CC BY
132021, Pages 659-682. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ins.2021.07.010. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0020025521007003 (Дата обращения 23.08.2021).
13. Setchi R., Spasic I., Morgan https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S017221902100003X - ! J., Corken R. Artificial intelligence for patent prior art searching // World Patent Information Volume 64, March 2021, 102021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wpi.2021.102021 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S017221902100003X (Дата обращения 23.08.2021).
14. Noh S., Tolbert P.S. Organizational identities of U.S. art museums and audience reactions // Poetics^Volume 72, February 2019, Pages 94-107. DOI: https://doi.org/10.1016/j.poetic.2018.10.002_
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304422X18300792 (Дата обращения 23.08.2021)
15. Громов М. Кольцо тайн: вселенная, математика, мысль. Электронное издание. M.: МЦНМО. 2017. - 335 с.
16. Моисеев В.И. Логика открытого синтеза: В 2 томах. Т.1 Структура, Природа и Душа. Кн. 1. - СПб. «Миръ», 2010. - 744 с.
17. Freier M.R. Kairos // http://web.archive.org/web/20110728095413/http://www.whatifenterprises.com/whatif/wha tiskairos.pdf (Дата обращения 20.08.2021).
18. Bergson H. L'Évolution créatrice // Édition électronique (ePub, PDF) v.: 1,0 : Les Échos du Maquis, avril 2013. 243 p. (Дата обращения 20.08.2021).
19. Флоренский П.А. Иконостас. СПб.: «Азбука-классика», 2010. - 224 с.
20. Налимов В.В. Спонтанность сознания. Вероятностная теория смыслов и смысловая архитектоника личности. М.: Академический проект, 2011. - 399 с.
21. Лидов А.М. Иеротопия. Создание сакральных пространств как вид художественного творчества. Лекция 14.06.2007. [Электронный ресурс]. URL: http://www.polit.ru/article/2007/06/14/ierotop (дата обращения 01.07.2020).
УДК 577.22
doi:10.18720/SPBPU/2/id21-58
Шамис Александр Львович,
консультант, канд., техн., наук
ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЖИЗНИ И МЫШЛЕНИЯ
ABBYY, Россия, Москва Alexander.Shamis@abbyy.com
Аннотация. Рассматриваются проблемы, решение которых необходимо для конструктивного объяснения и моделирования живого, т.е. существования, эволюции, поведения, восприятия и мышления живых организмов. Для решения этих проблем необходимо выделение не кибернетической общности живого и неживого, а напротив особенностей живого, его специфики и определение различий между живым и неживым. Особенности живого являются следствием активно поддерживаемой свободной энергии и неравновесности живой материи. Это соответствует определениям жизни, дающимися Ф. Энгельсом и Э. Бауэром. Для моделирования жизни и мышления необходима формализация особенностей живого и определение возмож-
ности их реализации в искусственных системах на уровнесуществующего физического знания
Ключевые слова: моделирование живого, мышление, неравновесность живой материи, особенности живого, самоорганизующаяся система, термодинамически неравновесное состояние, эволюция.
Alexander L. Shamis, Consultant, Candidate of Technical Sciences
PROBLEMS OF MODELING LIFE AND THINKING
ABBYY, Russia, Moscow Alexander.Shamis@abbyy.com
Abstract. The problems are considered, the solution of which is necessary for the constructive explanation and modeling of living things, i.e. the existence, evolution, behavior, perception and thinking of living organisms. To solve these problems, it is necessary to distinguish not the cybernetic community of the living and the inanimate, but rather the features of the living, its specifics and the definition of differences between the living and the inanimate. The peculiarities of the living are a consequence of the actively maintained free energy and the disequilibrium of living matter. This corresponds to the definitions of life given by Engels and Bauer. To model life and thinking, it is necessary to formalize the features of the living and determine the possibility of their implementation in artificial systems at the level of existing physical knowledge.
Keywords: modeling of living things, thinking, non-equilibrium of living matter, peculiarities of living things, self-organizing system, thermodynamically non-equilibrium state, evolution.
Введение.
В последнее время на фоне развития информационных технологий усилился интерес к искусственному интеллекту и роботам. Обсуждаются перспективы создания искусственной жизни и искусственного мышления. В связи с этим полезно обратиться к вопросу — что такое жизнь.
1. Особенности живого
Не только необходимым, но и достаточным признаком (свойством) живого в первую очередь является непрерывно активно поддерживаемые собственными силами и собственной работой свободная энергия и термодинамически неравновесное состояние. Поэтому жизнь это не статическое состояние, а процесс.
На некотором уровне приближения определение жизни может быть сформулировано следующим образом. Жизнь это активная самоорганизующаяся система, обладающая свободной энергией в неравновесном состоянии и непрерывно активно поддерживающая свою неравновесность, целостность и качественную определенность на основе внутренней работы и необходимого целенаправленного взаимодействия с окружающей средой. Слово активность подчеркивает, что действия системы
в процессе ее самоорганизации вызываются и направляются ее собственными внутренними причинами. Слово необходимого подчеркивает, что живые системы изолированно в отрыве от среды существовать не могут.
В этом направлении заставляло думать еще классическое определение Энгельса: жизнь есть способ существования белковых тел и этот способ заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных элементов путем питания и выделения.
Лучше всего и точней идею постоянной поддерживающей существование самоорганизации передает определение Э. Бауэра: "все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого существующими физическими и химическими условиями ". Это определение Бауэр назвал принципом устойчивого неравновесия [1].
Подытоживая и выделяя основное отличие живых систем от неживых, можно сказать следующее. Неживые системы находятся либо в состоянии равновесия, либо в движении к состоянию равновесия, либо в статическом неравновесном состоянии, поддерживаемом кинетическими ограничениями. Этим определяются все формы движения материи кроме биологической. Уровень свободной энергии в неживых системах либо равен нулю, либо уменьшается, либо зафиксирован на каком-то приблизительно постоянном уровне за счет существующих внешних ограничений, препятствующих диссипации энергии, т.е. превращению свободной энергии в тепловую.
Живые системы постоянно находятся в обладающем свободной энергией активно поддерживаемом динамическом неравновесном состоянии. Достигается это только собственной внутренней и внешней работой системы во взаимодействии со средой. Биологическая форма движения материи это движение, активно направленное против термодинамического равновесия. Из этого следует, что жизнь это непрерывный процесс. Статическое состояние и равновесие для живого это смерть.
Таким образом, жизнь это постоянная борьба со смертью. Эта борьба есть основное и необходимое свойство и сущность жизни. Результатом этой борьбы (если она успешна) является непрерывное самовосстановление или активная непрерывная, антиэнтропийная самоорганизация, динамически поддерживающая собственное неравновесие и свободную энергию. Все это должно удовлетворять общим принципам открытости, активности, целенаправленности и целостности.
Внутренняя выполняемая на клеточном уровне работа живой системы состоит, в конечном счете, в восстановлении и поддержании уровня неравновесия. Важным звеном этого процесса является непрерывный синтез неравновесных органических соединений. Эти синтезируемые соединения замещают постоянно разрушающиеся структуры. Разрушение или выравнивание потенциалов с выделением энергии (диссимиля-
ция) и требующее энергии восстановление неравновесия, в том числе и синтез живого вещества с использованием поступающих из среды веществ (ассимиляция) это основные важнейшие жизненные процессы.
Следует подчеркнуть, что к ассимиляции полезно относить не только синтез живого вещества, но и создание термодинамического потенциала, например, создание неравновесной молекулярной структуры или создание разности потенциалов на мембране клетки. Соответственно к диссимиляции нужно относить не только разрушение живого неравновесного вещества, но и выравнивание потенциалов. Диссимиляция сопровождается выделением энергии, которая используется не только для ассимиляции, но и для внешней работы.
Для выполнения клеткой внутренней работы, направленной на синтез живых неравновесных структур, кроме собственной энергии живой системы нужен подвод в клетку извне определенных необходимых компонентов. Это делает внешняя работа. Внешней по отношению к клетке является не только работа, направленная на взаимодействие с внешней средой живой системы, но и работа собственных систем жизнеобеспечения, например, систем кровообращения, пищеварения, дыхания.
Таким образом, для непрерывного выполнения живой системой синтеза неравновесных органических соединений в нее извне (из среды) должны поступать определенные компоненты. У растений это, в первую очередь, необходимые для фотосинтеза свет, углерод и вода. У животных это, в первую очередь, необходимое для биосинтеза питание в виде биоорганических соединений, т.е. в виде других живых или мертвых растений или животных.
Первичным и абсолютно необходимым для поддержания жизни на Земле пока еще является выполняемый растениями фотосинтез. Без аккумулирующего солнечную энергию фотосинтеза жизнь на Земле развиваться и сохраняться не могла и не может. Без растений и зависящих от них травоядных животных хищникам попросту было бы нечего есть.
Итак, жизнь это постоянно выполняемая живой системой в контакте с внешней средой активная целенаправленная самоорганизация, или непрерывная, выполняемая на клеточном и внешнем уровне постоянная борьба со смертью.
Все это принципиально отличает жизнь от не жизни. Эти представления опираются главным образом на теорию Эрвина Симоновича Бауэра [1]. Соответствующая приведенным представлениям биологическая форма движения материи должна порождать и быть необходимой причиной и основой возникновения всех "виталистических" свойств живого и, в первую очередь, таких, как активность и целенаправленность.
2. Реализация неравновесия в живой природе
На какой физической основе реализуется неравновесие в живой системе?
Однозначного общепринятого ответа на этот вопрос нет. Это считается принципиальной нерешенной проблемой. Обсуждались и обсуждаются разные варианты. Например, живой белок (протеин), обычный белок в особом структурном состоянии, например, возбужденное состояние живых молекул (Бауэр), молекулы АТФ, разность потенциалов на мембране клетки, заселенность верхних электронных уровней молекул, внутриклеточная пограничная вода и др.
Рассмотрение этих и других гипотез об основном носителе свободной энергии и неравновесия в живой системе частично упрощается, а может быть, проблема и полностью снимается тем, что разные варианты реализации устойчивого неравновесия в живой системе не должны обязательно рассматриваться как взаимоисключающие альтернативы.
К сказанному нужно добавить, что жизнь это не только создание и поддержание некоторого уровня порядка (производство антиэнтропии), но и непрерывный эволюционный процесс повышения этого уровня, т.е. развивающийся процесс упорядочивания. Очевидно, что как направление, так и ускорение прогрессивной эволюции не задаются живому извне, а могут быть только следствием действия положительных обратных связей. Важно определить на биологическом уровне и конкретизировать эти положительные обратные связи.
На этом в принципе говоря о биологической форме движения материи, т.е. об определении жизни, можно было бы и остановиться. Однако, нужно поставить и самый трудный вопрос:
Почему живые системы постоянно и непрерывно борются со смертью, т.е. что заставляет живую систему быть активной и осуществлять движение к неравновесию?
Для ответа на этот вопрос можно, конечно, ограничиться ссылками на такие необъяснимые свойства живого как энтелехия или жизненный порыв. Полного конструктивного материалистического ответа на эти вопросы пока еще нет. Ссылка на кибернетические отрицательные обратные связи недостаточна.
Однако, все же возможен гипотетический ответ, не выходящий за рамки очень общей схемы.
Необходимую работу живой системы вызывает непрерывное изменение ее внутреннего состояния. Активной работой живой системы управляют ее ощущение собственного состояния и внутренние оценки состояния. Эти оценки включают оценки собственного текущего состояния и оценки изменения своего состояния в результате возможных действий. Оценки такого рода есть уже у простейших живых систем, в том числе и у растений. Это конечно далеко еще не эмоции в полном понимании, но какой-то элементарный зачаток эмоций.
Итак, живые системы непрерывно поддерживают свою свободную энергию и неравновесие, выполняя работу. Управляется эта работа оценками своего состояния, являющимися у простейших каким-то элементарным зачаточным эквивалентом "эмоциональных" оценок. Возможно использование и термина "самочувствие".
Таким образом, к принципу устойчивого неравновесия Бауэра можно добавить как необходимое активность и внутренние оценки своего состояния и модифицировать принцип устойчивого неравновесия следующим образом:
Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и активно выполняют за счет своей свободной энергии и оценок своего состояния постоянно работу против равновесия, требуемого существующими физическими и химическими условиями.
Эту формулировку можно считать определением жизни, если уточнить и конкретизировать термин "оценка своего состояния". Может быть, к определению жизни полезно добавить и такое свойство живого, как ощущение своей целостности и выделенности из среды. Возможно, что это является основой возникновения и развития сознания.
При эволюционном появлении у живых систем сознания оценка состояния может характеризоваться терминами самочувствие и эмоциональная оценка. Однако, и то и другое только часть оценки, имеющая отношение к управлению внешней работой, т.е., главным образом, к поведению. Внутренняя работа живой системы, т.е. работа клеток тоже должна управляться внутренними оценками состояния, которые в этом случае на уровень сознания не выходят, или же выходят в самом общем виде. Внутренние оценки состояния управляют также работой и механизмов мышления.
Как первично возникли и как эволюционно развивались основные свойства живого? Живые системы обладали свойством неравновесия и возможностью поддержания какого-то уровня свободной энергии в постоянном контактном взаимодействии со специальной средой в примитивном виде сразу с момента первичного случайного возникновения. Этот процесс выполнялся на основе автоматических химических реакций (например, реакции автокатализа) и шел в особой среде, обеспечивающей протекание химических реакций с автокаталитической положительной обратной связью. Возможно, что предположительное объяснение процесса зарождения, первичной самоорганизации и развития жизни на основе реакций с положительной обратной связью может быть более конструктивным при использовании теории гиперциклов М. Эйгена [3], объясняющей на химическом уровне воспроизведение с наследованием информации и элементы начальной микроэволюции.
При эволюционном развитии механизмы реализации поддержания свободной энергии и неравновесия во взаимодействии со средой усложнялись, становились все более эффективными, фиксировались в геноме и передавались следующим поколениям, а уровень достигаемого неравновесия или удельный термодинамический потенциал повышался.
У растений необходимость для жизни фиксированной особой контактной специальной среды во многом стала менее критичной за счет эволюционно возникшего аппарата фотосинтеза, для которого достаточны постоянные доступные универсальные составляющие необходимой среды - солнечный свет, вода и воздух.
У животных возможность отрыва от фиксированного контакта со специальной средой возникла за счет эволюционного появления функций перемещения и дистанционного восприятия. При этом, внутренние оценки своего состояния, возможности восприятия и перемещения постепенно эволюционно усложнялись, а автоматные реакции постепенно сменялись целенаправленным и, в конце концов, разумным поведением. Все это, также как и представление о ведущей роли положительных обратных связей, естественно требует уточнения и конкретизации. То есть на вопрос о том, что заставляет живую систему активно поддерживать свое неравновесие, исчерпывающего полного и конструктивного ответа нет. Непонятно как первичная положительная обратная связь в рамках автоматической реакции автокатализа переходит в обратную связь в рамках сложнейшей многоплановой внутриклеточной работы, а также в рамках активного целенаправленного взаимодействия со средой, т.е. целенаправленного поведения.
Наиболее непонятным представляется первичное возникновение ощущений и внутренних оценок своего состояния, необходимых как для внутренней и внешней активной работы, так и для основных эволюционных шагов развития внешней работы — перехода от полностью автоматной схемы и фиксированной среды сначала к простому поведению по схеме стимул-реакция и в дальнейшем к целенаправленному поведению и, в конечном счете, к мышлению.
Таким образом, на основе ощущений и внутренних оценок состояния живые системы эволюционно переходят от автоматических реакций в фиксированной среде к подвижности и направленным действиям.
Заключение
Из всего сказанного следует, что полных и конструктивных представлений о том, что заставляет живые системы быть активными и непрерывно совершать работу по поддержанию уровня свободной энергии и неравновесного состояния, нет. Представление об ощущениях и оценках своего состояния фактически только расширяют список требующих
конструктивного объяснения "виталистических" свойств и функций живого.
Итак, особые специфические свойства и функции живого, отличающие живые системы от не живых, требуют уточнения, объяснения и конкретизации. В первую очередь требуют объяснения и конкретизации сознание, воля, активность, ощущение и оценка состояния. Это в определенной степени рассматривалось в [2]. К сожалению, до полного конструктивного объяснения "виталистических" функций еще далеко. Работы в области искусственного интеллекта и роботов в этом направлении практически почти ничего не дают.
Наряду с отмеченными функциями большой интерес представляют такие специфические свойства живого как старение и смерть, поскольку, как уже отмечалось, жизнь и смерть связаны неразрывно и по-отдельности не существуют.
Список литературы
1. Бауэр Э.С. Теоретическая биология, — СПб. Росток, 2002.
2. Шамис А.Л. Загадки жизни и разума, — М. УРСС, 2015.
3. Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул.
— М., Мир, 1973.
УДК 140+141.13 doi:10.Ш20/SPBPШM21-59
Тунда Елена Александровна1,
магистр философии, вед. программист;
2
Тунда Владимир Александрович ,
независимый исследователь
ЧЕТЫРЕ ФИЛОСОФСКИЕ КАТЕГОРИИ В СИСТЕМНОМ АНАЛИЗЕ
1 Россия, Томск, Институт прикладной математики и компьютерных наук
Национального исследовательского Томского государственного университета (НИТГУ), e.tunda@yandex.ru
2 Россия, Томск, tunda.va@yandex.ru
Аннотация. Авторы обращают внимание на важность принятия во внимание четырёх фундаментальных категорий «идеальное» и «материальное», «субъективное» и «объективное» при проведении процедур системного анализа. При этом, поскольку модель структуры любой системы является важнейшей при анализе последней, предлагается опереться на модельное представление о структуризации самой Материи, то есть определить уровень абстракции структуры исследуемой системы относительно уровней структуризации единого материального мира, что позволит точнее учесть множество взаимосвязей при системном анализе. Удержание в фокусе внимания многих масштабов структурной организации Материи также позволяет сохранить целостность представления об окружающем мире с одновременным учётом места
