6. Сложные системы

6.1. Определение понятия «сложность»

Анализ специфики живых и разумных систем, сделанный в предыдущих главах, показал, что практически все наблюдаемые свойства этих систем можно объяснить с помощью законов физики и химии. И в то же время любой из нас осознаёт, что между живым и неживым имеется существенная разница, которую сторонники витализма объясняют наличием особой жизненной силы, духа, души и т.д. Научные исследования не дают никаких доказательств наличия таких сил и явлений.

Современное научное знание объясняет специфику жизни особой сложной организацией атомов в молекулах и сложным взаимодействием молекул в клетках. В качестве примера оценки сложной организации живых систем можно привести высказывание одного из крупных учёных ХХ столетия, английского физика Джона Бернала (1901 – 1971): «Даже простейшие из живых организмов в тысячу или миллион раз превосходят по своей абсолютной сложности самые сложные системы, изобретённые человеком. В самом деле, если бы ранние биологи имели хоть какое-нибудь представление о порядке сложности объектов, которыми они занимались, у них, вероятно, не хватило бы духу приняться за это дело, ибо, как отмечал Карл Маркс, человек не берётся за проблемы, если не обладает средствами для их решения» [2].

Попробуем выяснить, имеем ли мы сегодня в своём распоряжении необходимые средства для познания сложных систем? Поможет нам в этом испытанный метод аналогии. Представим себе средневековых учёных, в распоряжение которых попали все известные сегодня классы вычислительных машин. Эти машины явились бы для них чем-то непонятным, требующим изучения, как и живые системы для современных учёных. Основное, с чего могли бы начать средневековые учёные – это описание размеров, веса, формы, цвета машин. Пользуясь этими признаками, они попытались бы разделить машины на классы. Позднее, научившись вскрывать эти машины, описав их внутреннее содержимое (количество деталей, их размеры, форму, окраску), они уточнили бы свою классификацию, и она уже могла бы в некоторой степени отражать историю происхождения этих машин. А после того, как учёным удалось бы учесть также температуру агрегатов, наличие или отсутствие механических движущихся частей и т.д., классификация стала бы ещё более реальной.

Было бы такое изучение бесполезным? Ни в коем случае. Методом проб и ошибок, нажимая кнопки и клавиши, учёные научились бы в примитивном, но всё расширяющемся объёме пользоваться этими машинами. И наконец, хорошо изучив чисто механически внутреннее строение, они смогли бы переставлять исправные агрегаты с одного компьютера на другой, делая из двух неисправных один исправный.

Но смогли бы древние учёные, не имея наших современных знаний физики, химии и математики, понять суть строения и функционирования таких машин? Смогли бы они сами изготовить такие машины? Конечно, нет. Не имея всех ответов, средневековые учёные считали бы, что перед ними существа, наделённые душой. Только дальнейшее развитие всех отраслей знания позволило бы выяснить, что душа – это ничто иное, как совокупность определённых физических и химических процессов.

Просматривается явная аналогия с классической биологией, описывающей внешние формы и внутреннее строение растений и животных, классифицирующей всё живое, например, на теплокровных и холоднокровных. Мы научились неплохо пользоваться живыми системами, пересаживать органы, получать новые виды и т.д. Но полностью живое пока не познали, поскольку не можем, например, воспроизвести его из неживого.

Однако констатирование сложности не решает проблемы, поскольку научный подход требует строгих, точных определений и количественных оценок. Необходимо определить, что такое сложность и попытаться найти способ количественного измерения сложности. Тогда можно будет указать насколько живые системы сложнее неживых, а также сравнить живые системы друг с другом по их сложности.

На интуитивном, бытовом уровне мы достаточно легко отличаем сложные системы от простых. Любой из нас скажет, что стиральная машина сложнее авторучки, автомобиль сложнее стиральной машины, а самолёт сложнее автомобиля. Несколько сложнее дать строгое определение, что такое сложность. Здесь, естественно, следует начать рассмотрение с наиболее простых систем. Например, мы пользуемся двумя видами авторучек, из которых некоторые явно сложнее, потому что имеют механизм выдвижения и убирания стержня. Их отличие в том, что они состоят из бόльшего количества взаимодействующих деталей. Взаимодействие есть передача энергии, результатом чего является изменение системы (смена состояния). Смену состояний можно назвать поведением системы. Авторучка с выдвигающимся стержнем имеет два состояния, авторучка с невыдвигающимся стержнем имеет меньше деталей и одно состояние.

Надо отметить, что большое количество частей не всегда означает большую сложность. Например, куча песка содержит миллионы песчинок, однако назвать её сложной системой можно лишь с большими оговорками. Очевидно, важным является не только количество частей, но и их разнообразие.

Таким образом, предварительно можно сказать, что сложность строения системы определяется количеством и разнообразием взаимодействующих частей (элементов) системы. А сложность поведения – это число возможных вариантов взаимодействия этих частей.

Чем больше разнообразных взаимодействующих элементов содержит система, тем больше вариантов взаимодействий (состояний) она имеет и тем сложнее её поведение.