Введение в кибернетику эшби для экономики. Введение в кибернетику

Норберт Винер

Этот этюд Винера является откликом на книгу английского ученого У.Р. Эшби “Конструкция мозга”, вышедшую в 1952 г. и составившую важный этап в формировании кибернетики (Ashbу W.R. Design for a Braian. – New York: John Wiley & Sons, 1952; русский перевод со 2-го англ. изд.: Эшби У.Р. Конструкция мозга. – М.: ИЛ, 1962). Впоследствии Эшби написал “Введение в кибернетику” (Ashbу W.R. An Introduction to Cybernetics. – London: Chapman & Hall, 1956; русский перевод: Эшби У.Р. Введение в кибернетику. – М.: ИЛ, 1958)

Последние десять лет были свидетелями появления нового взгляда на технику связи и на автоматы как устройства связи. Проделанную здесь работу можно уже разделить на два этапа. Первым из них был тот, на котором фигурировала моя собственная работа и на котором Клод Шеннон – один из наиболее оригинальных исследователей в этой области – направил усилия на прояснение самого понятия связи, на теорию и практику измерения связи, на анализ управления как явления по существу одной природы со связью и вообще на грамматику новой науки, которую я назвал кибернетикой

Работа д-ра Эшби представляет раздел кибернетики, зародившийся еще на заре науки и посвященный не столько элементарным вопросам дефиниции и словаря, сколько тем вопросам философии предмета, которые затрагивают специфические свойства кибернетических систем и которые, хотя и связаны с определениями, являются вопросами фактов и логики и далеко выходят за рамки определений.

К вопросам, исследуемым д-ром Эшби, принадлежат, в частности, следующие: что такое обучение? должна ли способность к обучению вкладываться в машину посредством некоторой весьма специфической организации или явления обучения может обнаруживать машина с организацией, в значительной мере случайной? может ли машина быть умнее своего создателя?

Все эти вопросы можно ставить в двух различных планах. В плане чисто биологическом подобные рассуждения занимала биологов с тех пор, как биология вышла из стадии чисто теологических обоснований; они касаются самой сущности проблем эволюции, особенно дарвиновской эволюции через естественный отбор. В плане механическом эти проблемы возникают по поводу гораздо более ограниченных машин, которые создает человек, и условий, которым он должен подчиняться, сознательно присваивая себе функции демиурга.

Машины, создаваемые человеком, и машины, создаваемые природой

Вполне признавая большую эффективность и приспособляемость структуры и действия природных машин по сравнению с машинами рукотворными, необходимо в то же время отметить, что эти вторые внесли в арсенал науки новое оружие как для естественного эксперимента, так и для мысленного. Роль их сходна с ролью плодовой мушки – дрозофилы. Последняя как будто, была нарочно создана для того, чтобы превратить генетику из науки вековых наблюдений, какой она была бы неизбежно в случае ограничения наблюдениями над человеком и крупными домашними животными, в науку, совместимую с пространственными и временными ограничениями небольшой биологической лаборатории. Точно так же машины, созданные человеком, обещают свести наше изучение биологических процессов обучения и приспособления, индивидуального развития и эволюции к такому масштабу, при котором мы сможем разбирать эти зыбкие понятия с уверенностью и точностью, сравнимой с тем, что мы имеем в физической и технической лаборатории. Среди ученых, которые не только говорят об этих вещах, но и действительно что-то делают, д-р Эшби занимает одно из ведущих мест.

Главная идея естественного отбора, примененная Даренном к теории эволюции, заключается в том, что земная флора и фауна состоят из форм, которые дошли до нас просто как остаточные формы, а не в силу какого-либо прямого процесса стремления к совершенству. Это не кусок мрамора, превращающийся в совершенное изваяние под руками художника-творца, а скорее один из тех изваянных ветром столбов песчаника, которые украшают каньоны штата Юта. Случайные процессы эрозии, соединяясь, образовали эти каменные столбы, имеющие вид замков и памятников и даже фигур людей и животных. Но их красота и образность не такие, как красота и образность картины, а такие, как у роршаховских пятен,– иными словами, не для глаза художника, а для глаза зрителя. Подобно этому, кажущаяся теодицея, на которую намекает великолепие и разумность бесконечно сложного царства природы, представляет собой, согласно дарвинизму, лишь то, что осталось после случайного процесса роста и изменения, когда более мягкие и менее прочные проявления разрушились под действием песка времени и под бременем собственной слабости.

Устойчивость – характеристика мира

Природа располагает еще одним способом демонстрации остаточных форм, родственным естественному отбору, но с иным акцентом. Со времени открытий супругов Кюри мы знаем, что атомы некоторых элементов испытывают прогрессивный метаморфоз. Если взять атом радия, то рано или поздно с ним обязательно произойдет метаморфоз, при котором он начинает испускать радиевые эманации. Мы не может сказать, когда произойдет это превращение, ибо, по всей видимости, оно происходит случайно. Но мы можем сказать, что через некоторое время, называемое временем полураспада радия, вероятность того, что превращение произошло, будет равна одной второй.

Но радиоактивные элементы испытывают не одно-единственное превращение, а целую серию последовательных превращений в другие элементы, и каждое из них имеет свое время полураспада. Про элементы с большим временем полураспада можно сказать, что они устойчивы, про элементы с малым временем полураспада – что они неустойчивы. Если проследить теперь какой-нибудь элемент в его превращениях, то, как правило, он будет существовать длительное время в виде элементов с большим периодом полураспада и короткое время – в виде элементов с малым периодом полураспада.

В результате, наблюдая процесс очень долго, мы найдем, что элементы с большим периодом полураспада встречаются чаще, чем элементы с малым периодом полураспада. Это значит, что исследование, исходящее из частоты наблюдаемых элементов и не прослеживающее судеб единичного атома, легко упускает высокорадиоактивные материалы с малым периодом полураспада. Отсюда мы видим, что устойчивость свойственна большей части мира. Таким образом, отсутствие неустойчивых форм, которое мы обнаруживаем в биологических рядах вследствие их неспособности выживать в борьбе за существование, наблюдается в эволюции радиоактивных элементов потому, что неустойчивые формы проходят столь быстро, что мы не замечаем их в той же степени, как замечаем формы более устойчивые.

Одним из следствий подобного статистического преобладания устойчивости во вселенной является то обстоятельство, что мы знаем очень мало о происходящем в критические периоды неустойчивости. Возьмем, например, хорошо известный эффект, открытый Артуром Комптоном: при столкновении фотона с электроном оба отскакивают в направлениях, которые определяются лишь статистически. Существует по меньшей мере подозрение, что на самом деле электрон и фотон, первоначально не соединенные, вступают здесь в соединение на слишком короткий промежуток времени, чтобы мы могли определить действительный ход событий, и что затем они выходят из этого соединения через все более слабые соединения, каждое из которых протекает по-своему. Некоторые физики, например Вом, высказывали предположение, что действительный ход событий не является столь неопределенным, но что в течение того ничтожного промежутка времени, когда частицы находятся вместе, имеет место очень сложная последовательность событий, определяющая их дальнейшее поведение. Если это верно, то значительная часть важнейших физических явлений нам не известна, ибо мы проходим сквозь них слишком быстро и не умеем их регистрировать.

Из этих двух видов естественного отбора: через разрушение непригодного и через слишком поспешное прохождение по неустойчивому – последний есть единственно возможный при явлениях сохранения, препятствующих простому устранению неустойчивого. Эшби рассматривает весьма сложные, машины, в которых элементы соединены между собой более или менее случайным образом, так что мы знаем кое-что о статистике соединений и очень мяло о деталях таковых. Машины эти, вообще говоря, разрушаются очень быстро, если не вводить в них предохранительных элементов, наподобие амплитудных ограничителей в электрических схемах. Действие таких ограничителей придает системе некоторую консервативность. Поэтому машины Эшби стремятся проводить большую часть своего существования в относительно устойчивых состояниях, а их неустойчивые состояния, хотя и существуют, но так ограничены во времени, что очень мало проявляются при статистическом изучении системы.

Следует помнить, что в явлениях жизни и поведения нас интересуют относительно устойчивые, а не абсолютно устойчивые состояния. Абсолютная устойчивость достижима лишь при очень больших значениях энтропии и по существу равносильна тепловой смерти. Если же система ограждена от тепловой смерти условиями, которым она подчинена, то она будет проводить большую часть своего существования в состояниях, которые не являются состояниями полного равновесия, но подобны равновесным. Иными словами, энтропия здесь не абсолютный, а относительный максимум или, по крайней мере, изменяется очень медленно в окрестностях данных состояний. Именно такие квазиравновесные – не истинно равновесные – состояния связаны с жизнью и мышлением и со всеми другими органическими процессами.

Машины с глазами и ушами?

Мне кажется, будет вполне в духе д-ра Эшби сказать, что эти квазиравновесные состояния, как правило, суть состояния, при которых имеет место относительно слабый обмен энергией между системой и окружающей средой, но зато относительно большая информационная связь между ними. Системы, рассматриваемые д-ром Эшби, имеют глаза и уши и таким путем получают сведения для приспособления ко внешней среде. Они приближаются к автоматам по своему внутреннему энергетическому балансу, но очень далеки от них по своему внешнему энтропийному, или информационному балансу. Поэтому равновесие, к которому они стремятся, – это равновесие, при котором они хорошо приспособлены к изменениям во внешней среде и в известной степени нечувствительны к таким изменениям. Они находятся в состоянии частичного гомеостаза.

Д-р Эшби конструирует свой гомеостат как прибор, имеющий именно такую связь со внешней средой и обнаруживающий некоторую случайность во внутреннем строении. Такая машина в известной степени может обучаться, т.е. приспособляться формами своего поведения к устойчивому равновесию с окружением. Однако реальные гомеостаты, разработанные пока д-ром Эшби, хотя и способны поглощать информацию из окружения, содержат в своем внутреннем строении количество информации и решений, заведомо превосходящее то, которое проходит через их, так сказать, органы чувств. Короче говоря, эти машины могут обучаться, но они отнюдь не умнее своих создателей или примерно столь же умны. Тем не менее д-р Эшби полагает, что можно действительно создать машины, которые были бы умнее своих создателей; и в этом я с ним совершенно согласен. Количество информации, которое может воспринимать через свои органы чувств прибор, нельзя априори ограничивать теми значениями, при которых требуется не больше решений, чем уже было заложено в структуру прибора. Обыкновенно способность системы поглощать информацию растет на первых порах довольно медленно по сравнению с количеством информации, заложенной в нее. И лишь после того, как заложенная информация перейдет за некоторую точку, способность машины поглощать дальнейшую информацию начнет догонять внутреннюю информацию ее структуры. Но при некоторой степени сложности приобретенная информация может не только сравняться с той, которая была первоначально заложена в машину, но и далеко ее превзойти, на этой стадии сложности машина приобретает некоторые из существенных характеристик живого существа.

Необходима сложность

Рассматриваемая ситуация допускает любопытное сравнение с атомной бомбой, с атомным реактором или с огнем в очаге. Если вы попытаетесь построить атомный реактор или атомную бомбу слишком малых размеров или зажечь большое лубовое полено одной спичкой, вы убедитесь, что всякая запущенная вами атомная или химическая реакция угаснет, как только будет удален ее возбудитель, и никогда не будет расти или оставаться на одном уровне. Лишь когда воспламенитель достигнет определенной величины, или в атомном реакторе соберется определенное количество молекул, или масса изотопа урана достигнет определенного взрывного размера, положение изменится, и мы увидим не только мимолетные и неполные процессы. Точно так же действительно существенные и активные явления жизни и обучения начинаются лишь после того, как организм достигнет некоторой критической ступени сложности; и хотя эта сложность, вероятно, достижима при помощи чисто механических, не слишком трудных средств, тем не менее потребуется предельное их напряжение.

Из этого разбора, посвященного лишь некоторым идеям книги д-ра Эшби, можно заключить, что она открывает нам широкий взгляд на новые рубежи мысли. Д-р Эшбн, хотя в сущности и обладает сильным математическим воображением, не является в полном смысле профессиональным математиком, и профессиональным математикам надлежит осуществить многие из набросанных им идей. Он не причисляет себя к профессиональным математикам, но он, несомненно, обладает принципиальностью и талантом, и книгу его надо читать как одни из первых плодов на ниве, заслуживающей усердного возделывания.