над частью Европы и Северной Америки. Считается, что разрушение озонового слоя приводит к загрязнению «жёсткой» ультрафиолетовой радиацией, опасной для животных и растительных организмов.

Охрана озонового слоя осуществляется на основе таких международных документов, как Монреальский протокол 1987 года по веществам, разрушающим озоновый слой и Венская конвенция об охране озонового слоя.

Проблемы снижения биоразнообразия

Биологическое разнообразие (или биоразнообразие) понимается как разнообразие жизни во всех ее проявлениях, как совокупность трёх элементов - разнообразия генетического (разнообразия генов и аллелей), видового и разнообразия экосистем (такое понимание закреплено в таком международном документе, как Конвенция ООН о биологическом разнообразии).

Каждый вид, независимо от степени его полезности для человека, представляет ценность, каждый вид обладает неповторимым набором генов, сложившимся в процессе эволюции, поэтому охране подлежит весь генофонд биосферы.

Основные причины снижения биологического разнообразия – это уничтожение или нарушение среды обитания; промысел (охота), интродукция чуждых видов, прямое уничтожение с целью защиты сельскохозяйственной продукции, случайное уничтожение (на автомобильных дорогах, в ходе военных действий, на ЛЭП и др.), загрязнение окружающей среды. Кроме того, уничтожение одного вида может повлечь за собой исчезновение ещё нескольких.

Природа России обладает значительным уровнем биоразнообразия, на территории страны имеется более 12 500 видов сосудистых растений, 2200 – мохообразных, около 3000 – лишайников, 320 - млекопитающих, более 732 - птиц, 75 - рептилий, около 30 амфибий и почти 343 видов рыб пресных вод, 9 – круглоротых и около 1 500 видов морских рыб. Велик вклад нашей страны в глобальное биоразнообразие (см. таблицу).

Основные параметры биоразнообразия Российской Федерации 42

Таксономическая группа

Оценка числа видов в России

% в мировой фауне

Растения

Водоросли

Лишайники

Мохообразные

Сосудистые растения

Животные

Простейшие

Кишечнополосные

Плоские черви

Круглые черви

Моллюски

Ракообразные

Паукообразные

Насекомые

Около 100 000

Рыбы пресноводные

Рыбы морские

Около 1500

Земноводные

Пресмыкающиеся

Млекопитающие

Охрана биоразнообразия в России проводится, в частности, в рамках системы охраняемых территорий различных типов. Особую роль играет ведение «Красных книг», а также разработка экономических и политических механизмов охраны биоразнообразия, исследовательская и просветительская работа.

Проблемы использования природных ресурсов.

Природные ресурсы - это совокупность природных объектов и явлений, используемые в настоящем, прошлом и будущем для прямого и непрямого потребления, способствующие созданию материальных богатств, воспроизводству трудовых ресурсов, поддержанию условий существования человечества, повышению качества жизни 43 . Это почвенный покров, полезные дикие растения, животные, полезные ископаемые, вода (для водоснабжения, орошения, промышленности, энергетики, транспорта), благоприятные климатические условия (главным образом тепло и влага), энергия ветра и т.д.

Природные ресурсы классифицируются по источнику происхождения (биологические, минеральные, энергетические), по принадлежности к тем или иным компонентам природы (земельные, лесные, водные, энергетические и другие ресурсы), по степени истощаемости (неисчерпаемые и исчерпаемые, подразделяемые на возобновимые и невозобновимые) К неисчерпаемым относят космические и климатические ресурсы - воздух, осадки, солнечную радиацию, энергию ветра, морских приливов и отливов и др.

Возобновимыми считают биологические ресурсы (животные и растения), а также некоторые минеральные (соли, отлагаемые в озёрах, например). Темпы использования возобновимых ресурсов должны согласовываться со временем, необходимым для их восстановления. К невозобновимым относят большую часть минеральных ресурсов. Относительно возобновимыми ресурсами называют почвенные и лесные. Некоторые природные ресурсы обладают свойствами возместимости и заменяемости.

Возобновление природных ресурсов – их естественное восстановление со временем или культивация. Некоторые природные ресурсы возобновимы количественно, но невосстановимы (невозобновимы качественно) 44 .

Для проведения комплексной оценки остроты проблем исчерпания природных ресурсов соотносят показатели интенсивности использования и потенциальных запасов. Для возобновимых ресурсов учитываются такие показатели, как уровень производства продукции и потенциал его ежегодного прироста 45 .

Современное состояние возобновимых ресурсов связано с рядом проблем – исчезновением ряда видов животных и растений (около 400), ежегодным сокращением площади лесов и ухудшением структуры земельного фонда, одновременным увеличением водопотребления и загрязнения вод.

МАШИНА УМНЕЕ СВОЕГО СОЗДАТЕЛЯ

Норберт Винер

Этот этюд Винера является откликом на книгу английского ученого У.Р. Эшби “Конструкция мозга”, вышедшую в 1952 г. и составившую важный этап в формировании кибернетики (Ashbу W.R. Design for a Braian. – New York: John Wiley & Sons, 1952; русский перевод со 2-го англ. изд.: Эшби У.Р. Конструкция мозга. – М.: ИЛ, 1962). Впоследствии Эшби написал “Введение в кибернетику” (Ashbу W.R. An Introduction to Cybernetics. – London: Chapman & Hall, 1956; русский перевод: Эшби У.Р. Введение в кибернетику. – М.: ИЛ, 1958)

Последние десять лет были свидетелями появления нового взгляда на технику связи и на автоматы как устройства связи. Проделанную здесь работу можно уже разделить на два этапа. Первым из них был тот, на котором фигурировала моя собственная работа и на котором Клод Шеннон – один из наиболее оригинальных исследователей в этой области – направил усилия на прояснение самого понятия связи, на теорию и практику измерения связи, на анализ управления как явления по существу одной природы со связью и вообще на грамматику новой науки, которую я назвал кибернетикой

Работа д-ра Эшби представляет раздел кибернетики, зародившийся еще на заре науки и посвященный не столько элементарным вопросам дефиниции и словаря, сколько тем вопросам философии предмета, которые затрагивают специфические свойства кибернетических систем и которые, хотя и связаны с определениями, являются вопросами фактов и логики и далеко выходят за рамки определений.

К вопросам, исследуемым д-ром Эшби, принадлежат, в частности, следующие: что такое обучение? должна ли способность к обучению вкладываться в машину посредством некоторой весьма специфической организации или явления обучения может обнаруживать машина с организацией, в значительной мере случайной? может ли машина быть умнее своего создателя?

Все эти вопросы можно ставить в двух различных планах. В плане чисто биологическом подобные рассуждения занимала биологов с тех пор, как биология вышла из стадии чисто теологических обоснований; они касаются самой сущности проблем эволюции, особенно дарвиновской эволюции через естественный отбор. В плане механическом эти проблемы возникают по поводу гораздо более ограниченных машин, которые создает человек, и условий, которым он должен подчиняться, сознательно присваивая себе функции демиурга.

Машины, создаваемые человеком, и машины, создаваемые природой

Вполне признавая большую эффективность и приспособляемость структуры и действия природных машин по сравнению с машинами рукотворными, необходимо в то же время отметить, что эти вторые внесли в арсенал науки новое оружие как для естественного эксперимента, так и для мысленного. Роль их сходна с ролью плодовой мушки – дрозофилы. Последняя как будто, была нарочно создана для того, чтобы превратить генетику из науки вековых наблюдений, какой она была бы неизбежно в случае ограничения наблюдениями над человеком и крупными домашними животными, в науку, совместимую с пространственными и временными ограничениями небольшой биологической лаборатории. Точно так же машины, созданные человеком, обещают свести наше изучение биологических процессов обучения и приспособления, индивидуального развития и эволюции к такому масштабу, при котором мы сможем разбирать эти зыбкие понятия с уверенностью и точностью, сравнимой с тем, что мы имеем в физической и технической лаборатории. Среди ученых, которые не только говорят об этих вещах, но и действительно что-то делают, д-р Эшби занимает одно из ведущих мест.

Главная идея естественного отбора, примененная Даренном к теории эволюции, заключается в том, что земная флора и фауна состоят из форм, которые дошли до нас просто как остаточные формы, а не в силу какого-либо прямого процесса стремления к совершенству. Это не кусок мрамора, превращающийся в совершенное изваяние под руками художника-творца, а скорее один из тех изваянных ветром столбов песчаника, которые украшают каньоны штата Юта. Случайные процессы эрозии, соединяясь, образовали эти каменные столбы, имеющие вид замков и памятников и даже фигур людей и животных. Но их красота и образность не такие, как красота и образность картины, а такие, как у роршаховских пятен,– иными словами, не для глаза художника, а для глаза зрителя. Подобно этому, кажущаяся теодицея, на которую намекает великолепие и разумность бесконечно сложного царства природы, представляет собой, согласно дарвинизму, лишь то, что осталось после случайного процесса роста и изменения, когда более мягкие и менее прочные проявления разрушились под действием песка времени и под бременем собственной слабости.

Устойчивость – характеристика мира

Природа располагает еще одним способом демонстрации остаточных форм, родственным естественному отбору, но с иным акцентом. Со времени открытий супругов Кюри мы знаем, что атомы некоторых элементов испытывают прогрессивный метаморфоз. Если взять атом радия, то рано или поздно с ним обязательно произойдет метаморфоз, при котором он начинает испускать радиевые эманации. Мы не может сказать, когда произойдет это превращение, ибо, по всей видимости, оно происходит случайно. Но мы можем сказать, что через некоторое время, называемое временем полураспада радия, вероятность того, что превращение произошло, будет равна одной второй.

Но радиоактивные элементы испытывают не одно-единственное превращение, а целую серию последовательных превращений в другие элементы, и каждое из них имеет свое время полураспада. Про элементы с большим временем полураспада можно сказать, что они устойчивы, про элементы с малым временем полураспада – что они неустойчивы. Если проследить теперь какой-нибудь элемент в его превращениях, то, как правило, он будет существовать длительное время в виде элементов с большим периодом полураспада и короткое время – в виде элементов с малым периодом полураспада.

В результате, наблюдая процесс очень долго, мы найдем, что элементы с большим периодом полураспада встречаются чаще, чем элементы с малым периодом полураспада. Это значит, что исследование, исходящее из частоты наблюдаемых элементов и не прослеживающее судеб единичного атома, легко упускает высокорадиоактивные материалы с малым периодом полураспада. Отсюда мы видим, что устойчивость свойственна большей части мира. Таким образом, отсутствие неустойчивых форм, которое мы обнаруживаем в биологических рядах вследствие их неспособности выживать в борьбе за существование, наблюдается в эволюции радиоактивных элементов потому, что неустойчивые формы проходят столь быстро, что мы не замечаем их в той же степени, как замечаем формы более устойчивые.

Одним из следствий подобного статистического преобладания устойчивости во вселенной является то обстоятельство, что мы знаем очень мало о происходящем в критические периоды неустойчивости. Возьмем, например, хорошо известный эффект, открытый Артуром Комптоном: при столкновении фотона с электроном оба отскакивают в направлениях, которые определяются лишь статистически. Существует по меньшей мере подозрение, что на самом деле электрон и фотон, первоначально не соединенные, вступают здесь в соединение на слишком короткий промежуток времени, чтобы мы могли определить действительный ход событий, и что затем они выходят из этого соединения через все более слабые соединения, каждое из которых протекает по-своему. Некоторые физики, например Вом, высказывали предположение, что действительный ход событий не является столь неопределенным, но что в течение того ничтожного промежутка времени, когда частицы находятся вместе, имеет место очень сложная последовательность событий, определяющая их дальнейшее поведение. Если это верно, то значительная часть важнейших физических явлений нам не известна, ибо мы проходим сквозь них слишком быстро и не умеем их регистрировать.

Из этих двух видов естественного отбора: через разрушение непригодного и через слишком поспешное прохождение по неустойчивому – последний есть единственно возможный при явлениях сохранения, препятствующих простому устранению неустойчивого. Эшби рассматривает весьма сложные, машины, в которых элементы соединены между собой более или менее случайным образом, так что мы знаем кое-что о статистике соединений и очень мяло о деталях таковых. Машины эти, вообще говоря, разрушаются очень быстро, если не вводить в них предохранительных элементов, наподобие амплитудных ограничителей в электрических схемах. Действие таких ограничителей придает системе некоторую консервативность. Поэтому машины Эшби стремятся проводить большую часть своего существования в относительно устойчивых состояниях, а их неустойчивые состояния, хотя и существуют, но так ограничены во времени, что очень мало проявляются при статистическом изучении системы.

Следует помнить, что в явлениях жизни и поведения нас интересуют относительно устойчивые, а не абсолютно устойчивые состояния. Абсолютная устойчивость достижима лишь при очень больших значениях энтропии и по существу равносильна тепловой смерти. Если же система ограждена от тепловой смерти условиями, которым она подчинена, то она будет проводить большую часть своего существования в состояниях, которые не являются состояниями полного равновесия, но подобны равновесным. Иными словами, энтропия здесь не абсолютный, а относительный максимум или, по крайней мере, изменяется очень медленно в окрестностях данных состояний. Именно такие квазиравновесные – не истинно равновесные – состояния связаны с жизнью и мышлением и со всеми другими органическими процессами.

Машины с глазами и ушами?

Мне кажется, будет вполне в духе д-ра Эшби сказать, что эти квазиравновесные состояния, как правило, суть состояния, при которых имеет место относительно слабый обмен энергией между системой и окружающей средой, но зато относительно большая информационная связь между ними. Системы, рассматриваемые д-ром Эшби, имеют глаза и уши и таким путем получают сведения для приспособления ко внешней среде. Они приближаются к автоматам по своему внутреннему энергетическому балансу, но очень далеки от них по своему внешнему энтропийному, или информационному балансу. Поэтому равновесие, к которому они стремятся, – это равновесие, при котором они хорошо приспособлены к изменениям во внешней среде и в известной степени нечувствительны к таким изменениям. Они находятся в состоянии частичного гомеостаза.

Д-р Эшби конструирует свой гомеостат как прибор, имеющий именно такую связь со внешней средой и обнаруживающий некоторую случайность во внутреннем строении. Такая машина в известной степени может обучаться, т.е. приспособляться формами своего поведения к устойчивому равновесию с окружением. Однако реальные гомеостаты, разработанные пока д-ром Эшби, хотя и способны поглощать информацию из окружения, содержат в своем внутреннем строении количество информации и решений, заведомо превосходящее то, которое проходит через их, так сказать, органы чувств. Короче говоря, эти машины могут обучаться, но они отнюдь не умнее своих создателей или примерно столь же умны. Тем не менее д-р Эшби полагает, что можно действительно создать машины, которые были бы умнее своих создателей; и в этом я с ним совершенно согласен. Количество информации, которое может воспринимать через свои органы чувств прибор, нельзя априори ограничивать теми значениями, при которых требуется не больше решений, чем уже было заложено в структуру прибора. Обыкновенно способность системы поглощать информацию растет на первых порах довольно медленно по сравнению с количеством информации, заложенной в нее. И лишь после того, как заложенная информация перейдет за некоторую точку, способность машины поглощать дальнейшую информацию начнет догонять внутреннюю информацию ее структуры. Но при некоторой степени сложности приобретенная информация может не только сравняться с той, которая была первоначально заложена в машину, но и далеко ее превзойти, на этой стадии сложности машина приобретает некоторые из существенных характеристик живого существа.

Необходима сложность

Рассматриваемая ситуация допускает любопытное сравнение с атомной бомбой, с атомным реактором или с огнем в очаге. Если вы попытаетесь построить атомный реактор или атомную бомбу слишком малых размеров или зажечь большое лубовое полено одной спичкой, вы убедитесь, что всякая запущенная вами атомная или химическая реакция угаснет, как только будет удален ее возбудитель, и никогда не будет расти или оставаться на одном уровне. Лишь когда воспламенитель достигнет определенной величины, или в атомном реакторе соберется определенное количество молекул, или масса изотопа урана достигнет определенного взрывного размера, положение изменится, и мы увидим не только мимолетные и неполные процессы. Точно так же действительно существенные и активные явления жизни и обучения начинаются лишь после того, как организм достигнет некоторой критической ступени сложности; и хотя эта сложность, вероятно, достижима при помощи чисто механических, не слишком трудных средств, тем не менее потребуется предельное их напряжение.

Из этого разбора, посвященного лишь некоторым идеям книги д-ра Эшби, можно заключить, что она открывает нам широкий взгляд на новые рубежи мысли. Д-р Эшбн, хотя в сущности и обладает сильным математическим воображением, не является в полном смысле профессиональным математиком, и профессиональным математикам надлежит осуществить многие из набросанных им идей. Он не причисляет себя к профессиональным математикам, но он, несомненно, обладает принципиальностью и талантом, и книгу его надо читать как одни из первых плодов на ниве, заслуживающей усердного возделывания.

Wiener N. A Machine Wiser Than Its Maker.
// Electronics. – 1953. – Vol. 26. – № 6. – Р. 368–374.

В настоящей книге, написанной известным английским специалистом в области кибернетики Уильямом Россом Эшби, излагаются основные понятия кибернетики - "науки об управлении и связи в животном и машине". Автор обсуждает возможность широкого применения идей кибернетики в самых различных областях человеческой деятельности. Книга начинается с разъяснения общих, легкодоступных понятий, и шаг за шагом автор показывает, каким образом эти понятия могут быть уточнены и развиты, пока они не приведут к таким вопросам кибернетики, как обратная связь, устойчивость, регулирование, кодирование и т.д. Изложение сопровождается большим числом специально подобранных примеров и упражнений, не требуя от читателя знаний сверх элементарной алгебры.

Книга рассчитана как на специалистов в области прикладной математики, информатики и кибернетики, так и на представителей других наук, интересующихся кибернетикой и желающих применять ее методы и аппарат в своей специальности. Читать онлайн или скачать книгу «Введение в кибернетику» в fb2, автор которой Уильям Росс Эшби. Книга издана в 2015 году, принадлежит жанру «Компьютерная литература» и выпускается издательством Ленанд, Едиториал УРСС.