ГОРИЗОНТЫ НАУКИ

СТАНИСЛАВ ЯРЖЕМБОВСКИЙ

Система — структура — эволюция

1

Система — это упорядоченное множество взаимодействующих объектов как нечто составное и в то же время единое. Система больше, чем сумма своих элементов, — за счет того, что в нее входят не только сами эти элементы, но и взаимодействия между ними. В сложных системах эти взаимодействия столь интенсивны, что объяснить поведение таких систем исходя из свойств их частей становится невозможно: сложную систему нельзя «развинтить» — именно потому, что у нее нет четко фиксированных составных частей. Подобно этому невозможно разложить творчество на сумму «приемов», как это когда-то пытались сделать в литературоведении формалисты. Молодой Виктор Шкловский в ответ на упреки в том, что он развенчивает классиков, задиристо отвечал: «Я их не развенчиваю, я их развинчиваю!» Но творчество не «развинчивается», оно не исчерпывается суммой приемов — подобно тому, как свойства атома не сводятся к свойствам протонов, нейтронов и электронов, а свойства молекулы не определяются свойствами входящих в нее атомов. Более того, как показал Эйнштейн, физический мир не разлагается на отдельно существующие пространство, время и материю, а в квантовом мире микрообъект не разлагается даже на наблюдаемое и наблюдателя. Подобным же образом значение слова определяется ролью, которую оно играет в данном предложении, а смысл отдельного предложения зависит от контекста всего высказывания.

Именно системность становится источником новизны в мире. Атом не состоит из электронов и нуклонов: при их объединении возникает новый объект, в котором электроны и нуклоны спаяны в единое целое. Совокупность атомов может превратиться в совершенно новый объект — молекулу — за счет формирования «гибридных» орбиталей из обычных атомных. В сложной системе нет места детерминизму, означающему, что новое состояние системы полностью определяется предыдущим; для сложной системы характерны непредвиденные скачки и разрывы в развитии. В сложной системе нет места и редукционизму, означающему, что свойства целого полностью определяются свойствами его элементов. Если бы законы биологии были всего лишь следствиями законов физики и химии, то не было бы принципиальной разницы между живым и неживым, между растением и животным, между животным и человеком.

2

Структура — это материальное воплощение системы как замысла. Структура характеризует устойчивую упорядоченность элементов системы: если эволюция систему развивает, то структура стремится ее сохранить. Делать это непросто: в силу закона возрастания энтропии любая структура обречена на деградацию. Выжить она может только благодаря своей отгороженности от внешней среды, поэтому, прежде чем возникнуть, она еще на уровне идеи создает механизм своей безопасности — некую мембрану, благодаря которой полезное пропускается внутрь, а опасному ставится преграда. Такая отгороженность позволяет структуре не только выжить, но и заняться своим внутренним саморазвитием.

Атомы и молекулы, звезды и галактики отгораживаются силовыми полями, биологические клетки — клеточными мембранами. Столь же энергично защищается от внешней среды индивидуальный организм: растения — фитонцидами, животные — агрессивными жестами или действиями. Особенно хитрым ходом эволюции является мимикрия, благодаря которой животное имитирует слияние с окружающей средой — но только для того, чтобы не исчезнуть в ней на самом деле. Мембраной средневекового города была городская стена; в современном мире эту роль выполняет государственная граница. Информационной границей отгорожена от остального общества группа единомышленников: кружок, секта, политическая партия. Такими же границами являются религиозные ритуалы (библейская «ограда закона»), а также язык и культура как «ограда» того или иного сообщества людей: народ без идеологии, то есть без языка и культуры, беззащитен — подобно организму без иммунитета.

Впрочем, в конечном итоге любая структура — даже при наличии самых надежных защитных мембран — разрушается, устоять перед неумолимым энтропийным процессом деградации может лишь диссипативная (термин Ильи Пригожина) структура. Как и обычная жесткая структура, она тоже непрерывно разрушается (энтропия вездесуща), но при этом и непрерывно восстанавливается, ее элементы непрерывно заменяются на аналогичные — структура как бы проходит сквозь своих материальных носителей. С этой точки зрения Гераклит, утверждавший, что в одну и ту же реку дважды войти нельзя, был неправ: река остается той же самой, несмотря на то что молекулы воды в ней стали другими.

Устойчивость диссипативной структуры означает, что в нее заложен некий механизм обострения, благодаря которому оформляющие ее градиенты защищены от энтропийного размывания. Основой этого механизма является положительная обратная связь, примером которой служит костер: чем сильнее огонь, тем сильнее тяга, тем больше приток воздуха и, следовательно, сильнее огонь. Важнейшим вопросом при изучении диссипативных структур как раз и является выявление соответствующего механизма обострения.

Диссипативные структуры обнаруживают себя на всех уровнях бытия, самая простая из таких структур — интерференционный узор стоячих волн, возникающий при наложении друг на друга бегущих когерентных волн. Более сложным примером служит появление в потоке упорядоченных структур, проявляющихся в характерных особенностях циркуляции атмосферы и океана, таких, как вихри, конвективные ячейки и др. Самая сложная диссипативная структура — живой организм. Биологическая диссипативная структура как суть организма позволяет ему непрерывно восстанавливать себя за счет использования внешнего материала и внешней энергии, она «знает», что, куда и когда надо вносить в организм извне, чтобы тот сохранил свою идентичность.

Именно этим живое отличается от неживого: неживая структура приспосабливается к внешним условиям, стремясь сохранить свои обобщенные характеристики — импульс и энергию, жертвуя при этом своей первоначальной конфигурацией, тогда как живая сохраняет свою индивидуальность вопреки давлению внешней среды и ради этого готова пожертвовать своими обобщенными характеристиками. При этом живая система не может сохранять себя, не изменяясь: длительно существовать она может лишь за счет «воли к жизни», и для этого у нее имеется лишь одна возможность — воспроизводить себя размножением. Так что, если в качестве символа неживой природы когда-то была избрана черепаха — «живой камень», положенный в основание мира, то в качестве символа биосферы скорее подошел бы пугливый кролик — беззащитное существо, способное выжить как вид исключительно за счет интенсивного размножения.

3

Эволюция — это закономерное развитие системы в сторону ее усложнения. Существуют два различных взгляда на эволюцию. С точки зрения дарвинизма это просто приспособление организма к сложившимся внешним условиям, хотя, по сути, это никакая не эволюция, а просто изменчивость; само понятие «эволюция» чисто этимологически предполагает целесообразное «разворачивание» потенциальности в актуальность. Этот подход когда-то именовался креационизмом, современный термин «номогенез» предложил Л.-С. Берг. Онтологической первопричиной «номогенетической» эволюции является сдвиг по времени между формой и содержанием: форма идеальна, она находится вне пространства и времени, тогда как наполнение ее материальным содержанием требует времени. Материальным же первоисточником эволюции является расширение Вселенной: мир существует потому лишь, что находится в состоянии взрыва; статичный мир существовать вообще не мог бы.

Эволюция имеет двуединый характер: с одной стороны, это непрерывная дифференциация деталей, а с другой — тяга к глобальному единству; можно сказать, что эволюцию создают две силы — экспансия и концентрация. Экспансия
проявляется в расширении «пространства» — физического, жизненного, познавательного. Концентрация проявляется в тяге к «закругленности», замкнутости на себя: так возникают звезды, планеты, клетки организмов, сообщества биоценоза. На уровне человеческого сознания концентрация означает объединение мира пониманием как собиранием мира, рассыпавшегося в восприятии на фрагменты.

Мы живем в «срединном» мире, главная особенность которого в том, что он замкнут на себя, отгорожен от чуждых для нас микро- и мегамиров. Пограничное положение между этими крайностями дает нашему миру уникальную возможность самоорганизации: мы самодостаточны для того, чтобы жить и развиваться без глубокого знания об окружающих нас безднах. Относительная простота нашего мира обеспечивает его понимание: более сложный мир был бы для нас непроницаем. И эта особенность реального мира коренится в его трехмерности: именно такой мир оптимален для максимального структурного разнообразия при достаточной устойчивости. Кроме того, для эволюции нужен хаос, который появляется при мерности пространства не менее трех и начинает разрушительно доминировать при мерности от четырех и выше, так что если двумерный мир был бы слишком примитивным, то четырехмерный был бы катастрофически неустойчивым.

4

Эволюционный процесс можно разделить на микро- и макроэволюцию. Микроэволюция — это плавный переход от одного состояния системы к другому, когда новое состояние определяется предыдущим. В отличие от этого макроэволюция представляет собой цепь революций, паузы между которыми заполняются собственно микроэволюционными процессами «притирки» друг к другу революционно возникшего. Микроэволюция логична и предсказуема, тогда как макроэволюция всегда представляет собой цепь чудес, ибо новое потому и является новым, что не вытекает с необходимостью из старого. Ведущий принцип микроэволюции — максимальная информация, обеспечивающая наилучшее актуальное приспособление, тогда как ведущий принцип макроэволюции — максимальная неприспособленность организма, пока еще возможно его выживание на данном отрезке микроэволюции. Здесь все дело в том, что с учетом непредвиденных изменений среды организм должен обладать невостребованными в существующих условиях качествами — не только бесполезными, но, возможно, даже вредными для приспособления: «То, что не убивает меня, делает меня сильнее» (Ф. Ницше).

Макроэволюция нашего мира определяется серией революций. Первой была «онтологическая» революция — возникновение бытия из небытия, актуальности из потенциальности. Далее произошла «геометрическая» революция — возникновение пространства, времени и материи как реализация после Большого взрыва трехмерного плоского мира из набора всех возможных миров с различными геометриями. Последовавшая за ней «физическая» революция привела к возникновению первичной материи и затем к синтезу тяжелых элементов в недрах звезд. Очередной стала «химическая» эволюция — гибридизация электронных орбиталей в атомах, позволившая возникнуть молекулам. За ней последовала «биологическая» революция — возникновение РНК, ДНК и белков, что послужило основой для очередной революции — «клеточной», появлению живой клетки, впервые противопоставившей себя внешней среде, а вслед за ней «многоклеточная» революция создала биологический организм как систему специализированных клеток. И наконец, «разумная» революция создала мыслящий мозг человека, что обеспечило возникновение социосферы. В отличие от эволюции революция всегда стирает память о прошлом; новое состояние системы уже не определяется предыдущим ее состоянием и потому непредсказуемо: будущее не содержится в настоящем.

Микроэволюция — это нечто иное. В отличие от макроэволюции как цепи революций здесь происходит вполне мирная «притирка» возникших систем к внешней среде. И здесь имеет место принципиальная разница между неживыми и живыми системами. В неживой природе система подстраивается к граничным условиям вслепую — это и есть естественный отбор: хаотические изменения проводят систему через все неустойчивые состояния до наиболее устойчивого. Из континуума возможностей вычленяются дискретные системы просто потому, что все неустойчивое выбывает из игры. При этом в до-живой природе приспособление носит пассивный характер: сложная структура не влияет на свое окружение — например, процессы на Земле определяются воздействием Солнца, но никакого обратного воздействия Земли на Солнце нет. В живой природе это не так: организмы существенно изменяют среду своего обитания тем, что «окультуривают» ее: например, отмершие растения создают почву как благоприятный субстрат для жизни новых растений. Благодаря такой «обратной связи» между жизнью и смертью оказываются возможными революционные изменения.

Если бы имела место эволюция как непрерывное развитие, то не возникло бы ни четко отграниченных земных пластов, ни отдельных классов животных — была бы лишь сплошная геологическая масса и хаос отдельных организмов, выживших в борьбе за существование. Однако реальная картина свидетельствует о том, что в биосфере время от времени происходит внезапный слом сложившейся и устоявшейся парадигмы развития. И не только в биосфере: резкие и глубокие перемены происходили в истории всех высоких культур. В сложной системе всегда тайно присутствует некий «джокер» — шутник-провокатор, который может в ходе эволюции кардинально изменить поведение системы в любую сторону — и резко усовершенствовать ее, и внезапно разрушить. Это означает, что эволюционный процесс описывается не оптимистичной восходящей экспонентой, а «пилообразной» кривой, когда за всяким резким изменением следует медленное эволюционное приспособление возникшей структуры к новым граничным условиям. И наоборот: плавное эволюционное развитие может внезапно оборваться сломом всей системы.

Мерой упорядоченности системы является степень корреляции между ее элементами. Когда система находится в равновесном (хаотическом) состоянии, каждый ее элемент можно произвольно переставлять, при этом система останется все же хаотичной. В упорядоченной системе элементы приобретают индивидуальность, которая выражается в том, что каждый элемент знает не только своего ближнего, но и — хотя бы «понаслышке» — своего дальнего. Так из бесструктурного повседневного шума, составляющего непременный фон нашей жизни, возникает музыка как гармонически упорядоченная и ориентированная во времени последовательность звуков. «Можно сказать, что в равновесии материя слепа, а вне равновесия прозревает» (И. Р. Пригожин). Аналогичным образом прозревает и человек, осознавший, что он не замкнутый на самого себя индивид, а часть много большей целостности.