Примеры построения и обоснования сходящейся спирали для различных областей развития

В диалектическом анализе развития процесса познания Ф. Энгельс (в "Диалектике природы") подчеркнул нарастающие темпы и циклический характер развития наук. Рассмотрим два "сегодняшних" примера: один - из области познания, другой - из области развития техники.

Пример из области познания (биологии). Говоря о стремлении биологов найти ответ на вопрос: "Что такое жизнь?", академик А.Г. Курсанов сравнил процесс, идущий сейчас в биологии с глубинным бурением: "Как геолог стремится к центру Земли, так и биолог стремится к самому центру своей проблемы, где за семью замками скрыт главный вопрос: что такое жизнь?" [5]

Процесс познания в этой области автор иллюстрирует схемой в виде концентричных колец (рис. 30), отображающих ступени познания. Каждое из сходящихся к центру колец - определенный этап (качественный скачок) в организации (становлении) биологической науки. По существу, это одна из современных попыток создания мысленной модели процесса самоорганизации. Она примечательна тем, что несет в себе идею сходимости.

Рис 30. Развитие процесса познания в биологии (по Курсанову)

До XVIII в. биологическая наука как целостная структура еще не существовала. Имелись лишь отдельные, разрозненные, несистематизированные (хаотичные) данные, предположения. Другими словами, можно констатировать, что энтропия в этой области науки была максимальной (» 1).

К середине XVIII в. в итоге многочисленных наблюдений и экспериментов, продолжавшихся около ста лет после изобретения микроскопа (Гук, Мейен, Левенгук, Шлейден, Шванн), родилась клеточная теория. В 1958 г. Р. Вирхов сформулировал главный постулат этой теории: "Каждая клетка из клетки". В целом в XVIII-XIX вв., на первом этапе развития биологии, главное внимание обращалось на описание внешнего вида организмов и их образа жизни. На этом этапе Ч. Дарвин открыл закон эволюции живых организмов - естественный отбор, означавший "выживание наиболее приспособленных" (Ф. Энгельс).

Это был исторически необходимый этап, производивший инвентаризацию живых существ и систематизацию их по внешним признакам, но не проникавший во внутреннее существо самого явления жизни.

Позднее, во второй половине XIX в., получила развитие физиология, которая с помощью специальных приборов и методов могла улавливать в живых организмах процессы, недоступные прямому наблюдению. Большой вклад в науку внесли в этот период в нашей стране К.А. Тимирязев, работавший в области физиологии растений, и И.П. Павлов, развивший физиологию животных и человека. Этот период был очень плодотворным для практики (в частности, для агрономии и медицины), однако оставался неясным внутренний механизм физиологических процессов.

Открытие ферментов и теории катализа в 1940 г. означало следующую ступень в познании жизни.

Очередной качественный скачок наступил уже в 1949 г. с изобретением электронного микроскопа, позволившего проникнуть в тончайшую организацию живых организмов на субклеточном уровне.

Следующий крупный прорыв вглубь организации жизни был совершен экспериментальной биологией в 1953 г. открытием структуры ДНК - знаменитой "двойной спирали" [6]. Это революционное открытие повлекло за собой огромное количество новых исследований, завершающих "отделку основного корпуса" биологической науки.

Такова вкратце диалектика познания в биологии. Если ее изобразить в виде предложенной нами сходящейся спирали, то получим наглядную динамическую картину (рис. 31) развития этой науки.

Рис. 31. Спираль развитая процесса познания в биологии

Анализируя рис. 30 и 31, можно отметать определенное сходство построенной схемы со схемой Курсанова, которую можно интерпретировать как вид сверху на нашу спираль. Сходство еще более увеличится, если кольца Курсанова связать друг с другом в виде витков единого временного процесса, как показано пунктиром на рис. 30.

Сходящаяся спираль (см. рис. 31), отражающая те же этапы познания, нам представляется более адекватной диалектике этого процесса; здесь мы видим начальный скачок (от состояния максимальной энтропии) и последующие скачки (уменьшающие эту энтропию). Вертикальную ось ("прогресса") можно интерпретировать как "шкалу знаний", на которую проецируются относительные истины в виде не подвергшихся элиминации знаний (ибо наука не только простое накопление, а обновление знаний). Сумма этих знаний неограниченно растет, приближаясь к "абсолютной истине".

В таком толковании все приведенные этапы познания являются переходным процессом от незнания к знанию, к истине, которая всегда относительна. Таким образом, модель на рис.31 отражает и ленинскую идею неисчерпаемости материи, следствием чего является невозможность постичь "абсолютную истину в конечной инстанции".

Сходящаяся форма спирали, отображающая детерминацию системы знаний и закономерное наступление эволюционной стадии ее развития, отнюдь не означает "исчезновения скачков". Напротив, высокоразвитая информационная структура создает предпосылки для возникновения новых "начальных" скачков. Она как бы возбуждает негэнтропию на новом (эквипотенциальном) уровне и дает начало развитию новых информационных структур.

Таким новым направлением (новым "начальным" скачком, см. рис. 31 в развитии биологической науки является освоение внутриклеточного скрещивания, позволяющего создавать новые виды растений и животных. До сих пор генетические изменения, или мутации, происходили случайно, под воздействием слепых сил природы. Теперь Человек становится "хозяином" молекул, из которых состоит всех живое и он сам. Пересадка генов, освоенная в начале 70-х годов, - это одно из крупнейших биотехнических достижений нашего времени: ее осуществление сулит труднообозримые последствия для дальнейшего развития биологии и биосферы в целом.

Новое направление по целенаправленному изменению генетических программ получило название "генной инженерии" (за рубежом - "работа с рекомбинантной ДНК"). Здесь наука и техника открыли совершенно новые возможности: извлекать из клетки само вещество жизни, изолировать, в деталях изучать, в нужных местах разрезать, а затем сшивать с другими фрагментами, т.е. целенаправленно манипулировать с генами для создания новых видов, например сельскохозяйственных культур повышенной урожайности и устойчивых к погодным условиям. Уже существуют "генные машины", способные собирать фрагменты генов за несколько часов. Сегодняшние успехи генной инженерии убедительно показывают, как утверждает Б.М. Медников, "что до широкого внедрения в практику методов направленного изменения наследственности остаются считанные годы" [23].

Пример из области техники (ЭВМ). Рассмотрим теперь процесс самоорганизации такой информационной структуры, как ЭВМ. Первыми вычислительными устройствами были различные, механические приборы, наиболее типичным представителем которых является широкоизвестный арифмометр. Характерным для механических устройств была десятичная система счисления.

Переход на двоичное счисление и электричество ознаменовали. революцию в вычислительной технике (начальный скачок).

Непосредственными предшественниками ЭВМ явились машины двоичного счисления, выполненные на электромагнитных реле. Они сыграли свою положительную роль, но вскоре были революционным путем заменены электронными лампами, что означало рождение ЭВМ I поколения.

40-летyяя история развития вычислительной техники характеризуется небывалым ростом технологии, позволившей достичь огромного прогресса в параметрах ЭВМ. Скорость вычислений за это время возросла на шесть десятичных порядков (от 1 тыс. до 1 млрд операций за 1 с). Почти в такой же степени возросла емкость памяти.

Этапы развития ЭВМ даны в табл. 3, составленной по ежегодным выпускам "Обзора зарубежной вычислительной техники".

Переход от I поколения машин ко II и от II поколения ЭВМ к III* также носил революционный характер и сопровождался полным отказом от старых элементов в пользу новых (электронная лампа ® полупроводник ® интегральная схема), имеющих быстродействие на 1-2 порядка выше. На рис. 32 показана спираль, построенная согласно табл. 3. Эта модель позволила автору в 1970 г. высказать прогноз о том, что в процессе самоорганизации ЭВМ должна наступить эволюционная стадия развития, что в дальнейшем подтвердилось.

Рис. 32. Построение модели процесса самоорганизации ЭВМ

Если обратить внимание на характер изменения при переходе от III поколения ЭВМ к IV и V, то замечаем, что в части элементной базы здесь интегральные схемы (ИС) заменяют на средние (СИС), а затем большие (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС):

ИС ® СИС ® БИС ® СБИС,

т.е., по существу, не отказываясь от интегральных схем, а совершенствуя их.

В упомянутых выпусках "Обзopa..." говорится о том, что в начале 70-х годов ЭВМ вступила в эволюционную стадию развития: "Вновь подтвердилось мнение, что переход от III поколения машин к IV будет иметь эволюционный характер... Перед разработчиках ЭВМ стоит проблема создания систем достаточно гибких по конструкции, конфигурацию которых можно изменять в соответствии с различными требованиями. Это позволит обновлять отдельные узлы системы при сохранении всей остальной части, оперативно и экономно внедрять новые технические достижения в области вычислительной техники по мере их появления" [7] (выделено нами. - А.P.).

В "Обзоре..." за 1972 г. делается аналогичный вывод о том, что "границы смены поколений в последнее время становились еще менее отчетливыми". Стабилизация архитектуры ЭВМ, читаем в "Обзоре" за 1975 г., "безусловно является одной из причин того,. что переходы от одного поколения к другому носят постепенный характер и различия между поколениями машин не очень ярко выражены".

Приведенные выше подтверждения ослабления характера скачкообразных переходов и наступления эволюционного этапа развития ЭВМ свидетельствуют о том, что оптимизация управления, как следствие высокой интенсификации информационных процессов и исследований, проникает вглубь самой передовой области техники. С информационной точки зрения изменение характера скачков из революционных в эволюционные следует объяснить достижением в процессе развития ЭВМ такого уровня организации и совершенства архитектуры, при котором доля элиминируемого существенно уменьшается.

Аналогичная картина в микропроцессорной технике. Здесь появление новой разработки не исключает применения ранее созданных микропроцессоров: они используются совместно, взаимно дополняя друг друга и расширяя технические возможности микропроцессорных систем [8].

Еще оптимальнее решается задача соответствия персональных ЭВМ (ПЭВМ) запросам конкретного потребителя - лишь с помощью дополнительных плат. Это позволяет иметь всегда современную машину, постоянно эволюционирующую за счет подсоединения новых плат [9] . То есть по мере накопления знаний и возрастания уровня организации развивающейся системы процесс становится все более эффективным, экономичным, эволюционным.

Ну а что же дальше? Скачки исчезнут и дальнейшее развитие ЭВМ остановится? В подобной постановке вопроса некоторыми оппонентами заключено, на наш взгляд, поверхностное (в какой-то степени метафизическое) понимание диалектики, когда развитие связывают только со скачками, с неизменным их чередованием. Можно привести сотни примеров из биологии и ноосферы, когда, возникнув и пройдя скачкообразный переходный процесс самоорганизации, та или иная информационная структура находит свою оптимальную архитектуру и сотни, тысячи лет живет, функционирует с небольшими эволюционными изменениями. И некоторые типы сегодняшних машин, калькуляторов могут еще продолжительное время с пользой применяться без существенных изменений. Это, как момент "сохранения положительного" вполне соответствует диалектическим представлениям.

Наступление эволюционной стадии в развитии ЭВМ (в области насыщения, см. рис. 32) показывает, что электроника здесь близка, как говорится, к своему "потолку". Хотя полупроводниковые приборы и интегральные схемы на основе МДП-систем (металл - диэлектрик - полупроводник) позволили создать новое поколение микроминиатюрных интегральных схем с более высоким быстродействием, однако принципы действия интегральных схем остаются пока теми же, что и в классической электронике.

Для дальнейшего развития вычислительной техники необходимы качественно другие принципы. Более того, они уже найдены! Речь идет об оптике, об оптических ВМ (ОВМ) с голографической памятью и "картинной" логикой. "Родилось новое направление - интегральная оптика, - указывал Г.И. Марчук, - это совершенно новая электроника, основанная не на потоках электронов, а на потоках света" [10].

Новый революционный скачок в рассматриваемой области подготовлен объективными потребностями технического прогресса и возникшими трудностями использования современных ЭВМ при обработке сверхбольших массивов информации, доставляемых, например, космическими аппаратами. Если в ЭВМ каждое переключение элемента осуществляет передачу лишь единицы информации, то в ОВМ подобное переключение способно нести огромный объем информации. При этом считается достижимым быстродействие порядка миллиардов операций в секунду. В ОВМ будут использоваться естественные языки и средства речевого диалога, которые существенно повысят интенсивность и эффективность общения человека с машиной. Возможен новый качественный скачок и в дальнейшей микроминиатюризации машин на пути превращения единичных молекул (или же их сравнительно небольших агрегатов) в элементы электронных схем, а в перспективе - создание молекулярных ЭВМ (или биокомпьютеров). Так, в Японии создан новый материал, позволяющий записывать до 10 млрд (10¹⁰) бит на одном квадратном сантиметре. Новое вещество получено шлем охлаждения его молекул до почти абсолютного нуля с последующим облучением лазерным лучом. Считается, что этот материал может найти широкое применение в оптических компьютерах, видеозаписывающей аппаратуре, в банках данных.