Маятник. Колонка в КомпьютерреOnline #83

Системні мислителі розглядають світ як сукупність зворотних зв'язків.
Донелла Медоуз

Потягнуло якось мене в останніх колонках на обговорення соціальних проблем... Ви не заперечуватимете, якщо я обговорю тут деякі найпростіші думки, що стосуються проблеми керування складними системами?

Я почну з прямо-таки абеткових думок. Я опишу прийом, який використовую на лекціях з екології. Роблю я це у великій аудиторії, стоячи поряд з високою дерев'яною трибуною (залазити на неї здається мені трохи смішним). Я кажу студентам: ось перед вами стою, не ворушачись, я, і поряд зі мною стоїть трибуна. Однаково ми з нею підтримуємо своє положення чи по-різному? Чому я втомлююся від такого стояння, а трибуна не втомлюється? А що буде, якщо з високою точністю реєструвати дрібні зміни положення тіла людини і неживої конструкції?

Трибуна втягується в затухаючі пружні коливання різноманітними механічними впливами, наприклад, звуками і струсами підлоги. Частота її вібрацій залежить і від частоти діючих на неї коливань, і від властивостей самої трибуни: її ваги і пружності. З людиною набагато складніше. Її тіло теж реагує на зовнішні коливання, але й само воно генерує значно серйозніші вібрації. Наше тіло втягнуте одночасно в кілька різних коливальних процесів, кожен зі своєю частотою і амплітудою. Причина цих коливань внутрішня.

А що відбудеться, якщо повністю затемнити приміщення, де перебуває людина, що стоїть (чи просто закрити їй очі)? Один з коливальних процесів, у який утягнуте її тіло, зникне. Чому?

Людина, що стоїть, дивиться на навколишнє середовище. Якщо її тіло відхиляється від обраного положення більше, ніж на якусь порогову величину, її зір зареєструє це за відносним переміщенням навколишніх предметів. Відповідальний за підтримання пози центр нашого мозку коригує тонус підтримуючих тіло м'язів, компенсуючи відхилення. Зазвичай це призводить до гіперкомпенсації: тіло відхиляється в інший бік. Зір реєструє відхилення, мозок дає необхідні команди, м'язи компенсують (гіперкомпенсують) порушення...

Якщо ми так чи інакше перекриваємо зоровий канал інформації, людина не падає. Вона й далі стоїть, орієнтуючись на інформацію вестибулярної системи (органа рівноваги) і на покази рецепторів у м'язах і зв'язках. Ці системи породжують свої коливання, що характеризуються власною частотою і амплітудою... Відхилення – сприйняття – керуюча реакція – компенсація...

Людина, що стоїть, на відміну від трибуни, втомлюється, тому що її м'язи весь час працюють. А що буде, якщо вона сильно втомиться чи, наприклад, опиниться під впливом речовин, що порушують роботу її мозку? Вона почне розхитуватися як п'яна. Швидкість її реакції сповільниться, амплітуда коливань збільшиться, і вони стануть помітними для неозброєного погляду.

Ми описали регуляцію пози за допомогою від'ємних зворотних зв'язків. У нашому випадку прямий зв'язок – вплив м'язової активності на положення тіла. Але положення тіла само впливає на м'язову активність – це зворотний зв'язок. Ті зворотні зв'язки, завдяки дії яких початкове відхилення компенсується (результат спрацювання зворотного зв'язку протилежний за знаком початковому відхиленню), називаються від'ємними (–ЗЗ). Від'ємні зворотні зв'язки стабілізують систему, на їхній дії заснований механізм регуляції. У разі додатних зворотних зв'язків (+ЗЗ) початкове відхилення посилюється. Додатні зворотні зв'язки переводять систему в інший стан.

Давайте наведу свій улюблений приклад від'ємних зворотних зв'язків. На багатті стоїть казанок. Якщо вогонь горить надто сильно, вода з казанка википає і частково гасить вогонь. Кипіння зменшується, і вогонь поступово починає розгорятися... Це – система, у якій реалізується від'ємний зворотний зв'язок. А в якому разі вона була б додатною? Якби в казанку був гас (чи хоча б жир)!

У казанку варяться рапани, зібрані на польовій практиці студентів-біологів. Вогонь то розгорається, то затухає – поки в казанку вистачає води

Прості неживі системи зазвичай зберігають свої параметри постійними завдяки своїй косності, статичності. Живі системи динамічні. Їхні характеристики виявляються постійними внаслідок роботи –ЗЗ.

Для керування системами важливо зрозуміти, які саме параметри визначають частоту і амплітуду коливань. У прикладі зі сп'янінням ми бачили, що збільшення запізнення в роботі –ЗЗ призводить до зменшення частоти автоколивань і збільшення їхньої амплітуди. Якщо таке запізнення виявиться надто сильним, система може просто "вилетіти" з того діапазону станів, у якому регуляція виявляється ефективною. Наприклад, сильно п'яна людина може відхилитися від вертикального положення настільки, що їй знадобиться змахувати руками чи висувати в бік падіння ноги. Фактично, це означає, що для підтримання вертикального положення тіла вмикаються нові зворотні зв'язки.

Щоб показати цей ефект, я зазвичай прошу вийти до мене якогось студента, ставлю його поряд із собою, відволікаю увагу, а потім підступно штовхаю. Щоб утриматися на ногах, він змахує руками. А наступний крок у міркуваннях ми обговорюємо вже суто віртуально: я запитую, що буде, якщо викликане моїм поштовхом відхилення перевищить його регуляторні можливості. Він упаде.

Тіло людини при падінні відхиляється настільки, що його починає валити земне тяжіння. Чим сильніше він відхилиться, тим сильніше він відхилятиметься тяжінням. Така поведінка характерна для систем, що вийшли за діапазон регуляції –ЗЗ і потрапили в діапазон переважання +ЗЗ.

Роботу зворотних зв'язків можна наочно показувати у вигляді певної поверхні, по якій "скочується" динамічна система (щось на кшталт епігенетичного ландшафту Уоддінгтона, якщо знаєте, про що це я).

Ми бачимо діапазон норми, підтримуваної комплексом –ЗЗ, діапазон аномалій з іншими –ЗЗ, і зони, у яких +ЗЗ переводять систему в інший стан

Такі аналогії корисні, але не треба забувати, що поверхня, по якій "котиться" система, не є для неї чимось зовнішнім. Розгляньте малюнок як ілюстрацію стану п'яної людини, і ви зрозумієте, що показана на ньому поверхня – вираження тих зв'язків, які працюють і в самій системі теж!

Не думайте, що +ЗЗ – погані. Приміром, індивідуальний розвиток організмів керується насамперед ними. Саме вони переводять систему, що розвивається, з однієї стадії на іншу.

А чому кулька, скочуючись по показаній на малюнку поверхні, ухиляється то праворуч, то ліворуч? Чому регульована зворотними зв'язками величина коливається? Причина- у запізненнях. Жодні петлі зворотного зв'язку не спрацьовують миттєво. Чим більше часу потрібно системі на те, щоб зреагувати на ухилення, тим більше вона відхилиться від оптимального стану, і тим сильніше виявиться "переліт" через норму, коли реакція, нарешті, спрацює.

В авіації є ефективний спосіб визначити, наскільки добре льотчик уміє, наприклад, заводити літак на посадку. Локатори реєструють горизонтальні і вертикальні відхилення реальної траєкторії літака від оптимальної – глісади. Будь-який льотчик відхиляється від глісади то в один бік, то в інший. Однак хороший льотчик реагує навіть на невеликі відхилення реального маршруту від ідеалу і коригує їх настільки, наскільки потрібно для повернення до оптимуму. Поганий пілот виписує траєкторію, яку його колеги порівнюють зі слідом, який залишає на землі цівка сечі бика, що йде.

Навіщо я це все розтлумачував? Понятійний апарат, який ми зараз обговорювали, придатний для опису найрізноманітніших процесів – і відносно простих, і вельми складних. Спробую зробити якісь висновки. Ефективно керований процес породжує швидкі дрібні коливання тих величин, за якими ми судимо про його стан. Триваліші коливання зі значною амплітудою свідчать про неефективність керування; спроби заблокувати коливання можуть призвести до втрати системою керованості і її переходу в іншу якість.

До яких систем застосувати щойно зроблене нами "лекало"? Ну, наприклад, до стану соціуму. Вас обурює, що я хочу використати для обговорення суспільства підхід, який пояснював на прикладі організму? Чомусь багатьом здається, що суспільство набагато складніше. Я не згоден із цим. Звичайно, суспільство – система, що складається з дуже великої кількості різнорідних компонентів, але зв'язки між цими компонентами виявляються набагато простішими, ніж між частинами організму. Організм – цілісніша, інтегрованіша система, і завдяки цьому він може реалізовувати непросту програму індивідуального розвитку. Приміром, ще в утробі матері ембріон може готуватися до того, що після досягнення статевозрілості почне розмножуватися. У суспільстві (набагато "пухкішій" системі) спрямовані на досягнення віддалених цілей керуючі зусилля виявляються, на жаль, малоефективними.

За коливанням траєкторії літака навколо глісади можна оцінити майстерність пілота. А ефективність керування економікою можна оцінити за динамікою найважливіших індикаторів. А як оцінити ефективність політичного керування?

Один з механізмів зворотного зв'язку в політиці – вибори. Це за визначенням повільно діючий механізм регуляції. Чи є швидші? Звичайно! Активність різних політичних сил у парламенті, привернення громадської уваги до поточних проблем за допомогою ЗМІ, робота громадських організацій і протести громадян – швидкі способи коригування державної політики. На жаль, не в усіх країнах вони працюють. Там, де вони більшою чи меншою мірою заблоковані – надія лишається на вибори. Утім, і вибори не завжди виявляються коригуванням влади з боку народу, іноді вони виявляються просто нав'язуванням електорату рішення, яке прийняла влада.

Наприклад, в Україні щойно пройшли парламентські вибори. Загалом, вони підтвердили давній висновок: у цій країні на виборах перемагає опозиція. Зміни курсу виявляються досить різкими, і в цілому ця ситуація відповідає випадку малоефективного керування. Маятник хитається від одних сил до інших. Єдиний раз, коли президентові вдалося переобратися – другі вибори президента Кучми. Йому тоді вдалося вдало підштовхнути суспільні настрої в бік комуністів. На другому турі, обираючи між чинним президентом і лідером компартії, я своїми руками проголосував за президента - і так зробили дуже багато хто.

Теперішня перемога опозиції – зовсім не яскрава. Три опозиційні партії нашкребли трохи більше голосів, ніж правляча партія разом з комуністами. Імовірно, за рахунок "хімії" з результатами виборів по мажоритарних округах і творчої роботи з мажоритарниками влада збере в парламенті більшість. Роблячи це, підштовхнуть маятник суспільних настроїв на користь радикальної, націоналістичної опозиції. Якщо теперішній президент вийде на наступних виборах проти лідера націоналістів (який уже встиг наговорити і наобіцяти чимало дивних речей, і в майбутньому, напевно, підтримає свою репутацію), підсумок виявиться вирішеним наперед. Але до радикалів хитнуться лише суспільні настрої, адже парламент-то вдасться зробити пропрезидентським! Жодної перебудови керування при цьому не знадобиться.

Ті, хто це робитиме, радітимуть, що змогли зупинити рух суспільства в небажаний бік. Цікаво, до чого це врешті-решт призведе?

Здійснюючи такі зусилля, українська влада із заздрістю дивиться на Росію. Як добре керувати країною, де результат виборів вирішений наперед! До речі, пам'ятаєте: ми обговорювали дивні "хвости" на російських розподілах голосів, відданих за партію влади, залежно від явки? Попередні українські вибори тоді можна було наводити як приклад відсутності подібних дивацтв. А на цих виборах вони з'явилися, свідчачи, що російське ноу-хау діє і в Україні.

То які ж зворотні зв'язки коригують владу України? А Росії? Якої динаміки суспільних процесів можна очікувати на цьому тлі?

...

Будьте напоготові! Якщо ви починаєте всюди помічати дію зворотних зв'язків, значить, ви перетворюєтеся на системного мислителя.
Донелла Медоуз.