Глава 1. Консервативная форма организации систем

Любая материальная система, обладает способностью к реакции на внешнее воздействие. Если к бумаге поднести огонь, она загорится. Лед, брошенный в воду, тает. Это своего рода прямое действие. Материальное образование испытывает воздействие и необратимо реагирует. Ключевое слово здесь «необратимо», то есть с последствиями для самого куска материи которые уже не исправить. Конечно, можно воду можно снова заморозить, но это уже будет другой кусок льда. Однако мы видим в окружающем мире материальные системы способные на реакцию иного типа. Мы и сами являемся такого рода системами. Первая отличительная особенность в способности компенсирующего действия, цель которого – самосохранение. Компенсирующее действие использует обратную связь между внешним воздействием и внутренним состоянием. А именно внешнее воздействие, изменяя внутреннюю среду материальной системы, запускает процессы, стремящиеся восстановить состояние системы. Всю совокупность компенсирующих действий будем называть консервативной формой поведения.

Существует и активная форма реагирования. Очевидно, существует уровень сложности материальных систем, на котором становится возможен процесс эволюции, развития. Таковые системы уже не просто компенсируют воздействия внешней среды, но и приобретают способность к количественному и даже качественному росту, происходящему в тесной связи с внешней средой, и это также происходит на основе механизма обратной связи.

Материальные системы способные к реакции на основе обратной связи называются самоорганизующимися. Весь последующий текст нацелен на описания систем взаимодействующих с окружающей средой на основе механизма обратной связи. То есть речь пойдет о самоорганизующихся материальных системах. Но если рассматривать самоорганизацию как этап эволюции, то необходимо признать, что самоорганизация должна подчинятся некоторым общим законам и принципам, которые передаются от примитивных систем так сказать генетически. Поэтому первым этапом понимания систем самоорганизующихся будет понимание механизмов, объясняющих способы построения структуры системы, ее внутреннюю энергетику и взаимодействие со средой.   

Консервативная самоорганизация предполагает наличие внутренних, стабильных процессов и способность поддерживать их энергетический уровень. Активная форма самоорганизации предполагает рост энергетики внутренних процессов (количественный рост системы) и запуск новых процессов (качественный рост системы). Так материальная система в процессе развития усложняет свою структуру, создавая новые возможности для активного поведения. Структура определяет возможности, а они в свою очередь изменяют структуру. Таким образом, запускается процесс самосовершенствования, возможно, ничем не ограниченный, способный привести к уровню сложности, такому, что мы сможем возникшую систему принять за разумную.               
Разумеется, развитие возможно только на базе решения задачи самосохранения в течение длительного времени, поэтому начнем наше рассмотрении с консервативной формы существования материальных систем. Отметим только, что не существует строгой границы между консервативной и активной формами жизни системы.  Эти две формы дополняют друг друга, обеспечивая в едином процессе жизнеспособность системы – организма. Но из соображений большей ясности описания придется их разделить по некоторой линии.

Общая идея консерватизма

Простейшая форма устройства материальной системы предполагает однородность, что означает одинаковость во всех своих точках и направлениях. Такая система состоит из элементов способных только к простому энергетическому реагированию – накоплению поступающей энергии, и ее передаче. Именно такова однородная среда, состоящая из молекул вещества, например газ или жидкость. Целью же данного исследования являются системы, состоящие из примитивных организмов, примитивных в том смысле, что их поведение вполне укладывается в рамки нескольких типов реакций, но это уже набор возможностей, а не просто накопление и передача энергии.

Но все равно первоначальное, самое основное состояние любой материальной системы – это однородность и изотропия. Системы, состоящие из элементов способных на один тип реакции и, системы, состоящие из элементов способных на ряд реакций, все равно начинают свою историю с однородности и изотропии. Поэтому некоторое время мы не будем уточнять функциональность составляющих элементов   
Сейчас наши рассуждения только о консервативной форме организации. А ее суть в поиске оптимальной структуры, оптимальной в смысле соответствия внешним, устойчивым воздействиям. Если способы и интенсивность воздействия со стороны окружающего мира, некоторое время не изменяемы, то достаточен компенсаторный механизм, восстанавливающий состояние системы в процессе воздействия. Но важен такой параметр компенсации как скорость восстановления. Скорость или точнее интенсивность восстановления должна соответствовать интенсивности воздействия. Если воздействие идет интенсивнее процессов компенсации, то система разрушается.

Еще один важный параметр консервативной системы – запас прочности. Пусть существует некоторая система в оптимальном состоянии, то есть ее компенсаторные механизмы по своей интенсивности полностью согласованы с интенсивностью внешнего воздействия. Такая схема будет работать только при условии стабильности внешней среды. Консервативная система, оказывается, требует консервативного окружения, что выглядит нереальным. На самом деле внешнее воздействие может на некотором временном промежутке оказаться интенсивнее компенсации, и система начнет разрушаться. Поэтому разумно ввести понятие запаса прочности как порогового значения времени и интенсивности внешнего воздействия после которого разрушение системы станет необратимым. Опыт наблюдения природы подтверждает сказанное. Любая природная система из живой и неживой природы способна выдерживать внешнее воздействие определенной силы, и действительно есть пороговый уровень внешнего удара, после которого разрушение становится необратимым.

Если интенсивность внешнего воздействия величина достаточно не предсказуемая, а механизмы компенсации стабильны, то тогда в изменяющейся внешней среде любая материальная система должна погибнуть в течение определенного времени. Вообще, можно заметить, что так оно и происходит.  Материальная система, отличающаяся от однородной среды, возникает как случайная флуктуация и живет то время, которое ей  позволяет ее внутренняя энергетика. Как волна от брошенного в воду камня, как торнадо в атмосфере, шаровая молния и т.д.

 Однако существуют материальные системы, даже простейшие, в которые заложен изменяемый механизм компенсации. Таковым является кристаллическая система. Ее особенность в том, что с ее пространственным ростом с одной стороны растет внешнее воздействие, стремящееся к разрушению, хотя бы в силу того, что больший объем кристалла предполагает большее воздействие со стороны среды. Но с другой стороны с ее увеличением растет и количество точек кристаллизации. Естественно с какого-то момента эти два процесса – разрушения и кристаллизации могут войти в равновесное состояние.

Для такой системы, гибель – это абсолютное уничтожение. В любом другом случае остается возможность восстановления. Если для колонии микробов в питательной среде оставить только возможность размножения, то она становится еще одним примером возможности восстановления примитивной материальной системы. Даже один микроорганизм в отсутствии внешнего давления способен восстановить всю колонию. Примеры такого рода материальных систем встречаются достаточно часто. Их консервативность заключается в том, что механизм восстановления (а это форма компенсации внешнего воздействия) подчиняется простому пространственному закону. Этот закон можно сформулировать так – однородность означает, в том числе однородность точек системы, в которых работает механизм компенсации. Таким образом, рост системы означает, в том числе, и рост количества таких точек восстановления.

 Отсюда естественным образом следует, что пороговое значение воздействия – это такая его интенсивность при котором баланс гибели точек роста и их восстановления уже невозможен. И существует оптимум, при котором рост системы останавливается, так как достигнут баланс.
 Можно представить себе простую схему эволюции в рамках консервативной формы организации материальных систем. Существует однородная среда очень большого объема. Если она достаточно велика, то в ней появляются точки локальной нестабильности – флуктуации, структура которых отличается от внешней по отношению в ним среды. Если флуктуации не имеют точек роста, то время их жизни определяется вторым началом термодинамики и собственной энергетикой. Если у флуктуации есть точки роста, то она начинает количественное развитие с которым усиливаются и процессы разрушения, пока не наступит состояние баланса. Это состояние мы будем называть оптимальным уровнем развития системы. И еще раз поставим акцент, что такой механизм работает как для примитивных систем, как система кристаллов, так и для сложных, самоорганизующихся. Вторые от первых отличаются лишь более развитым механизмом компенсации внешнего воздействия. Но идея оптимума работает и для них, что подтверждается примером коллективных насекомых, существованием областей распространения биологических видом животных и растений и т.д.   

Ниже рассмотрим некоторые принципы помогающие понять, каким образом, даже примитивные системы становятся способны к поведению внешне представляющимся довольно сложным и вполне закономерным. Это, как было сказано выше, базовые принципы, генетически передающиеся более сложным формам организации в процессе эволюции. 
               
Статистическое поведение       

Совершенно очевидно, что эволюционное развитие идет от простых форм к сложным. Также очевидно, что целенаправленное, целеустремленное поведение требует сложной организации, из чего следует, что простым формам организации материи необходимо отказать в возможности целенаправленного поведения. Но тогда остается только одна возможность – поведение вероятностное, подчиняющееся статистическим закономерностям.
На это есть фундаментальная причина – в физике нет, как в юриспруденции, законов прямого действия, когда реакция системы определяется простым правилом. В формировании  материальных процессов участвует множество трудно учитываемых факторов и более того, некоторые из них могут быть даже неизвестны. Поэтому, начиная с Гиббса впервые системно начавшего заниматься статистическими подходами к описанию мира, физики находят разумным ограничиваться вероятностными моделями в самых разных процессах. И это может показаться удивительным, но предположение о том или ином распределении вероятностей позволяет делать выводы о закономерном поведении случайной величины на больших пространствах или временных интервалах.

Пример с распределением плотности атмосферы. Известно, например, что плотность атмосферы нашей планеты уменьшается с высотой. Этот факт легко объясним идеей равной вероятности векторов скорости.
Атмосфера это газ, молекулы которого, двигаются с разными скоростями в разных направлениях. Общий закон распределения скоростей следует из того же соображения, что и закон распределения орлов и решек. А именно, разумно предположить, что выделенных скоростей и направлений не существует. Это разумное допущение следует из того наблюдения, что газ во всех направлениях имеет одни и те же свойства. Есть молекулы, двигающиеся  с самыми разными скоростями во всех возможных направлениях.
Выделим тонкий пласт газа лежащий недалеко от поверхности Земли. Посчитаем молекулы, имеющие вертикальную составляющую скорости. Наше исходное соображение утверждает, что вертикальные составляющие распределяются в некотором интервале скоростей, то есть эти вертикальные составляющие имеют разные численные значения. И чем уже рассматриваемый интервал скоростей, тем меньше в нем будет молекул, ведь мы уже договорились, что выделенных скоростей, «более любимых» молекулами нет.   
 Но дело в  том, что молекула, летящая вверх, должна преодолеть силу тяготения. И чем больше высота, тем меньше молекул могут достигнуть этой высоты, так как тем меньше есть молекул имеющих необходимую для этого скорость. Таким образом, чисто вероятностное предположение о скоростях молекул объясняет очень существенное физическое явление.

Отметим, что статистические соображения сегодня не просто интересный казус, а довольно развитый метод, позволяющий создавать содержательные и очень продуктивные теории и молекулярная теория газа,  не единственный пример использования статистики.   

Пример с распределением молекул атмосферы интересен тем, что случайное поведение каждой молекулы в массе своей складывается в поведение уже вполне целенаправленное. Такой результат основан на двух фундаментальных принципах. Во-первых, если нет веских оснований, выделить какой-либо фактор, влияющий на поведение системы, то все возможные события считаются равновероятными. Во-вторых, если случайная величина изменяется в широком диапазоне значений, то наибольшее количество значений случайно величины находится в окрестности некоторого среднего значения, и по мере удаления от нее вероятность фиксации события (значения случайной величины) равномерно падает, а картинка распределения вероятностей напоминает колокол с вершиной в середине и плавно ниспадающими краями. Такой график называется нормальным распределением или еще распределением Гаусса.      

 Это дает очень много для предсказания поведения сложных систем. Например, если мы тонкой, спокойной струйкой с небольшой высоты льем воду на совершенно ровную и гладкую поверхность и нет оснований считать какое-либо направление  поверхности выделенным, то можно ожидать, что  вода будет распространяться в виде расширяющегося круга. И если это несколько не  так, то видимо течение воды не совсем плавное или поверхность не вполне ровная. Если в центр лабораторной чашки с питательным веществом, поместить каплю с бактериями, то их колония будет распространяться точно также как и вода, то есть расширяющимся кругом.   
Получаем общий принцип. Если функционирование материальной системы заключается в ее расширении, то в отсутствии внешнего воздействия ее целенаправленное поведение определяется принципом равной вероятности и сводится к расширению во всех возможных направлениях с одинаковой скоростью.

Распределение Гаусса предполагает следующее. Для случайной величины можно выделить некоторое наиболее вероятное значение. Это означает, что события с этой ожидаемой вероятностью случаются чаще других. Но все значения случайной величины возможны с единственным уточнением – количество событий тем меньше, чем больше его вероятность отличается от наиболее вероятного события.
Надо полагать, что таков механизм образования формы муравейника в виде холмика. Здесь надо полагать работают оба принципа. Принцип равной вероятности требует расширения основания муравейника во все стороны, и как следствие основание представляет собой довольно ровный круг. Второй принцип требует, чтобы вероятность укладки очередным муравьем, очередной палочки распределялось  по гауссиане, то есть с максимумом в центре. Однако муравейник одна имеет форму не колокола, а холма. Это уже следствие принципа энергетической стабильности. Ясно, что колокол не лучшая конструкторская идея для сыпучих материалов в поле тяготения. Заметим, что отход от гауссианы видимо обусловлен не поведением муравьев а природой материала используемого муравьями и стремящегося принять форму холма через собственные процессы проседания и осыпания. Холм это своего компромиссный вариант действия двух фундаментальных принципов статистического равноправия и механической стабильности системы.   

Таким образом, статистические закономерности создают вполне закономерные формы поведения систем на определенном уровне их сложности. Все биологические виды  стремятся расширять свой ареал во всех возможных направлениях и различия ареалов, очевидно, объясняется разностью условий в различных направлениях.  Заметим, что наиболее существенный фактор применения вероятностных механизмов это большое количество элементов системы с одинаковым функционалом. В примере с газом это молекулы способные к движению с некоторой скоростью, в примере с семьей насекомых – это отдельная особь. Каждый муравей примитивен и способен только на простые реакции, что и подчиняет их массу статистическим закономерностям. 

Энергетический оптимум или минимум

Энергетический минимум - принцип существования материальных систем известный из физики. А именно – материальная система стабильна в минимуме внутренней энергии. Простейшая иллюстрация принципа – шар на вершине холма и во впадине. В первом случае положение шара нестабильно в отличие от второй ситуации. В отношении сложных систем этот принцип выражается в консервативном стремлении занять энергетическую позицию, в которой для обеспечения существования необходима минимальная энергетика.
Мощное действие этого принципа можно увидеть на примере человечества, которое вполне годится на роль образца самоорганизующейся системы. Хорошо организованное общество отличается стремлением в своей экономической деятельности получить максимальный эффект при минимальном вложении ресурсов. Неэффективное управление экономикой, в том числе коррупцию можно рассматривать как человеческую версию энтропии. 

Но в принципе, экономичность - важнейшее требование любого технического и производственного решения. История развития техники показывает, что довольно часто прорывные решения научной и технической проблемы проигрывают более простому, но легко реализуемому варианту. Обычно в этом случае принято говорить «Эта идея опередила свое время». В переводе на язык энергетики это означает, что для реализации идеи нужен общий уровень развития такой, что энергетические (ресурсные в общем смысле) запросы идеи на этом уровне будут уже вполне приемлемыми. То есть идея, как шар будет находится если не во впадине, то хотя бы на ровной поверхности.

Более тщательное рассмотрение этого вопроса приводит к выводу, что именно возможный минимум не есть цель самоорганизующейся системы. Реально стремление к энергетической стабильности на минимально возможном уровне встречает сопротивление со стороны идеи поддержания функциональности системы, требующей вполне определенной энергетики, а не минимальной. Результат борьбы этих, в общем-то, противоположных принципов есть достижение состояния энергетического оптимума. Затраты энергетических ресурсов выше этого уровня излишни, падение ниже порогового значения означает уменьшение функциональности.
Отметим также, что под энергетическим потенциалом на самом деле понимается совокупность всех расходуемых материальных ресурсов, так как любой такой ресурс можно выразить в энергетическом эквиваленте.            

Энергетический оптимум не является константой. Так как его величина есть результат борьбы компенсаторного механизма и второго начала термодинамики, то их изменение может привести к возникновению нового оптимума и новых механизмов компенсации и восстановления. Отметим, что внешний удар по системе, это всегда удар и по компенсаторным механизмам, которые могут изменятся не только количественно, но и качественно. Хороший пример тому дают уже много раз использованные коллективные насекомые. Известно, что в семье термитов есть особые особи с большой и хорошо укрепленной головой. Настолько большой, что такой термит может закрыть своей головой проход в термитник. Можно полагать, что такая флуктуация в однородной массе термитов появилась, как ответ на регулярные нападения на термитник других насекомых и это противодействие внешней угрозе можно признать качественным изменением компенсаторного механизма направленного на непрерывное восстановление термитника.   

Оптимизация расхода ресурсов требует борьбы с главным врагом любых материальных систем – энтропией. Согласно второму началу термодинамики все физические процессы в замкнутых системах идут с рассеянием энергии во внешнее пространство. Поэтому материальная система должна иметь замкнутую структуру с минимально необходимыми контактами с внешней средой. Кроме того, излишне высокий энергетический уровень способствует усилению рассеяния, а в замкнутом пространстве проще удерживать энергию. И если система не расширяется пространственно, то в интересах сохранения функциональности она стремится поддерживать энергетический оптимум.
Таким образом, принцип поддержания энергетического оптимума  становится одной из причин возникновения относительно жесткой структуры системы. Для того чтобы избежать быстрого рассеяния (здесь речь идет уже не о ресурсах вообще, а конкретно энергии, как главном ресурсе), потоки энергии должны быть замкнуты в относительно небольшом пространстве и для них должна существовать материальная структура. Также отметим, что единственная форма замыкания потоков, - это круговая, что и определяет форму организации, в том числе самоорганизующихся систем. Она не может быть любой, если ей установлена цель. И принцип оптимума энергии, его поиск системой и поддержание становится фактором, определяющим весь функционал системы.

Отметим, требование к системе иметь жесткую структуру это не логическое требование обязательное к выполнению. Механизм образования структуры эволюционный. В большой однородной среде, как выше уже было сказано, возможны флуктуации – то есть образования подсистем (организмов) со структурой отличной от среды. Естественно, что возникнуть может любая структура, но не любая выживет в борьбе со вторым началом термодинамики.
    
Принцип регулярности и симметрии

Любая материальная конструкция размещается в пространстве и, следовательно, в ней должны быть заложены общие принципы пространственного строения. Легко заметить, что регулярное повторение элементов структуры свойственно любой сложной материальной системе, начиная от микромира. Регулярность ярко проявляется в кристаллической структуре вещества. Она свойственна всем живым организмам, которые можно считать наиболее сложной формой материальных систем. Можно сказать, что любая сложная материальная система собирается из простых составляющих повторяющихся в структуре в определенном порядке. Сразу отметим, что этому принципу противостоит принцип специализации. Например, тело животного на нижнем уровне можно считать однородным сообществом примитивных клеток, но на макроуровне, клетки собираются в особые образования – внутренние органы с совершенно различной специализацией. Однородная масса людей в процессе своего развития непрерывно образует специальные образования вплоть до государства. Но пока от явления специализации можно отвлечься, так как сейчас наша цель – примитивные образования.

Самая простая форма регулярности – это состояние однородности и изотропии, что можно считать основным для газообразных и жидких форм вещества. А судя по форме базовых законов существования поля и для полевой формы это состояние основное. Наиболее яркий пример однородности и изотропии дает Мироздание в целом. Скопления галактик, галактики в скоплениях, распределения звезд в галактиках, сообщества атомов и элементарных частиц в звездах, это все уровни однородности. Кстати этот пример показывает еще одну важную особенность – достаточно большая система существует как множество уровней однородного строения.
Но уже на примерах таких «обычных», не самоорганизующихся материальных систем, мы видим, что однородность, оставаясь доминантой, все время порождает локальные нарушения. Всевозможные флуктуации, возникающие внутри однородной среды, это точки выхода материальных систем из стабильного состояния, создающие механизмы для возникновения более сложных образований.

Но все же это флуктуации и даже на этом локальном уровне, само нарушение однородности имеет два результата. Нарушение может быть хаотичным, то что мы называем катастрофой, но оно может привести к созданию более сложной, но также однородной системы, как например океанское течение, водоворот, атмосферный циклон. Следовательно, возможно выделить материальные образования, которые, оставаясь в некотором смысле однородными, приобретают качества структуры, то есть того, что уже можно выделить из среды, как нечто от среды отличающееся. Следовательно, нужен принцип более сложного регулярного устройства, нежели примитивная однородность. Таким принципом становится пространственная симметрия.

Природа пространства предполагает два вида симметрии. Это осевая и центральная симметрии, если не принимать во внимание намного более сложные представления о симметрии, разработанные современной физикой. Вопрос, почему неорганические вещества в твердом состоянии предпочитают форму симметрии, хорошо изучен физикой и химией. Достаточно  принять то обстоятельство, что самоорганизующиеся формы вещества подчинены общим законам, и симметрию можно считать наследством, полученным от простейших форм.

Самоорганизующиеся структуры есть эволюционное следствие  примитивной формы организации материальных систем. Поэтому генетическая передача свойства симметрии выглядит естественным минимальным усложнением, что соответствует другому рассмотренному принципу – оптимизации ресурсных затрат.  С другой стороны симметрия это уже выход за пределы простой однородности и изотропии, что дает возможность организации замкнутой сложной структуры, в пределах которой уже становятся возможны замкнутые энергетические процессы.
Кроме того, каждый вид симметрии, сам по себе допускает построение сложных конструкций. Внутри структуры возможна сколь угодно сложная комбинация различных осей и центров симметрии, что при сохранении принципа регулярности, дает практически безграничные возможности архитектуры структуры. Например, в структуре дерева развивающегося без отклонений можно увидеть и центры и оси симметрии. Можно даже утверждать, что симметричная структура – признак нормального развития, отклонение это всегда патология.   
               

Однородность системы, ее рост, и проблема устойчивости

Как уже было высказано ранее, консервативная форма существования материальной системы в принципе не стабильна. Во-первых, вследствие изменяющейся внешней среды, воздействие которой может превысить порог прочности и либо привести к гибели всей конструкции, либо запустить процесс ее качественного изменения.
В условиях стабильности внешнего воздействия однородная система стремится к количественному росту. Однородная система, являясь регулярной структурой, поддерживающей стабильные внутренние энергетические потоки, существует в однородной среде содержащей те же структурные элементы, что и система. Это создает для нее возможность поглощать эти самые элементы, как своего рода питание, что запускает процесс количественного роста.
Если в системе заложено свойство саморазрушения, гибели структурных элементов, как гибель особей в сообществе живых существ (тех же муравьев), то с некоторого момента скорость гибели сравнивается со скоростью расширения и количественный рост останавливается.

Второй сценарий состоит в том, что внутри слишком большой системы возникают флуктуации нарушения однородности, конкурирующие с общей архитектурой системы, что также может привести к гибели системы или ее качественному изменению. Можно утверждать, что с ростом масштаба материальной системы ее устойчивость падает, даже без учета воздействия внешней среды, и она стремится в лучшем эволюционном смысле к созданию более сложной структуры, и таким образом возникает идея дифференциации и специализации.      

Дифференциация и специализация
 
С ростом масштаба однородной системы, энергетическая связь между ее отдельными частями ухудшается, устойчивость более просто сохранять в структурах компактных. Это приводит к появлению автономных образований  внутри крупной системы. Автономная область начинает самостоятельно реагировать на внешние воздействия, и в ней появляются свои специфические особенности структуры. Таким образом, большая система начинает терять качество однородности и начинается ее дифференциация.
 Специализация – это следующий этап процесса дифференциации. В большой системе распадающейся на автономные области развивается процесс энергетического обмена между создающимися автономиями. Энергетический обмен становится частью внешнего воздействия для отдельной автономии. Если при этом растет порог прочности автономии, то она переходит в стабильное состояние и становится специализированной подсистемой. Описанный здесь коротко процесс можно назвать процессом создания организма из однородной материальной системы. 

Появление механизма обратной связи

Все, что было сказано выше, имело целью показать эволюцию однородной материальной конструкции. Один из самых любопытных моментов состоит в том, что в процессе развития возникает более чем достаточно возможностей для самоуничтожения, но системы и не существуют в единичных экземплярах. Если система устойчива, то ее экземпляров много, даже без механизмов размножения, как у живых существ. Всегда существует механизм создания большого их количества. Причина понятна. Над каждой сложно организованной структурой висит топор второго начала термодинамики и энтропия стремится уничтожить все, что отличается от самой примитивной формы однородности, с энергией стремящейся к нулю. Но, разумеется, логическая необходимость недостаточна для объяснения реального существования. Наличие разумной причины еще не создает механизма.

В однородных системах, как было пояснено в предыдущем пункте, идут процессы дифференциации и специализации, в ходе которых изменяется структура однородности, появляется то, что было названо флуктуацией, которая может стать устойчивой подсистемой. В некоторой степени это вероятностное событие. Проблема заключается в том, что возникновение  жизнеспособной структуры в отсутствии закономерного механизма маловероятно. Механизм все же нужен и он называется обратной связью. Обратная связь является основой более эффективной организации компенсаторного механизма. Система с обратной связью способна подстраивать свою реакцию под интенсивность внешнего воздействия, что повышает выживаемость системы. Но для понимания механизма обратной связи требуется не менее любопытное понятие информации. 

Обмен энергией между материальными структурами с достаточно высоким порогом стабильности уже не приводит к их разрушению или какому-либо серьезному изменению. Структура в ответ на внешнее воздействие начинает воспроизводить целенаправленную реакцию в которой уже становится возможно выделить цель. Энергетический обмен с целью будем далее называть информационным.
Чисто энергетическое воздействие приводит к количественному накоплению энергии и сбросу ее в окружающую среду. Так действует нагрев или накопление электрической энергии. Базовая характеристика таких воздействий – интенсивность, как получения энергии так и ее отдачи. Если интенсивность выше порогового значения материальная структура погибает, как лед при нагреве или проводник при слишком высоком значении тока. Для однородных материальных образования это единственная форма энергетического взаимодействия.

Если энергию получает структура, то под воздействием ее элементы могут перестраиваться и изменять тип взаимодействия между собой. Изменения структуры вызывает изменение способа взаимодействия со средой. В этом случае полученный энергетический поток можно назвать информационным. То есть информация физически  по прежнему энергия, но ее воздействие определяется не интенсивностью, а возможностью воздействовать на структуру материальной системы и таким образом изменять внешнюю реакцию всей системы.
Систему с обратной связью, даже в рамках консервативной модели реагирования, то есть нацеленную на сохранение стабильного состояния уже можно назвать самоорганизующейся. Конечно, механизм самоорганизации в полной мере раскрывается в активной модели, когда уже появляется способность к качественному развитию, но этот вопрос нуждается в отдельном рассмотрении.   

Кооперация

Выше было рассмотрено несколько принципов «жизнедеятельности» сложных материальных систем. К ним необходимо уточнение. Все сказанное имеет смысл только если материальная система обладает своей собственной энергетикой. В примере с водой льющейся с некоторой высоты источником становится потенциальная энергия воды находящейся над поверхностью. Колония микробов обладает внутренней энергией биологической природы, как и все живые организмы.
Именно это существенно значимо, - запас внутренней энергии. Если он не возобновляемый, как у волчка, то система спустя некоторое время, под воздействием второго начала термодинамики прекратит свое существование. Время жизни такой системы полностью определяется уровнем автономности энергетических потоков. Если же система способна возобновлять свое энергетическое состояние или даже его наращивать, то она может расширяться количественно и возможно развиваться качественно.

Поставим акцент – существенно значима автономность энергетических процессов. Является ли такая материальная система единым организмом или кооперацией простых элементов – уже другой вопрос. Материальная система, построенная на идее кооперации,  отличается от организма отсутствием жесткой структуры и в этом ее преимущество и ее недостаток. Недостаток состоит в более низком уровне организации, такая система менее дифференцирована и в ней меньше специализированных структур (органов). В некотором смысле она менее функциональна. Ее преимущество в том же. Меньший уровень специализации и более высокая степень автономности элементов повышают ее мобильность.
Для возникновения процессов кооперации необходимы два свойства ее элементов. Во-первых, они должны быть способны к некоторым самостоятельным действиям. Во-вторых, они должны быть способны объединятся для участия в общем процессе и делать это на основе информационного обмена и обратной связи.

Механизмы возникновения кооперации как в рамках консервативного, так и активного поведения имеют в своей основе принцип реагирования на общий достаточно сильный раздражитель. Элемент самоорганизующейся системы передает информацию, то есть результат изменения собственного состояния, произошедший вследствие энергетического воздействия. Процесс самоорганизации означает согласование состояний элементов системы, в результате чего у них появляется общая реакция на внешнее воздействие. То есть внешнее воздействие, порождает информационный обмен между элементами системы мобилизуя их на совместный ответ. В состоянии стабилизации внешнего воздействия внутри системы возникает автономия, специализирующаяся на ответ на данное воздействие. В случае уменьшения его интенсивности, интенсивность информационного действия также начинает падать, и как следствие образовавшаяся временная автономия начинает распадаться.

В заключение

Обрисуем общую картину сказанного выше. Основа любой материальной структуры – однородность. Она может состоять из примитивных элементов, способных проводить или накапливать внешнюю энергию, и она может состоять из более сложных образований, которые можно назвать элементарными организмами. Но независимо от типа составляющих стартовая ситуация – это однородность и изотропия. Для этого состояния выше выделено три принципа определяющих личную эволюцию системы – это равновероятность, соблюдение энергетического оптимума и принцип симметрии.
В рамках консервативной модели поведения, которая является базовой, система стремится к самосохранению насколько это возможно для ее энергетического потенциала и количественному росту.

Пространственное расширение неизбежно приводит к росту нестабильности, внутри однородности начинаются процессы дифференциации и появлении автономий нацеленных на определенный тип воздействия. Если внешнее воздействие достаточно стабильно, это приводит к специализации автономных образований и закреплению их как самостоятельных структур.
Самоорганизация однородной системы, как процесс уже целенаправленного реагирования становится возможен, при способности элементарных организмов к информационному обмену. Информация это своего рода  способ восприятия энергии при котором она не просто накапливается или передается, а изменяет состояние элементарных организмов и делает возможным их кооперацию. А кооперация и есть тот самый процесс, который переводит систему из консервативной формы жизни в активную. Далее система начинает не просто пытаться скомпенсировать внешнее воздействие, она начинает эволюционировать качественно и при определенном уровне организации стремится адаптировать внешнюю среду уже под себя. А это и есть то состояние, которое мы будем считать интеллектуальным. Отметим, только, что здесь интеллектуальность поведения это термин, который означает нечто иное, нежели мы понимаем под интеллектом человека.