Космос - «мир, вселенная и мироздание» (др. греческий), первоначальное значение - «порядок, гармония, красота».
Впервые термин Космос для обозначения Вселенной был применён Пифагором...









Интересные сайты:




Феномен человека на фоне универсальной эволюции

Глава IV Фундаментальная сущность эволюции

Эволюционный принцип минимакса

4.3.3. Минимаксимизация производства энтропии

Сам по себе рост энтропии не требует возникновения все новых структурных этажей, он мог бы протекать и просто с перекачиванием взаимодействий с одного этажа на другой. Однако реально происходит другое: материя извлекает из себя по части роста энтропии все новые резервы, что и приводит к эволюционному наращиванию сложности, сопровождаемому ускорением эволюции (см. разд. 4.9). Все происходит так, как если бы помимо закона возрастания энтропии действовал еще и принцип максимально быстрого возрастания энтропии.

Установлено, однако, что в околоравновесной области действует принцип минимально быстрого роста энтропии. Согласовывая эти два принципа, приходим к идее принципа минимакса (максимина), который, надо сказать, хорошо известен математикам. Задача состоит в том, чтобы приспособить его к эволюции.

Будем отталкиваться от живых организмов, включая людей, которым постоянно приходится решать на практике минимаксные задачи. С одной стороны, они стараются распространяться пошире, потреблять побольше и т. д. С другой стороны, они же стремятся потратить оказавшиеся в их распоряжении ресурсы как можно более экономно. Львы и волки действуют на охоте так, чтобы загнать дичи побольше с минимальной затратой сил. Шмель увеличивает интенсивность пищедобывательной деятельности, когда пищевые ресурсы цветков велики, и уменьшает, когда они малы, принимая в расчет не только энергию, но и время, уходящее на добычу пищи [Heinrich, 1979]. Максимизируя свой суммарный доход и выдумывая себе все новые радости жизни, человек минимизирует расходы на каждую из них; и т.д. Материальные системы максимально интенсифицируют метаболизмы, одновременно минимизируя потери.

В теории поведения животных различные затраты объединяют в виде функции затрат [Мак-Фарленд, 1988. С. 401]. В экономике эквивалентную (но противоположную) функцию называют функцией полезности. Может возникнуть, поэтому, соблазн сформулировать искомый принцип минимакса таю максимизация функции полезности при одновременной минимизации функции затрат. Однако в нашем случае разделить на затратную и полезную следует не функции (функция у нас одна — скорость роста энтропии), а все же, скорее, группы переменных. Вот только что такое здесь максимизируемый приход и минимизируемый расход?

Оттолкнемся от идеи А.Н. Северцова [Северцов, 1925; Sewertzov, 1931], согласно которой прогрессивные (ароморфные) усовершенствования отличаются от непрогрессивных тем, что они открывают дорогу последующим усовершенствованиям. Задним числом эта идея, как это часто бывает с масштабными прозрениями, представляется очевидной, ибо только новации, обеспечивающие такую преемственность, и могут находиться на острие вектора прогрессивной эволюции, регрессивные же новации потому и регрессивны, что не обеспечивают последующие усовершенствования, быстро прерываясь. Расходование энергии имеет прогрессивное эволюционное значение, когда создает предпосылки для нового расходования энергии. Деньги должны делать деньги. Так - всегда и везде.

Приходим к следующей формулировке принципа минимакса: в ходе эволюции максимизируется скорость роста энтропии, ведущего к последующему росту энтропии, минимизируется скорость роста энтропии, не ведущего к последующему росту энтропии. «Полезными» оказываются переменные, связанные с последующим ростом энтропии, «затратными» — не связанные с ним, вот только о переменных можно говорить далеко не всегда.

Для данного вариационного принципа тип лежащего в его основании экстремума — максимум или минимум — должен оставаться одним и тем же во всей области действия этого принципа. Это общее правило сохраняет свою силу и применительно к принципу минимакса, который совмещает оба типа экстремума. Просто вблизи равновесия один из этих двух экстремумов (максимизирование производства энтропии для процессов, ведущих к дальнейшему росту энтропии) выпадает из-за специфической природы околоравновесных систем, не «нацеленных» на рост энтропии по достижении ими равновесного состояния. Переход в равновесное состояние в эволюционном плане вполне бесплоден, после прихода системы в равновесие ничего не следует, происходящие в ходе релаксации транспортные процессы диффузии, теплопроводности и пр. не участвуют ни в каких «усовершенствованиях». Поэтому скорость роста энтропии, связанного с релаксацией системы, и минимизируется.

Реальная эволюция не имеет ничего общего с этой ситуацией. Эволюционирующие системы в своей массе уходят от равновесного состояния (см. разд. 3.3.8 и 4.3.5) с максимально возможной скоростью роста энтропии, минимизируя при этом процессы, не связанные с дальнейшим ростом энтропии.

Принцип Ле-Шателье (см. разд. 4.3.5) также может быть осмыслен как следствие (частный случай) принципа минимакса: случайное воздействие на данную систему в подавляющем большинстве случаев носит непрогрессивный характер, т. е. не ведет в будущем к росту энтропии, почему она (система) и гасит это воздействие. Но изредка (внешнее или внутреннее) воздействие изменяет ее в прогрессивную сторону, обещая в будущем более интенсивное производство энтропии, и такое изменение имеет уже гораздо больше шансов на выживание, вопреки принципу Ле-Шателье.

Действующий в околоравновесной области, в области существенно необратимых процессов, включая эволюционные, принцип максимальной энтропии, таким образом, раздваивается — из-за появления здесь прошлого и будущего — в принцип минимаксимального производства энтропии. Если бы в области эволюционных процессов не было такого раздвоения и действовал просто принцип максимального производства энтропии (производство энтропии максимально в каждый текущий момент времени), не увязывающий настоящее с будущим, то, к примеру, эволюции было бы «выгодно» взорвать сегодня руками «плохих ребят» все на земном шаре, тем более что имеющиеся запасы ядерного оружия позволяют это сделать. Обеспечив максимальное производство энтропии в настоящем, это, однако, затормозило бы производство энтропии в будущем, что и запрещено «раздвоенным» принципом минимакса.

Как и закон возрастания энтропии, принцип минимаксимального (максиминимального) производства энтропии относится к полной энтропии, т.е. справедлив применительно к материальным системам любой природы, регулируя процессы необратимого превращения друг в друга взаимодействий любой природы — электромагнитных, гравитационных, тепловых, химических, биологических, «социальных» и пр. Другое дело, что когда мы выходим за пределы физических систем и взаимодействий, понятие энтропии, как говорилось в гл. 2, лучше не использовать из-за ограниченности физического и количественного описаний.

Теория не позволяет ни вычислять значения энтропии для реальных материальных систем, ни находить выражения, описывающие необратимое превращение друг в друга разных форм энергии (см. гл. 1). Тем не менее об эволюционном принципе минимакса в качественном смысле можно говорить всегда, используя для этого качественные формулировки. Например, такую, не использующую понятие энтропии: в любом макроскопическом фрагменте наблюдаемого мира максимизируется скорость процессов превращения друг в друга разных форм взаимодействий, ведущих к последующей интенсификации таких процессов, и минимизируется скорость процессов превращения друг в друга разных форм взаимодействий, не ведущих к дальнейшей интенсификации таких процессов. Короче: максимально интенсивны метаболизмы, обеспечивающие будущие метаболизмы, и минимально интенсивны метаболизмы, не ведущие к последующим метаболизмам.

Принцип минимакса как вариационный эволюционный принцип выбран нами из большого числа обсуждаемых в литературе вариационных принципов (см. прил. 6) как наиболее адекватный эволюционной проблематике.

Складывается впечатление, что на последовательных стадиях эволюции реальные системы все лучше «чувствуют» направление вектора эволюции, все точнее направляя по нему превращения взаимодействий. Эволюционно более продвинутые системы отличаются от менее продвинутых тем, что возникающие в них новации с большим успехом обеспечивают возникновение в будущем новых новаций.

Рост энтропии, инициирующий последующий рост энтропии, можно считать собственно прогрессивным, или эволюционным. Если же рост энтропии этим ростом и заканчивается, как это происходит в том же случае прихода системы в равновесное состояние то он (рост энтропии) не носит прогрессивного характера. Оценки прогрессивности данной новации, таким образом, оказываются завязанными на будущее. Прогрессивными, т.е. находящимися на острие вектора эволюции, являются новации (самосборки), порождающие возможно большее число других новаций (самосборок) в возможно более продолжительном будущем, новации же, обрывающиеся вскоре после их появления и не имеющие, таким образом, будущего, нельзя считать прогрессивными.

Увязка настоящего с будущим производится эволюционирующими системами посредством эволюционных мутовок (см. разд. 4.6.1), из ветвей которых в будущее прорываются самые «прогрессивные», т. е. обеспечивающие наиболее интенсивные метаболизмы на возможно более отдаленное будущее. «Не зная» наперед, в каком именно направлении пролегает путь эволюции, наблюдаемый мир эволюционирует вслепую, как бы обстукивая дорогу впереди себя в разных направлениях. Вот почему, собственно, развитие и идет фрактальными мутовками — эволюционирующая система нарабатывает целую гроздь вариантов развития, из которых большинство заканчивается тупиками и лишь один-два ведут в эволюционное завтра. Верифицируя опытным путем разные варианты развития, природа останавливается в итоге на наиболее минимаксных (прогрессивных) из них.

Но эволюционирующие структуры обеспечивают себе будущее, не только пассивно перебирая варианты развития, но и все более активно «подгибая» под себя окружающую среду. Одноклеточные не умеют должным образом регулировать свое развитие в данной экосистеме, следствием чего является, к примеру, «цветение» водоемов, когда быстрое размножение одноклеточных водорослей быстро приводит к исчерпанию ее ресурсов, так что неосторожно разросшаяся популяция вымирает [Еськов, 2000. С. 110]. Многоклеточные «работают» со средой гораздо более умело, не только находясь с ней в надежном равновесии, но и приспосабливая ее под себя в ходе своего развития.

Заметим, что исследователи уже давно нащупали в эволюции связь настоящего с будущим, только, как это часто бывает в науке, сформулировали эту идею не совсем адекватно (размыто) в форме концепции финализма телеологического толка: всякое развитие полагается здесь имеющим цель или «задачу» которая неизвестно кем поставлена (у некоторых авторов — Творцом) [Дриш, 1915; Driesch, 1921,1933; Wenzl, 1951,1954; Haas, 1956,1964; Sinnot, 1961; Selvaggi, 1964; Назаров, 1984] и в качестве которой, например, может выступать Человек [Тейяр де Шарден, 1987]. Если не принимать во внимание телеологическую обертку финализма, то его начинка, на наш взгляд, весьма здрава и связана с эволюционным принципом минимакса.

Разница «только» в том, что финалисты говорят о существовании у эволюции определенной цели, скажем, появление человека как «вершины» эволюции, тогда как в нашей эволюционной концепции цель у эволюции отсутствует, налицо лишь ее направление, которое к тому же достаточно размыто из-за фрактальности (мутовочности) эволюции, а человек является всего лишь промежуточным результатом развития одной из ветвей эволюционной мутовки разумных существ (см. гл.8). Будущее эволюции, полагаем мы, непредсказуемо (см. разд. 4.6.4), а настоящее связано с ним только в самом общем плане — текущие прогрессивные изменения во все большей степени обеспечивают возникновение прогрессивных изменений в будущем, не предписывая им, какими им быть, лишь бы они вели к дальнейшей интенсификации метаболизмов.

Как говорилось в разд. 4.3.1, эволюция наблюдаемого мира в сторону интенсификации метаболизмов не следует из закона возрастания энтропии. Даже из принципа минимакса отнюдь не следует, что интенсификация метаболизмов должна наблюдаться в каждом макроскопическом фрагменте Вселенной в каждый момент времени. Этот принцип требует только, чтобы метаболизмы в каждом таком фрагменте были максимально интенсивны, не предписывая им, однако, какими им быть реально. Если потенции данного фрагмента к развитию исчерпаны, интенсивность метаболизмов в нем может и снижаться во времени. Более того, именно так и происходит на регрессивной стадии развития конечных структур из-за из смертности (см. разд. 4.4.4). Бесконечны лишь эволюционные ресурсы всей бесконечной Вселенной, которая и эволюционирует однонаправленно в сторону интенсификации метаболизмов (см. разд. 6.10). Чем больше размеры данного фрагмента Вселенной, тем больше его потенции к развитию и тем дольше, стало быть, будет протекать его прогрессивное развитие (эволюция) в сторону интенсификации метаболизмов, за которым, однако, непременно последует регрессивный спад.

Поскольку эволюция происходит с необратимым превращением друг в друга разных форм взаимодействий, постольку она протекает тем быстрее, чем разнообразнее формы участвующих взаимодействий. Можно указать три ситуации, способствующие локальному ускорению эволюции. Во-первых, это имеет место там, где эволюция зашла дальше (см. разд. 4.9). Во-вторых, процессы превращения взаимодействий происходят быстрее на пространственных градиентах взаимодействий . Это имеет место, в частности, на границах систем — сред, материков, и т. д., где сталкиваются разные формы взаимодействий. Жизнь более всего распространена на границе двух сред (суши и атмосферы или моря и атмосферы), а зародилась на границе трех сред (на мелководье прибрежных отмелей). Наконец, в-третьих, эволюция идет быстрее на временных градиентах взаимодействий, т. е. когда взаимодействия переменны во времени. Это имеет место, в частности, когда происходит кратковременное стрессовое воздействие на эволюционирующую систему (не слишком большой) катастрофы внутреннего или внешнего происхождения (см. разд. 4.7.1).





Назад     Содержание     Далее















Друзья сайта: