"Среди беспорядка найдите простоту; среди раздора найдите гармонию; в трудности найдите возможность...".
А. Эйнштейн
Когда-то, начиная разбираться с проблемой саморазвития автоматов, тогда ещё на уровне электронных схем и математической логики, я был уверен, что задача вполне решаема для электроники. [1] Но чем больше я вникал в суть вопроса, тем более расширялось поле проблем, которые вдруг возникали на каждом шагу как грибы после дождя.
У меня не раз возникало ощущение, что я иду по пространству, которое наука по какой-то причине упорно обходила стороной или просто не считала важным для исследований. Я-то думал, что всё давно известно, сейчас откроем справочник, всё найдем и прочитаем. Вот прямо сейчас и начнем ...
И началось...
Теория случайности - нет такой. Если не считать нескольких очень интересных книг Ю.В. Чайковского, где вполне четко написано, что наука этим не занимается, т.к. нет математических путей для формирования теории одиночных случайностей. Теория вероятностей была создана совсем для других целей...
Теория хаоса - нет такой, если не считать математическую теорию детерминированного или динамического хаоса, которая работает только с данными уже произошедшего процесса. К реальному, происходящему вот сейчас хаосу всё это никакого отношения не имеет.
Теория автоматического управления - нет такой. Её место занимает теория автоматического управления и регулирования систем, в которой управляет всем человек, а автоматическое регулирование занимает весь объем.
Теория самоуправления автоматов - отсутствует полностью. Видимо никто такой задачи не ставил.
Кибернетика, вместо управления полностью ушла в системы обработки информации и забыла о своем названии, как науки об управлении.
Синергетика "застолбила" первенство в признании того, что:
"...источником развития является случайность, необратимость и неустойчивость. Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем." https://ru.wikipedia.org/?curid=70247&oldid=137889663
Но, на этом и закончила движение в эту строну...
Правда, большим научным прорывом здесь стала теория самоорганизованной критичности. Она дополнила теорию сложности и теорию динамического хаоса, как составные части синергетики. Сегодня понимание принципов существования нашего Мира идет здесь на основе математики.
Вслед за синергетикой только появляющаяся автокибернетика, как мне кажется, сделала следующий шаг в сторону усиления роли хаоса и случайности в существовании нашей Вселенной, как взаимодействия самоорганизованных целостностей разного уровня.
Зачем нам нужна автокибернетика и какие задачи она решает?
В первой части [2] мы затронули почти все основные вопросы автокибернетики. Во второй [3] более внимательно разобрались с функциональными схемами автоматов разного уровня самостоятельности. Мы увидели как шло нарастание сложности теперь уже биологических автоматов, от клетки до человека.
Зачем нам это?
Если еще недавно человек при создании сложной машины кроме установленных технических характеристик всегда решал общие задачи обеспечения надежности, управляемости и ремонтопригодности, то сейчас для машин с ИИ управляемость постепенно меняется на самостоятельность действий в достижении цели, надежность вместе с ремонтопригодностью объединились в возможности самовосстановления для обеспечения длительного существования, а на первый план выходит задача взаимодействия машины с человеком в рамках установленного для решения этих задач её уровня субъектности.
До создания машины с субъектным самоуправлением нам действительно осталось совсем немного. Достигнутый уровень развития электроники это вполне позволяет. И завтра обязательно кто-то такую машину сделает. Или уже сделал. Сегодня. Как к этому относиться? Применять или уничтожить?
Понимать...
Потому, что оказалось, мы часто не просто не знали, а не хотели знать, намеренно обходили стороной то, что сегодня стало основой нашего существования.
И потому, продолжим об очевидном...
Хаос вездесущий...
"Возможно, хаос - на самом деле просто естественный порядок, и в этом хаосе возможны островки порядка.
Но хаос - это порядок."
Фрэнсис Дэвид Пит, "Философский камень. Хаос, синхронность и скрытый порядок мира." 1991г
Вдруг оказывается, хаос - он везде.
И он такой разный. А мы, ...то его принимаем и даже создаем, то стараемся его убрать и уйти от него подальше. Но он все равно остается где-то рядом.
Синергетика определила случайность, необратимость и неустойчивость как необходимые составные части развития этого мира.
А что же стало основой этого развития?
Как это ни звучит парадоксально, но это... всё тот же хаос!
Вселенский относительный хаос обеспечивает подвижность видоизменения всех объектов вселенной. От эволюционного развития до процесса старения.
И для достижения уровня "живого", кроме естественного отбора и начала борьбы за существование, на эволюционное развитие опять работает всё тот же хаос, но теперь не просто хаос, а хаос ограниченного разнообразия.
Если наш мир получился как "антихаос" в бесконечности Вселенной, то хаос ограниченного разнообразия, это основная часть нашего мира.
С этой точки зрения "антихаос" [4], редкое событие в мире самых разнообразных хаосов. Тем не менее, если бы не было этого разнообразия ограничений, не было бы и "антихаоса", как одного из случайных состояний хаоса ограниченного разнообразия.
Тогда различных ограниченных хаосов вокруг нас..., "как гуталина на гуталиновой фабрике", по словам кота Матроскина: "...ну просто завались!.."
Мы же интуитивно знаем, что никакая реальная сложная система не может быть полностью организована. В ней всегда найдутся какие-то отклонения от порядка.
Хорошо это или плохо?
Разнообразие хаосов начинается с первого "непорядка" в системе. Любой.
Или с "абсолютного порядка", понятия, абстрактного и невозможного, как и абсолютный хаос в нашей Вселенной.
А вот всё остальное....
Может быть представить все сложные образования в виде структур ограниченного хаоса с той или иной степенью хаотизации?
Тогда можно считать хаотизацию абсолютного хаоса, как 1,0. В нашем понимании он непредставим и полностью безграничен. Степень хаотизации относительного хаоса пространства нашей вселенной уже точно будет меньше 1,0, но насколько, мы пока сказать не можем. И так далее...
Каждый новый хаос может иметь какой-то свой коэффициент хаотизации. И соответственно, коэффициент ограничения.
Вопрос: Зачем нам это нужно?
Показатели Ляпунова позволяют уловить переход к хаосу в любой неустойчивой системе. Но, это в математике. Там же мы можем найти и выделить хаотическую составляющую, показывающую уровень дезорганизации всей системы. Да, посчитать можно.
А как понять, что означают эти показатели хаоса для нашей жизни?
Любая группа людей уже обладает каким-то разнообразием, как проявлением хаоса. И чем больше это разнообразие, тем больше хаоса.
Что такое движение прохожих по большому городу?
Конечно, почти каждый движущийся человек наверное знает, куда и зачем он идет или стоит в ожидании вполне конкретного события. Например, нужного сигнала светофора на перекрестке или он в ожидании встречи, свидания,... а может быть он просто гуляет бесцельно по парку или по улице...
Но при взгляде сверху все эти стояния или перемещения выглядят в высшей степени хаотичными.
А что такое толпа на площади, ярмарке, во время концерта или политического митинга? Если смотреть сверху - полный хаос в перемещении людей, их реакции на то, что они видят, слышат, переживают...
Вот этот, сотворенный человеком хаос, он какой?
Чаще всего он дружественный.
Он не очень мешает нам, а иногда и помогает нам ощутить то, зачем мы сюда пришли. Здесь в толпе на гуляниях во время праздника само по себе возникает чувства сопричастности к этой радости и веселью вокруг.
Правда, так бывает не всегда...
Иногда хаос вдруг становится враждебным, как толпа озверевших от любого адского зелья юнцов, бьющих стекла домов и машин, жгущих и ломающих всё, что встретится на их пути...
Но это хоть видимый нам враждебный хаос, от которого хочется держаться подальше. А что такое агрессивная реклама, ломающая наши настроения во время просмотра фильмов, концертов, выступлений по ТВ или на компьютере?
Это тот же самый постоянно видимый нами, теперь уже вроде виртуальный хаос, но действует он вполне конкретно и результативно.
Враждебный, дружественный, виртуальный хаос...
О чем это мы?
Дружественный хаос и среда.
Мы иногда просто не можем себе представить, как широко представлен физический хаос вокруг нас. Иногда он создается сам по себе, иногда мы формируем его, не замечая этого.
Наш антропный принцип восприятия закрыл нам горизонт видения.
Мы поставили Вселенную в зависимость от наблюдения её человеком.
Вселенная такая, какой видит её человек. Если где-то она другая, то человека там нет. Если человек - часть вселенной, то... только этой.
На основе Наблюдателя строится концепция не только параллельных миров, но и принципа относительности в СТО, например.
А если не учитывать концепцию мультивселенной, оставить в стороне исходный антропный принцип и поменять местами Вселенную и человека в этой парадигме?
Тогда всё будет выглядеть иначе...
Вселенная, точнее её малая часть, сделала человека таким, какой он есть. Сама вселенная может обладать бесконечным разнообразием или хаосом, как кому удобнее понимать, и вся она точно не может рождать жизнь.
Для появления жизни не только достаточна, но и необходима локальная область вселенной с подходящими для этого условиями разнообразия хаоса.
Например...
Чтобы запустился эволюционный процесс жизни на Земле потребовалось локальное пространство нашей планеты и наличие нескольких основных компонентов:
Первый компонент - локальный самовоспроизводимый объект. У нас это капля коацервата. Коацерваты в формате капель должны были образовать компактное множество и в то же время капли должны были взаимодействовать с внешней средой для накопления необходимых для развития молекул липидов, пептидов и РНК.
Мы понимаем, что это первая составная часть киберавтономии?
Оказывается, вот где закладывается её основа.
Второй компонент - материальный объект, сохраняющий прошлые изменения в процессе циклического самовоспроизведения. На Земле это РНК.
Третий компонент - основа разнообразия, как автоматов, так и дружественной среды. У нас это белки.
Рис.1. Образование коацервата
Ну вот, теперь мы представляем себе основы для запуска эволюционного процесса, включающего и процесс
самовоспроизведения сложного автомата:
1. Самовоспроизводимый объект, локализующий свою внутреннюю среду.
2. Объект или структура вещества сохраняющие прошлые изменения.
3. Объекты или структуры вещества, создающее необходимое разнообразие "ограниченного" и "дружественного" хаоса.
Когда всё это собирается в одном объеме, то создаются условия для запуска эволюционного процесса. Так произошло в объеме капель коацервата где-то на Земле всего через 20 млн лет после её образования примерно 4,5 млрд лет назад.
Тогда вокруг капель коацервата и в их объеме существовал примерно один и тот же ...
"Дружественный хаос" - множество элементов, имеющих необходимое разнообразие свойств для начала эволюции и не содержащее факторов прекращения существования элементов множества .
Капля своим замкнутым объемом локализовала часть "дружественного хаоса" в своей внутренней среде. При этом между каплями возникла их "внешняя" среда, создаваемая на основе того же "дружественного" хаоса.
Таким образом, мы приходим к пониманию "дружественной среды".
Дружественная среда, это локальное пространство дружественного хаоса ограниченного разнообразия, создающее условия для поддержания существования множества автоматов, находящихся в объеме этой среды.
Дружественный хаос локального пространства создает дружественную среду для множества какого-то вида сложных автоматов и становится основой для их коллективного развития. Но и само множество сложных автоматов должно содержать элементы хаотичности для возможности саморазвития в формате эволюционного процесса.
Понятно, что это условие для поддержания существования любых самовоспроизводящихся автоматов. От молекулярных машин в составе клеток до биосферы Земли.
Что необходимо, для начала эволюционного процесса?
В основе начала эволюции пространство локального взаимодействия ограниченных дружественных хаосов, как самоорганизованная целостность множества самовоспроизводящихся автоматов в своей дружественной среде.
Подтверждением здесь можно считать множество коацерватных капель как самоорганизованная целостность, окруженная дружественной средой весь период эволюционных преобразований.
Если немного уточнить, то для начала эволюции необходимо:
Множество автоматов, как локальная самоорганизованная целостность;
Дружественный хаос внутренней среды внутри любого локального автомата;
Дружественный хаос внешней среды внутри локального множества автомата.
Дружественный хаос внешней среды вне локального множества автоматов.
Здесь отдельный автомат, это лишь обособленная часть множества, как самоорганизованной целостности. Все части этой целостности исходно чем-то связаны...
Множества, как самоорганизованные целостности.
Пока мы рассматривали множество, как источник разнообразия для эволюционного развития отдельного сложного автомата, элемента множества, мы совсем забыли о второй стороне.
Об ограничении разнообразия.
Одну сторону проявления ограничения разнообразия мы уже знаем.
Это унификация.
В результате "горизонтального переноса" все сложные автоматы, составляющие множество, оказываются примерно одинаковыми по составу входящих функциональных автоматов и структуре саморегулирования и самоуправления.
Рис.2. Адаптация формы тела к среде обитания.
Потому, что все элементы множества получают все изменения, произошедшие у всех элементов множества.
С другой стороны...
Чем больше ограничен хаос дружественной среды множества, тем выше унификация, но медленнее эволюционное развитие сложных автоматов.
Таким образом скорость процесса эволюционного развития автоматов в составе множества можно регулировать с двух сторон:
Со стороны горизонтального обмена автоматов множества;
Со стороны ограничения разнообразия внешней дружественной среды автоматов в объеме локального множества.
Как работают такие ограничения?
Например, из-за ограничения внешней среды обитания все живущие в воде рыбы, птицы и млекопитающие имеют примерно одну форму туловища, приспособленную к движению именно в этой среде.
Да, конечно, это адаптация. Но главная-то причина - вода!
И потому - четко видимый результат. Очевидная унификация формы туловища. Как на рис.2.
При этом, унификация и эволюционное развитие создают условия видоизменения как элементов, так и самого множества.
О чем это мы?
Саморганизованная целостность капель коацервата исходно обладала свойством самовоспроизведения, а также внутренней и внешней дружественной средой.
Это стало основой для появления первых клеток - архей.
Унификация клеток происходит в процессе "горизонтального переноса" от клетки к клетке всего, что клетка может принять или сбросить во внешнюю среду. Это сделало из простого множества самоорганизованную целостность связанных между собой клеток, унифицированных "горизонтальным переносом".
И возникло новое множество...
Колония.
Самовоспроизведение таких унифицированных архей создало первое организованное множество - колонию.
Колония, это "самоорганизованная целостность", множество организмов одного вида в одном месте.
Множество архей создало необходимое разнообразие унифицированных колоний клеток, которые стали основой для появления клеток новой организации - прокариот.
Активные прокариоты, в частности цианобактерии, устроили на Земле сначала "кислородную катастрофу", которая привела к образованию на Земле океанов воды, а потом и Гуронское оледенение, которое длилось 300млн лет.
В этих глобальных катаклизмах перестали существовать все клетки, для которых новые условия на Земле перестали быть "дружественными". Остались лишь те, для которых эти условия стали новой "обычной" дружественной средой. Как внешней, так и внутренней.
Сообщество.
Новые множества продолжили "горизонтальный перенос", обмен между клетками своими функциональными автоматами, микро-РНК и микро-ДНК, белками и т.д. И обменивались всем этим не только клетки одного локальной колонии одинаковых клеток, но и клетки разных колоний, с разными условиями существования и разной степени унификации.
Начался хаотический процесс обмена и "техническими вирусами" [6] , как "стандартными" контейнерами с активным содержимым, вложенным исполнительным алгоритмом. Резко ускорился эволюционный процесс преобразования самих клеток, включился эволюционный процесс видоизменения "вирусов, вырвавшихся на свободу". Всё это привело к глобальным вирусной и межклеточной войне.
В этой войне "всех со всеми" нарастающее разнообразие клеток и вирусов превысило все возможные пределы. Именно по этой причине бактерии на Земле сегодня имеют самое широкое разнообразие. Настолько широкое, что сегодня изучено менее 5% от всего объема.
Прокариоты создали новый вид множества - сообщество.
Сообщество, это "самоорганизованная целостность", множество взаимосвязанных организмов разных коллективов, колоний и множеств.
На этом уровне процесс формирования всего комплекса киберавтономии был закончен.
Сделаем очевидный вывод:
Для создания условий для начала процесса эволюции глобального многоуровневого множества организмов на каждом уровне его элементов нужен свой внутренний и внешний дружественный хаос.
Видимо это обязательное условие эволюции любого множества.
Одноклеточный организм.
Произошедшие на Земле катаклизмы привели к созданию высшего уровня клеток - эукариот. И к высшему уровню организации централизованного самоуправления - организму.
Вот тут и возникла сложность. У эукариот не стало своего множества.
Эти клетки под управлением своего внутреннего лидера или даже субъекта изначально стали индивидуалистами, способными вести одиночное существование в относительно чужой среде. Не стало того множества, которое бы стало основой для достижения ими нового уровня развития. Эукариоты остановились на уровне одноклеточных... хищников. Жгутиконосцы, туфельки, амебы... Это высшие достижения одноклеточного организма. И их предел.
Но...
Многоклеточный организм.
Формальное множество для дальнейшего развития эукариот нашлось.
Клетки-симбионты. Участники симбиоза.
Для формирования многоклеточного организма нужно исходное множество клеток и дружественная среда. Состав одноклеточного организма эукариоты, множество, формируется из органов клетки под единым управлением. Такими "органами", точнее органеллами, стали и некоторые бактерии, существующие в объеме эукариоты. Таким образом...
В клетке эукариоте уже оказался заложен фундамент будущего разнообразия.
Органеллы клетки, бактерии, живущие внутри эукариоты - митохондрии, пластиды и т.д. создали "внутреннее множество" с которым клетка сосуществует в виде сложного организма.
Это внутреннее множество стало основой для формирования и внешнего множества, как многоклеточного организма. Разнообразие внутренней среды эукариоты заложило предпосылки для образования такой же внешней среды... из других таких же клеток.
Сопоставим:
Состав сложного одноклеточного организма создается методом "поглощения" менее развитых биологических автоматов в состав своих "органов" с последующей передачей их в следующие поколения организма. (Митохондрии, пластиды в составе эукариот.)
Состав многоклеточное организма формируется "выращиванием" составляющих его клеток и поддержанием их до окончания срока своего существования.
Эукариоты, по аналогии с собственным устройством, создали из самих себя многоклеточный организм в двух основных формах существования, которые мы знаем как унитарный организм животных, и модулярный организм растений.
В ходе этого этапа развития клетки многоклеточного организма создали себе как внутреннюю дружественную среду в виде цитоплазмы, так и внешнюю дружественную среду в виде плазмы каналов крови, лимфы и др. жидкостей организма.
Да и внешняя для всего организма среда, оказалась так же во многом дружественная. Как воздушная, так и водная.
Суперорганизм
Рис.3. Видоизменение термитов для выполнения разных функций в составе множества.
На этом уровне организации противоположные процессы унификации и расширения разнообразия вступают в прямой контакт прямо на уровне организованного множества.
"Низы" стремятся к разнообразию, а "верхи" к унификации и стандартизации. Хотя бы локальной.
Элементы организованного множества создают необходимое разнообразие, а центры управления множества унифицируют и стандартизируют этот процесс.
Этому правилу соответствуют условия формирования суперорганизма на основе эусоциальных насекомых (термитов, муравьев, пчел и т.д.). В этом множестве его элементы могут видоизменяться для выполнения разных функций. Как на рис.3.
Все варианты элементов множества, несоответствующие этим стандартам - уничтожаются.
Так поддерживается устойчивость всего множества и высокая степень подчиняемости его членов сигналам центра управления.
Здесь отметим, что скорее всего суперорганизм, это вариант колонии с централизованным управлением. Одна из форм модулярного организма, состоящего из целых особей, как его элементов.
Самоорганизованные сообщества организмов.
Спонтанно образующиеся и постоянно изменяющиеся сложные сообщества биологических существ от вирусов до многоклеточных организмов существуют в сложной взаимосвязи. Все эти сообщества очень зависимы друг от друга и изменчивы.
Почему-то этот постоянно изменяющийся баланс взаимозависимых самоорганизованных целостностей вокруг нас мы считаем гармонией природы. Хотя, на самом деле, это баланс бесконечного противоборства за сохранение своего существования. Мне кажется, что глобальная постоянная война не может быть гармоничной. Но... дело вкуса...
Начнем с самого малого...
Микробиом
Разнообразие сообщества начинает свое развитие от микробиома любого многоклеточного организма [7].
"Собственным микробным сообществом (микробиомом) обладают все экосистемы, начиная от тканей и органов отдельных организмов и заканчивая целыми средами обитания. Микробиом участвует в важнейших экосистемных процессах, способствуя как метаболизму хозяина в локальном масштабе, так и биогеохимическому круговороту питательных веществ в глобальном." https://ru.wikipedia.org/?curid=7445695&oldid=133304374