проект ПЕРПЕТУУМ галактика
  • Электроника, информатика, эволюционная информатика
  • Технические решения с использованием эволюционных процессов
  • Машинное моделирование элементов разумного поведения
планета

Книга "Закономерная случайность"

Источник хаоса

[Предыдущая глава] | [Оглавление] | [Следующая глава]

Понятие хаоса обычно ассоциируется со случайностью. В этом смысле хаотической признаётся система, в которой события случайны. Но что есть случайное событие? Беспричинное? Нет, беспричинные события рассматривать не будем: если они и встречаются в нашем мире, то не оказывают заметного влияния. Под случайными обычно подразумеваются вполне закономерные события, но причины которых неизвестны. Причины случайного события могут быть скрыты от нас из-за сложности их выявления, либо в связи с тем, что они нас не интересуют. Часто и то и другое.

Принять в расчёт беспричинные события, как и события, не имеющие последствий, мы не можем ещё и потому, что такие события привели бы к нарушению существующих в физике законов сохранения. Следовательно, нет оснований ставить под сомнение закономерность любых событий, включая случайные. Так что, Вселенная фактически является огромным, сложнейшим, безупречно и безошибочно работающим "компьютером", который подчиняется заложенным в него строгим закономерностям.

Выходит, что случайность - понятие субъективное. Событие, случайное для одного человека, может оказаться неслучайным для другого, если другой осведомлен о его причинах. Но субъективные критерии не годятся для анализа процессов в реальных системах.

Ещё понятие хаоса ассоциируют с непредсказуемостью. Говорят, поведение хаотической системы непредсказуемо. Это уже более объективный критерий. Он свидетельствует о том, что поведение системы не поддается описанию, при помощи которого можно было бы делать приемлемо точные прогнозы развития процессов в ней с течением времени. Но этот критерий подходит только для сложных систем. А как же быть с простыми? Было бы ошибкой допускать, что хаос касается только сложных систем. Иногда кажется, что так и есть, но это лишь оттого, что простые хаотические системы в силу своей простоты часто ведут себя слишком объяснимо, предсказуемо. Мы же привыкли связывать хаос со случайностью и непредсказуемостью. Хорошо бы выявить "элементарный" хаос - первопричину любого хаоса, признак, который можно обнаружить и в самых примитивных системах.

Таким признаком является необратимость процесса. Любой необратимый процесс в системе - это признак хаоса. Справедливость такого утверждения, может быть, не столь очевидна, но если взять любую систему, признаваемую хаотической, то нетрудно убедиться, что она является таковой по причине накопления в ней необратимых изменений. Можно взять для примера какую-либо динамическую систему с хаотическим поведением. Необратимые изменения в ней ведут к тому, что траектория её фазовой точки никогда не повторяется. Точное предсказание траектории становится невозможным. Если же накопившиеся в системе изменения в какой-то момент времени окажутся равными нулю (проявят обратимость), то система уже не будет хаотической. Динамика такой системы станет периодической. То есть её поведение будет в точности повторяться через равные промежутки времени - период повторения. Из-за регулярного повторения поведение такой системы окажется вполне предсказуемым, а значит, хаотическим уже не будет.

Здесь кроется интересная особенность, связанная с выбором масштаба времени. Одна и та же система может вести себя как хаотически, так и вполне предсказуемо в зависимости от интервала времени наблюдения. Дело в том, что во многих случаях (но далеко не всегда), увеличивая интервал времени, мы можем увидеть, как необратимый процесс становится обратимым, и наоборот. Простой пример - механические часы. Если их завести только один раз, то получим хаотическую систему - через некоторое время часы остановятся, и процесс этот будет необратим. Но если мы будем каждый раз заводить часы, как только они останавливаются, то признак необратимости исчезнет. В таком случае уже не будет причин считать данную систему хаотической. Подобных примеров много и среди систем естественного происхождения. Если наблюдать движение Земли вокруг Солнца в интервале времени менее одного года, то такой процесс придётся признать необратимым, а значит и хаотическим. Если увеличить время наблюдения до нескольких лет, то можно говорить, что процесс обратим, и хаотическим не является. Если продолжать увеличивать время наблюдения, то можно дойти до стадии разрушения Солнечной системы (пусть и не скоро, но это случится). При этом обратимое движение нашей планеты прекратится. Так, с увеличением масштаба времени, процесс снова станет хаотическим.

В качестве примера очень простой системы сойдет даже тюбик с зубной пастой. Конечно, в такой системе всё предсказуемо (надавил - получи порцию пасты), но процесс-то необратимый. Обратно затолкать пасту в тюбик не получится. Обычно, мы не считаем простые системы хаотическими, потому что процессы в них слишком очевидны и понятны. Но если процесс необратим, то он несет в себе элемент хаоса, а значит, не будет ошибкой признать тюбик с пастой хаотической системой.

Полной противоположностью хаотических систем являются организованные системы. Процессы в них обратимы. Организованная система не может измениться, структурно перестроиться. Это приводит к тому, что такая система устойчива, не подвержена разрушению, но по тем же причинам не способна эволюционировать. При этом хаотические системы, напротив, способностью к эволюции обладают.

Утверждение о невозможности эволюции организованных систем может показаться спорным, если учесть, что биологические организмы прекрасно эволюционируют. Но в том-то и дело, что биологические системы не являются идеально организованными. Далее мы еще увидим, как хаос в содружестве с организацией из разрушителя превращается в созидателя.

Из сказанного выше следует, что напрасно хаос воспринимается многими исключительно как беспорядок, разрушение и отсутствие видимой причинно-следственной закономерности. Такая его характеристика отражает лишь половину правды, вступая в противоречие с другой половиной - созидательной. Лучше понять природу хаоса можно при помощи кубика Рубика. Только нам придётся поставить одно условие: запрещено совершать обратное вращение. То есть нельзя после очередного поворота возвращаться на шаг назад. С таким условием кубик становится настоящей хаотической системой. Давайте возьмём правильно собранный кубик. Сейчас у него каждая сторона имеет один цвет. Теперь сделаем несколько вращений наугад. Цвета перемешались, получился хаос. Это выглядит, как беспорядок, отсутствие закономерности. Но такое впечатление обманчиво, потому что механизм кубика не позволяет нарушать заложенные в него правила. Нельзя, например, произвольно вынуть пару кубиков и поменять их местами. А раз соблюдаются правила, то беспорядком это быть не может. Сохранение порядка подтверждается и возможностью снова собрать одноцветные стороны кубика. При этом система проявит обратимость и перестанет быть хаотической. Конечно, реальный мир несоизмеримо сложнее кубика Рубика, но и в нём есть свой "механизм", строго следящий за соблюдением правил. Размеры нашего кубика - всего лишь 3х3х3, но и этого хватило, чтобы мы заподозрили в нем беспорядок. Неудивительно, что хаос реального мира так часто нам кажется беспорядком. Пример с кубиком показывает, что субъективное восприятие бывает ложным. Этот пример хорош и тем, что рассмотренный кубик находится где-то между простыми и сложными системами, и поэтому позволяет проследить, как хаос простых систем неузнаваемо преображается, переходя в сложные системы.

Говоря о хаосе, придётся сказать об энтропии. Иногда можно услышать, что энтропия - это мера хаоса. Но такое определение часто вводит в заблуждение. Да, энтропия имеет отношение к хаосу, но какое? Она определяет меру необратимого рассеивания энергии, вызванного течением хаотических процессов. Но энтропия не показывает, насколько система хаотична (имеет преобладание необратимых процессов над обратимыми). Её задача - показать текущее состояние, итоговый результат всех ранее произошедших необратимых (хаотических) изменений в системе. Рост энтропии не обязательно связан с разрушением системы и сам по себе не влияет на интенсивность хаотических процессов. Даже система с высокой энтропией может оставаться высокоорганизованной. Возьмём для примера механические часы. Заведём их и оставим на время, пока они не остановятся. В течение всего периода наблюдения энтропия в данной системе увеличивается. Из-за трения деталей механизма потенциальная энергия пружины постепенно и необратимо переходит в тепловую. Но рост энтропии никак существенно не отражается на работе часов. Никаких признаков дезорганизации данной системы по мере роста энтропии мы не обнаружим до самой остановки механизма. И даже остановка механизма не является признаком дезорганизации.

[Предыдущая глава] | [Оглавление] | [Следующая глава]



Использование материалов данного сайта в публикациях допустимо только при условии сопровождения этих материалов ссылками на источник - сайт projectveka.ru с указанием автора: Е.А.Котов.   Авторские права защищены законами РФ. Евгений Котов. 2017г.
Яндекс.Метрика