Реферат: Творческая эволюция живой и «неживой» материи

Авраам Гольдберг

В последние десятилетия, во многом благодаря работам Ильи Пригожина в области неравновесной термодинамики (см. статью «Синергетика – теория самоорганизации»), в науке появилось понимание того, что материи присуще свойство самоорганизации. Однако механизм и движущая сила самоорганизации, адаптации и эволюции живой и «неживой» природы еще не определен. Направление эволюции вселенной и наличие сингулярности материи на этом пути является одной из наименее ясных проблем. Поль Девис (The Fifth Miracle, 1999) рассмотрел различные аспекты живых существ и искал принцип жизни, который отличает живые существа от «неживой» материи. Как и много ранее Джон Вейценбаум (Computer Power and Human Reason, 1982), Стефен Гранд, известный создатель искусственных живых существ, автор книги «Creation: Life and how to make it» и игры «Creatures», сказал в одном из своих интервью, что признаком реальных живых существ является наличие эмоций, воображения и способности к самообучению. Он заметил, что «он обнаруживает себя во вселенной в мельчайший промежуток времени в течение многих миллиардов лет существования вселенной, и хотел бы знать, откуда он пришел, куда уйдет и что он здесь делает».

Имеется много современных работ и гипотез о возникновении жизни на Земле и переноса её из космоса, о молекулярных процессах и процессах структурной организации происходивших при этом. Несомненно, существует некоторый порог где «неживая» материя трансформируется в живую и далее, в «разумную», обладающую сознанием. Этот порог нужно преодолеть, даже если все вышеупомянутые процессы будут смоделированы. Варианты искусственной жизни, как и разные виды природной, помогают понять что такое (кто такое) живое существо.

Очень важно определить, как возникла жизнь на Земле, но еще более важным является поиск принципа существования живой материи: во-первых, потому, что длительный метод, использованный природой, не подходит для создания искусственных живых существ и, во-вторых, внеземная жизнь, которую мы ищем, может иметь формы, совершенно отличные от нашей, и только этот Принцип должен быть общим для любой жизни, включая нашу.

Кратко рассмотрим роль Творческих Процессов (ТП) в самоорганизации и эволюции материи и интеллекта (описанную в книге автора «Natural and Artificial Creative Processes in Nature, Science and Engineering»). Природная организация, адаптация и эволюция происходит посредством ТП взаимодействия открытой (конечной величины) материальной (живой или «неживой») Системы с окружающей её средой, включая процессы Энерго-Материального (ЭМТП) и (или) Информационного (ИТП) взаимодействия.

ТП – это натуральный «вездесущий» и «самодостаточный» процесс. Он создал и постоянно обновляет все формы материи вселенной. Это диалектическое взаимодействие между Случайным Процессом (СП) изменения физических или интеллектуальных параметров Системы в некоторых областях и детерминизацией СП (увеличением плотности вероятности СП) посредством обратной связи, которая уменьшает и сдвигает эти области в соответствии с положительными или отрицательными для Системы результатами, достигаемыми этими изменениями. Эта детерминизация экспоненциально ускоряет ТП, обеспечивая ту реальную быструю адаптацию и эволюцию природы (несмотря на многие космические и земные катастрофы), которая неосуществима для дарвиновского естественного отбора случайных изменений (без детерминизации СП). ТП – это самовозникающий и саморазвивающийся процесс, не нуждающийся во внешнем создателе или управлении. Он приостанавливается при достижении не наилучших, а только достаточных результатов в конкретной ситуации. Это дополнительно ускоряет адаптацию, исключая проверку других возможных вариантов адаптации и экспоненциальный «комбинаторный взрыв». Кроме того, множество достаточных решений не уступает в среднем множеству наилучших решений в экономичности расходования ресурсов Системы (энергия, объем, спектр, и т.п.).

ТП происходит всегда в изменяющейся (хаотически) материи при двусторонней связи открытой (ограниченной Системы с окружающей её средой. Именно это обеспечивает наблюдаемый, «присущий» материи феномен самоорганизации (самосозидания), т.е. переход такой Системы в новые состояния с другими уровнями упорядоченности.

Из-за своей случайной составляющей ТП – необратимый, неформализуемый и невычислимый полностью процесс. Но это позволяет находить решения и приобретать знания, которые логически не следуют из знаний, которые уже известны Системе, вырабатывать внелогичные суждения, гипотезы и аксиомы. ТП идет на базе предыдущих организации и знаний Системы, дополняя и корректируя их и, таким образом, имеет «генетическую» и творческую компоненты. Творческая эволюция не повторяется, а движется вперед, иногда лавинообразно.

ТП обеспечивает не только самоорганизацию и эволюцию материи, но и её самоотображение, стабильность и вариации её форм, их «целенаправленность» и «тонкую настройку». Он действует «по обстоятельствам», не имея установленные заранее тенденции или направления. ТП снижает энтропию, формирует закономерности. Это творец, действующий против диссипативного процесса. Именно ТП является той движущей и направляющей силой, которая обеспечивает самоорганизацию, адаптацию и эволюцию материи, возникновение её новых форм. ТП объединяет процессы рандомизации и детерминизации, в частности в неравновесной термодинамике и при зависимости наблюдаемого объекта от наблюдателя.

ИТП происходит посредством обмена сигналами (неизоморфными выражаемым ими действиям или явлениям) – знаки, звуки, речь, запахи, генетический код, нейроимпульсы, электромагнитные поля и т.п. ИТП «присоединяется» к ЭМТП на некоторой стадии эволюции, когда появляются пороговые коммутирующие элементы «действие (явление) ↔ сигнал», запускающие или регистрирующие сигналы. Именно это определяет появление живой материи – Жизни и её интеллектуальных способностей в как природных, так и искусственных системах. ИТП создает качество, называемое Творческим Интеллектом.

ТП с высоким показателем экспоненты развития вплоть до цепной реакции и взрыва – это Количественно-Качественная Трансформация (ККТ). ККТ известны на ядерно-атомном и молекулярном уровнях, в эволюции звезд и галактик, на ступенях эволюции интеллекта. Так называемое «нелинейное мышление» – это ККТ в ИТП.

Концепция Природного и Искусственного ЭМТП и ИТП делает возможными ряд гипотез и результатов, существенных для науки и практики.

1. Большой Взрыв (БВ) не является единственным. БВ спорадически возникают как ККТ – взрывы особенно больших черных дыр (ЧД) при достижении их массы-энергии определенного критического значения. Возможно, такие ЧД возникают при столкновениях галактик, или их скоплений. Такие столкновения могут повторяться через многие десятки, даже сотни миллиардов лет. Такое критическое значение должно быть на много порядков больше энергии 10⁶⁷ ...10⁶⁸ ГэВ, соответствующей энергии средней галактической ЧД. Энергия БВ вызывает инфляцию, отбрасывающую материю со скоростью, большей скорости света, и формирует группы Метагалактик, разделенных изолирующими их «пустотами», где материя (включая вакуум) вместе с её пространством и временем отсутствует. (Это может также объяснить и отсутствие бесконечно большой яркости неба.) Возникающее вещество (с ненулевой массой покоя) вызывает гравитацию, замедляющую инерционное расширение. По мере увеличения расстояний скорость расширения возрастает вновь, но уже не превышает скорости света – в соответствии со скорректированным законом Хаббла. Все эти процессы не нуждаются в ступенях сингулярности и снимают вопросы о «начале и конце» вселенной, предопределенности её эволюции, её границах и форме, её бесконечном расширении или реколлапсировании.

ТП не нуждается в каком-либо фиксированном наборе элементарных частиц или конструкций. Как и сам ТП, всё их множество, как правило, не должно повторяться в разных Метагалактиках, кроме, возможно, частиц-квантов материи с нулевой массой покоя и энергиями около 10¹⁸ ГэВ, возникающих сразу при БВ. Интеграция вещества может привести к новым ККТ, создающим новые организации, не обязательно более сложные, чем предыдущие.

2. ИТП возникает неотвратимо. Пороговые элементы возникают случайно, но ТП быстро закрепляет их. Затем ИТП в принципе может существовать и развиваться неограниченное время и даже, по необходимости, корректировать ЭМТП с целью самосохранения и в пределах, которые постепенно расширяются. Возможно, некоторые «конструктивные» элементы и были занесены на Землю из космоса, но эти элементы не могли быть коммутирующими, и «земной вариант» Жизни – это оригинальное (самостоятельное) творение ИТП. ИТП обеспечивает возникновение жизни и при недостаточной (для дарвиновской эволюции) стабильности земных условий – главного довода сторонников «космической жизни».

Творческий Интеллект (ТИ) включает отношения Системы к окружающей среде, такие как эмоции, самоидентификация, изучение этой среды, предсказания будущего и воображение. Системы ИТП формируют эти отношения, свое поведение и пути дальнейшего совершенствования самостоятельно, используя генетический и индивидуально накопленный опыт. Это качество – ТИ должно быть присуще всем природным и искусственным интеллектуальным системам. Можно классифицировать следующие четыре различные ступени (ККТ) иерархической восходящей лестницы ТИ:

Простейшая ступень, где ИТП происходит только между Системой и её окружением (отсутствует её внутренняя «нервная система»). Например, это образование цен на стихийном рынке (без договоренности между продавцами), движение транспорта в дорожной сети или сообщений в сети связи.

Подсознание, где ИТП имеется как между Системой и её окружением, так и внутри самой Системы, но он отсутствует с другими подобными Системами. В такой Системе возможны обобщения и не формулируемые сознательно решения.

Сознание. Система может формулировать свои знания и обмениваться информацией с другими подобными Системами на общем для них языке, способна к самоидентификации, сознательно вырабатывает свои отношения к окружающему миру, может действовать коллективно с другими подобными Системами.

Надсознание. Индивидуум Системы приобретает такие большие знания, которые он уже не может передать другим Системам на общем для них языке. Например, мастер своего дела, принимая решение, не может объяснить новичку, как он это делает. Это непередаваемый высший результат индивидуальной работы Системы.

Творческое взаимодействие с внешним миром, его отображение, и сам этот мир, разумеется, различны для человека, мыши, муравья, бактерии, искусственной творческой системы, но ИТП должен присутствовать во всех из них. Элементы «разумной» жизни присущи многим живым существам. Это муравейники и улья, норы и гнезда, дома и инструменты для работы, движения, защиты, науки. Но окружающий мир и его восприятие количественно различны для этих существ.

3. В настоящее время человек вводит в искусственные системы («генетически», т.е. извне и заранее) свои знания о необходимой их структуре и поведении на базе своих предположений о мире, в котором система будет действовать. Такая система не имеет собственного ИТП и не является не только разумной, но даже живой системой. Попытки создания искусственных систем посредством формального копирования структуры и процессов, имеющихся в биосистемах, включая внутреннее управление для поддержания жизнедеятельности, будут успешными, только если искусственный ИТП вводится в искусственную систему. Такая Система будет обладать Искусственным Творческим Интеллектом (ИТИ) и действительно будет эквивалентной живой системе на одной (любой) из её интеллектуальных ступеней.

Возможно возражение, что «бессознательная» деятельность мозга и нервной системы по поддержанию жизненных функций биосистемы при внешних и внутренних воздействиях использует на много больше ресурсов, чем сознательная деятельность, обычно ассоциируемая с творчеством. Однако эта бессознательная деятельность «организовалась» в процессе длительной творческой эволюции и адаптации биосистем и даже текущая сиюминутная работа биосистемы не является полностью автоматичной, а постоянно адаптируется посредством ИТП, так как внутренние и внешние воздействия никогда в точности не повторяются – невозможно войти дважды в одну и ту же реку.

Всё время усложняющиеся задачи систем искусственного интеллекта, такие как космические, военные, а также повседневные, роботы, управление пространственно-распределенными системами промышленности, энергетики, связи, системы с уникальными (индивидуальными) свойствами, децентрализованные, нестационарные, разового действия системы, лечение индивидуума от его конкретного недомогания (а не средне-статистического больного от средне-статистической болезни), распознавание и исследование неизвестных ранее объектов, противодействие или взаимодействие с конкретным противником или партнером, решение логически неполных задач (требующее догадки), передача сообщений с учетом их понимания конкретным адресатом, и т.п., где сложность системы, окружающая среда, вычислительная мощность, объем памяти, необходимая быстрота принятия решений непосильны для человека, требуют самостоятельных действий искусственного интеллекта. Существующие же системы все менее пригодны для этих целей. Они неспособны действовать в нестационарных нечетких непредвидимых наперед среде и условиях, быть эквивалентными живым существам при любом увеличении их быстродействия, памяти и совершенствовании их генетических программ. Природные интеллектуальные системы могут решать такие задачи не потому, что содержат много нейронов (никакое их физическое количество не может охватить комбинаторное число возможных ситуаций), а потому, что эти нейроны взаимодействуют творчески. Только ИТИ способен на это, включая все вышеупомянутые иерархические ступени.

ИТИ может асимптотически приближаться к творческим способностям своего создателя: все, практически возможные данные, алгоритмы, критерии, цели являются функциями, которые, как и их производные, могут быть описаны полиномами (степенными, кодовыми, гармоническими) – в зависимости от специфики задачи. Случайная компонента ИТП изменяет коэффициенты-параметры полинома, и эта адаптация параметров оказывается творческой, следующей изменениям ситуации. Области и шаги изменений, начальные значения параметров и алгоритм искусственной случайной компоненты, в свою очередь, могут быть объектами ИТП на более высоких уровнях адаптации. Разработчик ИТИ постепенно-асимптотически приближает эти уровни к собственному интеллектуальному уровню, сохраняя быстродействие, объем памяти и другие способности компьютера, создавая творческие программы и творческие компьютеры. Разработчик ИТИ играет по отношению к нему роль «творца», дающего ИТИ самостоятельность в установленных им пределах. (Вышеупомянутая книга содержит ряд конкретных применений ИТИ в различных областях.)

Самовоспроизводящиеся Системы с ИТИ способны превзойти творческие способности их создателей.

4. Существо, обладающее сознанием, может и должно интересоваться своими местом, ролью, следами в эволюции вселенной. Оно создано ЭМТП и ИТП эволюции и можно утверждать, что это создание неотвратимо, хотя может иметь различные формы в разных местах вселенной. Только ИТП является общим для всех этих форм. Поиск внеземной жизни и её сигналов целесообразно проводить именно как проявлений ИТП, а не кодовых или графических символов или картин, которые могут отличаться от земных по условностям, спектру и даже логике.

Генетические знания живого существа и знания, накопленные в течение его индивидуальной жизни, передаются потомкам и другим подобным существам. (Введение результатов индивидуальной адаптации в генетические знания ещё недостаточно изучено, но оно несомненно существует, возможно, посредством эпигенетических изменений работы генов.)

Вся эта информация передается также посредством хорошо известных первой и второй сигнальных систем (первая – сигналы, изотропные действиям; вторая – сигналы, неизотропные действиям), а также малоизвестной третьей сигнальной системы, действующей посредством сигналов электромагнитных биополей. В мозгу и нервной системе движутся электрические импульсы, образуя пространственно распределенные электромагнитные волны – сигналы биополя. Они, возможно, дополняют связи через аксоны и дендриты, решая, особенно в мозгу, нерешенную пока техникой задачу преодоления «тирании межсоединений». Комбинации этих сигналов сложны и, главное, индивидуальны. Однако формы и комбинации сигналов одного и того же смысла могут слабо отличаться у индивидуумов с близкими параметрами нервной системы, что создает возможность явлений, подобных телепатии. Главное средство передачи и восприятия таких сигналов – это «тонкая настройка» передающей и (или) принимающей стороны, выполняемая ИТП изменений структуры связей между нейронами. Генетические способности к такой настройке усиливаются путем обучения и тренировки. Сигналы биополя могут продолжать существовать без большого затухания, и после гибели их источника. (Возможно, это может объяснить «бессмертие душ» и прочие подобные явления.) Таким образом, интеллектуальные следы творческого индивидуума могут в принципе сохраняться некоторое время в дополнение к «материальным» следам в науке, литературе, строительстве, политике, организации и многих других областях, которые тоже некоторое время остаются полезными для потомков.

Третья сигнальная система широко распространена в живой природе. Например, экстремальные действия человека и животных часто предваряются стрессом в их нервной системе, всплеском биополя, воспринимаемым объектом этих действий, когда он ещё не чувствует это своей второй сигнальной системой. (Это имеет место даже между существами разных биологических видов.) По-видимому, человечеству предстоит, и ещё в текущем веке, новая научная революция, связанная с использованием третьей сигнальной системы для избирательных взаимодействий, агрессии и защиты от нее.

В связи с вышесказанным, несколько слов о клонировании и работах по созданию минимального искусственного генома и соответствующего простейшего искусственного организма. Трудности клонирования, такие как скрытые дефекты клонов, невозможность клонирования для ряда биологических видов (возможно, человек находится среди них), нарушения генома при клонировании, возникающие социальные противоречия, не являются непреодолимыми. Но клонирование принципиально не решает свою главную задачу – воспроизведение человеческой личности, ненужную для других существ типа овечки Долли. В самом успешном случае клонирование может воспроизвести биоструктуру индивидуума согласно генетической программе и сделать её «бессмертной», но не воспроизводит его индивидуальные знания и духовные ценности, выработанные и накопленные за всю его жизнь, которые как раз и делают притягательной задачу клонирования человека. Более того, отказ от полового воспроизведения, проходящего через индивидуальную смерть, снижает возможности адаптации и эволюции природных многоклеточных (а также искусственных) систем до уровня простейших «бессмертных» существ. Создание искусственного живого организма будет успешным (исключая все технологические этого трудности) только если минимальный геном сможет обеспечить ИТП.

Список литературы

Goldberg А. Natural and Artificial Creative Processes in Nature, Science and Engineering. Pilies Studio, Tel-Aviv, 2002.