Жизнь

Пытаясь выделить главное в творческом мышлении А. Эйнштейна, кто-то отметил его умение подойти к старым загадкам так, будто они совершенно новые. Жизнь, безусловно, представляет собой старую загадку, но такую, что о ней за многие годы развития комплекса биологических наук сложились некоторые более или менее устоявшиеся мнения, теории, гипотезы. Однако поток новых идей, привнесенных кибернетикой почти во все области человеческого познания, и здесь сказался существенным образом. Особенно это касается процесса математизации ряда биологических дисциплин и связанных с этим попыток переосмысления и формализации многих из уже, казалось бы, устоявшихся понятий, относящихся к явлениям жизни и разума на Земле.

Математико-кибернетические подходы коснулись (по крайней мере, на первых порах) не каких-либо частностей, а самых фундаментальных понятий и в первую очередь основного понятия - самого смысла термина "жизнь". И здесь нужды практики сказали свое веское слово: мир вступил в эпоху освоения космоса; на повестку дня встало требование выработки такого определения понятия жизни, которое, во-первых, годилось бы как для земных, так и для внеземных условий, а, во-вторых, было бы достаточно конструктивным - позволяло бы использовать средства кибернетики для моделирования жизненных процессов с целью дальнейшего их познания.

Значительный шаг на пути разработки нового подхода сделал А. А. Ляпунов, один из основоположников кибернетических исследований в нашей стране. В своей известной работе "Об управляющих системах живой природы и общем понимании жизненных процессов" он дал чисто "кибернетическое", т. е. функциональное, определение жизни; он охарактеризовал жизнь как "высокоустойчивое состояние вещества, использующее для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул" [29]; управление при таком подходе полагается характеристическим свойством жизни в широком смысле этого слова, а внутренние реакции вещества на внешние воздействия, направленные на сохранение своего состояния, называются сохраняющими. Важность функционального подхода к явлениям жизни и мышления подчеркивал и А. Н. Колмогоров: "Если свойство той или иной материальной системы "быть живой" или обладать способностью "мыслить" будет определено чисто функциональным образом ..., то придется признать в принципе вполне осуществимым искусственное создание живых и мыслящих существ" [30, с. 13]. Неудивительно поэтому, что ученые, занимающиеся проблемой связи с внеземными цивилизациями, ведут свои исследования в русле кибернетических подходов к понятию жизни и мышления. Так, астрофизик Н. С. Кардашев следующим образом определил прогрессивно развивающуюся цивилизацию: это - "высокоустойчивое состояние вещества, способное собирать, абстрактно анализировать и использовать информацию для получения максимума информации об окружающем и самом себе и для выработки сохраняющих реакций" [31, с. 45].

Дело, однако, не только в тех или иных функциональных определениях жизни, мышления, интеллекта - как бы они не были интересны с точки зрения определения перспектив развития кибернетической техники. Не менее важно влияние подобных подходов на развитие науки о живом. Известный математик-логик Г. Фрейденталь (автор языка для космического общения - "Линкос") отметил существование своеобразной петли обратной связи, ведущей от кибернетики к жизни: хотя вычислительная машина - несомненное чудо, но еще более великое чудо - нервная система; и вот, по его убеждению, наши знания о меньшем чуде помогут глубже понять чудо большее.

Влияние кибернетики на развитие науки о жизни явственно сказалось на последних работах такого выдающегося биолога, как И. И. Шмальгаузен (см. сборник его работ по биокибернетике [32]). Круг идей, связанных с концепцией информации, оплодотворяет ныне новейшие биофизические исследования. Последние успехи биофизики, особенно развитие концепции добиологичес-кой - предшествующей появлению мира живой природы - эволюции макромолекул, подводят физико-химическую основу под некоторые аспекты биоэволюции. Это вносит известный вклад в то "синтетическое", цельное понимание живого, к которому веками стремилась теоретическая мысль.

Если считать, что за создание общей картины жизни ответственны теоретическая и общая биология, то за биофизикой следует признать задачу уяснения "заднего плана" этой картины. Задача эта решается путем разработки физико-химического объяснения жизненных явлений - такого объяснения, которое представляет собой некоторую систему моделей и позволяет лучше понять те закономерности живого, которые непосредственно не выразимы на физико-химическом языке, во всяком случае в его современном виде. Ибо биологические законы, действуя только в живой природе, носят "интегральный" характер, включая в себя более простые физические, химические и информационно-кибернетические закономерности как свои элементы. Работы в области добиологической самоорганизации - работы, продолжающие известные поиски А. И. Опарина (начиная с его работы [33]), особенно работы М. Эйгена [34] (см. также статью М. В. Волькенштейна и Д. С. Чернавского [35]), показывают, что эта интегральность может быть значительно отодвинута "вверх", поскольку даже такие целостные процессы, как естественный отбор и повышение организованности предбиологических структур в ходе эволюции макромолекул, оказывается возможным истолковать в физико-информационных терминах. Как далеко, однако, можно идти в непосредственном физико-химическом и информационном объяснении жизненных процессов? Пытаясь получить ответ на этот вопрос, мы должны выяснить, что такое научное объяснение.

Согласно сложившимся представлениям, научное объяснение - это раскрытие (опытно-экспериментальными или теоретическими средствами) того закона (Законов), которому подчиняется объясняемое явление, выяснение причинных механизмов, определяющих его возникновение и протекание. Если предметом объяснения является закон, то объяснение состоит в демонстрации того, что объясняемая закономерность является частным случаем более общих законов и принципов, что утверждения об этой закономерности логически выводимы из последних (дедуктивное объяснение закона). В естествознании существенную роль играет дедуктивное объяснение эмпирических законов, т. е. законов, установленных непосредственно на основе наблюдений и экспериментов (примером такого закона может служить дарвиновский закон "выживания наиболее приспособленных"), заключающееся в раскрытии того, что рассматриваемая эмпирическая закономерность следует из некоторого теоретического закона (законов).

Прогресс в интеграции биологии и физики в течение последних десятилетий привел к объяснению Дарвинова принципа эволюции как эмпирического закона с помощью физических (физически-информационных) закономерностей, представимых математически. Открылась возможность дедукции следствий, вытекающих из вновь возникшей теории, применяемой к определенному эмпирическому материалу (предбиологическим макромолекулам). Были созданы "мини-теории" - модели, сопоставимые с фактическими данными, касающимися реальных процессов. Развернулись машинные эксперименты по эволюции, с соответствующей математической обработкой их результатов.

В связи с этими успехами биофизики возник вопрос о том, достаточно ли современных научных представлений для объяснения сложнейших систем и процессов жизни, не нужно ли развить для этого "новую физику" - физику, способную объяснить на привычном для естествознания "причинном" пути те явления живого, которые не поддаются в настоящее время истолкованию в "точных" терминах. Преобладающий ответ на него гласит: для объяснения основных принципов эволюции как самоорганизации на молекулярном уровне нет необходимости вносить в физические теории какие-либо принципиальные нововведения. Единственным новшеством - весьма важным, но не принципиальным - является введение понятия "ценности информации" (Эйген); непринципиальность этого новшества состоит в том, что упомянутое понятие базируется на естественном для науки о жизни понятии "отбора" и получает выражение через измеримые физические величины.

Но повторится ли эта ситуация, когда наука начнет теми же "точными" средствами прослеживать этапы перехода от клеточного уровня к уровню человеческих существ, наделенных сложнейшими формами психики, духовной жизни, обладающими сознанием и самосознанием? Возможно ли с "биологической точностью" пройти путь от эволюции предбиологических макромолекул к высшим ступеням органической эволюции, завершившимися появлением человека и общества? Не потребуется ли здесь внесения принципиальных изменений в естественно-научные средства исследования, создание совсем новых разделов и физики, и биологии, и теории сложных кибернетических систем? По нашему мнению, принципиальные нововведения вполне возможны, и это мы сейчас попытаемся обосновать.

Глубокая трудность, с которой сталкивается познание, когда оно пытается пройти упомянутый путь сведения высших проявлений жизни и интеллекта к феноменам, изучаемым на биофизическом и информационно-кибернетическом уровнях, коренится в ультрасложности систем живого и социального.

Хотя фундаментальный характер идеи сложности стал ясен вместе с возникновением кибернетики, т. е. в 40 - 50-х годах нашего века, "осязаемо-вещный" характер она приобрела, пожалуй, лишь с середины 60-х годов, когда с полной определенностью выявились трудности в таких проблемах, как автоматическое распознавание образов и машинный перевод, а радужные надежды на скорое продвижение в создании искусственных "интеллектуальных систем" сменились трезвым осознанием того, что наука находится здесь лишь в самом начале долгого и извилистого пути.

О понятии сложности мы поговорим особо. Здесь заметим лишь, что, по-видимому, сбывается методологическое предвидение Дж. фон Неймана, который еще в конце 40-х годов обратил внимание на то, что в попытках решения задач автоматизации распознавания образов, перевода с одного естественного языка на другой и других интеллектуальных процессов мы вторгаемся в такие разделы логики, в которых наука не накопила предшествующего опыта. Степень сложности, с которой при этом приходится иметь дело, говорил он, несравненно выше сложности тех систем и процессов, которые познавала и которыми овладела классическая наука. Нет оснований считать, что логико-математические средства, разработанные для описания простых систем, могут быть применены и при решении задач в данной сфере. И фон Нейман сформулировал принципиальную трудность, которую можно назвать "парадоксом сложности фон Неймана" (о ней речь впереди). Впоследствии А. Н. Колмогоров придал проблеме "количественный" характер, связав ее с невозможностью и человеческого, и машинного овладения сложными системами, которые характеризуются "большими" и "сверхбольшими" числами.

Таким образом, объяснение явлений жизни "точными" методами - будь то методы физико-химического рода или функциональное описание на принятом в кибернетике и логике пути - оказывается перед лицом трудностей достаточно общей природы. Тем не менее можно оптимистически смотреть на перспективы познания сложного - познания необходимо относительного, как относительно человеческое знание вообще, - если привлечь представления о диалектической природе научного объяснения, особенно объяснения модельного.

Наука, точное естествознание издавна усвоила установку на объяснение качественного многообразия действительности на базе определенной совокупности фундаментальных понятий и законов. Объяснение это, однака, оказывается не непосредственным "сведением к простому", а многоступенчатым и в этой многоступенчатости лишь потенциально осуществимым процессом. Новые ступеньки неизбежно оказываются связанными с разработкой существенно новых представлений (и нередко методов). Фактически это означает введение новых понятий, новых научных языков и новых моделей. В переходе к новым понятиям и моделям реализуется эвристическая функция процедуры научного объяснения. Примером здесь может служить упоминавшееся выше введение в теорию самоорганизации на макромолекулярном уровне понятия ценности информации. Именно это последнее несет в себе тот эвристический "заряд", который позволяет подойти к дедуктивному объяснению такой существенно эмпирической теории, как теория Дарвина.

Однако факты науки говорят о том, что всякое уяснение "сложного" через "простое" имеет свои границы. Трудно представить себе объяснение работы, скажем, сверлильного станка, сделанное на языке элементарных частиц и квантовой теории. Не менее неестественной, по-видимому, была бы попытка разъяснить нейродинамические процессы у человека, опираясь на феномены субатомного уровня. И это не потому, что такое "сведение" ни в каком смысле невозможно; быть может, оно возможно в принципе, но необозримость необходимых при этом процедур делает его, по-видимому, нереализуемым даже при использовании "кибернетических усилителей" любого уровня.

Сказанное выше можно прояснить в формально-логических терминах [36]. Поставим вопрос, является ли отношение объяснения утверждений одной теории в терминах другой теории отношением транзитивным, т. е. таким, что если теория х объясняет утверждения теории у, а теориям объясняет феномены, описываемые теорией z, то теория х обязательно объясняет то, что описывается теорией z. Ответить на этот вопрос утвердительно значит стать на позицию "безудержного" редукционизма, от чего большинство естественников ныне далеки. Ответить "нет" означает поставить под сомнение сам принцип объяснения "сложного" через "простое", в том числе - что для нас особенно важно - объяснение модельное, с помощью гомоморфных моделей; ибо теория, объясняющая другую теорию, в каком-то смысле должна быть проще, чем объясняемая. А этот принцип неотделим от тенденции науки к объяснению многообразия мира с помощью фундаментальных понятий и принципов. Решение этой дилеммы, по нашему мнению, состоит в том, чтобы признать процесс объяснения (отношение объяснения), включая объяснение модельное, транзитивным на уровне возможности (принципиальной осуществимости) и отвергнуть необходимость такой транзитивности на уровне реальной практики науки (и тем более мышления отдельного ученого).

Нам представляется, что при вдумчивом подходе следует по крайней мере учитывать эту возможность.