Страница 21 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Обычно при определении отличия живых систем от неживых под­черкивают роль автокаталити­чес­ких реакций – химического самовос­про­из­ведения. Выделяют не­рав­но­весность как отличие живых систем и отмечают осо­бенность энергетики мета­бо­лизма – использование для её нужд сво­бод­ной энергии. Эти фак­то­ры в оп­­ре­делении живых систем долж­ны участвовать. Однако ре­шающее отличие жизни, как было под­чёрк­нуто выше, есть случайности как результат неоднознач­нос­ти авто­ка­та­лиза. На основе из­ло­женного выше, сформули­рую ещё один вариант оп­­реде­ле­ния жизни в виде утверждения – жизнь есть класс самовос­про­изводя­щих­ся динамических систем, в ко­торых случайные ошибки могут при­­во­дить к новым самовос­про­из­водящимся систе­мам.

Предбиологическая эволюция есть физико-хи­ми­­­чес­кие процессы са­мопроизвольного синтеза веществ, которые способны сочетать од­но­знач­ное и неоднозначное самовоспроизведение.

Для того, чтобы пояснить особен­но­сти подхода к задаче о возник­но­вении и эволюции жизни в моих рабо­тах, рассмотрю предби­оло­гичес­кую эволюцию в том виде, в котором её математическое описание сфор­му­ли­ро­вал в 1971 г. М. Эйген [29]. В основе работ Эйгена лежат две гло­баль­ные предпосылки, ко­то­рые нельзя считать окончательными:

жизнь есть флуктуация, направленная против роста энтропии, то есть жизнь возникает вопреки второму началу термодинамики;

можно ввести понятие о параметре “ценности” информации, который характеризует уровень эволюции.

Перескажу конкретно предпосылки работы Эйге­­на в том виде, в ко­тором он их формулирует, сопоста­вив их с решениями в моей работе. Цитаты из работы Эйгена [29] выделены курсивом и кавычками (не путать с полужирным курсивом моих подчёркиваний).

“Эволюция должна начинаться со случайных событий”. Одна­ко, как указывает Эйген, этому, казалось бы, противоречит, например, факт – относительно ма­лая молекула белка из 100 аминокислотных ос­­тат­ков может иметь боль­ше 10130 вариантов различных их последо­ва­тель­­ностей. Представить наглядно такое ог­ром­ное число просто невоз­можно. Отношение размера Вселенной к раз­меру элект­рона по срав­нению с ним, есть, опять-таки, не­пред­­ста­­ви­мо ма­лая величина.

Мой ответ на противоречие, сформулированное Эйгеном в п. 1:

Именно огромное число возможных случайных вариантов га­ран­­ти­ру­ет остроту экстремумов энтропии, то есть детерминизм объектов и со­с­­тояний, возникающих на основе случайностей. Ситу­а­ция подобна обыч­ной для молекулярно-кинетической теории газов. На­при­мер, при атмо­с­фер­ном давлении эффекты, связанные с моле­ку­ляр­ным строением газов труд­но наблюдать именно потому, что числа воз­мож­ных случайных ре­а­ли­заций состояний молекул газа – ог­ро­мны (кста­ти, ис­тори­чески именно это было все­г­­да одной из причин непонимания молеку­ляр­но-кинетической тео­рии, а также понятия об энтро­пии).

Однако абстрактные цифры типа 10130 и более не отвечают реаль­ности природы потому, что случайности всегда ограничены условиями, а синтез информации обязательно содержит в себе долю семантической информации, количественно определяемую критерием (1.30).

С учетом этого надо отметить, что для жизни человек (как наб­лю­датель) сам находится в одном из этих экстре­му­мов. Поэтому даже нич­тожные (в масштабах величины экст­ре­мума) отклонения от точки экст­ремума им на­б­людаемы.

Из п. 1 Эйген делает вывод, что “Самоорганизация требует инст­руктивных свойств на молеку­лярном уровне”. Инструктивные свой­ства, как он указывает, может задать информация, которая должна коди­ро­вать определённые функции. Ссылаясь на Бриллюэна, Шеннона и Шрё­­­­дингера он констатирует, что классическая теория информации (как теория передачи и обработки сообщений) не может объяснить возник­но­вение информации, что ограничивает применимость теории информации к проблемам эволюции жизни. Выход из этого тупика Эйген видит в вве­де­нии нового понятия – параметра “«ценности» инфор­мации”, кото­рый характеризует уровень эволюции.  

Мой ответ на противоречие, сформулированное Эйгеном в п. 2:

Возникновение информации определено Г. Кастлером

 как за­по­­ми­нание случайного выбора. В моих работах [2] – [11] понятие син­­те­за инфор­ма­ции конкретизировано цепочкой:  Случайности – Ус­ло­­вия – За­по­ми­на­ние (см. параграф 4 главы I), в которой запоминание реализу­ют критерии устойчивости Ляпунова (1 – 4  рис. 1.2), включая ранее не рас­­­сматривавшиеся в литературе случаи запоминания на основе крите­ри­­ев устойчивости в комплексной плоскости (5 на рис. 1.2) и прин­ци­п мак­­­симума производства энтропии (рис. 1.4), объясняющий переход сис­темы че­рез тупик рав­но­весия. В результате неопределённое понятие «цен­­нос­ти» информации перестаёт быть необходимым (хотя и может ис­поль­­зо­ваться как частная рабочая модель). Вместо него в природе дей­ст­вуют такие объек­тивные критерии, как запас устойчивости и область устой­чи­во­сти (см. параграф 12 главы I).

И другое неопределённое понятие “инст­руктивные свойства на молекулярном уровне” заменяется кон­кретно­стью предыдущих “нежи­вых”  уровней иерар­хии энтропии-информации, в частности, 6N-мерных симметрий квазикристаллов в фазовом пространстве и принципом струк­турной комплементарности (см. главу VI).

Понятие «ценности» информации Эйген поясняет с помощью ана­логии с дарвиновским естественным отбором, формулируя определе­ние: “Информация «порождается» или преобретает ценность в ре­зуль­тате отбора”. Нужна математическая формулировка этого утвержде­ния, то есть физически объективное обоснование понятия ценности. Эй­ген в связи с этим формулирует главный парадокс дарвинизма о том, что он есть просто “выживание выживающего”. Эйген пытается уйти от это­го трюизма: “Когда мы спрашиваем, что делает систему отобранной для производства «первичной информации», то ответ должен иметь отношение к некоторому возвратному свойству: «Самоорганизующаяся система отбирается для оптимальной способности отбора». … Такая способность … не является общим свойством материи ”.

Мой ответ на противоречие, сформулированное Эйгеном в п. 3:

Принцип максимума производства энтропии, введенный в моих ра­­ботах [2] – [11], утверждает, что самоорганизация «для оптималь­ной спо­собности отбора», вопреки утверждению Эйгена, есть самое об­щее свойство окружающей нас природы и материи. Поэтому существует два принципиально разных варианта дарвиновского отбора.

Первый из них есть именно и только выживание выживающих вне критериев совершенства взаимодействия с окружением. Он объяс­ня­ет (в мо­ей терминологии) переход систе­мы через тупик равновесия – воз­ник­новение признаков и особенностей, необъяснимых на основе дар­виновс­ко­го естественного отбора. Это отбор (в терминологии Эйге­на) “для оп­ти­мальной способности <дальнейшего> отбора”. Им управляет прин­цип максимума производства энтропии, который есть принцип мак­си­му­ма способности к превращениям – “оптимальной спо­соб­ности отбо­ра”.

Второй случай, подробно рассмотренный Дарвиным, есть оптими­за­ция в процессе приближения к равновесию. Вопреки утверждениям Эйгена он направлен к остановке, к тупику равновесия.  

Поскольку Эйген не считает “отбор для оптимальной способ­но­сти отбора” законом природы, то он видит выход из положения в фор­му­лировке предпосылки о том, что “Отбор происходит среди осо­бых ве­ществ в особых условиях”.

В определении понятия – “осо­бые ве­щества” конкретности у Эйге­­на нет. Он пишет – “Они являются но­си­телями макромолекулярной информации, способными инструктировать свой собственный синтез”.

В качестве особых условий Эйген отмечает неравновесность жи­вых систем. Он цитирует известную книгу [49] Э. Шрёдингера “Что та­кое жизнь?” – “Живая материя уклоняется от деградации к равнове­сию” и поясняет, что: “Равновесие (в изолированной системе) является состоянием с максимумом энтропии. Если мы удерживаем систему вда­ли от равновесия, то мы должны постоянно компенсировать продук­цию энтропии, то есть мы должны «питать» систему свободной энер­ги­ей (в виде макроэнергических веществ). Она используется системой для «уп­равления» определёнными реакциями посредством удержания сис­те­мы вдали от «увядания» до инертного или «мёртвого» состояния рав­нове­сия”. Математическое содержание работы Эйгена есть описание этого процесса при ус­ловии заданных волевым образом параметров “цен­ности информа­ции” (жизнь и человек суще­ст­вуют на Земле, а по­то­му в модели можно считать из­вест­ной “цель” жизни и свя­занные с этим “ценности” без противоре­чий математическому аппарату Эйгена).

Мой ответ на противоречия, сформулированные Эйгеном в п. 4:

            По вопросу об особых веществах.

Конкретное определение особых веществ – это те вещества, кото­рые удовлетворяют принципу структур­ной комплементарности. Су­ще­ст­вование этого принципа задано иерархической энтропией на возрас­та­ю­щих уровнях – “эле­­ментар­ных частиц”, таблицы Менделеева, хи­ми­ческих реакций (как реализации плотной упаковки и симметрий в 6N-мер­ном фазовом пространстве).

По вопросу о неравновесности.

Природа в процессе эволюции всех форм жизни, начиная от пред­биологических, стремится к состоянию рав­новесия, возможному в дан­ных условиях – стремится к экстремумам иерархичес­кой энтропии и её производства. Как пра­вило, в результате возникает динамическое рав­новесие как промежуточный этап на пути к пределу статического равно­ве­сия. Но достиже­ние равновесных сос­тояний есть ту­пик эво­лю­ции. Он ли­бо реализуется как таковой и данная фор­ма жизни неизбежно вы­ми­рает за большое или малое время (при изменении внешних или внутрен­них условий), либо пре­о­долевается на основе прин­ципа макси­му­ма про­из­водства энтропии и да­ёт скачок перехода жизни к новым таксоно­ми­ческим гра­да­циям.

Поступление энергии в живые системы есть условие их сущест­во­вания не потому, что, как обычно считается, свободная энергия Гиббса обладает какими-то уникальными способностями нейтрализовать (ком­пенсировать) рост энтропии. Для возникновения и существования жизни подвод энергии важен потому, что разрешает рост энтропии выше преде­ла, который существовал в неживой природе данной планеты при отсут­ствии на ней жизни (см. главу VI).

            В частных случаях жизнь как информация об индивидууме мо­жет принимать “неживую” равно­весную форму и сохраняться в равно­вес­ной форме (см. главу V) в виде:

РНК и ДНК как статически равновесных химических моле­кул,

спор бактерий и простейших растений (или даже их семян),

половых клеток как динамического равновесия.

Один из результатов работ Эйгена заключается в введении по­ня­тия о гиперциклах. Гиперцикл есть форма выражения до­статочно про­з­рач­ной общей идеи иерархичности как основы жизни. Но у Эйгена пе­ре­ход по ступеням иерархии гипер­­циклов во­ле­вой – путём изменения параметров “цен­но­сти информации” и списка “особых ве­ществ”.

В моих работах главное в том, что иерархичность воз­никает само­про­извольно. Сту­пе­ни иерархии в моей терми­нологии oтображают плос­кости  . “Внутренность” ступени иерар­хии за­да­на процессами, на­пра­вленными в сторону рав­новесия. Переход меж­ду сту­пе­нями – прин­ципом макси­му­ма производства энтро­пии-информа­ции.

Предбиологическая эво­люция М. Эйгена есть модель, ограничен­ная его предпосылками. В моих работах дана другая – бо­лее полная и ис­чер­­пыва­ю­щая мо­дель возникновения и эволюции жизни, то есть ус­та­нов­­лены гра­ни­цы предполо­же­ний его модели. Как я мно­гократно под­чёр­ки­ваю в сво­их работах – модель, для которой известны границы при­мени­мо­сти ис­ход­ных предпосылок, есть единственно возможная в науке фор­ма “аб­со­лютной ис­ти­ны” [2] – [11]. Как математический ап­парат мо­дель Эйгена поз­во­ляет эффективно решать практичес­кие за­да­чи. Они долж­ны быть постав­лены в пре­делах за­дан­­ного уровня иерархии энт­ро­пии-ин­фор­­ма­ции и содержать в себе предпосылку – цель эволюции.

Предбиологическая эволю­ция формирует вещества, способ­ные к са­­мо­воспроизведению на ос­нове гетерока­та­лиза. На ста­дии пред­био­ло­гичес­кой эволю­ции в оп­ре­де­лении жиз­ни важ­нейшее есть воз­можность раз­ных рав­но­прав­ных вариан­тов самовос­про­­из­­во­дящихся систем – запо­м­ненных слу­чай­но­стей, ог­ра­ни­ченных услови­я­ми. Это отражает важней­шее для воз­никновения и эволюции жизни на только на стадии пред­би­о­логи­чес­кой эво­­люции, но и в дальнейшем.