Гринченко С.Н. Является ли метаэволюция Вселенной запрограммированным и целенаправленным процессом

Является ли метаэволюция Вселенной запрограммированным и целенаправленным процессом?

Перечень введённых аббревиатур:

вПАЛЕО – верхне-палеолитический; нПАЛЕО – нижне-палеолитический; КОМП – компьютерный; КОСМ – космический; МИАПО – механизм иерархической адаптивной поисковой оптимизации; НЕО – неолитический; ПРОМ – промышленный.

Введение

Делая попытку провести сравнительное изучение истории Вселенной с момента так называемого «Большого взрыва» (происшедшего, как считают, около 13,7 млрд. лет назад), истории Живой природы с момента образования Земли (как считается, около 4,6 млрд. лет назад), и, наконец, – истории Человечества (т.е. последние несколько миллионов лет), невольно задаешься вопросом: а есть ли у этих столь разных исторических потоков нечто общее? Можно ли, в частности, выделить в этих трёх перманентно развивающихся подсистемах Природы (на первый взгляд столь непохожих) сходные механизмы, формирующие их приспособительное поведение? И если «да» – то какой формальный язык описания (если подобный, достаточно универсальный язык вообще существует) может быть наиболее адекватен этим процессам и механизмам?

Как представляется, существует и описан (см., напр., [1]) подход, в рамках которого ответы на первые два из этих вопросов будут утвердительными. Правда, применим этот подход для описания не всего необозримого разнообразия исторического процесса в полном его объёме, а лишь для моделирования его «каркаса»/«скелета»/«базисной структуры»/«системы реперов» etc. В качестве такого «каркаса» указанный подход рассматривает метаэволюцию – процедуру наращивания уровней/ярусов в соответствующей иерархической системе (в ходе её формирования как таковой). Фактически, этот процесс близок к совокупности метапереходов по В.Ф.Турчину [2]. Сами же такие системы («достаточно высокой» сложности) интерпретируются в данном контексте как системы, имманентно включающие механизмы иерархической адаптивной поисковой оптимизации (МИАПО) (соответствующих целевых критериев энергетического характера) [1].

Подобная интерпретация дает ответ на третий из поставленных выше вопросов, поскольку означает привлечение для описания указанных систем и их приспособительного поведения информатико-кибернетического языка в его сегодняшней развитой трактовке, с соответствующим формальным инструментарием (в области технической кибернетики терминологически четко определенным, математически хорошо

164

развитым и практически продемонстрировавшим свою эффективность – см., напр., [3-4]). Что само по себе резко расширяет возможности историка-аналитика, давая ему в руки выверенный (пусть и на содержательном материале несколько иной области применения) действительно универсальный инструмент не только качественного, но и количественного анализа изучаемых им процессов и систем. В частности, удается сформировать (смоделировать) не только иерархические поисковые оптимизационные схемы, но и оценить (рассчитать) пространственно-временные характеристики:

•52 структур, последовательно возникающих в ходе метаэволюции неживого,

•13 им подобных, но существенно более сложных структур, характерных для метаэволюции живого, и

•22 еще более усложненных структур, отражающих основные этапы «социально-технологической» метаэволюции Человечества, из которых к тому

же успели реализоваться в историческом прошлом и (частично) настоящем лишь примерно 8, а формирование и «расцвет» остальных 14-ти относится к потенциально возможному будущему Человечества…

Ниже дается краткое изложение основных идей и элементов предлагаемого подхода.

1. Общие положения

Под системой Природы будем понимать совокупность 3-х её основных ипостасей – подсистем неживой природы, живой природы и «человеко-искусственной» («Второй»)

природы. Соответственно последовательный ход процессов развития этих подсистем естественно называть историей неживого, историей живого и историей «социально-

технологического».

Важнейшей характеристикой (свойством) системы Природы как целого (и, естественно, указанных подсистем, её составляющих) является иерархичность. То есть актуальна задача выделения в упомянутых исторических процессах таких моментов, которые соответствуют формированию новых иерархических уровней/ярусов в системе в ходе её метаэволюции. Решать эту задачу целесообразно на базе языка описания её «обобщенно-адаптивного» поведения (т.е. приспособления к изменениям не только внешней по отношению к системе среды, но и её внутренней среды) в терминах перманентной работы МИАПО [1,5].

Рассмотрим подробнее возможные этапы метаэволюции Природы, используя именно данный информатико-кибернетический язык её описания. При этом будем иметь в виду, что, в силу единства Природы (тезис, не являющийся чисто декларативным!), многие процессы, на первый взгляд характерные лишь для той или иной её ипостаси, в действительности могут иметь и для других сходную структуру, а также некоторые параметры. Что на данной основе открывает возможность получения новых знаний о той или иной подсистеме Природы. Но предварительно следует хотя бы кратко, конспективно пояснить, что же представляет собой упомянутый выше МИАПО.

Инструментарий информатико-кибернетического моделирования системы Природы, как представляется, позволяет реализовать следующие основные свойства системы Природы:

9активность (проявление себя как «индивидуальности»);

9экспансивность (стремление к всё большей своей протяжённости в пространстве);

9структуризуемость вплоть до иерархизации (возникновения в ней подсистем, отграничивающих каждая свою внутреннюю среду от своего окружения);

9обобщенную адаптивность (стремление к гармоничности, т.е. к согласованию внутренних интересов подсистемы с потребностями её внешнего окружения).

Математически этот инструментарий выражается итеративными соотношениями, с которыми желающие могут ознакомиться, напр., в [1]. Но в данной публикации, для

165

наглядности и ориентируясь на интересы «более гуманитарно» ориентированного читателя, его лучше представить графически, с помощью ряда простых и наглядных схем.

Простейший вариант такой схемы приведен на рис.1а. На тот факт, что это именно иерархический контур поисковой оптимизации, обращают внимание два показателя:

б) характерный размер l элементов N -го яруса в иерархии системы много меньше характерного размера L соответствующего элемента ( N +1)-го яруса: l << L .

Поскольку элемент ( N +1)-го яруса состоит из элементов N -го яруса, образуя тем самым элементарную иерархическую конструкцию, приведенные соотношения достаточно очевидны.

Избегая деталей, сущность работы схемы рис. 1а сводится, вообще говоря, к следующему. На каждом временном такте оптимизационного процесса в иерархическом контуре все элементы N -го яруса активно «ведут себя», т.е. генерируют некий вектор («пучок») поисковых влияний на элемент ( N +1)-го яруса (т.е. на всю совокупность себе подобных и себя в том числе). Последний реагирует с вполне определенной инерционностью (т.е. на некоторую последовательность временных тактов элементов N - го яруса), генерируя соответствующее изменение своего целевого критерия. То есть выдает тем самым на все элементы, его составляющие, сигнал типа «комфорт»- «дискомфорт» (энергетического характера). И если выдан сигнал «комфорт» – предыдущая активность каждого из элементов N -го яруса может быть продолжена «в том же духе», на неё не оказывается «сверху» никаких специальных управляющих воздействий. Но если выдан сигнал «дискомфорт» – подобное воздействие как раз и

166

возникает, инициируя смену каждым из элементов N -го яруса направления и интенсивности своей поисковой активности (но не задавая их в точности!).

Этот простейший алгоритм поисковой оптимизации широко известен и с успехом применяется в технической кибернетике, где его называют «случайным поиском с наказанием случайностью» [3-4]. Конечно, в системе Природы подобные алгоритмы несколько сложнее (что видно даже из упрощенной схемы рис. 1б), но суть их все равно близка к описанной.

Добавлю, что использованное четырьмя – пятью абзацами выше понятие «много меньше» можно уточнить: для схемы рис. 1а оно составляет около 3,5 тысяч раз. То есть инерционность реакции элемента ( N +1)-го яруса на поисковые рыскания составляющих его элементов N -го яруса весьма значительна. А это свидетельствует о крайне невысокой эффективности рассматриваемого варианта поискового оптимизационного механизма.

Существенно лучшей эффективностью обладает подобный механизм, представленный на рис. 1б (у которого понятие «много меньше» составляет всего около 15 раз). Для большей конкретики здесь изображена схема фрагмента МИАПО живой природы и приведены характерные размеры и характерные времена изменения элементов, составляющих данный иерархический оптимизационный контур.

Отмечу кстати, что расчетные пространственные и временные характеристики МИАПО следует рассматривать лишь как идеальные оценки, задающие некоторый базис в указанных пространствах переменных, а не как требования к их точным значениям в реальности. Это следует из интерпретации их именно как параметров соответствующих иерархических контуров МИАПО, что не накладывает на их величины слишком уж сильных ограничений и не требует от них высокой точности. Иерархический контур поисковой оптимизации будет работать и при значительном (естественно, в «разумных» пределах) уклонении этих параметров от «идеальных» расчетных.

Практика технической кибернетики показывает, что соотношение характерных времен двух иерархически смежных поисковых оптимизационных процессов должно составлять примерно 1 к 10÷20. Привлечение же для уточнения этого соотношения результатов, полученных А.В.Жирмунским и В.И.Кузьминым [6] при решении более локальной (но близкой по смыслу) задачи изучения критических уровней развития биологических систем, позволяет принять данное соотношение равным ee =15,15426...

Отсылая читателя к подробному описанию функционирования этих и подобных им информатико-кибернетических схем к монографии [1], отмечу лишь, что методологически большинство результатов последующих разделов настоящей статьи получены с помощью разнообразных модификаций и комбинирования таких схем.

2. Метаэволюция неживой природы

Как представляется, начало метаэволюции неживого совпадает с моментом возникновения Вселенной. Последний, согласно современным представлениям, ассоциируют с моментом гипотетического «Большого взрыва» (около 13,7 млрд. лет назад). В работе [7] выдвинута и обоснована гипотеза о том, что метаэволюция неживого происходит с замедлением: каждый новый «верхний» идеальный ярус в иерархии требует для своего формирования примерно на порядок (точнее, в ~15,15426… раз) больше времени, чем затратил на данный процесс его предшественник. При этом в роли самого «нижнего» яруса в иерархии неживого выступает «планктеон» – ячейка пространства Вселенной минимального размера (т.е. фундаментальной, или Планковской, длины

l f = 0,16 •10−32 см), который сформировался в течение фундаментального, или Планковского, времени Tf = l f / с = 0,54 •10−43 сек. (где c – скорость света) после момента

Большого взрыва. В соответствии с данной гипотезой как моменты достижения значений выделенных таким образом уровней/ярусов в иерархии (расширяющейся – со скоростью

167

света! – «идеальной» структуры) Вселенной, так и сами эти значения легко рассчитываются (см. табл. 1). Это позволяет наметить контуры той «исторической арены», на которой в дальнейшем и будут «разыгрываться» сценарии возникновения, развития (и, быть может, гибели) возможных в данной Вселенной подсистем живой и, в свою очередь,

– социально-технологической Природы.

168

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 169 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/017.pdf

Примечания: ☼ – № псевдояруса; * – названия рабочие, предварительные

169

Полностью представить таблицу 1 в виде схем было бы слишком громоздко. Поэтому ограничусь лишь схемами формирования самого первого (рис. 2а), а также текущего (рис. 2б) иерархических контуров оптимизации неживого.

Как видно из таблицы 1, текущий момент соответствует метафазе формирования 52го яруса в иерархии неживого, которая началась около 11 млрд. лет назад и завершится через ~28,3 млрд. лет. Важно отметить, что, раз сформировавшись, элементы того или иного яруса иерархической поисковой оптимизационной системы начинают «вести себя», проявлять в своем характерном темпе (и в своих характерных размерах!) соответствующие формы своего приспособительного поведения. Причем характерные времена этих процессов существенно больше, чем те времена, за которые данный ярус образовался впервые. Так, для иерархии неживого учет этого эмпирического факта соответствует сдвигу временной шкалы из табл. 1 вниз на 10 позиций. Отсюда следует довольно неожиданный вывод о том, что далеко не все ярусы в иерархии неживой природы, идеальная структура которых вполне сформировалась к настоящему времени, успели начать проявлять свои адаптивные свойства.

~10-30÷10-27 сек.

0.56*10-29 см

Рис. 2а. Первичная иерархическая система оптимизации неживого.

Уже начиная с яруса № 40 «Комплекс звезда-планеты» и выше характерные времена изменения соответствующих процессов превышают текущее время существования Вселенной (рис. 2б). А это значит, что соответствующие иерархические контуры поисковой оптимизации не замыкаются – т.е. их как бы и вообще нет (пока!).

Возникает впечатление, что именно этот «тупик» в развитии неживого является пусковой причиной (или поводом?) первой смены стратегии Вселенной в её развитии.

3. Метаэволюция живой природы

Судя по единственному (пока) достоверному примеру, живое смогло возникнуть – начав свою собственную метаэволюцию – в ходе 52-го меташага метаэволюции неживого. Связаны ли эти события? Как указывалось выше, длительность этого меташага составляет свыше 39 млрд. лет. Тот факт, что в окрестности Земли живое начало развиваться лишь через ~6,35 млрд. лет после начала меташага (т.е. когда прошло уже – или лишь – 16% его полной длительности), позволяет предположить, что непосредственно эти события между собой не скоррелированы. Скорее всего, конкретный момент начала жизни в той или иной зоне Вселенной определяется привходящими причинами: наличием в некотором объёме пространства достаточного разнообразия химических элементов при температурах, позволяющих соответствующим химическим реакциям протекать, а их результатам – не разлагаться слишком быстро. Что за упомянутые выше 39 млрд. лет полной длительности 52-го меташага метаэволюции неживого вполне могло состояться – и еще может случиться в будущем – в самых различных зонах Космоса. Что, таким образом, нисколько не противоречит идее о множественности «живых» миров (об «обитаемых» поговорим ниже, в разделе 4).

170

Итак, базируясь на эмпирических данных, начало процесса метаэволюции живого на Земле определяют около 4,6 млрд. лет назад. На основе тех же данных (часто определённых с большим разбросом оценок), в геолого-биологической истории Земли выделяют 5 крупнейших периодов – эонов. К ним относят уже завершившиеся катархей, архей, нижний протерозой, верхний протерозой и текущий фанерозой. Интересно, что сравнительный анализ продолжительности завершившихся эонов (оценок, приведенных в [8-11] и др.) дал неожиданный результат: 1,01±0,16 млрд. лет, т.е. с достаточно высокой точностью их можно считать равными. (Поскольку продолжительность фанерозоя обычно определяют сегодня в 0,57±0,02 млрд. лет, вполне можно предположить, что до его завершения остается примерно 0,44 млрд. лет.)

171

Рис. 2б. Текущая иерархическая система оптимизации неживого.

172

Сопоставление указанных эмпирически выделенных периодов в развитии живого с теоретическим (информатико-кибернетическим) представлением о формировании новых иерархических ярусов позволяет провести следующие параллели между метаэволюцией живого и эонами:

от атомов до «элементонов» (прокариотических ячеек) = катархей, от «элементонов» (прокариотических ячеек) до эвкариотических клеток = архей,

от эвкариотических клеток до многоклеточных организмов = нижний протерозой, от многоклеточных организмов до биогеоценозов = верхний протерозой, от биогеоценозов до Биогеосферы (её текущего состояния и далее) = фанерозой [1].

На рис. 3 (1-13) показаны упрощённые схемы основных меташагов метаэволюции живого. Он демонстрирует, что характернейшим отличием живого от неживого является возникновение на каждом ярусе в иерархии живого системной памяти живого – механизма воспроизведения (учета) прошлого опыта о ходе процесса иерархической поисковой оптимизации в системе (подробности см. в [1]).

Рис. 3 (1-13). Метафазы метаэволюции живого:

173