Вторая кибернетика

Биологи, физиологи, врачи в течение столетий изучали человеческий организм, животных, растения, накапливали знания о работе органов чувств, о взаимосвязях между дыхательной, кровеносной, пищеварительной системами… Инженеры электрики и связисты, в свою очередь, занимались проектированием телефонных станций и электрических сетей, подсчитывали пропускную способность каналов связи… Независимо от них специалисты по автоматике изобретали всевозможные датчики, переключатели, уровнемеры, ограничители, регулирующие тот или иной производственный процесс. Но вот оказалось, что эти специалисты работают, используя одни принципы, что в их исследованиях много общих идей. Это были идеи кибернетики. Существует множество формулировок, по-разному определяющих ее суть и содержание. Вот одна из наиболее распространенных: кибернетика это наука об управлении и связи в животных организмах и машинах. Собственно, так называлась знаменитая книга Норберта Винера, опубликованная в 1948 году. Возникнув, кибернетика стала стремительно расширять области своего влияния, вторглась в лингвистику, политэкономию, социологию, технику и т. д. Это естественно, любая обобщающая идея не исчерпывает своей роли, систематизировав ранее накопленный научный багаж. Она дает и сильный побудительный импульс к новым исследованиям, словно мощный прожектор освещает путь далеко вперед. Возможно, что именно поэтому А. Эйнштейн с невероятным упорством работал над единой теорией поля. Великий ученый понимал, что сведение всех существующих в природе взаимодействий в единую систему откроет перед наукой невиданные перспективы. Своим возникновением кибернетика обязана не случайному стечению обстоятельств, а естественному и закономерному развитию науки в направлении все больших обобщений. Их уровнем определяется и уровень науки вообще. Ведь именно с обобщений и начинается любая наука. Самым классическим примером здесь может служить математика. Человек, впервые понявший, что дважды два четыре, независимо от того, идет ли речь о каменных топорах или о гигантах-мамонтах, был, видимо, безвестным гением, положившим начало современной цивилизации. Итак, кибернетика изучает управление и связь в живой и мертвой природе. Речь может идти о любых процессах и явлениях, но только с одной оговоркой. При всем широчайшем диапазоне своих интересов кибернетик не интересуется физическими механизмами этих процессов. Так математика во время работы не интересуют конкретные предметы материального мира, стоящие за безликими числами. Но кто-то должен интересоваться и самими процессами. К примеру, смонтирована телефонная сеть, а контакты проводов все время подгорают. Или построен химический завод, а реакторы и газгольдеры лопаются по сварным швам. И нам не достигнуть практической пользы, если в это время мы будем толковать об информационной емкости, пропускной способности, об оптимизации управления о других кибернетических понятиях. Возвышенные кибернетические рассуждения явно не выдержат столкновения с технической прозой.

Сейчас этой прозой занимаются инженеры телефонисты, строители, металлурги, горняки, мелиораторы, обогатители, двигателисты и т. д. и т. п. представители сотен и тысяч специальностей, на которые, как на клеточки, разделена вся современная техника. С каждым годом клеточек становится больше, разделение специальностей возрастает и возрастает. Вместе с тем перед инженерами далеких, казалось бы, не имеющих ничего общего друг с другом областей зачастую возникают аналогичные с физической или с математической точки зрения задачи. Рассмотрим, к примеру, как вытекает вода из вертикального сосуда и как разряжается конденсатор. Частицы воды трутся о стенки трубы и друг о друга, но собственный вес заставляет воду вытекать. По мере опорожнения сосуда давление водяного столба уменьшается, и сосуд опорожняется все медленнее. Аналогично происходит и разрядка конденсатора. При замыкании его обкладок проводником разность потенциалов дает току возможность преодолевать сопротивление. По мере разрядки напряжение падает, и утечка замедляется. Количество оставшейся в сосуде воды или количество электроэнергии в конденсаторе определяется одной и той же экспоненциальной зависимостью. Мы имеем дело с математической аналогией проявлением единства различных явлений природы. Инженерно-физические аналогии обладают несколько меньшей обобщающей широтой, поскольку для них, помимо сходства математических описаний, требуется и чисто физическ

ое сходство самих процессов. Вот, к примеру, принцип противотока, широко используемый в дистилляционных колоннах нефтеперегонных заводов для выделения чистых продуктов из сырой нефти. Оказывается, похожее явление наблюдается при передаче сигналов по человеческим нервам, а также при образовании минералов в земной коре. Другой пример цепные реакции, теорию которых разработал лауреат Нобелевской премии академик Н. Н. Семенов. Ученый имел сначала в виду единственную открытую им цепную реакцию окисление фосфора кислородом. Но вскоре оказалось, что множество промышленно важных химических реакций развивается по цепному пути. Это и получение бензина из нефти при крекинге, и производство моющих средств, а также растворителей при окислении природных газов. Полимеризация пластмасс и синтетических каучуков, процессы горения в двигателях, механизм действия катализаторов все это тоже относится к цепным процессам. До сих пор речь шла о химии. Цепные реакции определяют и чисто физические явления скажем, механизмы атомного распада. Не случайно способ регулировки хода процесса с помощью выдвижных стержней, который применяют сейчас повсюду в ядерных реакторах, в свое время предложил один из сотрудников Н. Н. Семенова. Предназначался он тогда для управления чисто химической реакцией. Наконец, третий пример. Возьмем понятие период полураспада. Сначала оно обозначало лишь время, за которое должна была прореагировать половина сырья в химическом реакторе. Потом этот термин нашел применение в атомной физике, в технике очистки сточных вод, в фармакологии и даже в изучении успеваемости студентов. Еще более универсальным оказался бы специалист, хорошо знающий сушку, желанный гость и пищевиков, и химиков, и медиков. Идет ли речь о сушке фотобумаги или о консервации крови, о сушке белья, зерна, железобетона, лаков н красок физика процессов везде аналогична. Однако занимаются этими процессами меховщики, строители, пищевики представители соответствующих отраслей промышленности. Сегодня принцип разделения труда на производстве отраслевой по характеру выпускаемой продукции, а не по тем физическим процессам, которые используются в технологии. Назревает необходимость в новом подходе, в создании по образцу кибернетики комплексной науки физико-технических процессов. Подобно тому как из трех десятков букв и сотни химических элементов можно составить миллионы слов и получить миллионы химических соединений, так и из ограниченного набора физико-химических процессов кристаллизации, расплавления, теплообмена, диффузии, смешивания, дробления, растворения и т. Д. можно построить самую причудливую технологию, наладить производство самых сложных изделий. Первой ласточкой нового подхода можно считать работу

Института массы и теплообмена Академии наук Белорусской республики. Организация исследований и проектных работ по научному принципу позволяет его сотрудникам легко переносить найденные закономерности и инженерно-технические разработки из одной области в другую. Сотрудники института одновременно работают над непостижимо обширным кругом проблем. Химическая технология, атомные реакторы, термообработка металла, пропаривание железобетона, приготовление лекарств, конструирование электродвигателей принципиально новых типов они занимаются всеми процессами, так или иначе связанными с обменом энергией и массами. Причем в любых диапазонах температур от тысячеградусных, при которых работают шпазмохимики, до самых низких, при которых становится жидким гелий. Эффективность работы института лучший довод в пользу Кибернетики производственных процессов. По словам директора академика А. В. Лыкова, экономия от внедрения в производство аппаратов и установок, рассчитанных и сконструированных в институте, намного больше расходов на содержание всей Белорусской Академии наук. Это и не удивительно. На месте запутанного хаоса бесчисленных технологий, цеховых секретов, производственных хитростей возникает стройное здание всеобъемлющей науки о технических процессах, базирующейся на гранитном фундаменте механики сплошных сред, термодинамики, молекулярной физики и физической кинетики.