Abstract
О горящем Солнце, холодной Земле и бесконечной истории
Я был знаком в жизни со многими военными. Знавал маршалов, генералов, воевод и гетманов, триумфаторов многочисленных кампаний и битв. Слушал их рассказы и воспоминания. Видывал их склонёнными над картами, выписывающими на них разноцветные чёрточки и стрелки, разрабатывающими планы, обдумывающими стратегию. В этой бумажной войне всё получалось прекрасно, всё работало, всё было ясно и в идеальном порядке. Так должно быть, поясняли военные. Армия — это прежде всего порядок и организованность. Армия не может существовать без порядка и организованности.
Тем поразительнее, что реальная война — а несколько реальных войн мне видеть довелось — с точки зрения порядка и организованности удивительно походит на охваченный пожаром бордель.
(с) Лютик «Полвека поэзии»
ПЕРВАЯ ЧАСТЬ
ВТОРАЯ ЧАСТЬ
ТРЕТЬЯ ЧАСТЬ
ЧЕТВЁРТАЯ ЧАСТЬ
И напоследок о проявлениях сложности в окружающем мире. Очень кратко.
Общие положения.
Куда не плюнь, сплошные стабильные аттракторы.
Например, стабильным аттрактором является звезда. В том числе и Солнце. Вместо того, чтобы быстро сгореть (взорваться) оно устроило цирк с конями на границе между двумя потенциалами: ядром с его термоядерным синтезом и соответствующими температурами – и довольно прохладным космическим вакуумом, – порождая кучу промежуточных элементов и плавно обвевая нашу звёздную систему различными видами излучения.
А мы живём в потоке энергии, рассеянной этим аттрактором, и на этом потоке создаём свои аттракторы поменьше.
Жизнь как явление существует в двух потоках энергии: от недр охлаждающейся Земли под нами и от горящего Солнца над головой. Живые существа поглощают эту энергию (напрямую, как растения или термотрофы, или опосредованно, как животные) и рассеивают дальше. Жизнь – это и есть такой очень большой стабильный аттрактор. Впрочем, по галактическим меркам его долговечность весьма сомнительна. Точнее, мы существуем в таком временном диапазоне, что поток, поддерживающий нас, кажется нам вечным и неисчерпаемым.
Биоценозы – совокупности взаимодействующих видов на определённой местности – тоже стабильные аттракторы, только поменьше. В этих аттракторах животные одного вида организуют социумы (даже у тупой селёдки, как мы видели, существуют некие правила взаимоотношений, а уж у животных поумнее без них не прожить), которые тоже являются аттракторами с социальными связями, обеспечивающими обратную связь.
А некоторые из этих животных эволюционировали в рамках своих зверино-социальных аттракторов до такой степени, что стали оперировать аттракторами-абстракциями вроде любви, дружбы, верности и налога на добавленную стоимость... но это уже гуманитарщина, об этом после.
Климатология. Циклические переходы Земли из ледниковых периодов в эпохи потепления прекрасно описываются в терминах бистабильности. Льды отражают солнечный свет, препятствуют переносу тёплых вод из экваториальной зоны – и тем самым подстёгивают дальнейшее похолодание. Но как только ледники добираются до тёплых широт, начинается их таянье, запускается механизм тёплых течений – и блестящее ледяное зеркало начинает уменьшаться, тем самым увеличивая долю поглощённого солнечного тепла... Ну, вы поняли.
Экология. Знаменитая модель Лотки-Волmтерры описывает периодические колебания количества жертв и хищников в замкнутой экологической системе. Беда-печаль в том, что работает она только в гомогенных условиях, то есть когда кролики и лисы постоянно равномерно распределены в одном и том же пространстве, чего никогда не наблюдается в реальности. В настоящем мире и те, и другие живут семьями, предпочитают одни типы местности другим да и вообще любят путешествовать туда-сюда, что создаёт пространственные флуктуации. И когда дело доходит до кризиса, мельчайшие и непредсказуемые детали могут привести к совершенно разным сценариям: от взрывообразного размножения кролей до полного вымирания хищников (если они случайно уничтожили всю еду в пределах нескольких дней пути, что тоже не столь маловероятно).
Модель Лотки-Волтерры (слева). Модель Риккера-Мея (справа). Во втором случае шкала времени идёт снизу вверх, и мы видим набор точек бифуркации, после каждой из которых количество особей изменяется ну очень по-разному
Экология-2. Есть немалое количество видов — вторичных сукцессоров, которые живут исключительно на уничтоженных катастрофой местностях, скажем на пожарищах. Или, как облепиха, на свежих каменных осыпях. Их быстро сменяют другие, более эффективные в плане потребления ресурсов, растения, но тем не менее виды-сукцессоры по-прежнему живут, перепрыгивая с одной пустыни на другую (облепиха, в таком стрёмном режиме существует уже 10 млн. лет).
Миробиология. О лишайниках я уже писал в первой части, но аналогичные явления наблюдаются практически для всех одноклеточных.
Это колонии грибов в чашке Петри. Они выжирают еду вокруг себя, переходят в «эконом-режим», тогда глюкоза диффундирует к ним интенсивней, и они снова начинают размножаться, как не в себя – так и образуются кольца
Кстати, знаменитые коралловые полипы (как и древнейшие «фильтрующие столпы») – это продукт аналогичной деятельности, только в трёхмерном пространстве. О скорости роста можно сказать лишь одно: Большой Барьерный Риф начал расти в те времена, когда неандертальцев на Земле уже не осталось.
Абиогенный синтез рибонуклеотидов. Мой любимый пример.
Как известно, основой существующей жизни является РНК (ДНК перехватила у неё эстафету намного позже), но откуда взялась сама РНК? Лабораторные попытки синтезировать пуриновые и пиримидиновые основания, входящие в её состав, из простых органических молекул, имеющихся в наличии в лужах молодой Земли, не увенчались успехом (синие стрелочки на схеме внизу).
Пока Джону Сазерленду не пришла в голову гениальная идея: а давайте мы вспомним, что 4 млрд. лет назад никто не очищал промежуточные продукты, прежде чем пустить их дальше в дело. В общем, давайте всё смешаем и посмотрим, что получится.
И получилось! (зелёные стрелочки).
Оказалось, что те самые побочные продукты основных реакций в фосфатной среде да ещё и под жёстким УФ облучением оказались нужны для «обходного пути» в синтезе целевых продуктов – причём получилось это с небывалым 98%-м выходом (органики-синтетики сейчас грустно вздохнули) [Matthew W. Powner, Beatrice Gerland, John D. Sutherland. Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions // Nature. 2009. V. 459. P. 239–242.].
А с точки зрения теории сложности, РНК – это всего лишь побочный продукт работы стабильного аттрактора, возникшего из простых молекул в мелких водоёмах под действием жёсткого УФ.
Гетерогенный катализ. Я приведу только один пример, окисление СО (угарного газа) до СО2 на платиновом катализаторе (то, что происходит в вашей машине на последней стадии выброса выхлопных газов).
Общая схема реакции такая:
[ ] + CO = [CO]
2[CO] + O2 = CO2↑
где [ ] – это поверхностный адсорбционный сайт.
Суть такова. Для адсорбции СО желательна низкая температура (при нагревании молекулы, внезапно, улетают). Для реакции же с кислородом, наоборот, нужна энергия, чтобы преодолеть барьер активации. В результате процесс идёт «волнами»:
1) на холодной поверхности садятся молекулы СО, плотно заполняя все доступные сайты;
2) в какой-то точке особо резвая молекула О2 таки умудряется окислить СО до СО2, в результате чего помимо прочего выделяется тепло;
3) выделившееся тепло активирует соседние молекулы, и они тоже реагируют, выделяя ещё больше тепла; реакция ускоряется;
4) наступает момент, когда тепла становится слишком много, катализатор нагревается, и СО начинает дружно десорбироваться с поверхности; реакция прекращается за неимением желающих в неё вступить;
5) поверхность остывает, на неё садятся новые молекулы СО;
6) го ту начало.
В 2007-м году Герхард Эртль получил нобелевку за то, что смог прямо и непосредственно показать этот процесс при помощи микроскопии и на основе этих наблюдений оптимизировать работу катализатора.
Молекулы СО в этом виде микроскопии видны белым, сама обнажённая платина – серым. Как видим, те же узоры, тот же Тьюринг-Пригожин
Прекрасное видео. Тонкая платиновая фольга «бьётся», потому что в ходе сорбции-десорцбии у неё меняется поверхностное натяжение.
Дальше там же видео для предыдущего рисунка
И наконец, как и обещано, немного гуманитарщины.
Как ни странно, выводы из теории сложности имеют и более глобальную интерпретацию.
Например, в этике. Казалось бы, где этика, а где математические модели? Но тем не менее...
Если описывать поведение человека в обществе как единицы, связанной с другими единицами некоторым набором правил (подчёркиваю, что в любой модели именно это «если» и является самым узким местом), то процессы в таких системах тоже будут подчиняться принципам Пригожина, как это ни унизительно для венца эволюции и подобия господнего.
Человеческие сообщества насоздавали столько аттракторов, что голова идёт кругом. И государство, и семья, и религия, и даже клуб фанатов Леди Гаги. Они постоянно бурлят, шипят, ругаются, перетекают из одного в другой, умирают, чтобы воскреснуть в блеске обновлённой молодости... В общем, мало чем отличаются от тех же ячеек Бенара, только понтов больше.
Переход от одного стабильного аттрактора к другому – это катастрофа, в прямом смысле слова (точнее, катастрофой является выход из стабильного аттрактора). Поэтому крушение одних формаций и возникновение на их руинах других – это обычный процесс. Беда лишь в том, наш личный период существования уж сильно совпадает с длительностью этого самого цикла, да и умирают формации с идеями не просто так, а вместе со своими носителями – людьми.
Стабильными аттракторами исполнена экономика и история. Человечество, как и многие другие биологические виды, один за другим выгрызает ниши с легкодоступными ресурсами, раздуваясь в размере и каждый раз превращая их в разного рода пустыни. Потом следует кризис, катастрофа, и популяция либо находит другую нишу с другим ресурсом, либо схлопывается до жалких размеров сообщества, способного прокормиться корешками (а то и вымирает полностью).
Возьмите массу homo economicus (людей экономических) с одинаковым капиталом, доступом к ограниченному ресурсу и сколь угодно малыми флуктуациями относительно средней способности вести бизнес – и через определённое время (довольно малое) равенство исчезнет, система образует неоднородную динамическую структуру, в которой малое количество игроков станет оперировать большинством ресурсов, а возможность зарабатывать больше у игрока будет определяться не столько способностями, сколько начальными условиями.
Стабильными аттракторами описываются террористические организации: от зелотов древней Иудеи до социал-бомбистов и Ал-Каиды. У них нет иерархии: собралось несколько человек, разделяющих одни и те же взгляды на жизнь смерть окружающих, пошли – и сделали грязное дело. Никаких приказов сверху, никакого контроля. Самозарождение идеи в питательном бульоне мемов.
В качестве аттракторов можно рассмотреть и сами идеи – мыслевирусы, способные «заякориться» в наших мозгах и реплицировать себя путём общения между реципиентами. Причём некоторые из этих мыслевирусов настолько абсурдны, что по «классическим» законам попросту не должны были выжить. Рационально воспитанный разум вопит, что это ложь, что это рано или поздно должно рухнуть – а оно существует из века в век. Люди, конечно, меняются: гибнут, спиваются, разочаровываются, теряют пароли от аккаунтов, а потом ленятся восстанавливать – а система обмена бессмысленными сообщениями живёт.
Посмотрите с точки зрения теории сложных систем на, скажем, коррупцию, и вы увидите, что за монстра мы хотим победить. Систему отношений, которая основана на сильном локальном взаимодействии класса «ты мне – я тебе», существующая в разности потенциалов между личной выгодой и общественной, эволюционирующая, приспосабливающаяся к каждой новой внешней системе – и живущая за счёт того, что постоянно прогоняет через себя огромные ресурсы. Вы хотите уничтожить эту систему изменением законов? Да она к этим новым законам приспособится быстрее вас.
Напомню, что есть 3 способа уничтожить стабильный аттрактор:
- убрать поддерживающий его поток;
- изменить контролирующие параметры;
- резко переполнить его «ёмкость по энергии» (сильным ударом, например).
Это так, информация к размышлению.
С другой стороны, не будет и обещанного Фукуямой «конца истории„, в котором все человеческие формации вливаются в единый либеральный океан: в большом количестве взаимодействующих элементов при наличии ресурсов всегда будет возникать что-то новое – от моды до наций.
А предсказуемость, обещанная детерминистами, обернулась всё тем же странным... аттрактором: мы точно знаем, что нечто произойдёт, но не можем сказать где именно и когда именно.
Карма.
Пардон, синергетика.
P.S. Чистосердечным фанатом теории сложности был ныне покойный Майкл Крайтон. Собственно, практически все его романы именно об этом – о самонадеянных людях, которые думали, что контролируют всё, а на самом деле упускают из вида самое простое и оттого самое опасное. Об этом и «Штамм „Андромеда“», и «Парк юрского периода» (а вовсе не о красивых динозавриках), и «Рой», и даже старый забытый «Западный мир», недавно получивший сериальную реинкарнацию (горько видеть, как в сериале изначальная идея о самозарождении сознания была извращена до его конспирологического создания).
Именно его словами я и хочу закончить эту затянувшуюся лекцию.
Не стоит воспринимать это так серьезно. Ведь все это только теории. Люди просто не могут не придумывать всякие там теории, но ведь на самом деле все эти теории только выдумки, и не более того. И со временем они меняются. Когда Америку только открыли, люди верили, что существует штука под названием флогистон. Вот ты знаешь, что это такое? Нет? Ну, так это и неважно, потому что никакого флогистона на самом деле не существует. А еще люди верили, что поведение человека определяется четырьмя телесными жидкостями, или жизненными соками. И думали, что Земля существует всего несколько тысяч лет. А теперь мы верим, что Земле около четырех миллиардов лет, верим в фотоны и электроны, и считаем, что человеческое поведение определяется такими штуками, как эго и самосознание. Нам кажется, что такие верования более научны, а потому правильны.
Пройдет еще тысяча-другая лет, и люди будут вспоминать о нас и смеяться. Они будут говорить друг другу: «Представляете, во что верили эти чудаки? Они верили, что есть какие-то протоны и электроны! Можете вообразить подобную глупость?» И они здорово над нами посмеются, потому что к тому времени люди сочинят себе другие выдумки, поновее и получше.
(с)Майкл Крайтон
Acknowledgments
Алексею Игнатенко, Игорю Стрелову и Александру Беде, приложившим кто руку, кто ногу к процессу улучшения статьи
Большая благодарность Евгению Бобуху за эссе и вообще «О жизни, Вселенной и всём таком прочем„
Несомненно рекомендую Г. Николис, И. Пригожин «Познание сложного» (1990)
"The secret life of Chaos" BBC film (Jim Al-Khalili) – фильм легко находится по названию, но можно воспользоваться этой ссылкой.
Данный блог является научно-популярным. В статье могут быть изложены точки зрения, отличные от мнения автора.
