Архив 2 декабря 2011

О полезной аналогии между информацией и светом

О полезной аналогии между информацией и светом

В.Н. Романенко, Г.В. Никитина

Несмотря на то, что аналогия не может служить доказательством, сравнение разных фактов и явлений может принести большую методическую пользу. В ряде случаев, результаты могут быть тем интереснее, чем более далёкими друг от друга оказываются области знания, в которых прослеживаются аналогии. Конечно, аналогии могут оказаться поверхностными, а иногда и обманчивыми. Тем не менее, их изучение нередко приносит пользу. Это относится и к сравнению исторического хода развития представлений о свете и об информации. Поиск аналогий в этой области не случаен — свет, точнее электромагнитные колебания, наиболее наглядный и осознанный ещё во времена далёкой древности пример носителя информации. Если одновременно взглянуть на проблемы, с которыми сталкиваются при изучении света и при изучении информации, то сразу же бросается в глаза наличие трёх основных задач, требующих исследования. Они связаны с последовательностью основных событий:

Работа источника Передача Приём и обработка

В случае света Работа источника — это Излучение, Передача — это Распространение света и, наконец, Приём и обработка — это Взаимодействие света с веществом. Для информации применимы термины: Создание информации, коммуникация (распространение сигнала) и Приём информации (запись, понимание и т.д.). Конечно такая упрощённая схема может быть дополнена вторичным эффектами, описывающими активную реакцию системы. К ним в случае света, можно отнести люминесценцию, а в случае информации поведенческие реакции.
Для нас интересна та последовательность, в которой в случаях света и информации человечество осознавало, понимало и использовало эти три основные элемента. В древние времена было изучено прямолинейное распространение света, а затем простейшие законы связанные с взаимодействием света с веществом, а именно отражение и преломление. Начиная с XVII века свет изучался более углублённо. Здесь тоже в первую очередь были изучены интерференция и дифракция, затем поляризация, поглощение, рассеяние и т.д. Законы излучения были исследованы в последнюю очередь. Хорошо известны те принципиальные трудности, с которыми пришлось при этом столкнуться и те революционные изменения в общих представлениях, к которым привело изучение процессов излучения.
Представления об информации развиваются практически в той же самой последовательности. Начиная с 20-х годов прошлого века в первую очередь исследуется работа каналов связи[3,13,15]. При этом формируются понятия количества информации, создаётся представление о негэнтропии, появляется представление об эстетической информации[4]. Переходом к изучению взаимодействия информации с приёмником можно, вероятно, считать развитие представлений о семантическом смысле информации[9-11]. В последние годы накоплен огромный материал этого плана, который, главным образом, связан с нейрофизиологическим исследованиями работы мозга[14]. Одновременно создаются чёткие представления о проблеме реакции на информацию в виде поведения[2]. В то же самое время процесс возникновения информации, который по существу связан с глубоким пониманием природы этого понятия, исследован ещё очень слабо. На наш взгляд такое совпадение последовательности изучения приведённой выше триады для света и для информации, нельзя считать случайным совпадением. Видимо, такая последовательность характерна для любых процессов и явлений связанных с передачей (потоком) различных форм материи. Её можно попытаться объяснить тем, что проследить за каналами распространения проще, чем за возникновением передаваемого агента. Точно также, проще отметить воздействие агента на объект. Собственно по такому воздействию обычно и судят о наличии самого агента. Возникновение же действующего агента требует более основательных знаний и представлений. Исходя из этой точки зрения можно понять, почему при изучении информации процессы её возникновения изучены более слабо, чем процессы её передачи и взаимодействия с приёмником. В то же самое время эта аналогия подсказывает, что в процессе изучения процессов возникновения новой информации, можно предполагать установление принципиально новых закономерностей. Так ли это на самом деле, ответит будущее.
Для того, чтобы понять механизм возникновения информации, надо хорошо представлять то, что она собой представляет. Для этого нужно иметь чёткое определения понятия информация. Понятие информация постепенно формировалось в течение длительного времени. В явном виде первое использование этого термина можно отнести к 1732 году[12]. Внешнее культурологическое понимание этого термина в силу кажущейся очевидности получило широкое распространение. В результате используемый на практике термин стал широким и неоднозначным[7]. Реальные практические задачи, и прежде всего задачи связанные с каналами связи, потребовали конкретизации термина[5]. Любая конкретизация связана с сужением области применения (введением ограничений) и использованием новых словесных обозначений используемых понятий. Для случая информации очевидность этой проблемы и её сложность представляются очевидными. Во всяком случае в настоящее время строе разграничение всех смыслов понятия информация отсутствует. Тем не менее, можно отметить ряд наиболее общих представлений о свойствах информации. Эти представления признаются практически повсеместно. Они могут служить основой для формулировки определений. Исходя из этих определений можно пытаться получить ответ на вопрос о возникновении новой информации. Первое из таких представлений — это представление об иерархичности информации. Из наличия иерархических уровней следует вывод о том, что для каждого из них смысл информации может быть разным. Соответственно, если не вводить новых понятий, смысл информации для каждого из уровней обязательно должен уточняться. Второе, повсеместно принятое представление, относится к связи информации с разнообразием или же неоднородностями. Исходя из этого представления принято выводить количественные меры оценки количества информации. Это наиболее развитая область исследований связанная с информацией. В то же время именно относительно этих понятий идут наиболее ожесточённые дискуссии. Наконец, третье достаточно общее представление связано с понятием коммуникации, то есть с передачей, приёмом и восприятием информации. Здесь широко распространены такие важные понятия, как запоминание и отражение[1,8]. Следует сказать, что термин запоминание разумно относить к живым системам, а отражение к любым системам и объектам, то есть как как живым, так и к неживым объектам. Этого правило, однако, соблюдается не очень строго. Во всяком случае, применение понятия запоминание к неживым объектам достаточно распространено.
Из представлений об иерархичности информации следует, что на каждом из уровней процессы возникновения новой информации целесообразно рассматривать особо. Естественно, что такое рассмотрение разумно начинать именно с тех уровней, где по тем или иным причинам это проще всего сделать. Накопленный за многие годы опыт подсказывает, что проще всего изучать либо наиболее простые системы (нижние уровни иерархии), либо наиболее сложные (верхние уровни). Самые большие сложности обычно связаны с ситуациями, которые находятся в середине изучаемого поля. При этом разумнее всего начинать первые попытки анализа с наиболее простых случаев. Принципиальная сложность при этом состоит в том, что в изучении Универсума мы не дошли ни до самых низких, ни до самых высоких уровней организации материи. Более того, мы даже не знаем имеются ли предельные самые нижние и самые верхние уровни такой иерархии. Реальное познание окружающего мира идёт «от середины», то есть от тех масштабов пространства временных интервалов, масс и т.д., которые соразмерны с человеком. Поэтому выбор для изучения ситуации определённого уровня иерархии определяется наличием хороших представлений об этом уровне. Мы позволим себе рассмотреть вопрос применительно к тому уровню, который был изучен В.Ф. Турчиным в его книге[6]. Это один из наиболее низких уровней организации живой материи. На этом уровне анализируются уже сформировавшиеся в результате эволюции живые клетки и их простейшие объединения в структуры из небольшого числа две, три и т.д. клеток. Единичная клетка воспринимает некоторые сигналы от окружающей среды и сама же реагирует на них. Иными словами, она одновременно является рецептором (получателем сигнала) и эффектором (структурой, которая реагирует на воздействие). На рассматриваемом уровне клетки могут редуплицироваться, то есть удваиваться. В возникающей более сложной структуре происходит естественное разделение функций. Если одна клетка является рецептором, а другая эффектором, то их взаимодействие происходит посредством передачи некоего сигнала. Этот сигнал имеет смысл простейшего элемента информации. Его условно можно назвать квантом информации. Один из простейших вариантов реакции — это движение в сторону большей или меньшей освещённости. В принципе такая реакция может происходить даже в более простой структуре — единичной клетке. Движение такой клетки может реализоваться за счёт разного натяжения оболочки клетки с разных её сторон[6]. Для того, чтобы это произошло нужно сравнение освещённости на разных сторонах клетки. Иными словами должна существовать некая простейшая операция сравнения или выбора. Это означает, что возникновение кванта информации в таком простейшем случае должно соответствовать ситуации выбора. Связь информации с выбором неоднократно отмечалась во многих работах(см.напр.[13,15]. В в последнее время этом вопросу посвящены работы А.М. Хазена[8]. Однако в них шла речь о значительно более сложных системах. Фактически выбор означает переход от одного устойчивого состояния к другому. Конечно, при строгом описании устойчивое состояние должно отвечать минимуму некоторой функции, описывающей систему. Это соображение также не раз обсуждалось применительно к более сложным системам.
Таким образом можно считать, что о крайне мере в рассматриваемой нами модели, простейший «квант информации» возникает за счёт перехода системы из одного стабильного состояния в другое. Нетрудно заметить, что это представление в чём-то похоже на описание возникновения кванта излучения в первых Боровских моделях атома. Тем не менее, остаётся ещё два вопроса. Первый из них — это запоминание или отражение вновь возникшей информации. Несложно понять, что для этого нужна другая клетка, которая является своеобразным эффектором. Иными словами, система с памятью должна быть более сложной, чем система продуцирующая элементарное возникновение информации. Второй вопрос, связан с механизмом сравнения или выбора. Обычно принято просто отмечать, что система выбирает состояние, которое по тем или иным причинам имеет определённые преимущества перед конкурирующим состоянием или группой конкурирующих состояний. Механизм этого выбора или не рассматривается вовсе, или же очень сложен, как например при обсуждении отбора по Дарвину. Здесь же на примере простой модели видно, что процесс выбора может быть не связан напрямую с самим механизмом сравнения. Действительно предлагаемая модель клетки просто сравнивает величину действия от двух её границ. Но «получив сведения» о том, какое действие более сильное, система ещё «должна знать» какое состояние — с большим или с меньшим воздействием более предпочтительно. Как и в случае естественного отбора по Дарвину, этот критерий лежит вне самой системы, то есть в её окружении. Иными словами, в упрощённом виде можно сказать, что система сравнивает, а предпочтение, то есть выбор, происходит в результате взаимодействия системы и окружения. Является ли такая ситуация повсеместной, или же она справедлива только для простейших ситуаций, описываемых предложенной моделью, заранее сказать нельзя. Однако вывод о роли взаимодействия системы с окружением при возникновении новой информации представляется интересным. По нашему мнению этот очень упрощённый анализ позволяет говорить о том, что при исследовании вопроса о возникновении новой информации необходимо одновременно рассматривать три почти независимые (слабо связанные друг с другом) элемента. Первый — это система-объект, в которой происходит некий акт выбора (сравнения) и в результате появляется новая единица (квант) информации. Второй элемент — это окружение системы-объекта. Оно задаёт требования (предпочтения) определяющие выбор, задающий возникновение информации. Наконец третий элемент — это преобразованный эффектор, который превращается в элементарную ячейку памяти. В принципе, можно представить себе разные связи этих элементов — от полной интеграции через все промежуточные варианты до полного пространственного разделения. Эти детали, также как и рассмотрение более сложных случаев и случаев возникновения информации в неживых системах, требует детального и обстоятельного рассмотрения. Мы откладываем их на дальнейшее. Здесь же мы хотим обратить внимание на то, что в настоящее время наши представления позволяют более детально изучить сами процессы возникновения новой информации. Именно это и было основной целью данной публикации.

Литература

1. Вяткин В.Б. Теория информации. ЧастьI. Синергетический подход к определению
количества информации // Научный журнал КубГАУ 2008, № 44(10) [Электронный ресурс]
Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2008/10/pdf/12pdf .
2. Гаазе-Раппопорт М.Г., Поспелов Д.А. От амёбы до робота: Модели поведения // М.:
“Наука” Физмат ГИЗ, 1987. 288 с.
3. Кравченко В.Б. Информация — объект или субъекты исследования [сетевой
ресурс]. Режим доступа: http://www.galactic.org.ua/Prostranstv/pr_kiber7.htm
4. Моль А. Теория информации и эстетическое восприятие. Пер. с франц. // М.:
«Мир», 1966. 351 с.
5. Романенко В.Н., Никитина Г.В. Сложность понятия информация, связанная с его
многозначностью[Электронный ресурс].
Режим доступа: http://www.elektron2000.com/roman_nikit_0157.html .
6. Турчин В.Ф. Феномен науки: Кибернетический подход к эволюции. Изд.2-е // М.:
ЭТС.2000. 368 с.
7. Урсул Д.Т. Информация и мышление // М.: “Знание” 1970. 56 с.
8. Хазен А.М. Разум природы и разум человека — М.: НТЦ “Университетский” 2000. 604 с.
9. Харкевич А.А. О ценности информации // Сб. “Проблемы кибернетики” (1960). Вып.
10. Шрейдер Ю.А. Об одной модели семантической информации // Сб. “Проблемы
кибернетики”. (1960). Вып.4
11. Шрейдер Ю.А. Тезаурусы в информатике и теоретической семантике // НТИ.
Сер. 2 (1971), № 3, с. 21-24
12.Berkeley G. Alkiphron: Or the Minute Or Philosopher // Routlege. L- N.Y. 1993.236 р.
13. Hartly R.V.L. Transmission of Information // Bell Syst. Tech. J. v.7, 535-563
(1928)Перевод в кн. «Теория информации и её приложения» — М.: ФизматГИЗ, 1959.
14. Haruno M., Frith C.D. Activity in the amygdala elicited by unfair divisions predicts social
value orientation — Nature Neuroscience 13, 160-161, 2010.
15.Shannon C.E. A Mathematical Theory of Communication // Bell Syst. Tech. J v. 27
373-423, 623-656. (1928).

О взаимодействии ибъекта и окружения

О взаимодействии объекта и окружения

В.Н. Романенко, Г.В. Никитина

About Interaction Between Object and its Environment

Vladimir Romanenko and Galina Nikitina

Аннотация

Для каждого объекта в Универсуме вся остальная часть Вселенной может рассматриваться, как окружение. Объект отделен от окружения границей. Граница может быть физически выражена и может иметь символический характер. Взаимодействие объекта и окружения происходит посредством потоков вещества, энергии и информации. Граница должна быстро реагировать на изменения ситуации в окружении. С другой стороны передача сигналов от границы внутрь объекта или же наоборот в окружение идут с меньшей скоростью. Таким образом противоречие между адаптацией к среде и устойчивостью разрешается за счёт разделения процесса взаимодействия на несколько стадий. На этих стадиях взаимодействие идёт с разными скоростями.

Ключевые слова: Объект, окружение, граница, скорости взаимодействия, адаптация,
устойчивость.

Summary

For each part of Universum its other parts may be treated as environment. Object and environment are diveded by interface. Interface can be as real so symbolical. All interactions between object and its environment are realised with the help of three types of flows. They are: flow of matter, flow of energy and flow of information. Interface must have high sensitivity for one side. For the other side of problem all signals from interface into the object and in opposite direction must have much lower speed. This difference in speeds solves contradiction between adaptation and stability of object.

Key words: Object, envinronment, interface, interaction speeds, adaptation, stability

Исходные соображения

Вопрос о попытках выявления общих закономерностей взаимодействия произвольного объекта и его окружения сложен. Это, в первую очередь, связано с необходимостью чётко оговорить все исходные представления и следующие из них положения. Для упрощения ситуации сошлёмся на те факты, которые могут считаться принятыми достаточно большим числом членов научного сообщества. Мы полагаем, что представление о многообразии Универсума, состоящего из множества различных между собой объектов, стремление Универсума к возрастанию сложности в процессе эволюции и иерархическая структура сущностей (объектов)[1] могут быть приняты в качестве отправной точки без дополнительного обсуждения. Обязательное наличие взаимодействия между разными объектами также может считаться общепринятой точкой зрения. Очевидно и то, что взаимодействие реализуется с помощью потоков вещества, энергии и информации. Все вместе их можно условно назвать потоками составляющих. Все составляющие связаны между собой. Так для энергии и вещества эта связь задаётся о соотношением Эйнштейна E=mc2. В первом приближении подобные связи можно не рассматривать и считать потоки составляющих независимыми. Многие полезные результаты можно получить уже в приближении независимых потоков. Реальные ситуации характеризуются соотношением трёх типов потоков, а также возможностями пренебречь при описании процессов взаимодействия тем или иным их типом. Эти вопросы необходимо исследовать в каждом конкретном случае.
Если, что вполне допустимо, говорить о некоей сущности, рассматривая её как объект, то всё остальное, то есть весь набор остальных сущностей, можно рассматривать, как окружение. Объект, то есть конкретная сущность, отделен от окружения границей. Выделить границу и описать её не всегда просто. В силу разнообразия границ для их обозначения и описания используются разные термины. Простейшие из них — это поверхность, когда речь идёт о физических телах, двойной слой на границе металл-вакуум или же экотон, когда речь идёт о биоценозах. Всё вышесказанное схематически представлено на рис. 1

Рис. 1. Условная схема объект — граница — окружение.

Все три потока связаны с поступлением и потерей разных сущностей: вещества,
энергии и информации.

Более сложные вопросы мы затрагивать не будем. Скажем лишь, что выделение и описание границы и её свойств, не всегда простая задача. Эти соображения мы считаем исходными для дальнейшего. Часть из них может считаться доказанной, в то время, как другая часть может быть признана только общепринятыми в настоящее время мнениями. Наше обсуждение, считает указанные общие соображения исходными. В их рамках, однако, имеется ряд общих проблем. Рассмотрение части этих проблем и является нашей целью.

Объект, граница, окружение

Модель на рис. 1 может соответствовать двум состояниям. Одно из них стационарное. В этом случае неизменность объекта и окружения реализуется в режиме динамического равновесия, то есть для каждого типа составляющих — это равенство входящих и выходящих потоков. Во втором, нестационарном состоянии, по крайне мере для потока одного из типов составляющих равенство входящего и выходящего количеств нарушается. Это нарушение вызывается или изменениями в окружении, или же изменениями в самом объекте. Возможно и одновременное независимое изменение объекта и окружения, также приводящее к переходу в нестационарное состояние.
Для нестационарного случая важен вопрос о характеристиках процесса изменения состояния системы: объект ↔ граница ↔ окружение. Это изменение, прежде всего, характеризуется скоростью. Естественно, скорости изменения состояния в разных частях системы могут быть различными. Строго говоря, речь идёт об изменении состояния системы в целом. Поэтому возможны две ситуации. Первая ситуация, когда изменение окружения влияет на объект. Вторя ситуация обратная — изменение объекта влияет на окружение. По существу обе эти ситуации можно рассматривать с единых позиций. Поэтому позволим себе ограничиться влиянием окружения на систему. Это более интересно для реальных задач и лучше изучено. При рассмотрении проще всего исходить из какого-либо конкретного примера. Будем исходить из примера фазового превращения в системе твёрдая фаза — жидкая фаза. Этот случай детально изучен и подробно описан, в частности и в нашей работе[2]. Все характерные черты процесса можно проследить на простейшей двухкомпонентной системе при постоянном внешнем давлении. Состояние каждой из фаз при этом характеризуется относительной концентрацией одного из компонентов, например, более тугоплавкого. Эту концентрацию в фазах обозначают как Cт и Cж . Нижние индексы относят концентрацию к твёрдой или жидкой фазе. В интервале температур окружающей среды T обе фазы, находящиеся в равновесии, характеризуются разными значениями Cт и Cж. Для определённости будем говорить о наличии кристаллитов внутри жидкой фазы или же о кристалле, который выращивается из жидкости (расплава). Изменение состояния системы определяется изменением температуры T или состава (концентрации) Cж. Как следствие, должно меняться и Cт. Если новая температура (или состав жидкой фазы) известны, то затем при достижении конечного равновесия, новый состав твёрдой фазы также полностью определён. Он легко находится из равновесной диаграммы состояний (фазовой диаграммы). Эти давно и хорошо известные сведения исключают из рассмотрения процесса его скорость. Иными словами, изучаются начальное (до изменения внешних условий) и конечное (после их изменения) состояния системы и её составляющих. Подобный подход во многих случаях оправдан. С его помощью получают ряд полезных результатов. По существу такой ход процесса возможен при бесконечно малой скорости изменения состояния внешней среды. Это т.н. квазистатическое приближение. Второй вариант реализации этой модели — бесконечно большие скорости процессов изменения свойств (состава) всех частях системы. Оба случая связаны с существенной идеализацией процесса. В реальной жизни такие условия не выполняются. Это приводит к возникновению целой группы эффектов. Наиболее известным является эффект изменения состава твёрдой фазы, который иногда принято называть сегрегацией. Сегрегация обстоятельно изучена применительно к металлургическим процессам. В ряде случаев сегрегация рассматривается как отрицательное явление. В то же время она широко используется и в практических целях. В первую очередь это процессы кристаллофизической очистки. Ещё в 1947 году в описанных в[3] работах Д.А. Петрова было отмечено, что соответствующие явления возникают в силу того, что при затвердевании двухкомпонентного расплава или раствора, идут, как минимум, две последовательные реакции (два превращения). Первая реакция — установление нового равновесия на границе раздела фаз. Вслед за этим начинаются реакции превращения. Они обеспечивают установления равновесия в жидкой и твёрдой фазах соответственно.
В рассматриваемой нами здесь ситуации жидкая фаза может толковаться, как окружение, а твёрдая, как объект. Скорости установления равновесия в этих трёх областях системы заведомо разные. Принципиальным является то, что новое состояние границы устанавливается с наибольшей скоростью. В большинстве имеющих интерес ситуаций эту скорость можно рассматривать как бесконечно большую. На самом деле сказанное означает лишь, что скорость изменения свойств границы намного больше скоростей изменения свойств окружения и объекта. Это обстоятельство проявляется во всех случаях фазовых превращений. Из него можно сделать вывод о том, что в случае фазовых превращений изменение состояния системы характеризуется наличием разных скоростей на границе, в окружении и в объекте. При этом скорости установления равновесия в окружении и в системе также могут различаться между собой. Именно эта разница в скоростях обычно изучается в первую очередь. В результате возникает целый ряд интересных эффектов, ряд из которых имеет важное техническое и технологическое применение. В частности особый интерес представляют способы управления степенью т. н. локальной равновесности материала с помощью воздействия на характер изменения свойств окружения[4]. Именно по причине влияния этого эффекта на различные физические свойства материалов соответствующие явления применительно к фазовым превращениям изучены достаточно хорошо[2].
Наличие разных скоростей взаимодействия объекта и окружения приводит к тому, что в реальных условиях можно говорить о наличии нескольких стадий процесса изменения объекта и об оценке степени завершённости соответствующих процессов[2]. Как следствие, возникает вопрос о том, насколько общими можно считать подобные явления. В 1987 году Н.В. Ошурковым было показано, что при замерзание грунтовых вод в почвах также идёт в две стадии, связанные с разными скоростями протекания процессов взаимодействия в системе окружение — объект. Впоследствии И.И. Чайкиным было показано, что аналогичная двухстадийность, влияющая на свойства объекта, проявляется и при вспенивании полимеров[4]. Таким образом для различных типов превращений, характеризующих преобразование вещества, имеется несколько независимых примеров. Во всех этих примерах для взаимодействия объекта со средой характерны разные скорости. При этом не возникает сомнений в применимости представлений об одновременном наличии разных скоростей взаимодействия в системе окружение — объект. Таким образом наличие разных скоростей превращения в системе окружение ― граница ― объект применительно к преобразованиям вещества можно полагать неким общим законом. В то же время вопрос о разных скоростях обмена энергии в таком плане в чистом виде не обсуждался. Применительно к энергии соответствующие явления хорошо описаны при описании взаимодействия тел с излучением. Процесс выравнивания температуры в среде и в окружении (теплоотдача) при изменении температуры на границе, описан многократно. Соответствующие представления хорошо согласуются с только что отмеченным утверждением о наличии разных скоростей взаимодействия при превращениях вещества. На наш взгляд, однако, более интересно ответить на вопрос о том, имеются ли аналогичные наблюдения при информационных взаимодействиях окружение ― объект. Как показывает анализ, такие явления также обнаруживаются. Более того, в последнее время возрос интерес к соответствующим эффектам. Однако, их истолкование с позиции разных скоростей взаимодействия нам не известно. Рассмотрим эту проблему подробнее.

Двухстадийность информационных взаимодействий в системе окружение ― объект

Наличие информационных взаимодействий объектов различной природы с их окружением хорошо известны. В отличие от взаимодействий, связанных с веществом и энергией, временной интервал чисто информационных взаимодействий объекта со средой намного более широк. Наряду с относительно кратковременными периодами взаимодействий имеются сведения о взаимодействиях, длящихся тысячи лет и, возможно, даже более длительные. Информационные взаимодействия могут быть связаны с объектами неживой природы, с биологическими и даже социальными объектами. Именно две последние группы объектов интересны для нашего анализа. В этом плане более важны объекты биологической природы. Говоря об информационных взаимодействиях мы имеем ввиду те случаи, когда под воздействием внешней среды информация, связанная с объектом меняется. Эта информация может изменяться (записываться или переписываться) под воздействием идущих от внешней среды потоков разной природы, в том числе и информационных. Так, возникновение искусственного иммунитета ― это в конечном итоге некая информация, записываемая на генетическом уровне. Возникновение этой информации вызывается воздействием внешней среды. При этом действующий агент в своей основе не имеет чисто информационной основы. Наличие генетической информации, имеющейся в любых клетках организма, говорит о том, что информация, отражающая взаимодействие с внешним окружением, имеет разные иерархические уровни. Тем не менее, и это самое интересное, характер возникновения и изменения этой информации на всех уровнях иерархии, характеризуется некоторыми общими чертами. Одной из них, по нашему мнению, можно считать наличие у процесса нескольких стадий, связанных с разными скоростями в различных частях системы объект―граница―окружение (среда).
При рассмотрении информационных взаимодействий объекта и его окружения граница может и не быть так ярко выражена, как было, например, в случае границы раздела жидкой и твёрдой фаз. Так, если обратиться к процессу изменения информационной структуры объекта в процессе обучения, образ границы объекта и окружения носит до известной степени символический характер. Это никак не отражается на характере и методах анализа. Поэтому мы на этом не останавливаемся. В то же время эти особенности информационного обмена объект — среда порождают специальную терминологию. Взаимодействие со средой в простейшем виде описывается как последовательность:

Сигнал → Рецептор → Фильтр→Память

Память после обработки, связанной с задержкой во времени, или просто сохраняет информацию, меняя тем самым объект, или же вдобавок воздействует на специальный орган или группу органов, которые называются эффекторами. Мы здесь обходим вопрос о работе памяти, процессе классификации информации и о многих других важных вещах. Нам важна лишь эффективная скорость воздействия сигнала на память. В указанной схеме роль границы играют рецептор и, полностью или частично, фильтр. Сама реакция толкуется как поведение[5]. Взаимодействие объекта с окружением, то есть поведение, решает две противоположные по смыслу задачи. Первая из них — реакция на изменение окружения. Вторая — сохранение индивидуальных (конкретных) свойств объекта. Нахождение равновесия между процессами, обеспечивающими решение этих задач, и составляет основную суть реакции объекта. Реакция на изменение свойств среды тем эффективнее, чем больше чувствительность рецептора. Однако эта чувствительность сдерживается процессом фильтрации. Для того, чтобы уловить все возможные изменения в окружении, скорость реакции на них рецептора, то есть внешней части границы, должна быть очень большой. Идеал — «мгновенная реакция», неосуществим по достаточно очевидным причинам. С другой стороны обеспечение индивидуальности (неповторимости) объекта реализуется за счёт торможения «случайных возбуждений» в принимающей части границы (рецепторе). Таким образом роль «эффективной границы» сводится к быстрой начальной реакции с последующим неторопливым выделением главного. Это выделение реализуется, в первую очередь, путём замедления скорости преобразования.
Из сказанного следует, что наличие разных скоростей в цепочке взаимодействий среда — объект ни в коей мере не может считаться случайным. В биологии эти вопросы изучались, в частности, в работах В.П. Эфроимсона[6], посвящённых исследованиям возникновения в генетической памяти человека разного рода поведенческих программ. Эти программы записываются в генетическую память очень медленно. Для этого требуется повторение ситуации в течение нескольких поколений. В то же время сама ситуация в конкретных обстоятельствах должна быть достаточно быстрой. Это укладывается в представление о наличие разных скоростей в процессе реакции на внешнюю среду (окружение). К сказанному добавим ещё одно соображение. Его можно считать предварительным. В любом поведенческом акте, кроме процесса возникновения сигнала в рецепторе, то есть первичной реакции на внешнее окружение, важна и операция сравнения сигналов от разных рецепторов или, что то же самое от разных частей границы. Возможно и сравнение информации, возникшей в разные моменты времени. Собственно говоря, на таком сравнении и основываются многие механизмы памяти. Важность наличия в объекте некоторого устройства или механизма сравнения сигналов от разных частей границы или сигналов сформировавшихся в разное время, вполне очевидна. Такой оператор должен считаться одним из основных при информационном подходе ко многим важным проблемам. В то же время, в отличие от операций возникновения сигнала, представить себе механизм возникновения его простейших форм очень сложно. В упомянутых работах В.П. Эфроимсона и многих других, выполненных в этом же плане, роль оператора сравнения играет отбор. Это нельзя считать случайным, так как отбор, по существу основан на сравнении различных вариантов. При этом не важно какие это варианты — поведения, конструкции, структуры и т.д. К сожалению, развить эту тему в рамках поставленной нами задачи не представляется возможным.

Формулировка основного вопроса

Не представляет труда привести ещё несколько примеров из области биологии, которые подтверждали бы наличие двух скоростей, обеспечивающих взаимодействие объекта и окружения. Можно привести аналогичные примеры для процессов обучения и для процессов в социальной жизни. Несколько скоростей проявляются практически всегда, если анализ процесса выполнен достаточно подробно. Ярких примеров, где такая двухстадийность взаимодействий в системе объект — среда отсутствует, нам встречать не приходилось. Общие рассуждения, приведённые в предыдущем разделе, наводят на мысль о том, что наличие, как минимум, двух стадий взаимодействия, идущих с разными скоростями, может рассматриваться в качестве широко распространённого явления. Оно характерно для разных областей знания. Это явление представляет из себя простейшую модель реализации противоречий между требованием обеспечения адаптации объекта к меняющейся среде и требованием его устойчивости. Фильтрующая роль границы раздела выполняет при этом роль регулятора. Собранные примеры позволяют сформулировать вопрос о том, является ли наличие разных стадий процесса взаимодействия с помощью разных скоростей просто широко распространённым явлением, или же это один из важнейших законов природы. Приведённые нами факты говорят об осмысленности такой постановки вопроса. Именно постановка этого вопроса и может считаться основным результатом этой работы.

Литература

1.Турчин В.Ф. Феномен науки: Кибернетический подход к эволюции. Изд. 2-е — М.: МТС, 2000. 368с.
2.Романенко В.Н., Никитина Г.В., Чайкин И.И. Двухстадийность фазовых превращений и её связь со свойствами материалов — В сборнике «Физика кристаллизации». Изд. Тверского ГУ, Тверь, 1999. с.49-53.
3.Романенко В.Н. Управление составом полупроводниковых материалов — М.: «Металлургия» 1976. 368 с.
4.Чайкин И.И. Проводимость и структура теплоизоляционных твёрдых пен — СПб.: Изд. СПбГАСУ, 1995. 230 с.
5.Гаазе-Раппопорт М.Г, Поспелов Д.А. От амёбы до робота: модели поведения — М.: «Наука», 1987. 285с.
6.Эфроимсон В.П. Родословная альтруизма — Новый мир (1971) № 10.

Сведения об авторах:

Романенко Владимир Николаевич: Засл. деятель науки РФ, академик РАЕН, доктор
техн. наук, профессор Северо-Западного института печати.
Тел. +7(921)-924-63-30.

Никитина Галина Васильевна: Академик АИО, доктор пед. наук, профессор МАФО,
главный учёный секретарь СПб Отделения АИО (Академия информатизации
образования).
Тел. +7(921)-328-85-15.

Контактные координаты: Тел. +7(812)783-45-11.
Электронная почта: ladogalake@gmail.com .

Ряд общих соображений по поводу материалов Бориса Коллендера и Романа Гута

В.Н. Романенко, Г.В. Никитина

Формальные вопросы

С материалом Бориса Коллендера мы получили возможность ознакомиться за две недели до его размещения на сайте семинара. Сразу же возникло желание откликнуться на эту работу. После того, как текст был вывешен на сайте, наши обстоятельства несколько задержали написание ответа. В общем, это положительный факт, так как наше мнение устоялось, а ряд эмоциональных моментов отпал. Сам текст Б. Коллендера при размещении его на сайте изменил только форматирование. Содержание осталось неизменным. Последнее обстоятельство существенно, так как этот материал поступает для обсуждения уже не в первый раз. Когда мы набирали текст ответа Б. Коллендеру, на сайте семинара появилось критическое высказывание проф. А. Вильшанского по поводу работы Р. Гута. Несмотря на справедливое замечание руководителя семинара по поводу этой критики, стиль и смысл этого высказывания затрагивает не только работу Р. Гута. В равной мере это можно отнести и к работе Б. Коллендера, и к ряду других материалов нашего семинара. По этой причине в заключительной части нашего выступления мы позволим себе уделить внимание и этому вопросу.

Открыть полностью …