Природа и люди: единство и различие

Мир меняется все быстрее. Люди являются одним из главных источников перемен в природе и обществе, но сами за этими переменами не поспевают. Этот разрыв неизбежен, потому что новые технологии создаются образованными людьми, работающими в условиях развитых социальных систем, а достижениями технологии пользуются и другие группы людей, которые не всегда соответствуют по своему уровню возможностям нового. Важно, чтобы этот разрыв не становился критическим и не приводил к разрушению того, что достигнуто. Для этого, должны работать механизмы обратных связей, обеспечивающих стабильность общественных отношений и коммуникаций. Их недостаточность — суть кризиса всей мировой цивилизации и всей современной науки. Социальные отношения отстают от технологий, а технология не может обеспечить надежный анализ и прогноз того, что происходит в природе и обществе. В то же время, научно-технический прогресс уже создает возможности влиять на природу, но не позволяет предвидеть результаты оказываемых влияний и прогнозировать с высокой достоверностью их последствия. За этим многие видят злую волю «мировой за кулисы» или происки «нечистой силы», а то и «карающей руки» Провидения. Понять происходящее и повлиять на него можно, не прибегая ни к конспирологическим, ни к эсхатологическим гипотезам.

Причина переживаемого цивилизационного кризиса предопределена природой. А проявления божественного и мистического – это просто способы описания в условиях недостаточности текущего знания, которое всегда опаздывает за развитием природных объектов и систем, так как одновременно является одним из главных факторов, влияющих на их изменения. Картина мира непостоянна ‑ она также находится в непрерывном изменении и регулируется с помощью развитой системы обратных связей. В таком описании любой кризис – это естественное и закономерное явление. И это несложно понять, если картину мира представить как картину непрерывного движения – с учетом все возрастающей скорости, частоты и плотности информационного взаимодействия между всеми объектами природы [30].

В современном описании модель природы вероятностная, а теория случайных процессов является основой описания. Числа, которые используются для оценки параметров модели, являются результатами измерений, точность которых всегда ограничена. Вспомните знаменитую фразу А. Франса. К ней можно добавить: «Бог играет числами!» И это очень продуктивное описание, которое предоставляет каждому объекту природы («Богу», человеку, космосу, социальной системе и т.д.) свое место в информационном процессе, с помощью которого управляются и регулируются все объекты и системы в природе, в том числе, виртуальные, созданные самим описанием (такая ситуация особенно часто встречается в теоретических науках математического цикла: физике, математике, информатике).

Измерительный прибор и наблюдатель – два понятия, которые связаны друг с другом. Измерительный прибор формирует (с какой-то погрешностью) числовые оценки состояния объекта, которые используются для формирования наблюдателем нового знания, которое основано на априорных данных и данных, полученных измерительным прибором. Измерительный прибор влияет на измеряемый объект, наблюдатель – на наблюдаемый. Каким образом это происходит? Например, наблюдатель опубликовал результаты своих наблюдений, в виде статистических данных о происходящих на объекте процессах. Опубликовал их, передав тем самым, полученные знания органам управления объектом. На основе полученных данных формируются и исполняются управляющие решения, которые изменяют в нужную для органов управления сторону состояния объекта. Так реализуется механизм обратной связи. Сразу отметим, что первичная обработка данных измерения производится наблюдателем, а формирование управляющих решений органом управления. Как правило, эти операции разделены в пространстве и во времени (имеется запаздывание, которое может влиять на эффективность управленческих решений). Кроме того, информация от наблюдателя поступает в органы принятия решения и управления по информационным каналам, которые вносят дополнительные искажения. Казалось бы все просто!?

На самом деле, имеется ряд ограничений вытекающих из фундаментальных законов природы. Каждый объект, входит в систему, в которой имеются множество других объектов, причем, все они, тем или иным образом, взаимодействуют друг с другом (в информационном смысле «общаются» через инфокоммуникационные каналы). Скорость и объем передаваемой информации ограничены, также как и точность формирования и передачи данных, что следует из фундаментальных законов природы и хорошо известно физикам и специалистам по теории информации. Из-за возникающих погрешностей в данных, которые, в конечном счете, используются при принятии управляющего решения, исполнение не всегда приводит к ожидаемому результату, особенно, с учетом того, что возникает естественная задержка между моментом измерения и моментом исполнения, обусловленная конечной производительностью систем обработки и передачи данных. В обычной жизни мы не всегда замечаем указанные процессы и, даже, не можем понять, кто и за кем наблюдает. Но, поверьте, что вокруг Вас все время существуют «наблюдатели», да и Вы тоже Наблюдатель. Так что ничего, как говорится, личного!

Еще одно важное замечание. Видимо то, что движется или меняется, а то, что неподвижно или неизменно, постепенно исчезает из поля зрения. Почему это происходит? Ответ прост. Не всякая информация, получаемая от объекта, содержит сообщение, которое интересно наблюдателю. Если объект неподвижен и его наблюдаемые (доступные для наблюдателя) параметры постоянны, то результат каждого измерения будет повторять (конечно, с некоторой точностью) результат предыдущего измерения. И, значит, согласно теории информации, не будет содержать для наблюдателя ничего нового. Он просто перестанет следить за объектом, пока что-нибудь «новенькое» не появится в получаемом от объекта сигнале. Тогда он снова обратит свое внимание на объект и будет делать это тем чаще, чем чаще будут появляться «новые» данные, несущие «интересное» сообщение. Полезное или не очень – это уже зависит от того, как будет интерпретироваться полученное в контексте априорных знаний об объекте наблюдения.

Таким образом, если скорость процессов происходящих, в объекте наблюдения растет, то наблюдателю нужно чаще производить оценку состояния объекта. В результате эволюции увеличивается разнообразие и количество объектов наблюдения. Чтобы успевать за изменениями, нужно менять способ наблюдения. Что мы успешно и делаем. Изменяется окружающий мир – соответственно, меняется способ видения мира. Раньше можно было долго созерцать, неподвижные и мало меняющиеся объекты. Но сейчас, когда поток информации удваивается каждый год, мы обращаем внимание преимущественно на то, что движется и изменяется. Иначе, можно пропустить все самое важное. Изменения – это новая информация, получаемая в процессе череды экспериментов, которые составляют основу развития.

Цикл жизни отдельного человека или любого другого объекта природы конечен. Природа существует вечно. Информационное взаимодействие между объектами (в научном понимании) существовало всегда, всегда были наблюдатели и наблюдаемые. Как правило, друг за другом и все вместе. Оказывается, что именно информационные взаимодействия (коммуникации) предопределяют и предопределяли главные сущностные характеристики современного мира. И понять этот мир можно только при ориентации не на статику, а на динамику, не на состояния, а на процессы, не на положения, а на отношения явлений природы и общества. Иначе, просто не хватит ресурсов.

С научной точки зрения можно сказать, что изменяется подход к предмету анализа. Мы используем аналогии между различными явлениями природы и их описаниями, которые находим через информационную теорию взаимодействия, для поиска новых описаний и составления вероятностных прогнозов состояния объектов. От поиска все уменьшающегося количества «постоянных» мы переходим к поиску закономерностей между «переменными», количество которых постоянно возрастает.

Заимствование подходов на основе математических аналогий — эффективный способ развития тех или иных приложений. Удобно вести изложение на двух уровнях, чтобы обеспечить возможность «активного» восприятия изложенного специалистами и «пассивного» восприятия любителями. То удовольствие, которое можно получить от пассивного восприятия красивых научных теорий и гипотез, может сравниться только с восприятием произведений искусства. Зритель тоже не всегда может исполнить музыкальное произведение и нарисовать картину, но часто способен очень глубоко их воспринимать. Именно эта проблематика и является главной в «Цифровом естествознании» — междисциплинарной наукой, порожденной современными технологическими возможностями и представляющей собой наиболее целостное описание природы с точки зрения человека 21-го века. (раздел 2.1).

Одной из интереснейших проблем современной науки является изучение связей между различными знаниями, содержащимися в научных теориях, которые, по первому впечатлению, кажутся независимыми. Такие связи лежат в основе системного подхода к изучению явлений и процессов и не могут быть осознаны без специальной подготовки и использования современных математических методов. К чему приводит недооценка и недоиспользование указанных связей? Во многих случаях к не адекватному восприятию различных явлений природы и общества, которые объясняются без использования уже известных достижений современной науки. В других случаях упускаются возможности использовать уже полученные в одной научной дисциплине решения в другой. Применение метода аналогий при изучении новых явлений или при построении новых систем, позволит существенно снизить затраты ресурсов на создание инновационных решений.

Общий подход к рассмотрению сложных комплексных систем и явлений может быть успешно реализован на основе базовых научных дисциплин: кибернетики (включает теории управления и информации), физики и математики. Первопроходцами можно уверенно считать Н. Винера, и К. Шэннона опубликовавших свои первые исторические работы, в середине ХХ века. В более позднее время появился ряд последователей, которые рассматривали различные аспекты, применения кибернетических и теоретико-информационных подходов, к изучению природы и общества. Появление компьютеров и сложных алгоритмов обработки информации привело к научно-технической революции, которая сказалась на всех аспектах жизни человеческого сообщества.

Достижения компьютерной революции привели не только к созданию прорывных технологий производства машин, оборудования, продуктов питания и т.п., но и к накоплению огромного количества данных и знаний, которые нужно не только хранить, но и эффективно использовать для дальнейшего развития. На наш взгляд, возникли предпосылки нового этапа, особенностью которого является создание прорывных решений в области информационного взаимодействия различных объектов живой и неживой природы между собой, которые обеспечат переход от накопления баз данных и знаний (Data Base&Data Knowledge) к их эффективному использованию.

Целью такого перехода является повышение качества и продление жизненного цикла людей. В последнее десятилетие усиленно продвигаются проекты типа «Умный город», «Умный дом», «Цифровая экономика», разрабатываются беспилотные средства передвижения, меняется структура взаимодействия между производителями и конечными пользователями производимой продукции. Однако, на наш взгляд, возможности такого подхода, в котором устанавливаются и используются аналогии в различных объектах и явлениях живой и неживой природы через математические модели и описания, разработан и используется далеко не полностью.

Чем это вызвано? Полагаю, что одна из проблем в том, что образование, которое получает молодое поколение, существенно отстало от развития науки и технологий. Сейчас особенно нужно хорошо понимать общие законы природы, чтобы видеть закономерности в текущих социальных и бизнес-процессах, связи между явлениями и системами. «Знание нескольких законов может заменить необходимость запоминания множество данных». Это старое утверждение, высказанное основателями современной физики, как нельзя актуально сегодня. Без фундаментальных знаний невозможно создавать и эффективно использовать новые технологии именно потому, что этому мешает привычка запоминать и учить стандартные решения, методы, рекомендации и прочие бюрократические «выверты», особенно популярные в эпоху становления компьютерных технологий, когда казались неограниченными ресурсы для вычисления и запоминания данных.

Нужен новый подход к образованию. Сейчас стало ясно, что надо понимать принципы, а не пользоваться шаблонными подходами, не зная их внутренней сути. Увы! Стандарты ХХ века устарели. Учиться надо по-новому. От фундаментальных наук ‑ к прикладным, и через них ‑ к практике. И обратно ‑ от практических потребностей должны появляться гораздо длиннее задачи для прикладных исследований. А результаты прикладных исследований стимулируют фундаментальную науку. И этот диалектический процесс является следствием таких законов природы, как закон не убывания энтропии, теоремы о равновесных состояниях, теория устойчивости, ограничения в скорости передачи сообщения скоростью света и некоторых других. Учиться надо всю жизнь. Поэтому на первом этапе нужно научиться, как это делать. А фундаментальные законы нужно понимать и знать всю жизнь. Их цикл жизни гораздо длиннее цикла жизни отдельного человека и даже общественных систем.

Вывод

Незнание фундаментальных законов не освобождает от последствий их игнорирования. Последствия» могут быть очень болезненны!