Договориться о том, что все эти разные варианты разбиения системы относятся к одной и той же системе, относительно легко: нужно указывать на место в пространстве-времени, участвующее в разбиении. Если две разные физические сущности (например, функциональные объекты и материальные объекты) занимают одно и то же место в пространстве-времени (это тоже системное рассмотрение!), значит это одна и та же сущность. Если разговор идёт в типах (на уровне мета-модели предметной области «из учебника» прикладной дисциплины, или уровне мета-мета-модели предметной области «из учебника» фундаментальной дисциплины, например, нашего курса), то нужно обязательно давать примеры заземления/grounding. Крайне полезным бывает строить более конкретные описания, то есть демоделировать/рендерить примерно так же, как схематические изображения из систем автоматизации проектирования или ручных эскизов «рендерят» в фотореалистичные изображения[5 - https://en.wikipedia.org/wiki/Rendering_(computer_graphics) (https://en.wikipedia.org/wiki/Rendering_(computer_graphics))], добавляя детали, которых даже нет в исходных моделях, то есть уменьшая абстракцию, порождая/generate более подробное описание возможного состояния физического мира, отвечающее типам исходной более абстрактной модели.
Эмерджентность и мета-системный переход
Для того, чтобы какой-то набор физических частей был системой, нужно кроме признания факта, что эта система часть надсистемы и у неё самой есть части-подсистемы, удовлетворить ещё одному условию: эта система как набор взаимодействующих частей-подсистем должна проявлять какое-то свойство, которого нет у её частей-подсистем, ведущее к возможности новой функции целого-системы, в которые входят части-подсистемы. Это явление называют эмерджентностью (emergence, системный эффект). А ещё это свойство и новая функция пропадает у надсистемы, куда входит рассматриваемая система (но зато у надсистемы появятся новые/эмерджентные свойства, которых нет у системы как её части, этот системный эффект проявляется на каждом переходе от одного системного уровня к другому).
Показа времени нет ни в стрелках::часть механических часов, ни в их шестерёнках::часть, ни в корпусе::часть, ни в пружине::часть. А в часах::целое во время их работы показ времени возможен – в силу взаимодействия их частей. Каждая часть часов выполняет свою функцию в часах в целом, и возникает (emerge) системный эффект (проявляется эмерджентность, новое свойство, новая функция): часы начинают показывать время для надсистемы в системном окружении. Но вот комната (и даже ещё более мелкая подсистема комнаты, куда входят часы – интерьер), уже время не показывает, хотя показ времени часами в ней доступен и делает её удобней для проживания.
Обратите внимание: пересечение вниманием границы системного уровня (называют также мета-системным переходом) меняет всё, он буквально слышен в разговоре о системах, виден в тексте описаний:
• одни роли в связанных с часами проектах специализируются на методах, меняющими состояние уже собранных и работающих часов (используют эмерджентное свойство показа времени, создают интерьер комнаты, у которого другие эмерджентные свойства, нежели у часов), при работе с часами регулярно используется слово «время» как то, что надо будет увидеть (например, нужно ли добавить дополнительный светильник для того, чтобы видеть циферблат механических часов ночью, «посмотреть время») и даже не вспоминается о материалах для деталей часов (это на два системных уровня вниз от интерьера: сами часы и уже дальше детали – их материалы)
• другие роли – занимаются методами сборки часов (создают систему с эмерджентными свойствами часов), показываемое время их волнует в плане точности хода, а не использования.
• третьи роли ничего не говорят о самих часах, но просто изготавливают их детали, интересуясь прочностью и способами обработки металла – шестерёнки, пружинки, корпус. И у этих деталей тоже есть эмерджентные свойства, они ведут себя и характеризуются совсем не так, как ведут себя и характеризуются отдельные атомы, входящие в эти детали.
• … можно идти и дальше вниз по системным уровням: ещё какие-то роли занимаются материалами деталей часов: их прочностью, расширением при нагреве и т. д. – и это отражается в речи агентов в этих ролях как использование совсем другой терминологии.
Конечно, все эти системные уровни согласованы между собой, и регулярно в разговоре сборщиков часов упоминается и материал (его свойства влияют на свойства шестерёнок и стрелок), и время (часы ведь нужно наладить, чтобы шестерёнки и стрелки показывали правильное время!), и даже интерьер дома (обсуждение крепления часов на стене, размеров циферблата, чтобы его было видно через комнату). Но каждый системный уровень отличается своими системами, проявляющими какие-то свойства, меняющими свои состояния и в ходе работы, и в ходе создания из них надсистем методами создания самих этих систем и надсистем из этих систем (какие-то системы надо отливать в формах из расплавленного металла, какие-то – собирать из деталей, как панельные дома, какие-то – обучать, как мастерство). Эти методы меняют состояния частей системы, чтобы получить целую систему и запустить её в работу.
Разные методы создания и развития систем выполняются разными ролями в системе создания, эти роли говорят характерным языком, на котором обсуждаются системы одного системного уровня. Как мы увидим дальше – даже целым набором языков, ибо разные роли, специализирующиеся на обсуждении проблем какого-то системного уровня, используют разные языки для преследования своих интересов.
Разные роли ведут к специализации агентов на мастерстве выполнения методов работы этих ролей. Агенты, специализирующиеся на системах разных системных уровней, тоже будут разными. Люди (или даже AI, или подразделения), которые занимаются проектированием и изготовлением часов – это не те люди, которые занимаются интерьерами, и не те, которые занимаются материалами для деталей часов. Это и есть разделение труда: разные методы работы используются в проектах не просто сами по себе, а в силу появления эмерджентных свойств и функций у систем при смене системных уровней во внимании задействующих их ролей. Создатель интерьеров – архитектурное бюро, специализирующееся на методах создания интерьеров, создатель часов – конструкторское бюро (дизайнеры, занимающиеся эстетикой часов – там) и работающий в партнёрстве с ним часовой завод, создатели материалов для деталей часов – заводы, которые будут поставщиками часового завода.
Переход внимания от одного системного уровня к другому – меняется набор ведущих ролей создателей, меняются их метода работы и объекты этих методов, меняется терминология этих рабочих культур/«языки разговора». Это происходит из-за смены набора понятий, выражающих предметы внимания системного уровня: когда внимание переходит с систем одного системного уровня на системы другого уровня, меняются понятия для частей системы и их важных свойств, поэтому меняется и терминология для выражения этих понятий.
Организм::целое животного прыгает и бегает в момент использования, а его органы::части – нет. Прыжки::поведение и бег::поведение – эмерджентные функции организма. Органы производят какие-то действия внутри организма, они имеют функции в организме (например, мышцы сокращаются, печень чистит кровь, лёгкие насыщают её кислородом и освобождают от углекислоты), это проявление их системных/эмерджентных свойств как целых органов, отдельные клетки внутри органов (части органов) этого делать сами по себе не могут, хотя именно клетки внутри органов вроде как всё и делают в их взаимодействии!
Системы не просто сами состоят из частей, они проявляют своё (субъективно определяемое!) назначение через выполнение какой-то (субъективно выделяемой!) их::часть функциональной роли в составе надсистемы::целое. В предыдущей фразе было упомянуто три системных уровня: 1. подсистемы, 2. целая система из этих подсистем, она проявляет эмерджентные свойства, является частью/подсистемой и имеет функцию в 3. надсистеме.
Основная особенность систем – это то, что «всё со всем связано», части системы в системе ведут себя не так, как они же вне системы, ибо они взаимодействуют между собой. Атомы вне молекулы ведут себя не так, как внутри молекулы. Клетки вне органа ведут себя не так, как внутри органа. Органы в организме ведут себя абсолютно не так, как органы отдельно от организма.
Чтобы разобраться в очень сложных системах, состоящих из огромного количества элементов, их представляют как разбиение/декомпозицию, на каждом уровне которых ожидают системного эффекта/эмерджентности. Например, вот индивидуальные детали автомобиля:
Разбираясь с этими индивидуальными деталями, невозможно понять, как автомобиль работает, для чего все эти винтики и тросики. Чтобы объяснить, откуда появляется движение автомобиля, мы должны рассмотреть двигатель как отдельную подсистему автомобиля, то есть двигатель::подсистема как целую часть машины::система (как бы ни противоречиво звучала эта «целая часть»), составленную из подсистем двигателя, ещё более мелких частей. Чтобы объяснить, почему в автомобиле удобно могут находиться несколько пассажиров, мы должны рассмотреть (выделить вниманием) салон::подсистему автомобиля::система как единое целое из многочисленных деталей, из которых составлен салон.
Мы должны рассмотреть отдельно собранные все детали::«подсистемы» тормозной системы::«система» автомобиля::«надсистема» (для разработчиков тормозной системы автомобиль – надсистема), чтобы показать, каким образом автомобиль может тормозить. Всё это эмерджентные свойства, бесполезно обсуждать для понимания работы тормозной системы не её детали, а опускаться сразу на системный уровень ниже и обсуждать материалы, из которых сделаны детали тормозной системы. То есть эмерджентность/системный эффект торможения появляется, когда материалы уже стали деталями, и торможение происходит из-за взаимодействия уже изготовленных и правильно расположенных в пространстве деталей. Хотя формально «для математиков» торможение происходит из-за взаимодействия материалов, и даже молекул материалов! Системное мышление – это не математическое мышление, оно ориентировано на управление вниманием для обсуждения каких-то действий агентов, а не формальную верность.
Корова Маргарита имеет своей частью хвост, корова Маргарита является частью коровьего стада.
Нехорошо позволять говорить, что коровье стадо имеет хвост, хотя это вроде как корректно: все молекулы хвоста (того самого: коровы Маргариты) входят в молекулы стада. Причем стадо тут не абстрактный объект «множество коров», а вот прямо-таки все молекулы коров в загородке загона для скота. Говорить «хвост стада» математически, логически, физически корректно, но совсем не системно, и это вроде как интуитивно понятно всем: трудно предположить, что вы можете делать с «хвостом стада».
Выделение системных уровней субъективно и существенно зависит от метода, по которым идут работы с системами этих уровней. Так, интуитивно не понятно, можно ли говорить, что карбюратор – часть автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Он отдельная часть автомобиля, или он часть топливной подсистемы, или часть двигателя?! Какие действия надо выполнять с карбюратором, на каком системном уровне надо его рассматривать? Это будет решать инженерная команда в каждом проекте, она должна договориться внутри себя. Но интуитивно понятно: неправильно говорить, что поршень или цилиндр двигателя – это часть автомобиля. Формально это верно, но неправильно, как и в случае хвоста как части стада, вы не сможете обсуждать функционирование поршня и цилиндра непосредственно в автомобиле.
Хороший критерий тут – эмерджентность: обсуждение автомобиля в целом обычно требует обсуждения свойств и функций двигателя в целом, но есть ли там внутри двигателя поршень и цилиндр – это при обсуждении автомобиля в целом неважно.
На каждой границе системного уровня меняются меняются системы как важнейшие объекты внимания, а также связанные с ними «соображения»/«озабоченности»/«предметы интереса»/«важные характеристики»/concerns. При мета-системном переходе (переходе от одного системного уровня к другому – от частей к целым или от целых к частям) вместе с методами работы меняются ведущие дисциплины/теории/модели этих методов, описывающие поведение задействованных методами работы системы на данном системном уровне, меняется профессиональное сообщество, поддерживающее язык разговора на этом уровне и использующее эти дисциплины/знания методов вместе с необходимым инструментарием.
На одном уровне обсуждаем хвосты и рога в корове (со всей проблематичностью выделения их как частей с определёнными границами!), на другом – целых коров и быков в составе стада как надсистемы. На одном уровне обсуждаем двигатель и салон, на другом – поршень и цилиндр в двигателе. Разные системы задают разные предметы интереса, разные языки разговора об этих предметах интереса, разные роли с разными предпочтениями в одних и тех же характеристиках как предметах интереса. Часто эти роли играют даже разные люди-актёры, ибо разные методы работы требуют разного мастерства, а все виды мастерства в приемлемой степени одному человеку получить обычно не удаётся.
Нужно чётко понимать, что сами по себе границы всех упомянутых систем «необъективны», это какие-то деятельностные роли в проекте разработки автомобиля для удобства своих обсуждений часть деталей в совокупности (иногда в системном мышлении это даже называют «целокупостью», подчёркивая, что это не просто «сборка», а создание нового целого из частей) называют «двигатель», другую целокупную/собранную часть деталей «салон», третью – «тормозная система».
Собирать вниманием отдельные части в целое для того, чтобы обсудить проявляющийся системный эффект – это сердцевина системного подхода, самое в нём главное. В инженерии отдельные части ещё и изготавливают отдельно, а потом и физически собирают – но это уже инженерия, а не мышление. В мышлении эти части выделяют вниманием, а вот будет там сборка, или выращивание, или обучение, или ещё какой-то способ изготовления частей на самых разных уровнях – это обсуждается отдельно, при обсуждении инженерных методов.
Эмерджентность в системном мышлении – это главный критерий для объединения каких-то объектов в систему. Если вы собрали в системе какие-то объекты по критериям принадлежности к предметной области/domain (заменили отношение «часть-целое» отношением классификации по принадлежности) и не проверили, что их взаимодействие (а они не взаимодействуют в момент эксплуатации! Они ж просто «принадлежат», являются «частью» в бытовом смысле, а не физической частью! Бытовое использование «части» не различает физичность и ментальность!) даёт эмерджентность – вы неправильно определили систему, у вас это просто объект, выделенный вашим вниманием, а не система! Нет системного эффекта – не система! Три детали на складе на одной полке – не система, нет взаимодействия, нет эмерджентности, нет нового свойства, не нужно выделять систему! Это просто три детали, лежащие на одной полке.
А вот клиентура, собранная из отдельных клиентов – это система. Так, вы можете обсуждать рост клиентуры (число клиентов), обсчитывать значения оттока клиентов, выбирать какой-то «канал продвижения» для клиентуры как сообщества. Получается, что клиенты вроде как не общаются между собой, не взаимодействуют, но взаимодействие таки есть: через компанию, у которой они – клиенты и которая собирает из них целое – клиентуру во взаимодействии с собой. Это может быть проще понять, рассмотрев аккумуляторную батарею: отдельные аккумуляторные элементы работают каждый «внутри себя» и не взаимодействуют друг с другом, но вот вместе они дают «батарею» – и свойства этой батареи определяются числом этих элементов. Вот «батарея» из клиентов – это и есть клиентура, свойства её другие, нежели свойства отдельных клиентов, а взаимодействием клиентов можно обычно пренебречь, но нельзя пренебречь происходящим «внутри клиента».
В силу эмерджентности на каждом системном уровне появляются новые свойства и функции, которые нужно отдельно, но подробно обсуждать агентам, обладающим нужным мастерством в методах работы с этими свойствами::характеристики и функциями::поведение. Так, специалисты по автомобильной мебели могут обсуждать удобство мебели отдельно от специалистов по двигателям, которые будут обсуждать мощность двигателя.
Все проектные/деятельностные роли будут реализовывать предпочтения в важных для них характеристиках/предметах интереса, их методы работы глубоко связаны друг с другом. Понятие системного уровня даёт способ структурировать реализацию этих предпочтений. Предметы интереса и меняющие их методы работы центрируются вокруг систем на разных уровнях системного разбиения, буквально «на разных уровнях крупности деления вещества». В центре теории/знаний/дисциплин/алгоритмов этих методов/практик/способов/культур работы – предметы интереса к эмерджентным свойствам систем.
Проводимые в проекты работы по самым разным методам учёта интересов дают максимальное проявление полезной эмерджентности или предотвращают появление вредной эмерджентности. Конечно, и «полезность», и «вредность» тут субъективны, они определяются ролями исходя из знаний/дисциплин выполняемых ими методами работ: весь проект сводится тем самым к сначала достижению договорённостей между ролями по поводу значений важных для них характеристик/concerns (проект должен дать успешную систему! Все должны договориться!), а затем к воплощению этих договорённостей в физическом мире через выполнение работ по изменению самых разных систем самыми разными методами.
Системные уровни нужны для того, чтобы структурировать достижение этих договорённостей, лучше понимать происходящее: обсуждаются всегда системы из каких-то определённых системных уровней, которые и проявляют свои характеристики, воспринимаемые разными ролями как важные/предметы их интереса. Нужно убеждаться, что обсуждение ведётся специалистами по объектам этого уровня. Точность хода часов обсуждается часовщиками, интерьер обсуждается спецами по интерьеру, а материалы деталей часов обсуждаются специалистами по материалам. При этом обычно специалисты как-то разбираются в характеристиках своего уровня, а также в характеристиках подсистем («из чего сделано») и надсистем («для чего сделано»).
?
Неустроенность и мета-системный переход
Эволюция::«процесс/изменения» – «физическая эволюция вселенной» это всеобщее явление, но мы всё-таки разделим её на отдельные варианты:
• Биологическая эволюция. Усложнение[6 - https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1807890115 (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1807890115)] идёт от молекул к клеткам, от клеток к организмам, от организмов к популяциям и т. д.
• Меметическая эволюция. Это эволюция понятий-мемов (meme[7 - https://en.wikipedia.org/wiki/Meme (https://en.wikipedia.org/wiki/Meme)], образовано так же как ген – gene, и не путайте с интернет-мемами), которые живут как в символьных локальных представлениях (одно место – один символ), так и в коннекционистских[8 - https://en.wikipedia.org/wiki/Connectionism (https://en.wikipedia.org/wiki/Connectionism)] распределённых представлениях/distributed representations (а в последнее время добавились distributional representations[9 - https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2019.00153/full (https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2019.00153/full)]), например, в нейронных сетях (в головах людей, в системах AI на базе больших языковых моделей – это всё нейронные сети разного вида). Например, понятие-мем (иногда при обсуждении меметики говорят «идея», иногда даже «мысль») о том, что «если кошка перебежала тебе дорогу, то это нехорошо». Эта очень странная идея/мысль путешествует по мозгам, как вирус (повторяет себя, реплицируется), и почему-то не умирает окончательно: обязательно находится какой-то ещё один мозг, в котором живёт эта идея. Или идея Ньютона, что массивные тела притягиваются друг ко другу силой гравитации, эта идея тоже не умирает, хотя Эйнштейн выдал идею получше: никакой силы гравитации и в помине нет, а есть искривление пространства-времени массами. Эта идея тоже живёт, на её основе мы имеем GPS навигацию, но она не вытесняет полностью идею Ньютона про силу гравитации. Впрочем, современные рыбы тоже не вытеснили эволюционно древнюю рыбу латимерию, хотя остальные древние рыбы давно вымерли. Природа этих явлений та же, что в биологической/дарвиновской эволюции репликация какой-то информации между нейросетями в техно-эволюции в меру точная, но иногда проходит с мутациями. В одном случае эволюционируют гены (получаются разные организмы, их сложность и разнообразие растут, но простые виды не исчезают окончательно), а в другом случае – эволюционируют мемы (получаются разные теории/объяснения, их сложность и разнообразие растёт, но простые теории/объяснения не исчезают окончательно). Эволюция (дарвиновская и техно-эволюция) вполне физична, но она связана с тем, что накапливается информация на каких-то носителях, эта информация реплицируется – и надо глядеть первоисточники, на которые указано в нашем курсе, чтобы разобраться. Этот материал в курсе будет не столько разъясняться, сколько использоваться. В какой-то момент студенты не выдерживают, и смотрят в первоисточники – и формируют таки у себя физический, а не «общебытовой» взгляд на эволюцию.
• Техно-эволюция. Мутации технических систем производят главным образом люди путём изобретений (догадываются, что для получения какой-то функции::поведения в функциональных объектах можно использовать какие-то конструктивные объекты как аффордансы/«подходяшки»), и мы имеем развитие электротранспорта, робототехники, водопроводов, небоскрёбов и смартфонов, хотя вилка-ложка-нож, лопата и молоток остаются довольно давно неизменными, разве что существенно улучшены материалы, из которых они изготавливаются, да и само изготовление стало существенно дешевле. Важно, что техноэволюция использует сейчас существенно цифровое/дискретное (то есть с точной репликацией) символьное представление описаний систем.
В нашем курсе мы не будем касаться механизмов эволюции, при этом мы уже упоминали в разделе курса «2. Наш вариант системного мышления: третье поколение» в подразделе разделе «Варианты системного подхода» достаточно материалов, чтобы пытливые студенты могли разобраться в физической природе происходящего (и лучше бы не оттягивать это знакомство).
Основная идея в современном взгляде на эволюцию – это что явление неустроенности/неустаканенности/frustrations ведёт к огромному разнообразию квазиустойчивых конфигураций (наборов вариантов подсистем, вариантов конструкции) эволюционирующих систем, причём каждая из этих конфигураций квазиоптимальна, а переход между квазиоптимумами невероятно лёгок и поэтому общий набор конфигураций самых разных систем оказывается неустойчивым, неравновесным.
Нам понятие неустроенности потребуется для того, чтобы обсуждать разные варианты эволюции (и не путайте с психологическими «фрустрациями», в английском языке это слово имеет множество значений, да и оригинальный термин был – geometrical frustration[10 - https://en.wikipedia.org/wiki/Geometrical_frustration (https://en.wikipedia.org/wiki/Geometrical_frustration) – и посмотрите на видео, которое очень хорошо объясняет суть этой «неустроенности/неустаканенности».], никакого отношения к мыслительным затруднениям, речь идёт о физическом явлении).
В упомянутой статье «Physical foundations of biological complexity»[11 - https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1807890115 (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1807890115)] понятие неустроенности поясняется следующей иллюстрацией:
Она показывает, что у эволюционирующих систем в каком-то определённом смысле есть память (физики говорят про системы с памятью «не эргодические[12 - https://ru.wikipedia.org/wiki/Эргодичность (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%80%D0%B3%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C)]», они не хаотично блуждают по всем своим состояниям), они запоминают конфигурацию «оптимума выживания». Но в реальной ситуации память не запоминает найденное конфигурационное решение намертво, ибо существует очень много разных конфигураций системы, у которых примерно одно и то же квазиоптимальное «соответствие нише»/fitness, между которыми очень маленькая разница в «оптимальности». Конечно, есть самые разные конфигурации систем, которые не смогут выжить, и их большинство, но и конфигураций, в которых системы выживут, предостаточно, и они очень мало отличаются друг от друга.
В приведённых картинках это не одна конфигурация с безусловной принадлежностью к квазиоптимуму, а остальное – не выживет, а огромное количество конфигураций, которые эволюция может проходить в ходе бесконечных мутаций. И ни одна из этих конфигураций не будет окончательной, «целью и итогом эволюции»! Эволюция тем самым оказывается бесконечной, хотя и является хорошо описываемым процессом оптимизации конфигурации какой-то системы.
Скажем, вы приходите в магазин смартфонов и видите одновременно сотню очень похожих друг на друга моделей, все из которых находят какой-то рыночный спрос. Это и есть проявление эволюции: огромное разнообразие более-менее выживающих в разных экологических нишах[13 - https://ru.wikipedia.org/wiki/Экологическая_ниша (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BD%D0%B8%D1%88%D0%B0)] (в нашем случае – техно-экологических нишах, то есть техно-ценозах, а не биоценозах) конфигураций (то есть наборов вариантов подсистем, вариантов конструкции) каких-то эволюционирующих систем. Это разнообразие и неустроенность как множество вариантов конфигурации, каждый из которых квазиоптимален, поэтому переходы от одного варианта к другому почти незаметны в части оптимальности включения в нишу, верны для всех видов эволюции – био, мемо, техно. Ну, и время от времени случаются скачки в уровне оптимизации. Скажем, мобильные телефоны были заменены на смартфоны – «нарисованная тастатура» оказалась лучше, маленькие размеры телефонов заменились на «лопаты» больших размеров – большой экран оказался лучше. Динозавров уже нет, хотя когда-то оптимальными были именно динозавры. А сегодня нет старых мобильных телефонов, хотя когда-то оптимальными до 2007 года (выпуск iPhone) были именно они.
При этом нужно аккуратно обращаться с типами связанных с эволюцией понятий. Скажем, реплицирующиеся в нейросетях мемы могут пониматься и как гены из генома, то есть части наследственного материала (гены физичны! Это буквально физические части молекул ДНК), и как реплицируемая в ходе обучения нейросети информация, то есть не быть материальными. Но тут помогают ходы, в которых мем может быть рассмотрен как «элементарная программа», базирующаяся на физической аппаратуре нейросети (например, на мозге) – это рассмотрение близкое к рассмотрению мастерства, как системы из запрограммированной на выполнение метода части физического мозга. В других школах мысли мем – это информационный объект, описание для программирования мозга.
При этом даже с биологическим геном есть разночтения: классическое понимание гена в том, что он физичен (часть ДНК), но используют понятие «ген» часто не как собственно «ген»::система, а как «информация, закодированная геном»::описание (например, так можно использовать и слово «мастерство» – не то, что умеет выполнить агент, а «описание метода, которое содержит в себе агент»).
В любом случае, разбирайтесь по контексту, с каким типом вы имеете дело: геном и мемом как информацией или геном и мемом как физическими объектами. С «мастерством», «программой» и прочими объектами такого сорта (алгоритм и универсальный вычислитель/computer для его выполнения, «расширенный/обобщённый на изменения/трансформацию физического мира алгоритм» из метода работы и универсальный создатель/constructor с инструментарием для его выполнения) – то же самое, будьте осторожны в присваивании типа, разбирайтесь с контекстом, в котором употреблён термин.
Скажем, вы легко поменяете описание метода (например, поменяете учебник игры на рояле с учебника для классической музыки на учебник для джазовой музыки), это просто заменить одно локальное/символьное представление на другое. Но вот заменить мастерство игры на рояле так просто не удастся, переучить одно мастерство на другое (одно распределённое представление на другое) не так-то просто. Заменить ген в «генах-описании» (заменить символ) – легко. А вот заменить физический ген в организме не так просто. Экземпляр физического гена будет представлен в каждой клетке организма, надо будет дотянуться до каждой клетки, или прицелиться точно в замену гена в зиготе (помните ещё школьный курс биологии, что такое зигота?).
Ещё одна проблема – это понимание того, что именно эволюционирует, какая система. В биологии это проблема биологического индивида: эволюционирует геном (набор всех генов), организм с феномом (организм с набором всех проявленых свойств, определяемыми геномом), популяция (ибо для эволюции требуется самец и самка, а это уже больше одного организма – популяция), вид (все особи, относимые к виду)? Точного ответа на этот вопрос нет, и будет сразу встречный вопрос: а какой у вас проект, как вам в этом проекте удобней для того, чтобы менять мир к лучшему? Современные результаты также показывают, что бесполезно обсуждать эволюцию только одного вида, ибо эволюция всегда идёт только в контексте эволюции всех остальных видов.
Особи/индивиды/экземпляры каждого вида эволюционирующих био, социо, техно систем состоят из многочисленных подсистем и входят в надсистему, как и любые другие системы. И сложность надсистем растёт за счёт того, что в какой-то момент эти надсистемы начинают объединяться друг с другом, выполняя разные (функциональные) роли в целой уже над-надсистеме, то есть совершая очередной мета-системный переход. Это есть и в техно-эволюции (эволюции инструментария): молотки, как и микробы, живут сами по себе. Но вот телевизор, навигатор, телефон, часы, записная книжка, пульсометр и музыкальный центр как функциональные объекты (в которых важна функция, но неважна конструкция) вдруг оказались одним более сложным конструктивно устройством – смартфоном, в котором живут как подсистемы множество устройств поменьше, «приложений»::подсистем, выступающих чем-то типа органов в организме. Это вот оно и есть: какие-то из удачных для их объединения систем какого-то системного/эволюционного уровня/масштаба объединяются в надсистему – и сложность биологического, меметического, технического мира растёт.
Читаем по геометрическим неустроенностям объяснения в статье[14 - https://en.wikipedia.org/wiki/Geometrical_frustration (https://en.wikipedia.org/wiki/Geometrical_frustration) – и посмотрите на видео, которое очень хорошо объясняет суть этой «неустроенности/неустаканенности».], росту сложности биологических (и социальных! И технических!) систем из-за этих неустроенностей как происходящих от конфликтных взаимодействий на разных системных/эволюционных уровнях статью[15 - https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1807890115 (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1807890115)], термодинамические объяснения и математику для обоснования эволюционных процессов как процессов познания/learning и в том числе как причины появления жизни в статье[16 - https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2120042119 (https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2120042119)], и сами подходы к теории эволюции как многоуровневому обучению, в том числе понимание, что эволюция сама по себе многоуровневая и движется вот этими неустроенностями[17 - https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2120037119 (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2120037119)]. Вот как в этих работах определены основные принципы (понимаемые как основные онтологические догадки, то есть объекты, в терминах которых можно обсуждать происходящее, «аксиоматический подход» в физике) дарвиновской эволюции, то есть эволюции жизни, где геном внутри организма. Техно-эволюция, где мемом в конструкторском бюро, а целевая система делается на заводе и не содержит в себе мемома, или меметическая эволюция, где мемом лежит где-то в форме фрагментов видео на серверах или «идей» в бумажных книгах – это тоже эволюция, там могут быть небольшие отличия в трактовках, но в целом там будут выполняться те же принципы:
1. Функция потерь/loss function. В любой эволюционной системе существует функция потерь от переменных/физических величин, зависимых от времени. В ходе эволюции потери минимизируются, эволюция – это оптимизационный (поиск минимума функции потерь) процесс.
2. Иерархия масштабов времени. Эволюционирующие системы включают множество меняющихся во времени/динамических характеристик, которые меняются на различных временны?х масштабах (с различными характерными частотами: секунды, годы, тысячелетия).
3. Разрывы частот. Характеристики, проявляющиеся на разных организационных/системных/эволюционных уровнях (уровнях системы/организации), разделены достаточно широкими (три порядка величины) разрывами в частоте.
4. Ренормализуемость. По всем уровням организации статистические описания быстроменяющихся (высокочастотных) характеристик получаются через описания медленнее меняющихся (низкочастотных характеристик).
5. Расширение свойств. Эволюционирующие системы имеют способность добавлять дополнительные характеристики, которые могут быть использованы для выживания системы и возможность исключать характеристики, которые могут дестабилизировать систему (эмерджентность для позитивных свойств и устранение эмерджентности для проявляющихся негативных свойств).
6. Размножение. В эволюционирующих системах размножение/репликация и исключение из размножения информационно-обрабатывающих единиц (IPU, information-processing units, мы их называли «агентами») может быть на каждом системном/организационном/эволюционном уровне.
7. Поток информации. Системы медленно «эволюционирующих»/меняющихся системных уровней передают информацию системам быстро меняющихся в ходе познания/обучения/learning уровней, чтобы системы быстро меняющихся уровней могли лучше предсказывать состояния как окружающей среды, так и окружения системы в целом. В центральной догме молекулярной биологии добавляют, что обратный ход информации устроен по-другому: от «быстро обучающегося организма» к медленно меняющемуся «геному» информация идёт не путём передачи, а другим механизмом: мутации и смерть организмов с неподходящими мутациями. В техно-эволюции и мутации не любые из-за неминуемых сбоев в точности репликации, а smart (с расчётным наиболее вероятным успехом, не случайные).
А вот феномены жизни, которые из них следуют:
1. Наличие единиц, обрабатывающих информацию (IPU, information processing units) как отдельных систем на всех уровнях организации, то есть какая-то автономия и устойчивость существования молекул, клеток, организмов, популяций и биосферы в целом – они как-то поддерживают свою идентичность, не растворяются в окружении.
2. Неустроенность. Цели поддержания устойчивости (NESS, речь идёт об устойчивости в неравновесной ситуации, грубо говоря, «не дать разрушиться, поломаться, рассеяться в окружении») систем разных уровней конфликтуют, и это порождает неустроенность. Неустроенности/неустаканенности бывают или пространственные (geometrical frustrations), или во времени. Так, нейрон в мозге имеет своей функцией реакцию на входящий сигнал, это означает, что он будет реагировать на этот сигнал не как хочет, а как нужно для обработки сигнала целой группой/кластером нейронов как надсистемой, в которую входит система-нейрон. Это пространственный конфликт целей: оптимизировать обработку сигнала «как попроще» в рамках самого нейрона не получится, ибо это будет конфликтовать с обработкой сигнала «как надо» со стороны как кластера нейронов, и далее по системным уровням – со стороны каких-то долей мозга, отделов мозга, далее всего мозга. С другой стороны, нейрон работает с какой-то своей частотой, в своём временном масштабе, но это может не соответствовать временно?му масштабу, в котором ему нужно работать в более вышестоящей единице организационного устройства (кластере нейронов, долей и отделов мозга, мозге). И пространственные, и временны?е неустроенности не могут быть устранены полностью, но в рамках какого-то оптимального баланса может быть достигнуто локальное (не глобальное!) устойчивое неравновесное состояние – поиск этого устойчивого неравновесного состояния (NESS) и есть познание/обучение/learning эволюционирующей системы.
3. Иерархия системных уровней. Если система эволюционирует, то у неё с необходимостью будет множество системных уровней (рост сложности в ходе эволюции неизбежен).
4. Субоптимальность (near optimality). Для сложных многоуровневых оптимизаций можно использовать только стохастические методы, которые не гарантируют как устойчивость решения (то есть при попытке повторить будет получаться слегка другой вариант), так и нахождение глобального минимума (будут получаться не абсолютно оптимальные варианты, а просто более оптимальные, чем многие другие – но сравнимые с другими возможными к нахождению вариантами). В биологических системах через 4 миллиарда лет эволюции это проявляется в том, что всё уже более-менее оптимизировано, поэтому изменения в системах чаще всего ведут к ухудшениям, очень редко к улучшениям и в общем случае вообще ни к чему не приводят, ибо не так далеко уж уводят от уже найденного локального минимума потерь. Изменения, приводящие к переходу на локальный (никогда не глобальный, он недостижим принципиально) очередной уровень минимума потерь, крайне редки.
5. Разнообразие субоптимальных решений. Есть огромное конструкционное/конфигурационное разнообразие систем, для которых функция потерь субоптимальна и имеет очень близкое значение. Это само по себе свойство неустроенных систем, при этом неустроенные системы неэргодичны[18 - https://ru.wikipedia.org/wiki/Эргодичность (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%80%D0%B3%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C)], то есть они имеют какую-то память и поэтому эволюционные их пути скорее расходятся, чем сходятся. Конструкционное разнообразие неустроенных систем растёт, и все они имеют очень близкие значения функции потерь.
6. Разделение фенотипа и генотипа. Критически важным в феномене жизни оказываются два нарушения симметрии: а) «цифровая» с дискретными значениями, стабильная, медленно обновляемая память и по большей части аналоговые системы обработки информации и б) информационный поток между IPU/системами разных уровней как прямые «инструкции» генотипа фенотипу, а фенотип не может изменить генотип прямо, и изменения идут через мутации. Пример тут – «центральная догма молекулярной биологии», что информация идёт от ДНК к белку, но не наоборот. В компьютерной архитектуре то же самое: в архитектуре фон Неймана память отделена от центрального процессора, и поток инструкций идёт из памяти в процессор. И если речь идёт о любой более-менее сложной «информационной системе»::система, то память::подсистема как-то отделяется от процессора/обработчика::подсистема.
7. Размножение. Существование долговременной цифровой памяти (например, ДНК или РНК для генома) даёт возможность стабилизации IPU/систем – если бы памяти не было, то каждый раз приходилось бы информацию о стабильной системе получать эволюцией заново (и помним, что эволюционные процессы сразу обсуждают шкалу времени минимум на три порядка более медленную, чем возможная скорость нарушения обсуждаемой стабильности, там ведь «поколения»), но вместо этого она просто копируется. Цифровость/дискретность вместо аналоговости в памяти должны быть достаточно выражены, чтобы не накапливалась ошибка при многократном размножении/репликации, если точность репликации недостаточна, то жизнь не получается. На данный момент только биосфера представляет собой механизм передачи информации об устойчиво существующих системах, который не сломался за примерно четыре миллиарда лет.
8. Естественный отбор. Дарвиновская эволюция по принципу естественного отбора возникает из комбинации всех принципов и феноменов жизни, которые были описаны. IPU отличаются от среды и друг от друга, они разнообразны, они стабильны и содержат в себе кроме обработчиков/процессоров информации ещё и цифровую память (геном), а ещё они могут размножаться, сохраняя эту память (передавая геном потомству). Стабильность наиболее удачных/стабильных IPU при этом будет потихоньку расти, они будут чаще встречаться. Менее удачные/стабильные (с высокой функцией потерь в результате накопившихся мутаций) будут исчезать. Ключевая особенность дарвиновской эволюции: генотипы размножаются, но это размножение ограничивается откликом от окружающей среды, передаваемой через фенотипы (которые либо далее успевают размножиться, либо не успевают, уж какими свойствами их снабдил для этого генотип). Похоже, что этот феномен присущ главным образом биологической жизни, а не любой эволюции.
9. Паразитизм. Паразиты и совместная эволюция паразитов и хозяев повсеместны на множестве организационных уровней и являются неотъемлемой чертой эволюции жизни. Паразиты высоковероятны, а высокоэффективная иммунная система дорого стоит в части затрат энергии. В краткосрочной перспективе паразиты вредны, а в долгосрочной перспективе полезны, ибо являются источником новых функций в хозяине, от паразитизма возможен переход к симбиотическому существованию и даже полной интеграции. Паразиты и хозяева могут быть одноуровневыми (паразиты-организмы живут на хозяевах-организмах), но могут быть и транс-системны (генетические элементы паразита паразитируют на геноме организма или клетки-паразиты паразитируют на многоклеточных организмах хозяина). Этот феномен тоже вроде как присущ главным образом биологической жизни, но не техно-эволюции (впрочем, хакеры могут не догадываться о таком замечании, а их работа имеет и теоретическое обоснование[19 - https://ailev.livejournal.com/1622346.html (https://ailev.livejournal.com/1622346.html)]).
10. Программируемая смерть является неотъемлемым свойством жизни. И это относится к биологической эволюции, не факт, что это нужно соблюдать, когда мы рассматриваем другие виды эволюции (скажем, техно-эволюцию).
Тем самым запоминайте и постарайтесь учесть в мышлении:
• Мета-системные переходы по линии увеличения наблюдаемых системных уровней появляются в ходе эволюции. Рост числа системных уровней происходит из-за неизбежных неустроенностей между системными уровнями, выживают только какие-то конфигурации систем, наиболее точно решающие задачу многоуровневой (а не одноуровневой!) оптимизации, и появление более высоких системных уровней увеличивает устойчивость полученных решений. Самый успешный на своём системном уровне (например, раковая клетка печени очень успешна! Она размножается без ограничений!) может вымереть из-за того, что не учтена многоуровневость оптимизации конфигурации. Империи, которые растут как раковые опухоли, неминуемо распадаются, ибо будут встречать сопротивление с более высокого уровня и более низкого уровня (оптимизация многоуровневая!), а устойчивого состояния страновых границ не будет никогда: эволюцию не остановишь, её суть как раз в нахождении этих концептуальных новаций, увеличении разнообразия видов в ходе естественных мутаций в биологической дарвиновской эволюции, или в ходе инженерных изобретений при меметической (например, социальной, культурной) или техно-эволюции (технических систем). Страны тут такой же объект, как и любой другой, многообразие видов стран будет только расти.
• Для каждого мета-системного перехода между системными уровнями внимание рассматривает новые свойства систем каждого уровня за счёт эмерджентности, поэтому меняются методы работы с этими системами, язык разговора об этих системах, дисциплины/теории/объяснения функций/методов работы этих систем. Нельзя функции/методы работы этих систем объяснить в терминах функций/методов работы надсистемы (грех холизма, работу человеческого организма нельзя объяснить политическими теориями или даже теориями семейной жизни – это теории более высоких системных уровней), нельзя функции/методы работы этих систем объяснить через методы работы подсистем (грех редукционизма, нельзя работу человеческого организма в целом объяснить через понятия кардиологии или проктологии). Это означает, что нельзя слишком центрироваться на переносе свойств людей на системы других уровней: нельзя обсуждать работу человеческих органов так, как будто это маленькие люди, нельзя объяснять происходящее в международной политике так, как будто страны – это такие огромные люди. Отслеживайте, что вы используете адекватный язык обсуждения, меняйте объяснительные теории при переходе с уровня на уровень. Например, у города не может быть инфаркта, но у отдельных людей в нём – может быть, страна не может «обидеться», но обижаются в стране отдельные люди – особенно часто застревание происходит на уподоблении самых разных систем человеку. И «организация» – это будет «лицо» навроде человека, и смартфон, и город, и страна. Отслеживайте такое и у себя в мышлении, и в других, деантропоморфизируйте по возможности и учитывайте наличие многих системных/эволюционных уровней/масштабов.
Нужно также отметить, что математические описания физических процессов, познания/learning и эволюции удивительно похожи. Мы уже говорили о том, что математика задаёт набор удобных понятий для типизации, а физика задаёт набор функциональных объектов, удобных для описания взаимодействий в физическом мире. В рамках исследований с использованием физики и математики происходит довольно жёсткая проверка (сначала логикой и рациональными рассуждениями, а потом и экспериментом) того, что поведение математических объектов в мысленных экспериментах соответствует поведению физических объектов, взятых как функциональные объекты по отношению к конструктивным/материальным объектам. При этом будет использован принцип 4D экстенсионализма: физический рассказ про мир в терминах функциональных объектов из учебника физики типа «физическое тело» и рассказ про мир в терминах учебника предметной области, где вместо физического тела будет какая-нибудь «ракета» позволяют отождествить мир учебника физики и мир жизни.
Посмотрите пример таблицы, которую сделали на базе сравнения похожести математических описаний в термодинамике, теории нейронных сетей (глубокое обучение/deep learning) в машинном обучении и теории эволюции[20 - https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2120042119 (https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2120042119)]:
