Глава 31. Кибернетика физики

Сама концепция совершенства природы является такой же иллюзией, как и сходящиеся на горизонте рельсы. Природу можно изменять во всем, если, конечно, располагать соответствующими знаниями; можно управлять атомами, а потом можно изменять и свойства атомов; при этом лучше и вовсе не раздумывать, окажется ли то, что будет искусственным результатом такой деятельности, более совершенным, чем то, что было ранее, то есть естественное. Это будет попросту другое, возникшее по плану и замыслу действующих сторон, оно будет потому лучше, то есть совершеннее, что создано по решению разума. Но какое абсолютное превосходство сможет проявить космическая материя после ее всеобщего преобразования?

С. Лем.

Новая космогония

…если на питательную среду поселить колонии бактерий, то исходную («естественную») среду и эти колонии вначале легко различить. Однако в процессе своей жизнедеятельности бактерии поглощают одни вещества и выделяют другие, преобразуя среду так, что ее состав, кислотность, консистенция подвергаются изменениям. Когда же в результате этих перемен обогащенная новыми химическими компонентами среда порождает новые разновидности бактерий, до неузнаваемости непохожие на родительские поколения, то эти новые разновидности есть не что иное, как следствие «биохимической игры», которая велась одновременно всеми колониями и средой. Новые формы бактерий не могли бы возникнуть, если бы предыдущие поколения не изменили среды, следовательно, эти новые формы являются результатом самой игры. А между тем отдельным колониям вовсе нет нужды общаться между собой: они влияют друг на друга посредством диффузии, осмоса, сдвига кислотно-щелочного равновесия среды. Как видим, первоначально возникшая игра постепенно исчезает и на смену ей приходят качественно новые, ранее не существовавшие формы Игры. Подставьте вместо среды пракосмос, вместо бактерий – працивилизации, и вы получите упрощенную картину Новой космогонии.

С. Лем

Эти строки, написанные великим польским писателем, философом и футурологом в конце шестидесятых годов прошлого века, в свое время не привлекли особого внимания и вряд ли были известны группе советских исследователей, поставивших перед собой грандиозную задачу создания кибернетических основ фундаментальных законов природы.

Л. М. Пустыльников и его коллеги А. Г. Бу тковский и О. И. Золотов решили объединить в математических моделях принципы теоретической физики и теории управления – кибернетики. Так возникла междисциплинарная область исследований, включившая в себя математику, теоретическую и математическую физику, а также кибернетику. Сегодня, говоря о взаимотношениях математики с теоретической физикой, создатели новой научной парадигмы задаются вопросом: как соотносятся математические структуры и реальности материального мира? Ответом здесь может служить своеобразный «закон стопроцентной эффективности математики»: для любой реальности существует математическая структура, которая эту реальность описывает. И обратно, для любой математической структуры существует или принципиально может существовать реальность, которая описывается этой математической структурой. В частности, это означает, что если какая-то математическая структура еще «не нашла» свой материальный объект, свою реальность (той же теоретической физики), то она обязательно отыщется где-то в глубинах мироздания.

Так родилась удивительная концепция, получившая название «Управленческая или кибернетическая парадигма мира». В ней утверждается, что все, что сохраняется в мире, происходит за счет работы систем управления с обратной связью, регуляторов, естественно присутствующих в природе и обществе, а наблюдаемые в природе флуктуации, как отклонения от равновероятных процессов, являются не чем иным, как наблюдаемой ошибкой или погрешностью работы этих регуляторов.

Таким образом, возникает нетрадиционная, «управленческая» точка зрения на физико-кибернетическое устройство мироздания, которая в новом ракурсе помогает понять, как обеспечивается устойчивость фундаментальных законов природы.

К примеру, подобная «кибернетическая физика» позволяет по-новому взглянуть на зависимость свойств материалов от их структуры, ведь у каждого вещества можно выделить несколько взаимосвязанных уровней структуризации, определяющих его физико-химические свойства, которые устойчивы из-за действия неких регуляторов в «кибернетическом» представлении.

Так, представим себе, что первый уровень структуры твердого тела, находящегося в конденсированном состоянии, – кристаллический. Тогда устойчивость этой структуры на атомарно-молекулярном уровне организации вещества будет определяться зарядовым взаимодействием ионов, атомов и молекул в кристаллической решетке относительно друг друга. Фактически роль регуляторов здесь играют электростатические поля, воздействовать на которые можно иным видом энергии. Скажем – тепловым, переводя расплав вещества в иное агрегатное состояние.

Следующий уровень организации материи связан с присутствием в твердом теле различных дефектов, таких как поры и дислокации. Эти макроскопические дефекты формируют своеобразную подрешетку, управляемую обратными регуляторами, которые возникают в твердых телах в процессе их формирования или использования и уже зависят не только от электрических полей ионных остовов атомов, но и от полей механических напряжений. Ситуация еще более усложняется для поликристаллических веществ, состоящих из маленьких кристалликов – кристаллитов, по-разному ориентированных друг относительно друга. Здесь возникают дополнительные дефекты, такие как множественные дислокации, границы между кристалликами, поры и трещины, которые вносят важный вклад в формирование свойств.

Например, железо, если его получить в виде монокристалла, будет в химическом отношении совершенно инертно. А если железо получить разложением карбонила или оксалата железа, то это будет поликристаллический материал, который сразу сгорает на воздухе, образуя оксиды. И то и другое – железо, а ведут они себя совершенно по-разному.

Таким образом, строя математические модели «кибернетической физики», можно будет с помощью своеобразной «модуляции и демодуляции» обратных связей управлять зависимостью свойств от уровней структуры, переводя исходные вещества в нужное состояние. А этого далеко не просто достичь традиционными методами, ведь при получении многих материалов, казалось бы, самый простой твердофазный синтез бывает малоэффективным, особенно при получении магнитных диэлектриков и пьезокерамики.