Шестьдесят лет секции кибернетики как метанауки и современные киберфизические системы

УДК 007

Игнатьев Михаил Борисович – федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», доктор технических наук, профессор, директор Международного института кибернетики и артоники, Санкт-Петербург, Россия.

E-mail: ignatmb@mail.ru

190000, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 67,

тел: 8(812)494-70-44.

Авторское резюме

Состояние вопроса: В 1956 году в Доме ученых им. М. Горького РАН начала работать секция кибернетики, которую возглавил профессор Л. В. Канторович, впоследствии академик, лауреат Нобелевской премии. Широкая междисциплинарность, охват самых разных сфер научного знания остается важной особенностью работы секции с момента основания до настоящего времени.

Результаты: Кибернетика как наука об управлении и связи берет начало уже в античные времена. Второй период ее развития – от Ампера до Винера, третий – от Винера до 2000 года. Четвертый период – с 2000 г. – характеризуется попыткой по-новому понять информационно-управляющие свойства структур и вести научные исследования в широком диапазоне – от биофизических процессов до исследования фундаментальных физических основ формирования Вселенной. Важнейшие направления в современной кибернетике, находящие отражение в работе секции – развитие представлений о киберфизических системах, лингво-комбинаторное моделирование сложных систем, феномен адаптационного максимума, различные способы защиты информации и исследование границ, разделяющих различные миры – как виртуальные, так и реальные. Примером киберфизической системы является обсуждаемая в современной астрономии модель мирового суперкомпьютера.

Выводы: В настоящее время мир живет в поиске новой нормальности, в преддверии кризисов. Кризисы являются имманентным свойством сложных систем. Их не всегда можно предотвратить, но с использованием кибернетики можно уменьшить глубину кризисов, тщательно измеряя показатели функционирования сложных систем и своевременно принимая необходимые меры.

Ключевые слова: кибернетика; управление; кризисы; сложные системы; киберфизические системы; феномен адаптационного максимума; механицизм и компьютеризм.

Sixty Years of Cybernetics Section and Modern Cyber-Physical Systems

Ignatyev Mikhail Borisovich – Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, professor, International Institute of Cybernetics and Artonics, director, Saint Petersburg, Russia.

E-mail: ignatmb@mail.ru

67, Bolshaya Morskaya, Saint Petersburg, Russia, 190000,

tel: +7(812)494-70-44.

Abstract

Background: In 1956 in ‘the Academics’ House’ named after Maxim Gorky of RussianAcademy of Sciences the section of Cybernetics was established. It was headed by Professor L. V. Kantorovich, later an academician and a Nobel laureate. A wide interdisciplinary approach in various fields of science has remained an important feature of the section work since its foundation.

Results: Cybernetics as the science of control and communication originates in ancient times. The second period of its development is from Ampere to Wiener, the third one being from Wiener until 2000. The fourth period which started in 2000 is characterized by the attempt to understand structure information and control properties and do research in a wide range from biophysical processes to the study of the fundamental physical basis for the Universe development. The most important directions of modern Cybernetics, which are reflected in the academic work of the section, are the development of ideas on cyber-physical systems, linguo-combinatorial simulation of complex systems, the phenomenon of adaptation maximum, various ways of data protection and the study of the boundaries separating different worlds, both virtual and real. A model of the world supercomputer discussed in modern astronomy can be an example of such cyber-physical system.

Conclusion: Nowadays the world lives in the search for new normality, in crises anticipation. Crises are an inherent property of complex systems. We can never prevent all of them, but due to Cybernetics it is possible to counteract their influence, measuring some complex system performance accurately and taking necessary action in good time.

Keywords: Cybernetics; control; crises; complex systems; cyber-physical systems; the phenomenon of adaptation maximum; mechanism and computerism.

В ноябре 1956 года была организована секция кибернетики в Доме ученых им. Горького АН СССР в Ленинграде, это была первая кибернетическая организация в СССР. Научный совет по проблеме кибернетики при Президиуме АН СССР был создан только в 1959 году под руководством адмирала и академика А. И. Берга, но ему так и не удалось создать в Москве и еще где-либо в РСФСР полноценный институт кибернетики, такие институты были созданы почти во всех союзных республиках – в Киеве, в Тбилиси, в Ташкенте, в Таллине и др., и после смерти А. И. Берга он был закрыт, а секция кибернетики в Ленинграде непрерывно существовала и существует и развивается как центр междисциплинарных исследований по кибернетике как метанауке. Первым председателем секции кибернетики был профессор Л. В. Канторович, впоследствии академик АН СССР, лауреат Нобелевской премии по экономике, и это не было случайностью – именно лауреаты Нобелевской премии по экономике внесли большой вклад в развитие кибернетики.

Кибернетика прошла долгий путь развития от средневековых автоматов и регулятора Уатта для паровой машины до всемирной информационно-вычислительной сети, всемирной паутины, на основе которой сейчас совершается самоорганизация социума. Но кибернетика, информатика и вычислительная техника возникли не на пустом месте, они возникли на мощном фундаменте человеческой культуры, науки и техники. Появились новые понятия – киберпространство, кибератака, кибервело и др., кибернетика стала метанаукой. Для того чтобы понять феномен возникновения и развития кибернетики, вычислительной техники и информатики и определить их перспективы развития необходимо разобраться в том, что такое сложные системы и как они развиваются во времени и пространстве, что такое параллельные миры. Ключевыми понятиями теории и практики сложных систем являются самоорганизация, хаос и неопределенность. На основе компьютерных сетей осуществляется новый этап самоорганизации человеческого общества.

Мы живем в быстроизменяющемся мире, растет число достижений человеческой цивилизации, но растет и количество, и качество опасностей. Самое большое достижение человечества – это естественный язык, с помощью которого мы общаемся, накапливаем и анализируем информацию. Как показал Клод Шеннон, естественный язык имеет пятикратную избыточность для того, чтобы устойчиво функционировать в нашем мире, то есть наш мир на 80 % враждебен человеку. Итальянский экономист и социолог Вильфредо Парето сформулировал закон, из которого следует, что 20 % усилий дают 80 % результата, а остальные 80 % усилий дают лишь 20 % результата, только надо правильно выбрать направление этих усилий. Он же выявил структуру распределения доходов среди итальянских домохозяйств – 80 % дохода сосредоточено у 20 % домохозяйств, то есть владельцы этих 20 % домохозяйств более или менее правильно выбирают направление своих усилий в современном мире. Таким образом, человеческое общество неоднородно и все время порождает неравенство, что является еще одной опасностью.

Люди издревле пытались понять, как устроен мир. С этой целью и был введен термин «кибернетика» французским ученым Андре Мари Ампером (1775–1836 гг.) в его книге «Опыт философских наук или аналитическое изложение естественной классификации всех человеческих знаний» (1834 г.). Эта книга сформировалась под воздействием идей великой французской революции. В ней Ампер высказал предположение, что со временем возникнет особая наука об общих закономерностях процессов управления и связи в организованных системах – «кибернетика». Он отнес ее к группе политических наук, куда входили физико-социальные науки (социальная экономика и наука об общественном благополучии), военные науки (гоплетика – наука о вооружениях и собственно военное дело), этногенические науки (номология – правоведение, учение о праве, законодательство, политика – права народов и собственно политика). С тех пор кибернетика сформировалась как метанаука, которая включает в себя и теорию автоматического управления, и информатику, и системный анализ, и синергетику, и многие другие направления. Следует отметить, что в 1830 г. Ампер был избран в число иностранных членов Императорской Академии наук в Санкт-Петербурге. Уже в наши дни было введено понятие о киберфизических системах, круг замкнулся – ведь Андре Мари Ампер был прежде всего физиком, именно он сформулировал в 1826 году электродинамическую теорию в сочинении «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта», его именем названа единица силы тока. Объединение физики и кибернетики знаменует новый этап развития науки.

В 1948 г вышла книга Норберта Винера «Управление и связь в животном и машине», а в 1950 г его же книга «Кибернетика и общество», что знаменовало новый этап развития наук об управлении. Во время Второй мировой войны Н. Винер участвовал в решении проблем управления артиллерийским зенитным огнем. Автор этих строк мальчишкой работал в августе-октябре 1941 года в Ленинграде на зенитной батарее, оборонявшей завод Светлана. Звучала команда – «Беглый заградительной огонь», сообщались координаты угла возвышения, азимута и трубки и начиналась изматывающая работа, немецкие самолеты натыкались на стену зенитного огня, совершали противозенитный маневр, куда попало сбрасывая бомбы. Так мы отстояли завод Светлана, который работал без выходных днем и ночью, снабжая нашу армию электронными лампами.

В различных странах в зависимости от идеологии и социально-экономического развития отношение к кибернетике было различным. На первых порах в СССР оно оказалось отрицательным, в философском словаре кибернетика была названа «лженаукой». Я закончил Ленинградский политехнический институт в феврале 1955 года по специальности «Автоматика и телемеханика» по кафедре Б. И. Доманского. В процессе обучения ни о какой кибернетике мы не слышали, но когда в конце 1955 года в журнале «Вопросы философии» появилась статья Э. Кольмана «Что такое кибернетика», она попала на хорошо подготовленную почву. Уже в ноябре 1956 года была создана секция кибернетики в Ленинградском доме ученых АН СССР.

Конечно, проблемы управления волновали многих и до Ампера, логистика сложилась еще в Древней Греции и Древнем Риме, и поэтому логично говорить о до-амперовском периоде развития наук об управлении и связи. В этот период необходимо отметить работы Раймонда Луллия по структурному анализу общества и первой логической машине и Готфрида Лейбница по монадологии, которые во многом предвосхитили работы по многоагентным системам.

Второй период развития кибернетики – от Ампера до Винера, когда Д. И. Менделеев осуществил прорыв в системном анализе, построив периодическую систему элементов, когда А. С. Поповым было изобретено радио, когда были реально созданы сложные системы автоматического регулирования и т. д.

В 1833 г. профессор Кембриджского университета Ч. Беббидж (1791–1871) разработал проект «аналитической машины» – гигантского арифмометра с программным управлением, арифметическими и запоминающими устройствами. В качестве первого программиста этой машины выступила леди Лавлейс, дочь поэта Байрона. Однако тогда полностью этот проект осуществить не удалось из-за недостаточного развития техники. В 1832 г. Ч. Беббидж был избран иностранным членом Императорской Академии наук в Санкт-Петербурге.

Здесь необходимо отметить также нашего соотечественника И. А. Вышнеградского, который разработал теорию регуляторов прямого действия и сформулировал условие устойчивости системы регулирования. И. А. Вышнеградский, будучи министром финансов России в 1887–1892 годах, добился балансировки бюджета и укрепления курса рубля. Также необходимо отметить работы А. Пуанкаре по качественной теории дифференциальных уравнений. В биологии благодаря работам И. М. Сеченова и И. П. Павлова возникло четкое представление об организме как саморегулирующейся системе. Окончание второго периода развития кибернетики ознаменовано началом атомной и космической эры.

Третий период – от Винера, когда именно в конце сороковых – в начале пятидесятых годов ХХ века появились электронные вычислительные машины и четко обозначились поколения ЭВМ, появились реально действующие роботы, была определена структура гена и введено понятие мема. За последние 50 лет параметры вычислительных машин улучшились в миллионы раз, выросло быстродействие и объемы памяти, появилось новое программное обеспечение, уменьшились габариты, энергопотребление и стоимость компьютеров. Компьютер стал самой распространенной машиной, возникли мощные вычислительные сети, которые интегрируют все остальные средства коммуникации. Компьютерная инфраструктура продолжает развиваться. Практика создания и применения компьютеров значительно опережает теорию. В этих условиях говорить о теоретических основах кибернетики сложно, но, с другой стороны, имеется много примеров неэффективного применения компьютеров и необходимость выработки теоретических основ становится все острее.

Четвертый период начался в 2000 году, когда стало ясно, что существующие модели в различных отраслях науки и техники недостаточно отражают информационно-управляющие свойства структур. По сути люди пользуются моделями XIX века. Этот период характеризуется провозглашением новой стратегической компьютерной инициативы США в XXI веке, в которой предлагается новая трактовка структуры предметной области, Computational Science. Она должна объединить Algorithms, Modeling & Simulation, Computer Science& Information Science и Computing Infrastructure, а главной задачей провозглашается проведение научных исследований в широком диапазоне – от биофизических процессов до исследования фундаментальных физических основ формирования Вселенной.

В настоящее время в связи с построением информационного общества возникают совершенно новые фундаментальные проблемы по исследованию мироздания. Все большую роль начинают играть работы наших ученых – В. И. Вернадского, К. Э. Циолковского, А. Л. Чижевского и других. Родилось представление о том, что Вселенная – это модель внутри мирового суперкомпьютера, что позволяет использовать структурные достижения компьютерной техники для объяснения сложных космических проблем.

Кибернетику, вычислительную технику, информатику, синергетику и системный анализ изучают в одной связке, они возникли на стыке различных наук, основой их развития являются междисциплинарные исследования. Именно широкой междисциплинарностью отмечена работа секции кибернетики Дома ученых им. М. Горького РАН с момента ее возникновения [1–7].

В настоящее время сложилось представление о киберфизических системах, которое базируется на лингво-комбинаторном моделировании сложных систем, феномене адаптационного максимума, разнообразных способах защиты информации и границах, которые разделяют различные миры – и виртуальные, и реальные.

Как только в конце 40-ых годов прошлого века появилась электронная вычислительная машина, компьютер, так сразу же родилась аналогия между окружающим нас миром и компьютером, и эта аналогия продолжает развиваться и привлекаться для объяснения мироустройства (работы К. Цузе, Э. Фредкина, С. Ллойда и др.). Появление интернета вещей активизировало эти работы. Интернет вещей предполагает наличие связи с различными предметами, вещами, объектами. Следует заметить, что и до этого связь с различными объектами поддерживалась людьми с помощью зрения, слуха и механического взаимодействия, но интернет вещей предполагает установление новой дополнительной связи с помощью различных технических средств, что позволит вещам взаимодействовать на новом уровне не только с людьми, но и с другими вещами. Далее, каждый из объектов описывается с помощью лингвистических, математических и компьютерных моделей. Например, солнечная система является специализированным вычислительным устройством для решения задачи многих тел. В итоге складывается следующая картина.

Во-первых, компьютеры – системы со структурированной неопределенностью, у них имеется память, которая может быть пустой или заполненной различными данными и программами. Доказано, что универсальные цифровые вычислительные машины могут решать самые разные задачи.

Во-вторых, описание мироустройства на естественном языке, который является универсальной знаковой системой, с помощью лингво-комбинаторного моделирования, превращается в систему уравнений с произвольными коэффициентами, которые и есть структурированная неопределенность. На использовании естественного языка основан и краудсорсинг – выявление мнений умной толпы.

В-третьих, архитектура компьютеров непрерывно развивается – эволюционируют элементная база, уровень знаний компьютера, развиваются операционная среда и интерфейсы общения, системы ввода-вывода информации, системы контроля, диагностики и коррекции, системы передачи информации и энергии. Мир заполнен осцилляторами различных типов – это и атомы, и молекулы, это и солнечная система, и галактики, и все эти осцилляторы включены в общую моделирующую вычислительную систему.

В-четвертых, компьютеры являются вместилищем различных виртуальных миров, которые отделены друг от друга системами защиты информации. Наш мир – это виртуальная ячейка в мировом суперкомпьютере, который является неоднородной распределенной структурой, везде проникающей, а гигантский аналог 3D принтера может печатать астероиды, планеты и звезды.

В-пятых, компьютеры и сети являются основой самоорганизации социума.

Складывается сетевой гибридный интеллект на фоне развития интернета вещей на основе первобытного мышления. Наш современный опыт в своей совокупности составляется из относительно небольшого числа данных и бесконечного числа индукций. Опыт первобытного мышления, напротив, содержит индукции лишь в очень малой пропорции, но зато включает в себя много непосредственных данных, которым мы отказываем в объективной ценности, хотя они, на взгляд первобытного человека, тоже реальны и даже более реальны, чем данные внешних чувств.

Все это позволяет выдвинуть гипотезу о том, что компьютер можно рассматривать как базовую модель самоорганизации Вселенной.

При таком подходе становится понятным, почему нам до сих пор не удалось установить связь с инопланетянами. Ведь если наш мир не более чем модель внутри мирового суперкомпьютера, то для того, чтобы установить такую связь, необходимо изучить структуру мирового суперкомпьютера, его аппаратного и программного обеспечения, изучить систему защиты между мирами, и вот тогда, может быть, удастся установить связь с обитателями других миров. Это колоссальная фундаментальная задача для современной науки [8; 9].

Хотелось бы заметить, что 300 лет тому назад сложился механицизм – система взглядов, когда механика была единственной развитой наукой, получившей применение в производстве, ее символом были механические часы (Г. Галилей, И. Ньютон, П. С. Лаплас и др.). В наше время складывается компьютеризм – система взглядов, когда самой распространенной машиной стал компьютер как система со структурированной неопределенностью, вмещающая в себя множество различных виртуальных миров, которая породила множество моделей, аналогий и метафор. Кибернетика как метанаука продолжает развиваться, порождая все новые и новые направления, а вычислительные сети стали основой самоорганизации социума, который защищает человека.

В настоящее время мир живет в поиске новой нормальности, в преддверии кризисов, но кризисы являются имманентным свойством сложных систем [6], можно лишь уменьшить глубину кризисов, если тщательно измерять показатели функционирования сложных систем и своевременно принимать меры.

Список литературы

1. Гаскаров Д. В., Киселёв В. Б., Солдатенко С. А., Строговов В. И., Юсупов Р. М. Введение в геофизическую кибернетику и экологический мониторинг / Под общей редакцией Р. М. Юсупова. – СПб.: ГУВК, 1998. – 166 с.

2. Игнатьев М. Б. Голономные автоматические системы. – М.–Л.: Изд. АН СССР, 1963. – 204 с.

3. Игнатьев М. Б. Кибернетическая картина мира. Сложные киберфизические системы. – СПб.: ГУАП, 2014. – 472 с.

4. Игнатьев М. Б., Катермина Т. С. Системный анализ проблемы управления хаосом / Сборник научных трудов XX международной конференции «Системный анализ в проектировании и управлении». Ч. 1. – СПб.: СПбПУ, 2016. – С. 129–136.

5. История информатики и кибернетики в Санкт-Петербурге (Ленинграде) / Под редакцией Р. М. Юсупова. – СПб.: Наука: Вып. 1, 2008. – 170 с.; Вып. 2, 2010. –152 с.; Вып. 3, 2012. – 216 с.; Вып. 4, 2014. – 180 с.

6. Кибернетика и информатика: сб. научных трудов к 50-летию секции кибернетики. – СПб.: СПбПУ, 2006. – 300 с.

7. Фрадков А. Л. Кибернетическая физика. – СПб.: Наука, 2003. – 208 с.

8. Ignatyev M. Galactic Evolution Simulation on Basement of the Linguo-Combinftorial Approach // Proceedings of the 29^th General Assembly of International Astronomical Union. – USA, Honolulu. – 2015.

9. Kardashev N. S. Transmission of Information by Extraterrestrial Civilization // Soviet Astronomy. – Vol. 8. – № 2. – 1964. – pp. 217–221.

References

1. Gaskarov D. V., Kiselev V. B., Soldatenko S. A., Strogovov V. I., Yusupov R. M. (R. M. Yusupov Ed.) Introduction to the Geophysical Cybernetics and Environmental Monitoring [Vvedenie v geofizicheskuyu kibernetiku i ekologicheskiy monitoring]. Saint Petersburg, GUVK, 1998, 166 p.

2. Ignatyev M. B. Holonomical Automatic Systems [Golonomnye avtomaticheskie sistemy]. Moscow–Leningrad, Akademiya nauk SSSR, 1963, 204 p.

3. Ignatyev M. B. Cybernetic Picture of the World. Complex Cyber-Physical Systems [Kiberneticheskaya kartina mira. Slozhnye kiberfizicheskie sistemy]. Saint Petersburg, GUAP, 2014, 472 p.

4. Ignatyev M. B., Katermina T. S. System Analysis of the Chaos Management Problem [Sistemnyy analiz problemy upravleniya khaosom] Sbornik nauchnykh trudov XX mezhdunarodnoy konferentsii “Sistemnyy analiz v proektirovanii i upravlenii”. Ch. 1 (Collected Scientific Works of the XX International Conference “System Analysis in Designing and Management”, Part 1). Saint Petersburg, SPbPU, 2016, pp. 129–136.

5. R. M. Yusupov (Ed.) The History of Computer Science and Cybernetics in Saint Petersburg (Leningrad) [Istoriya informatiki i kibernetiki v Sankt-Peterburge (Leningrade)]. Saint Petersburg, Nauka: Issue 1, 2008, 170 p.; Issue 2, 2010, 152 p.; Issue 3, 2012, 216 p.; Issue 4, 2014, 180 p.

6. Cybernetics and Computer Science: Collected Scientific Works Devoted to the 50-years Anniversary of the Section of Cybernetics [Kibernetika i informatika: sb. nauchnykh trudov k 50-letiyu sektsii kibernetiki]. Saint Petersburg, SPbPU, 2006, 300 p.

7. Fradkov A. L. Cybernetic Physics [Kiberneticheskaya fizika]. Saint Petersburg, Nauka, 2003, 208 p.

8. Ignatyev M. Galactic Evolution Simulation on Basement of the Linguo-Combinftorial Approach. Proceedings of the 29^th General Assembly of International Astronomical Union. USA, Honolulu, 2015.

9. Kardashev N. S. Transmission of Information by Extraterrestrial Civilization. Soviet Astronomy, Vol. 8, № 2, 1964, pp. 217–221.

Ссылка на статью:
Игнатьев М. Б. Шестьдесят лет секции кибернетики как метанауки и современные киберфизические системы // Философия и гуманитарные науки в информационном обществе. – 2016. – № 3. – С. 12–20. URL: http://fikio.ru/?p=2178.