Есть мнение

Активность материальных систем, ее информационно-эволюционная роль, количественная и качественная оценка

29 октября 2016
 

АКТИВНОСТЬ МАТЕРИАЛЬНЫХ СИСТЕМ,

ЕЕ ИНФОРМАЦИОННО-ЭВОЛЮЦИОННАЯ РОЛЬ,

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ И КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА

 

Нижегородский государственный университет, Нижний Новгород

sabcor@mail.ru

 

Взаимное влияние (действие) и тел, и явлений друг на друга, т.е. их взаимодействие, выражает сущность самого существования и развития Вселенной (Краткий… 1979; Хайтун, 2009). При этом одни тела оказываются деятельнее, активнее, чем другие, что и обусловливает вечное движение материи, ее вечное, необратимое изменение – развитие. Поэтому давно (по крайней мере с ХVIII–XIX в.в.) многими западно-европейскими исследователями активность (в той или иной форме и в разной терминологии) признана важнейшим свойством материи (Ламарк, 1959; Бэттлер, 2005). Более того, представляется постулатом, что активность материи есть причина ее существования и развития (Савинов, 2013а,б). Однако проблема в том, что существуют крайне противоречивые мнения в отношении явлений активности материальных систем, ее значимости, а также разные взгляды на само понятие «активность», несмотря на широчайшее использование его и производной от него терминологии в современной естественно-научной литературе.

 

ПОНЯТИЕ «АКТИВНОСТЬ», ПРИРОДА И ПРОЯВЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ

НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

 

Говоря о категории и термине «активность», сначала необходимо коснуться семантических особенностей самого термина и связанных с ними методологических коллизиях. Это обусловлено прежде всего тем, что в словарях русского языка (Ожегов, 1986; Ожегов, Шведова, 2010) значение слова «активность» можно определить только косвенно по слову «активный», т.е. деятельный, энергичный. Слова «actio» (движение, действие, деятельность, активность – лат.) и «activity» (деятельность, активность, энергия – англ.) фактически равны по смыслу (Дворецкий, 1976; Англо-русский…, 1980). Но считается (Дубов, 2011), что привнесение из английского в русский язык слова «активность» породило в психологии методологическую проблему, в частности из-за созданного Н.А.Бернштейном (1966) научного направления – физиологии активности, в котором  понятие «активность» используется как антоним «реактивности» – ответа организма на воздействия внешней среды.

Другой аспект обусловлен обращениями исследователей к понятию «сила» (Ламарк, 1959; Бэттлер, 2005). Но мне представляется, что, например, А. Бэттлер (2005) в специальной книге придает понятию «сила» слишком высокий статус (ранга категории). Ведь понятие «сила» выражает всего лишь количественную характеристику активности. Например, в физике сила – мера механического взаимодействия тел, «характеристика интенсивности физических процессов» (Ожегов, Шведова, 2010, с. 717). Тогда качественной мерой активности, как мне представляется, в первом приближении можно считать специфику возникшей организации, формы (в широком смысле) нового объекта (явления), его новизну–эмерджентность, порожденные данной активностью.

Вообще, в отношении понятия «активность» есть несколько философско-методологических точек зрения (Савинов, 2013а,б): 1) активность материальных систем – их реальное, фундаментальное свойство, движущая сила эволюции; 2) активность присуща только адаптирующимся системам; 3) понятие «активность» – понятие о трансцендентных движущих силах эволюции. Но имеющиеся данные и доминирующие представления о природе и роли активности (Шмальгаузен, 1946; Бернштейн, 1966; Чайковский, 2008; Моросанова, 2010; Дубов, 2011; Савинов, 2013а,б) показывают, что вторая точка зрения неоправданно ограничивает сферу понятия «активность», а третья позиция – ошибочна.

Полагаю, что активность является всеохватывающей сущностью не только самоуправляемых систем (живых и производных от них социальных и ряда автоматических), но и объектов всех уровней Вселенной с замечанием об эмерджентных различиях активности на этих уровнях. Корректируя ранее данное определение (Савинов, 2009), считаю, что активность материальной системы (в том числе живой) есть характер и интенсивность ее взаимодействия с окружающей средой (т.е. с другими системами) в единицу времени, и чем сильнее и сложнее взаимодействует система с окружающей средой в единицу времени, тем она активнее. Однако следует отметить, что при реализации активности адаптирующейся системы она либо будет производить количественные и качественные изменения в окружающей среде, либо уклоняться от взаимодействия с ней, автономизироваться от нее. И то, и другое будет характеризовать активность системы. При этом должен выполняться принцип минимизации взаимодействия Цетлина (см. Савинов, 2006, с. 44). Полагаю (Савинов, 2010), что активность адаптирующихся систем в первую очередь задается их управляющими подсистемами, но также зависит и от структурно-функциональных особенностей исполнительных подсистем, а также от воздействий окружающей среды. В живых организмах управляющие подсистемы – генотип, нервная и гуморальная системы (подсистемы) – определяют характер активности остальных подсистем, но и деятельность последних диалектически корректирует активность управляющих подсистем по каналам обратной связи (Савинов, 2006). Полагаю, что общая (интегральная) активность системы (живой или неживой) условно включает ее экзогенную активность (реактивность), которая стимулируется воздействием на систему внешней среды, и эндогенную активность, обусловленную свойствами самой системы (рис. А).

Рис. А – схема проявления активности живых (адаптирующихся) и неживых систем, Б – зависимость жизнеспособности адаптирующейся системы от ее активности (пояснения в тексте)

 

При этом проявление активности неживых систем приводит либо к их распаду, деградации (протекающей с той или иной скоростью), либо к синтезу новой системы, а следствием активности живых систем является их адаптация или смерть в зависимости от степени адекватности активности данной живой системы своей внутренней организации и условиям окружающей среды (это справедливо и в отношении социальных систем, производных от биологических систем). Адекватность окружающей среде интегральной активности системы (неживой и особенно живой) «проверяется» естественным отбором (ведь активность для организмов – одна из фенотипических характеристик). Поэтому ошибочны и игнорирование эволюционной роли активности организмов сторонниками синтетической теории эволюции (СТЭ), и отрицание (или умаление роли) естественного отбора оппонентами СТЭ. При этом логично полагать, что зависимость жизнеспособности адаптирующейся системы от уровня ее активности подчиняется известному правилу Шелфорда (рис. Б).

 

ВЗАИМОСВЯЗЬ АКТИВНОСТИ, ИНФОРМАЦИИ, ЭНЕРГИИ,

 ОРГАНИЗАЦИИ И ЭВОЛЮЦИИ МАТЕРИАЛЬНЫХ СИСТЕМ

 

Все формы существования и движения (развития) материи обычно подразделяют в закономерной последовательности, соответствующей их эволюционному «возрасту»: физические, химические, биологические, социальные. Представляется, что системам, соответствующим каждой из этих форм материи, свойственны специфичные проявления активности.

Действительно, в разных областях естествознания и социальных наук обнаруживаются методы, которые прямо или косвенно, количественно и иногда качественно позволяют оценивать активность материальных систем физической, химической, биологической и социальной природы. Достаточно указать на наличие формул: гравитационного взаимодействия тел, интенсивности распада радионуклидов, тепловых эффектов и скоростей химических реакций, активностей ферментов и других биомолекул, приемов определения активности животных и социальной активности людей (Крестов, 1982; Новый…, 2005; Чернавский, Чернавская, 2009; Дубов, 2011; Максимов, Хайруллин, 2012; Полынова, Бажинова, 2012; Ванин и др., 2014; Волкова и др., 2014).

Исходя из авторского определения активности как философской категории и атрибута взаимодействия любых систем (см. выше), представляется корректным считать, что активность систем взаимосвязана с другими их важнейшими свойствами – энергией, информацией, способностью эволюционировать. Это положение подкрепляется как теоретическими построениями других авторов, так и известными эмпирическими данными.

Так, по мнению К.К. Колина (2010, с. 33), «информация пронизывает все уровни организации материи и энергии» в природе, «является первопричиной движения материи и энергии», определяет его историческое направление, т.е. «является решающим фактором эволюции» всех процессов в природе и обществе. Из теоретических построений Е.Н. Князевой (2011, с. 83) о сложных системах следует, что «и система, и окружающая среда обоюдно активны», часто поэтому коэволюционируют. При этом живые существа отбирают из окружающей среды необходимые стимулы, а на высшей стадии эволюции субъект, познающий мир, не столько его отражает, сколько творит (Князева, 2011).

Разумеется, предпринимаемые в информационном ракурсе рассуждения могут быть продуктивны только при наличии адекватного определения понятия «информация». Представляется, что оно прежде всего будет зависеть от исходной принимаемой позиции, которая может быть обозначена как функциональная или атрибутивная (Колин, 2010). В соответствии с атрибутивным подходом (в отличие от функционального) существование и развитие любой природной системы предполагает информационный аспект взаимодействия ее элементов между собой и самой системы с окружающей средой, т.е. с другими системами. Представляется, что этот подход, делая информационный аспект универсальным, объективнее и позволяет связывать воедино явления активности, информации, энергии и эволюции в отношении всех материальных систем. Поэтому полагаю, что необходимо уточнить определение информации, данное автором ранее (Савинов, 2006), учитывая современные работы (Чернавский, Чернавская, 2009; Колин, 2010).

Исходя из этого, полагаю, что информация – это свойство (способность) взаимного неравноценного воздействия объектов друг на друга с взаимным необратимым и неравноценным изменением их признаков. Такое определение, как мне представляется, позволяет связать воедино информацию, активность, энергию и эволюцию материальных систем. Это объективно, поскольку: 1) энергия системы есть способность системы выполнить работу, проявить активность; 2) информация системы – это способность системы оказать воздействие различной природы на другую систему и вызвать ее направленное, необратимое изменение; 3) активность системы – это действие (различной природы) одной системы на другую систему, приводящее в долгосрочной ситуации к направленному, необратимому изменению обеих систем.

 

 

ПРОБЛЕМА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ И КАЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ АКТИВНОСТИ МАТЕРИАЛЬНЫХ СИСТЕМ

 

Как уже отмечено, активность материальных систем обусловлена их структурно-функциональными особенностями, возможностями информационного и энергетического обмена с окружающей средой (другими материальными системами). Но в этих случаях исследователи не исходили (и не могли исходить) из философско-методологического понимания активности как категории, ввиду отсутствия общей теории активности материальных систем. А чтобы начать разработку такой теории, при формулировании законов, правил и принципов необходимо пытаться их и формализовать, в том числе в аспекте связи структурно-функциональных, информационных, энергетических и эволюционных характеристик материальных систем с характеристиками их активности. Опираясь на авторское определение понятия «активность», связь структурно- функциональных и информационных характеристик системы с ее активностью (А) может быть выражена формулой:

А = Н / t                      (1),

где Н – количество информации (бит), экзогенно полученное или эндогенно созданное биосистемой (ее структурно-функциональным матриксом) за единицу времени t (например, в секунду).

Величина Н в формуле (1) определяется известной формулой Шеннона:

                           (2)

В данной ситуации в формуле (2) Рi есть частота какого-либо события, например, частота проявления в популяции: а) фенотипических признаков особей (величин количественных признаков и качественных признаков – фенов), б) частота встречаемости жертв того или иного вида в рационе консумента, в) экстенсивность паразитарной инвазии хозяина (частота встречаемости паразита в теле хозяина) и т.п. В случае использования (раздельного или совместного)  частот встречаемости количественных признаков и частот фенов можно вычислять среднюю активность (Аср) популяции (точнее ее части в объеме выборки):

Аср = (1/n ∑ Нi) / t                         (3),

где n – количество учтенных признаков, Нi – информация в отношении i-го признака, t – время формирования признаков.

Если необходимо активность биосистемы выразить в энергетических единицах или в количестве взаимодействий (контактов) биосистемы (с другими биотическими или абиотическими элементами), то параметр Н в формуле (1) может быть заменен: 1) на параметр С, выражающий количество контактов биосистемы с элементами внешней среды или 2) на параметр q, выражающий количество энергии,  полученной или созданной биосистемой.

Было также показано (Алимов и др., 2013), что поток информации (I), проходящий через систему, связан с потоком энергии (Q) через нее:

I = Q / K                            (4),

где К (Кельвин) – единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Тогда из формул (1) и (4) следует, что активность системы (А) связана с потоком энергии (Q) через нее в единицу времени:

А = Q / К. t                        (5)

Представляется, что по аналогии с ценностью информации следует определять и ценность активности биосистемы. Предложено считать, что ценность информации определяется вероятностью достижения цели, ради которой информация рецептируется (см. Чернавский, Чернавская, 2009):

W = log2 pi /p                     (6),

где pi – вероятность достижения цели после выбора i-го варианта, р – априорная вероятность достижения цели до выбора любого варианта.

Исходя из этого, можно считать, что активность адаптирующейся системы будет ценной (положительной), если она позволила системе достичь необходимой цели (обеспечила ее жизнеспособность) и наоборот, а оценку ценности активности (V) можно проводить, используя формулу:

V = Аф / Ао                              (7),

где Аф – фактическая активность системы, Ао – оптимальная активность, обеспечивающая максимальную жизнеспособность (максимальную приспособленность) адаптирующейся системы (см. рис. Б).

С другой стороны, ценная активность (Ац) адаптирующейся системы, как представляется, может быть определена так:

Ац = Hц / t  = (H – Hн) / t                    ( 8),

где Hц – ценная информация,  воспринятая системой в единицу времени t, H – общая информация, воспринятая системой, Hн – нежелательная информация (в том числе, избыточная и дезинформация). Поскольку адаптивность организмов во многом есть вероятность оставления потомства, то ценность воспринятой (созданной) информации можно определять, например, на основе данных о степени полноценности и реализации зигот (см. Савинов, 1998).

Представляется, что при разработке вопросов активности живых систем в дальнейшем должен учитываться и симбиотический аспект (Савинов, 2012, 2014), т.е. осознание эмерджентной активности симбиотических систем. Разумеется, предложенные автором подходы и формализации могут быть усовершенствованы и развиты в дальнейшем. Но уже сейчас они могут способствовать зарождению и развитию перспективных исследований.

 

Литература

Алимов А.Ф., Богатов В.В., Голубков С.М. Продукционная гидробиология. СПб.: Наука, 2013. 343 с.

Англо-русский словарь / Сост. В.Д. Аракин, З.С. Выгодская, Н.Н. Ильина. М.: Рус. яз., 1980. 808 с.

Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. М.: Медицина, 1966. 349 с.

Бэттлер А. Диалектика силы: онтобия. М.: УРСС, 2005. 320 с.

Ванин А.Ф., Островская Л.А., Корман Д.Б. и др. Противоопухолевая активность динитрозильных комплексов железа с глутатионом // Биофизика. 2014. Т. 59. Вып. 3. С. 508–514.

Волкова П.Ю., Гераськин С.А., Раевская Н.И. Активность ферментов антиоксидантной системы у сосны обыкновенной в условиях хронического облучения // Радиац. биология. Радиоэкология. 2014. Т. 54. № 2. С. 174–178.

Дворецкий И.Х. Латинско-русский словарь. М.: Рус. яз., 1976. 1096 с.

Дубов И.Г. Исследование уровня общей психической активности представителей различных социально-демографических групп населения Вологодской области // Вопр. психологии. 2011. № 4. С. 33–50.

Князева Е.Н. Темпоральная архитектура сложности // Синергетическая парадигма. Синергетика инновационной сложности. М.: Прогресс-Традиция, 2011. С. 66–86.

Колин К.К. Философия информации и фундаментальные проблемы современной информатики // Alma mater (Вестн. высш. шк.). 2010. № 1. С. 29–35.

Краткий словарь по философии. М.: Политиздат, 1979. 414 с.

Крестов Г.А. Теоретические основы неорганической химии. М.: Высш. шк., 1982. 295 с.

Ламарк Ж.Б. Избр. произв. Т. 2. М.: Изд-во АН СССР, 1959. 895 с.

Максимов И.В., Хайруллин Р.М. Активность ингибиторов трипсина в проростках пшеницы под действием патогенного гриба Тilletia caries и фитогормонов // Физиол. раст. 2012. Т. 59. № 6. С. 756–762.     

Моросанова В.И. Саморегуляция и индивидуальность человека. М.: Наука, 2010. 519 с.

Новый энциклопедический словарь. М.: БРЭ: РИПОЛ классик, 2005. 1456 с.

Ожегов С.И. Словарь русского языка. М.: Рус. яз., 1986. 797 с.

Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка. М.: ООО «АТЕМП», 2010. 874 с.

Полынова Г.В., Бажинова А.В. Учет особенностей активности при оценке численности популяции круглоголовки-вертихвостки (Phrynocephalus guttatus guttatus) // Зоол. журн. 2012. Т. 91. № 11. С. 1411–1414.

Савинов А.Б. Анализ фенотипической изменчивости одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale Wigg.) из биотопов с разными уровнями техногенного загрязнения // Экология. 1998. № 5. С. 362–365.

Савинов А.Б. Биосистемология (системные основы теории эволюции и экологии). Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2006. 205 с.

Савинов А.Б. Развитие интегративной (симбиотической) теории эволюции // ХХIII Любищевские чтения. Современные проблемы эволюции. Ульяновск: УлГПУ, 2009. С. 113–124.

Савинов А.Б. Диалектический эволюционизм в теории развития жизни // ХХIV Любищевские чтения. Современные проблемы экологии и эволюции. Ульяновск: УлГПУ, 2010. С. 179–189.

Савинов А.Б. Аутоценоз и демоценоз как симбиотические системы и биологические категории // Журн. общ. биологии. Т. 73. № 4. 2012. С. 284–301.

Савинов А.Б. Естественнонаучные основы коэволюционной стратегии национального и глобального развития // ХХVII Любищевские чтения. Современные проблемы эволюции и экологии. Ульяновск: УлГПУ, 2013а. С. 52–60.

Савинов А. Б. На пути к философии и стратегии глобального развития: проблемы и постулаты // Биокосмология. 2013б. Т.  3.  № 1.  С. 147–165.

Савинов А.Б. Симбиогенез как фактор организации и развития экосистем // ХXVIII Любищевские чтения. Современные проблемы эволюции и экологии. Ульяновск: УлГПУ, 2014. С. 42–50.

Хайтун С.Д. Феномен человека на фоне универсальной эволюции. М.: URSS, 2009. 536 с.

Чайковский Ю.В. Активный связный мир. Опыт теории эволюции жизни. М.: Т-во науч. изданий КМК, 2008.  726 с.

Чернавский Д.С., Чернавская Н.М. О моделировании развивающихся систем // Биофизика. 2009. Т. 54. Вып. 1. С. 139–147.

Шмальгаузен И.И. Проблемы дарвинизма. М.: Сов. наука, 1946. 528 с.

 

Резюме

Для материальных систем предложены понятия «активность», «информация», способы их количественной и качественной оценки. Показана взаимосвязь активности систем с особенностями их организации, информационными, энергетическими и эволюционными характеристиками.

 

Summary

For the material systems concepts are offered «activity», «information», methods of their quantitative and quality estimation. Intercommunication of activity of the systems is shown with the features of their organization, information, energy and evolutionary characteristics.

Комментариев пока нет