Разум и природа - [41]

Заметим, впрочем, что имеет смысл спросить, произошла ли трудность в распознании этого основного кибернетического принципа только от человеческой лени, когда надо было сделать фундаментальное изменение в парадигмах мышления, или были другие процессы, мешавшие восприятию того, что нам теперь представляется очень простой идеей. Поддерживалась ли сама прежняя эпистемология саморегулирующимися циклами, или циклами, идущими вразнос?

Подробное изучение истории появления парового двигателя с регулятором в девятнадцатом веке может помочь читателю понять и эти циклы, и слепоту изобретателей. К первому паровому двигателю прилагался некоторый регулятор, но инженеры встретились с трудностями. Они пришли к Кларку Максвеллу с жалобой на то, что им не удается сделать чертеж двигателя с регулятором. У них не было теоретической основы, с помощью которой они могли бы предсказать, как будет вести себя спроектированная ими машина, когда они ее построят и запустят.

Было возможно несколько видов поведения: некоторые машины шли вразнос, экспоненциально наращивая свою скорость, пока не ломались, или замедлялись, пока не останавливались. Другие колебались и, по-видимому, не могли прийти к устойчивому состоянию. А некоторые — что еще хуже — начинали вести себя так, что амплитуда их колебаний сама колебалась или неограниченно возрастала.

Максвелл изучил этот вопрос. Он записал формальные уравнения для соотношений между переменными на каждом из последовательных шагов цикла. Он обнаружил, как и инженеры, что соединение этого множества уравнений не решит проблемы. Наконец, он понял, в чем состояла ошибка инженеров: они не принимали в расчет время. Любая система включает в себя временнЫе отношения, то есть характеризуется временнЫми постоянными, определяемыми заданным целым. Эти постоянные не определялись уравнениями, задававшими отношения между последовательными частями, но были вновь возникающими свойствами системы в целом.

Представим себе, что двигатель работает ровно и получает нагрузку. Он должен поднять машину на гору или привести в движение некоторое устройство. Угловая скорость маховика немедленно упадет. Это приведет к тому, что регулятор станет вращаться не столь быстро. Нагруженные плечи регулятора упадут, уменьшая угол между плечами и осью. Когда этот угол уменьшается, в цилиндр впрыскивается большее количество топлива, и машина ускоряется, меняя угловую скорость маховика в обратном направлении по сравнению с тем, которое было вызвано действием нагрузки.

Но в точности ли скорректирует такое регулирующее изменение изменения, вызванные нагрузкой? Этот вопрос представляет некоторые трудности. В конце концов, весь этот процесс развертывается во времени. В какой-то момент 1 начала действовать нагрузка. Изменение в скорости маховика наступает после момента 1. Изменения в регуляторе происходят еще позже. Наконец, корректирующий сигнал доходит до маховика в некоторый момент 2, после момента 1. Но величина коррекции определялась величиной отклонения в момент 1. К моменту 2 отклонение уже изменилось.

Заметим, что в этот момент, с точки зрения нашего описания событий, произошло очень интересное явление. Рассуждая так, как если бы мы находились внутри цикла, мы заметили изменения в поведении частей, величина и время проявления которых определялись силами и взаимодействиями между отдельными компонентами цикла. Наш язык описывал происходящее шаг за шагом в одной форме: изменение в А определяет изменение в Б, и так далее. Но когда описание доходит до того места, с которого оно (произвольно) началось, в синтаксисе происходит внезапное изменение. Теперь описание должно сравнивать изменение с изменением и использовать результат этого сравнения, чтобы объяснить следующий шаг.

Иначе говоря, в предмете рассмотрения произошло не вполне очевидное изменение, которое на языке последнего раздела этой главы (критерий 6) мы назовем изменением логического типа. Речь идет о разнице между языком, который мог бы использовать физик для описания, как одна переменная воздействует на другую, и другим языком, для описания цикла в целом, уменьшающего или увеличивающего различия. Когда мы говорим, что система находится в «устойчивом состоянии» (т. е. что несмотря на отклонения она возвращается к среднему состоянию), мы говорим о цикле в целом, а не о вариациях внутри него. Подобным же образом, вопрос, который инженеры задали Кларку Максвеллу, относился к циклу в целом: как можно его сконструировать, чтобы добиться устойчивого состояния? Они ждали ответа в терминах отношений между отдельными переменными. Что требовалось, и что было сделано Максвеллом — это ответ в терминах временнЫх постоянных целого цикла. Это был мост между двумя уровнями рассуждения.

Объекты и переменные, которые играют главную роль на первом уровне рассуждения, отходят на задний план на следующем, более высоком или более низком уровне. Это удобно иллюстрировать, рассмотрев смысл слова переключатель, который инженеры иногда называют затвором или реле. То, что проходит через него, получает энергию из другого источника, чем тот, который открывает затвор.