J.
E. Lovelock:
GAIA

Szkennelte,
javította és tördelte:
Csapó Endre.
4. FEJEZET
Kibernetika
Norbert
Wiener amerikai matematikus használta
először hétköznapi
értelemben a "kibernetika"
szót (a görög kormányos
- kübernétesz alapján)
a gépek és élő
szervezetek irányító
és kommunikációs
önszabályozó
rendszereivel foglalkozó
tudományág jelölésére.
A származtatás
nyílvánvalónak
tűnik, mivel a legtöbb kibernetikai
rendszer elsődleges feladata tartani
valamilyen, előre meghatározott
cél felé mutató
optimális irányt,
változó feltételek
között.
Tapasztalatainkból
régóta tudjuk, hogy
a stabil tárgyaknak széles
alapjuk van, tömegük legnagyobb
része pedig alacsonyan helyezkedik
el. Mégis, ritkán
csodálkozunk el azon a figyelemreméltó
képességünkön,
hogy tudunk egyenesen állni,
noha csak ízületekkel
ellátott lábszárunk
és keskeny lábfejünk
támogat. Az a tény,
hogy képesek vagyunk még
meglökve vagy mozgó
felszínen - hajón,
buszon - is állva maradni,
egyenetlen terepen elesés
nélkül sétálni
és futni, képesek
vagyunk magunkat melegben hidegen
illetve hidegben melegen tartani,
egyaránt példa valamilyen
kibernetikai folyamatra. Ezekkel
a tulajdonságokkal kizárólag
élőlények és
magasan automatizált gépek
rendelkeznek.
Némi
gyakorlattal himbálódzó
hajón is egyenes helyzetben
maradhatunk, mert izmainkban, ízületeinkben
és bőrünkben egész
sor érző idegsejttel rendelkezünk.
Feladatuk az agy folyamatos információ-ellátása
testünk különböző
részeinek mozgásáról,
térbeli helyzetéről
és a rájuk állandóan
ható környezeti erőkről.
Rendelkezünk egy pár
fülünkhöz kapcsolódó
egyensúlyszervvel is, melyek
vízszintezőként működnek.
Mindkettőben buborék
mozog folyadékközegben,
érzékelve a fej bármilyen
helyzetváltoztatását.
Van szemünk is a látóhatár
megfigyelésére és
az ahhoz viszonyított helyzetünk
megállapítására.
mindezeket az információkat
az agy dolgozza fel- rendszerint
nem tudatos szinten - majd azonnal
összeveti azokat az éppen
szándékolt testtartással.
Ha elhatározzuk,hogy a hajó
mozgása ellenére egyenesen
állunk - esetleg azért,
hogy távcsövön
keresztül szemléljük
a távolodó kikötőt
-, akkor az agy ezt a választott
tartást vonatkoztatási
pontként használja,
és ezzel veti össze
a hajó bukdácsolásából
eredő eltéréseket.
Érzékszerveink
folyamatosan értesítik
helyzetünkről az agyat, onnan
pedig állandóan kiigazító
utasítások jutnak
az izmok mozgatóidegeihez.
Ahogy a függőleges helyzetből
kimozdulunk, úgy változik
az izmok nyújtása-hajlítása
is az egyenes testtartás
érdekében.
A cél
és a tényleges helyzet
összevetésének
eme folyamata, a hiba érzékelése,
majd kijavítása az
ellenirányú behatás
pontos alkalmazásával
teszi lehetővé a felegyenesedett
tartást. Egy lábon
egyensúlyozni vagy járni
nehezebb és megtanulása
tovább tart, a kerékpározás
pedig még ravaszabb dolog,
de az egyenes járást
biztosító aktív
szabályozási folyamat
révén ez ugyanúgy
második természetünkké
válhat.
Érdemes
az egyszerű egyhelyben állás
során működő finom mechanizmusokat
kiemelni. Ha az izmok által
kifejtett korrekciós erő
- miközben alattunk billeg
a fedélzet - például
túl nagy, akkor könnyen
az ellenkező irányba lendülhetünk,
az ijedt túlkompenzálás
pedig az imbolygás eredeti
irányába lökhet
minket. Ez hintázást
okozhat, ami hamar felboríthat
bennünket, de legalábbis
kudarcra ítéli azt
a célunkat, hogy egyenesen
álljunk.
A kibernetikai
rendszerekben az ilyen instabilitások
és lengések túlságosan
is jól ismertek.
Létezik
egy beteges állapot, az "intenciós
remegés". Ennek során
a szerencsétlen beteg, mikor
ceruzáért nyúl,
mellékap, majd túlkompenzál
és ide-oda imbolyog, miközben
egyszerű szándéka
kudarcot vallott.
Nem elég
valamilyen erőt egyszerűen szembeállítani
a céltól eltérítő
ellenerővel, hanem a kettőt egyenletesen
és pontosan össze kell
hangolni, ha sikert akarunk elérni.
Mi köze
ennek Gaiához? - gondolhatják
most. Valószínűleg
rengeteg.
Minden
élőlény - a legkisebbtől
a legnagyobbig - egyik legjellegzetesebb
tulajdonsága, hogy képes
olyan rendszerek kifejlesztésére,
működtetésére
és fenntartására,
melyek célt tűznek maguk
elé, majd a fokozatos megközelítés
kibernetikai módszerével
annak elérésére
törekszenek.
Ha találnánk
egy ilyen, bolygóméretekben
működő rendszert, aminek célja
az élet számára
optimális fizikai és
kémiai feltételek
létrehozása és
fenntartása, akkor ez Gaia
létének bizonyára
meggyőző igazolását
jelenthetné.
A kibernetikai
rendszerek körkörös
logikával dolgoznak, ami
szokatlan és idegen lehet
azoknak, akik a hagyományos
lineáris logika ok-okozat
összefüggésében
való gondolkodást
szokták meg.
Kezdetnek
ezért tekintsünk át
néhány olyan egyszerű
műszaki rendszert, melyek a kibernetikát
alkalmazzák valamilyen kiválasztott
állapot fenntartására.
Vegyük például
a hőmérséklet- szabályozást.
Manapság
a legtöbb háztartásban
van konyhai tűzhely, villanyvasaló
és fűtési rendszer.
Valamennyi ilyen készülék
feladata a megkívánt
és megfelelő hőmérséklet
fenntartása. A vasaló
legyen elég meleg ahhoz,
hogy simítson, ne pedig gyűrjön,
a tűzhely ne megégesse, hanem
megfőzze az ételt, a fűtés
pedig tartsa a lakást kellemesen
melegen, az ne legyen se hideg,
se túlfűtött.
Vizsgáljuk
meg a tűzhelyt közelebbről.
Van burkolata, amit úgy terveztek,
hogy képes legyen a hőt úgy
megőrizni, hogy ne adja le túl
gyorsan a konyha felé.
Emellett tartalmaz egy vezérlőrészt
és fűtőelemeket, és
egy alkatrészt, amit termosztátnak
hívnak. Ennek az eszköznek
- ellentétben a szobahőmérővel
- nem a hőmérséklet
leolvasható kijelzése
a feladata. Szerkezete ehelyett
a megkívánt hőmérséklet
elérésekor kapcsolót
működtet. Az elérendő
hőmérsékletet a vezérlőegységen
lévő osztásokkal ellátott
tárcsával állítjuk
be. A vezérlőegység
közvetlen összeköttetésben
van a termosztáttal. A jól
tervezett tűzhely lényeges
és talán meglepő tulajdonsága,
hogy képes a főzésnél
valaha is szóbajöhető
hőmérsékletet jóval
meghaladó érték
elérésére is,
másképpen a kívánt
hőmérséklet túl
hosszú idő alatt állna
be. Amikor például
a tárcsát 150 fokra
állítjuk és
a tűzhelyt bekapcsoljuk, akkor a
fűtőelemek teljes energiára
kapcsolnak - gyakran izzó
vörössé válva
- és gyorsan hővel árasztják
el a tűzhely belsejét. A
hőmérséklet sebesen
emelkedik mindaddig, amíg
a termosztát azt nem jelzi,
hogy a beállított
150 fokot elértük.
A tápegység kikapcsol,
a belső hőmérséklet
kis ideig azonban még emelkedik,
mert a vörösen izzó
fűtőelemekből még áramlik
a hő. Ahogyan hűlni kezdenek,
a hőmérséklet csökken,
és amint a termosztát
érzékeli, hogy 150
fok alá süllyedt, újra
bekapcsolja az áramot.
A fűtőelemek felmelegedése
során ismét van egy
lehűlési szakasz, majd kezdődik
az egész elölről.
A sütő hőmérséklete
ily módon néhány
foknyival a kívánt
érték körül
ingadozik.
A hőmérsékletszabályozásnak
ez a szűk hibasávja a kibernetikai
rendszerek jellegzetessége,
melyek - az élő szervezetekhez
hasonlóan - keresik és
megközelítik a tökéletességet,
de el soha nem érik azt.
Mi hát
olyan különleges ebben
a berendezésben? Hiszen
nagyanyó minden bizonnyal
csodálatos ételeket
főzött anélkül,
hogy termosztáttal felszerelt
újmódi sütőt
használt volna. De így
van-e valójában?
Az igaz, hogy nagyanyó idejében
a sütőt égő fa vagy
szén melegítette,
amit úgy rendeztek el, hogy
éppen elegendő hőt szolgáltasson
a sütő megfelelő hőmérsékleten
tartásához. Magától
azonban az ilyen tűzhely sosem működött
volna helyesen, a sütemény
vagy égett, vagy nehéz
és emészthetetlen
lett volna. A sütő hatékonysága
teljes egészében a
termosztátként tevékenykedő
nagyanyón múlott.
Ő értette a tűzhely
jelzéseit és megtanulta
a megkívánt hőmérséklet
beállítását.
Tudta, hogy mikor ideje csillapítani
a tüzet. Időközönként
ellenőrizte, megfelelően fő-e az
étel. Ennek megítélését
ízlésére, szaglására,
szemére és érzésére
bízta. Ma egy mérnök
éppoly jó sütőt
tervezhetne, konyhában ülő
robotnagyanyóval, aki figyelné
és érzékelné
a hőmérsékletet, az
áramforrást pedig
távirányítással
vezérelné. Bárki,
aki megpróbál emberi
vagy gépi felügyelet
nélküli sütőben
sütni, hamarosan tapasztalhatja,
hogy az eredmény messze van
a kielégítőtől. Ahhoz,
hogy a megkívánt hőmérsékletet
mondjuk egy órán keresztül
fenntarthassuk, fontos, hogy a termelt
hő pontosan kiegyenlítse
a sütő hőveszteségét.
Léghuzat, a hálózati
feszültség vagy a gáznyomás
változása, az elkészítendő
étel mennyisége és
az a tény, hogy vajon használják-e
a tűzhely többi részét,
mind olyan tényezők, melyek
kudarcra ítélhetik
a megfelelő üzemi hőmérséklet
kellő ideig való fenntartására
irányuló törekvésünket.
Bármilyen
képesség megszerzése,
legyen szó főzésről,
festésről, írásról,
beszédről vagy teniszezésről,
kibernetikai kérdés.
Megpróbáljuk
a dolgot tőlünk telhetően a
legjobban csinálni és
a legkevesebb hibát véteni,
majd erőfeszítéseinket
a céllal összevetve
tanulunk. Állandó
igyekezettel addig csiszolgatjuk
és finomítgatjuk teljesítményünket,
amíg úgy nem látjuk,
hogy közel vagyunk az általunk
valaha is elérhető optimumhoz.
Ezt a folyamatot joggal nevezik
kísérletezve tanulásnak.
Érdekes
emlékezni arra, hogy a harmincas
évek végéig
férfiak és nők anélkül
alkalmaztak egész életük
során kibernetikai technikákat,
hogy arról tudomásuk
lett volna. A mérnökök
és tudósok ezeket
bonyolult műszerek és gépi
eszközök tervezéséhez
használták fel.
Mégis, a szóbanforgó
tevékenységek majd
mindegyike anélkül zajlott
le, hogy formálisan megértették
vagy logikailag meghatározták
volna, miről is van szó.
Mindenki úgy viselkedett,
mint Moliére hőse, Monsieur
Jourdain, aki költő szeretett
volna lenni, de sose vette észre,
hogy csak próza telik tőle.
A kibernetika
megértésének
túlzott elhúzódása
valószínűleg újabb
szerencsétlen következménye
öröklött klasszikus
gondolkodásmódunknak.
A kibernetikában ok-okozat
többé nem alkalmazható.
Lehetetlen megmondanunk, mi
volt előbb, és a kérdésnek
igazából nincs is
értelme. A görög
filozófusok éppúgy
irtóztak a körkörös
logikától, mint ahogyan
hitük szerint a természet
is irtózott a vákuumtól.
Az önmagába visszatérő
érvelést, a kibernetika
megértésének
kulcsát elutasítva
éppúgy hibát
követtek el, mint annak feltételezésével,
hogy a világegyetemet az
általunk belélegzett
levegő tölti be.
Vegyük
elő megint a hőmérsékletszabályozott
sütőt. Vajon az áramforrás
tartja azt megfelelő hőmérsékleten?
Vagy a termosztát, esetleg
annak kapcsolója? Vagy
maga a cél az, amit a tárcsát
a megkívánt főzési
hőmérsékletre beállítva
tűztünk ki?
Még
ennek a nagyon egyszerű vezérlőrendszernek
sem tudjuk a működési
módját vagy a teljesítőképességét
analízis útján,
alkotórészeit szétszedve
és azokat egyenként
megvizsgálva kideríteni,
pedig ez az ok-okozati összefüggés
logikájában a gondolkodás
lényege.
A kibernetikai
rendszerek megértésének
az a kulcsa, hogy ezek - akárcsak
az élet maga - mindig többek,
mint alkotórészeik
egyszerű összege. Csak
működő rendszerként
foghatók fel és érthetők
meg.
Egy kikapcsolt
és szétszedett sütő
nem mond többet lehetséges
teljesítőképességéről,
mint egy tetem az egykor benne lakozó
személyiségről.
A Föld
a Nap, e vezéreletlen hősugárzó
előtt forog, aminek sugárzása
semmi esetre sem állandó.
Mégis, egészen az
élet kezdetétől számítva
- mintegy három és
fél eon óta - a földfelszín
középhőmérséklete
legfeljebb néhány
fokkal tért el jelenlegi
értékétől.
Soha nem volt túl hideg vagy
meleg, ami lehetetlenné tette
volna az élet fennmaradását
bolygónkon, dacára
az ősi légköri összetétel
jelentős megváltozásának
és a Nap változó
energiasugárzásának.
A második
fejezetben felvetettem azt az eshetőséget,
hogy a Föld felszíni
hőmérsékletét
valamilyen bonyolult egység
- Gaia - tartja optimumon a maga
számára és
ez létezésének
legnagyobb részében
így volt. Kíváncsi
vagyok, hogy Gaia melyik részt
használja termosztátként.
Valószínűtlen,
hogy a bolygóméretű
hőmérsékletszabályozás
valamilyen egysíkú,
egyszerű vezérlőmechanizmusa
elég érzékeny
lenne ahhoz, hogy céljának
megfeleljen.
Három
és fél eonnyi kutatás-fejlesztési
tapasztalat ráadásul
kétségkívül
időt és lehetőséget
biztosított magasan fejlett
és átfogó szabályozórendszer
kialakításához.
Lesz némi fogalmunk Gaia
hőmérséklet-szabályozásának
keresett és várható
finom mechanizmusáról,
ha megvizsgáljuk, hogyan
szabályozza testünk
saját hőmérsékletünket.
Az orvos
számára a lázmérő
még ma is bizonyítékot
szolgáltat idegen mikroorganizmusok
inváziója ellen vagy
mellett, a beteg lázának
ingadozási görbéje
pedig hasznos információt
nyújt a betolakodók
azonosításához.
A lázmérő valóban
annyira nélkülözhetetlen
diagnosztikai segédeszközzé
vált, hogy néhány
kór - például
a váltóláz
- a jellegzetes hőmérséklet-alakulás
miatt kapta nevét. Mégis,
a testhőmérséklet
szabályozásának
módja még ma is majdnem
valamennyi orvos számára
éppoly titokzatos, mint betegeiknek.
Csak az utóbbi években
fordult elő, hogy néhány,
bátorsággal és
szellemi kezdeményezőkészséggel
megáldott fiziológus
feladta orvosi munkáját
és rendszermérnökké
képezte át magát.
Ebből az új fejleményből
ered a testhőmérséklet-szabályozás
csodálatosan összehangolt
folyamatának részleges
megértése.
Egészséges
esetben testhőmérsékletünk
nem áll be a mitikus, állandó
értékre - 37 Celsius
fokra - hanem a pillanatnyi igények
szerint változik. Ha futnunk
kell vagy testmozgást végeznünk,
akkor néhány foknyit
emelkedik, belépve a láztartományba.
Kora reggel vagy éhesen
jóval a "normális"
alá süllyedhet. Ráadásul
ez a viszonylag állandó
37 Celsius fok csak a központi
részre vonatkozik, amihez
a törzs és a fej tartoznak.
Itt helyezkednek el a test
legfontosabb irányítórendszerei.
Bőrünknek, kezünknek és
lábunknak jóval szélesebb
hőmérsékleti tartományt
kell elviselni. Kialakításunk
lehetővé teszi a fagyponthoz
közeli működést
is, miközben rossz érzésünket
csupán reszketéssel
jelezzük.
Vizsgáljuk
most meg a hőmérsékletszabályozás
folyamatának működését
abban az esetben, ha a meztelen
embert különféle
hőmérsékletű környezetnek
tesszük ki.
T. H.
Benzinger és munkatársainak
felfedezése, miszerint az
agy úgy hoz döntést
a testhőmérséklet
folyamatos, az alkalomnak megfelelő
optimumon tartásáról,
hogy előzőleg a többi testrésszel
egyeztet. A viszonyítási
alap nem annyira a hőmérséklet,
hanem a test szerveinek hőmérsékletfüggő
hatékonysága.
Kívánatosabb a helyzetnek
megfelelő optimális működés,
mint valamilyen, önmagában
optimális hőmérséklet.
Régóta
gyanítják, hogy a
reszketés többet jelez,
mint csupán a hidegnek kitett
ember szenvedését.
Ez valójában hőtermelési
eszköz, ami az izomtevékenységet
fokozza és ezáltal
a testben több üzemanyag
ég el. Hasonlóképpen,
az izzadás a test hűtésének
eszköze, mivel még kismennyiségű
víz elpárolgása
is jelentős hőt von el. Az izzadásra,
reszketésre és hasonló
folyamatokra vonatkozó nagy
tömegű közismert tudományos
megfigyelés mögött
a következő felfedezés
rejlett: ezen folyamatok számszerű
kiértékelése
teljes és meggyőző magyarázatát
adta a testhőmérséklet-szabályozásnak.
Az izzadás és
reszketés, a táplálék
és zsír elégetése
vagy a bőr és végtagok
véráramlásának
befolyásolása mind
annak az együttműködő
rendszernek a részei, ami
belső hőmérsékletünket
szabályozza a fagyponttól
40.5 Celsius fokig terjedő külső
hőmérséklettartományban.
Látható,
hogy lehetséges az emberi
hőmérsékletszabályozás
pontos számszerűsítése
az öt különálló
rendszer együttműködése
alapján.
Más
állatok eltérő módon
használják ezeket
a szabályozási folyamatokat.
A kutyának a nyelv a párologtató
hűtés fő felülete, ezt
bárki azonnal megerősítheti,
aki már látott televíziós
közelképen derbigyőztes
agarat közvetlenül verseny
után. Ezenkívül
emberek és állatok
a célul tűzött legkellemesebb
közérzet elérése
érdekében egyaránt
- az adott helyzetnek megfelelően
- melegebb vagy hidegebb helyet
keresnek. Szükség esetén
módosítják
szűkebb környezetüket,
hogy elviselhető korlátok
közé szoríthassák
a külső behatásokat.
Ruhákat hordunk és
házakat építünk,
az állatok bundát
növesztenek és odúkat
ásnak vagy keresnek.
Ezek a tevékenységek
a hőmérsékletszabályozás
kiegészítő mechanizmusát
képezik, ami létfontosságúvá
válik, ha a feltételek
meghaladják a belső szabályozás
lehetőségeit.
Forduljunk
egy pillanatra a tárgy filozófiai
vonatkozásai felé
és tekintsük át
a fájdalom és kellemetlenség
kérdését.
Néhányunkba
annyira belenevelték, hogy
az elviselhetetlen hőséget,
hideget, vagy bármiféle
fájdalmat égi büntetésnek
vagy sorscsapásnak tekintsük
vélt vagy valós bűneinkért,
hogy hajlamosak vagyunk megfeledkezni
arról, hogy valamennyi ilyen
érzés túlélési
eszköztárunk fontos
része. Ha a reszketés
és a hideg nem volna kellemetlen,
nem vitatkoznánk róluk,
mert már távoli ősünk
kihűlésben elpusztult volna.
Ha a megjegyzés elcsépeltnek
tűnik, érdemes figyelembe
venni, hogy C. S. Lewis elég
komolynak találta a problémát
ahhoz hogy "A fájdalom
kérdése" című
könyvének tárgyává
ţtegye. A fájdalmat
rendszerint inkább büntetésnek
tekintik mintsem természetes
fiziológiai folyamatnak.
Walter
B. Cannon, neves amerikai fiziológus
mondta ki: "A szervezet állandósult
állapotainak többségét
fenntartó fiziológiai
folyamatok annyira bonyolultak és
oly mértékben az élőlényekre
jellemzőek - beleértve az
agy és idegek, a szív,
tüdők, vesék és
lép lehetséges együttműködését
is -, hogy ezen állapotokra
külön megjelölést
javasoltam, a homeosztázist."
Jól
tesszük, ha ezeket a szavakat
szem előtt tartjuk, mialatt azt
keressük, vajon létezik-e
valóban valamilyen, a bolygó
hőmérsékletét
szabályozó folyamat
és kutatunk a Gaia által
használt hőmérséklet-szabályozó
mechanizmusok sora után.
biológiai
rendszerek eredendően bonyolultak,
de ma már lehetséges
megértésük és
értelmezésük
a jelenlegi műszaki kibernetika
segítségével,
ami messze meghaladja az otthoni
hőmérséklet-szabályozás
kezdetleges műszaki szerkezetének
elméleti alapjait. Azért,
hogy megfeleljünk az energiatakarékosság
igényeinek, végül
talán ugyanolyan érzékeny
és rugalmas műszaki rendszereket
fogunk tervezni, mint biológiai
megfelelőik. A lakásfűtés
szabályozórendszere
megtanulja hőleadását
a háznak arra a részére
korlátozni, ahol éppen
tartózkodnak és egyes
részeit emberi beavatkozás
nélkül be- és
kikapcsolni.
Gaiára
visszatérve: hogyan ismerünk
fel egy automatikus szabályozórendszert,
ha szembetalálkozunk vele?
Az áramforrást
keressük? A beavatkozóeszközt?
Esetleg szerkezetek valamiféle
bonyolult összeállítását?
Mint már
rámutattunk, a részek
elemzése kevés segítségünkre
van egy kibernetikai rendszer működésének
bemutatásában.
Hacsak éppen nem tudjuk,
mit is keresünk, az automatikus
rendszerek felismerése analitikus
módszerekkel házi
és bolygóméretekben
valószínűleg egyaránt
sikertelen lesz. Még
ha találunk is bizonyítékot
a hőmérsékletszabályozás
gaiai rendszerére, a részét
alkotó hurkok elkülönítése
minden bizonnyal nem lesz könnyű,
ha azok olymértékben
fedik át egymást,
mint a testhőmérséklet
szabályozásánál.
Épp
ilyen fontos Gaia és minden
élő rendszer számára
a kémiai összetétel
szabályozása.
A sótartalom szinten tartása
például Gaia kulcsfontosságú
szabályozási feladata.
Ha ennek részletei olyan
bonyolultak és összetettek,
mint csodálatos szervünk,
a vese esetén, akkor a kutatás
hosszú lesz. Ma már
tudjuk, hogy a vese, akár
az agy, információfeldolgozó
szerv. Feladatának megvalósítása,
vagyis a vér sótartalmának
szabályozása érdekében
céltudatosan elkülöníti
az egyes atomokat. Másodpercenként
atomi ionok billióit ismeri
fel és válogatja szét.
Erre a
legújabb ismeretre nem könnyen
derült fény. A
kemosztázis és a sótartalom-szabályozás
bolygóméretű rendszerének
megfejtése pedig még
bonyolultabb lehet.
Még
egy olyan egyszerű szabályozórendszer,
mint a sütő is többféle
módon láthatja el
feladatát. Képzeljünk
magunk elé egy intelligens
földönkívülit,
akinek egyáltalán
nincs fogalma technológiai
fejlődésünk utolsó
két évszázadáról.
Minden bizonnyal hamar megtanulná
a gázsütő felismerését
és használatát,
de mihez kezdene azzal, amelyiknél
mikrohullám hevíti
az ételt?
A kibernetikusok
általános megközelítés
során ismerik fel a szabályozórendszereket.
Ezt fekete
doboz módszernek nevezik
és az elektromérnökök
tananyagából származik.
Valamilyen
fekete dobozból huzalok állnak
ki. A hallgatót megkérik,
írja le a doboz működését
annak kinyitása nélkül.
Csak annyit tehet, hogy műszereket
és áramforrásokat
köt a kivezetésekre
és megfigyeléseiből
kell kikövetkeztetnie a doboz
feladatát. A kibernetika
feltételezi, hogy a fekete
doboz vagyţ annak megfelelője normálisan
működik. Ha sütőhöz
hasonlít, akkor bekapcsolt
állapotban süt. Ha élőlény,
akkor él és érzékel.
Ezután kísérletképpen
megváltoztatjuk valamelyik
olyan környezeti paramétert,
amiről úgy gondoljuk, hogy
a megfigyelt rendszer képes
azt kézben tartani.
Ha emberi rendszereket tanulmányozunk
például és
rendelkezünk együttműködésre
hajlandó alannyal, akkor
különböző sebességgel
különféle szögekbe
állíthatjuk a padlót
annak kiderítésére,
hogy az illető mennyire képes
kiegyenesedve maradni, miközben
a környezetnek ez az alapvető
része megváltozik.
Hasonló egyszerű kísérletből
rengeteget megtudhatunk arról,
mennyire képes valaki az
egyensúlyát megőrizni.
A sütőnél éppígy
kipróbálhatjuk a környezeti
hőmérséklet megváltoztatását,
először hideg, majd meleg helyiségben
használva azt. Ily módon
megfigyelhetjük, hogy milyen
mértékű külső
változások között
képes a sütő belső hőmérsékletét
állandó értéken
tartani. Megvizsgálhatjuk
az energiaigény módosulásait
is a környezet- változások
során.
A feltételezés
szerint a kézbentartható
jellemzők megváltoztatása
a szabályozórendszerek
megértésének
nyilvánvalóan általános
megközelítése.
A változtatás
mindig szükségképpen
kismértékű és
megfelelő végrehajtás
esetén semmiképp sem
károsíthatja a vizsgált
rendszer teljesítőképességét
és tulajdonságait.
A beavatkozás módszerének
kialakulása hasonlóképp
mehetett végbe, mint az élőlények
tanulmányozási módszereinek
fejlődése. Nemrég
még helyben leöltük
és felboncoltuk őket.
Később felismertük,
hogy jobb élve befogni és
állatkertben megfigyelni.
Manapság szívesebben
szemléljük és
tanulmányozzuk az élőlényeket
természetes lakóhelyükön.
Ez a felvilágosodottabb
megközelítés
sajnos még nem általános.
Igaz lehet a környezeti
kutatás területén,
a mezőgazdaság viszont túlságosan
is gyakran hagyja magukra az állatokat,
amikor lerombolja élőhelyüket.
Ezt nem tervszerű beavatkozásként
teszi, hanem egyszerűen vélt
vagy valós szükségleteinek
kielégítése
érdekében. Sokanháborodnak
fel a vadászat véres
következményén,
de ezek az egyébként
érzékeny és
együttérző emberek kevés
aggodalmat mutatnak amiatt a fokozatos
pusztulás és térvesztés
miatt, amit a földgyaluk, az
ekevasak és a lángszórók
okoznak, lerombolva gaiabeli társaink
lakóhelyét.
Elitéljük
a gyilkosságot, ugyanakkor
elfogadjuk fajok kiirtását,
apróságokon lovagolunk,
miközben szemet hunyunk lényeges
dolgok felett. Ezután
joggal kérdezhetjük
magunktól, hogy ez a kettős
viselkedés - az altruizmus
- paradox módon vajon nem
evolúciós jellegzetesség-e,
ami elősegítette saját
fajtánk fennmaradását.
Az eddigiek
során csak nagy általánosságban
tekintettük át a kibernetikát
és a szabályozáselméletet.
Túllépnénk
e könyův kereteit, ha a kibernetikai
fogalmakat a tudomány igazi
nyelvével, matematikával
próbálnánk
leírni, ami önmagában
is lehetővé tenné
a teljes és számszerű
megértést. képesek
vagyunk azonban kicsivel mélyebbre
hatolni ebben a tudományágban,
ami a legpontosabban írja
le az élőlények bonyolult
tevékenységét.
A mérnököket
joggal nevezhetjük alkalmazott
kibernetikusoknak. Ők matematikai
jelölésrendszert használnak
gondolataik közvetítéséhez,
valamint néhány kulcsszót
és -kifejezést, melyek
a szabályozáselmélet
fontosabb fogalmainak leírására
szolgálnak. Ezek a meghatározások
tömörek és velősek,
mivel pedig jelentésük
szóbeli közvetítésének
még nincs jobb módszere,
ezért megkíséreljük
elmagyarázni őket.
Vizsgáljuk
meg tehát elektromos sütőnket
újra, ezúttal mérnöki
nézőpontból.
A működési
leírás kényelmes
és természetes szövegösszefüggést
kínál az olyan kibernetikai
kifejezések magyarázatához,
mint a negatív visszacsatolás.
Van egy
acélból és
üvegből készült
dobozunk, amit üveggyapot vagy
hasonló anyag borít
a hő túl gyors távozásának
megakadályozására
és azért, hogy a sütő
külső felülete megérinthető
legyen. A sütő belső falán
elektromos fűtőszálak sorakoznak.
A sütő tartalmaz ezenkívül
egy megfelelően elhelyezett termosztátot
is. A korábban bemutatott
sütőnél ez kezdetleges
műszer volt, mindössze egy
kapcsoló, ami megszakította
az elektromos áramot a kívánt
hőmérséklet elérésekor.
A most vizsgált sütő
jobb szerkezet. Inkább laboratóriumi,
semmint konyhai használatra
tervezték. A hőmérséklet
szabályozására
szolgáló ki-be kapcsoló
helyett hőérzékelővel
rendelkezik. Az eszköz
kimenő jele arányos a sütő
hőmérsékletével.
A jel valójában
elektromos áram, ami elég
erős a hőmérő működtetéséhez,
de jóval kisebb annál,
mintsem hogy képes lenne
bármilyen fűtőhatást
a sütőben kifejteni. Lényegében
olyan eszközről van szó,
ami információt közvetít
inkább, nem pedig energiát.
A hőérzékelő
gyenge jelét olyan készülékhez
vezetik, amely - hasonlóan
a rádió- vagy tévékészülék
erősítőjéhez - azt
felerősíti, és a kapott
elektromos áram már
képes a sütőt felhevíteni.
Az erősítő nem termel
elektromosságot, csak felveszi
azt az áramforrásból,
a teljes igény egy részét
pedig saját üzemeltetési
veszteségeinek fedezésére
használja fel. Mivel
a hőmérsékletérzékelő
jele egyenes arányban növekszik
a sütő hőmérsékletével,
ezért az nem köthető
közvetlenül az erősítőre.
Ha így lenne, nem hőmérséklet-szabályozott
sütőt kapnánk, hanem
kibernetikai csődöt és
élő példáját
annak, amit a mérnökök
"pozitív visszacsatolásnak"
neveznek. A sütő hőmérsékletének
növelésével egyre
jobban nőne a fűtőelemekhez szállított
energia is. Ördögi kör
alakul ki, a sütő hőmérséklete
még gyorsabban emelkedne
mindaddig, míg belseje miniatűr
pokollá nem válna,
vagy amíg valamilyen kapcsolóeszköz,
például az elektromos
hálózat biztosítéka
meg nem szakítaná
az áramkört.
A hőmérsékletérzékelő
csatlakoztatása az erősítőhöz,-
azaz - ahogyan a mérnökök
mondják - a "hurok zárása"
akkor megfelelő, ha az érzékelő
jelének növekedésével
csökken az erősítő kimenőteljesítménye.
A csatlakoztatásnak
vagy huroklezárásnak
ezt a módját "negatív
visszacsatolásnak" nevezik.
A vizsgált sütőben
a pozitív vagy negatív
visszacsatolást csupán
a hőmérsékletérzékelőről
jövő két vezeték
bekötési sorrendje határozza
meg.
A szerencsétlenség
gyors kialakulása pozitív,
vagy a hőmérsékletszabályozás
pontossága negatív
visszacsatolás esetén
az erősítő úgynevezett
"erősítésétől"
függ. Ez a szám
jelzi, hányszorosára
nő az érzékelő gyenge
jele, hogy azután növelje
vagy csökkentse a fűtőegységhez
áramló energiát.
Ahol több hurok van együtt,
mindegyiknek van saját erősítője,
melyeket a "hurokerősítés"
jellemez.
Az élőlényekhez
hasonló bonyolult rendszerekben
együtt léteznek pozitív
és negatív visszacsatoló
hurkok.
Bizonyos
esetekben nyilvánvalóan
hasznos a pozitív visszacsatolás
használata. Hirtelen
lehűléskor például,
amikor helyre kell állítani
a normális hőmérsékletet,
mielőtt ismét a negatív
visszacsatolás venné
át az irányítást.
Nagyanyó sütője,
a fatüzelésű konyhai
tűzhely, aminek csak akkor volt
hőmérsékletérzékelője,
ha nagyanyó bent volt a helyiségben,
úgy nevezett "nyílthurkú"
eszköz.
Igaz lehet
a kijelentés, hogy Gaia utáni
kutatásunk nagyobbrészt
annak kiderítésével
foglalkozik, vajon a Föld valamelyik
tulajdonsága - például
felszíni hőmérséklete
- nyílthurkú módon,
véletlenül alakult-e
ki, vagy pedig Gaia létezik
és irányító
kézzel alkalmazza a pozitív
és negatív visszacsatolást.
Fontos
annak felismerése, hogy az
érzékelő információt
csatol vissza. Ezt - mint sütőnk
esetén - továbbíthatja
elektromos áram, ami jelének
erősségét változtatva
közvetíti az információt.
Ugyanúgy bármilyen
más információs
csatorna is szóba jöhet,
maga a beszéd is. Ha valaki
kocsiban utazva érzi, hogy
a körülményekhez
képest a sebesség
veszélyesen nagy és
szól a vezetőnek, hogy; "Túl
gyors, lassíts" - ez
negatív visszacsatolás.
(Feltéve, hogy a vezető hallgat
a figyelmeztetésre. Ha kettőjük
között a vezetékek
sajnálatos módon felcserélődtek
és hiába kiabál
az utas "lassan!"-t, ez
csak méginkább gyorsításra
ösztönzi a sofőrt - akkor
ez a pozitív visszacsatolás
újabb példája.)
Az információ
más értelemben is
eredendő és lényegi
része a szabályozórendszereknek
- mégpedig a memória
vonatkozásában.
Ezeknek
a rendszereknek mindenkor rendelkezniük
kell az információ
tárolásának,
lehívásának
és összehasonlításának
képességével,
hogy a hibákat kijavithassák
és céljukat szem előtt
tarthassák.
Végezetül,
függetlenül attól,
hogy éppen egyszerű elektromos
sütőt, kiskereskedelmi üzleteket
nyilvántartó számítógépet,
alvó macskát, ökológiai
rendszert vagy magát Gaiát
vesszük szemügyre, ha
olyasmi van előttünk, ami képes
alkalmazkodásra, információ
gyűjtésére, valamint
tapasztalatok és tudás
megőrzésére, akkor
annak tanulmányozása
a kibernetika tárgya, a vizsgált
dolgot pedig "rendszernek"
nevezhetjük.
Van valami
nagyon lenyűgöző a megfelelően
üzemelő szabályozórendszer
sima működésében.
A balett hatása nagyrészt
a táncosok izmainak kecses
és látszólag
erőfeszítés nélküli
szabályozásában
rejlik. A hibátlan mérlegállás
vagy a prímabalerina mozdulatai
az erő és ellenerő pontos,
tökéletesen időzített
és kiegyensúlyozott
finom egymásra hatásából
erednek.
Emberi
rendszerekben gyakori hiba a korrekciós
hatás - a negatív
visszacsatolás - túl
korai vagy túl késői
alkalmazása. Gondoljunk
csak arra, hogyan rángatja
a tanulóvezető ide-oda a
kormányt és az autót,
mert nem képes időben érzékelni
eltérését a
kiválasztott útvonaltól,
vagy képzeljük magunk
elé a részeget, aki
bizonytalanul tántorog a
lámpaoszlop irányába,
mert az "eléállt
és nekiment", ugyanis
az alkohol lelassította reakcióit
és képtelen volt időben
kitérni.
Ha a visszacsatoló
rendszer hurkának zárása
lényegesen késik,
a korrekció negatív
visszacsatolásból
pozitívvá válhat,
különösen, ha az
események meglehetősen szűkre
szabott időtartományban helyezkednek
el. A készülék
ekkor meghibásodik és
szélső értékei
között - némelykor
igen erőteljesen - lengésbe
jön. Az ilyen viselkedés
ijesztő lehet, ha az autó
kormányszerkezetével
történik, de ez a forrása
a szél, a húr és
az elektromos zeneszerszámok,
valamint a különféle
periodikus jeleket előállító
végtelen számú
elektronikus eszköz hangjának.
Ezek után
nyilvánvaló, hogy
a mérnök szabályozórendszere
egyike a könyvben előzőleg
említett, az életet
megelőző formáknak, melyek
ott léteznek, ahol bőségesen
áll rendelkezésre
szabad energia. Az élő
és élettelen rendszerek
közötti különbség
bonyolultságuk mértékében
rejlik. Ez az eltérés
idővel csökkenni fog, ahogyan
az automatikus rendszerek összetettsége
és teljesítőképessége
folyamatosan nő. Nyitott kérdés,
hogy már most rendelkezésünkre
áll-e a mesterséges
intelligencia vagy még várnunk
kell egy kicsit.
Közben
nem feledkezhetünk meg arról,
hogy a kibernetikai rendszerek -
akárcsak maga az élet
- létrejöhetnek és
kialakulhatnak események
véletlen láncolataként
is. Mindössze elegendő
szabad energia áramlására
van szükség a rendszer
táplálásához,
és alkotórészek
bőségére az összeállításhoz.
Számos természetes
tó vízszintje figyelemreméltóan
független a tápláló
folyók vízhozamától.
Az ilyen tavak természetes,
szervetlen szabályozórendszereknek
tekinthetők. Azért léteznek,
mert a tó vizét elvezető
folyó keresztmetszete olyan
alakú, hogy a vízszint
kis megváltozása jelentős
vízhozamváltozást
eredményez. Ennek következtében
nagyerősítésű negatív
visszacsatolású hurok
jön létre, ami szabályozza
a tó vízmélységét.
Ne vezessük
félre magunkat és
ne higgyük, hogy az efféle
abiologikus rendszerek, melyek bolygóméretekben
is működhetnek, Gaia céltudatos
termékei. Másrészt
viszont azt a lehetőséget
se hagyjuk ki, hogy alkalmazkodásuk
és kialakulásuk Gaia
célját szolgálja.
Az összetett
rendszerek stabilitásáról
szóló fejezet bemutatja,
hogyan működhet Gaia fiziológiája.
Most még, amíg, létének
bizonyítékai egyelőre
nem meggyőzőek, ez útmutatásként
vagy tervrajzként szolgálhat
arra, hogy mi várható
a további kutatástól.
Ha majd elegendő bizonyítékunk
lesz olyan bolygóméretű
szabályozórendszerekről,
melyeket állatok és
növények aktív
folyamatai alkotnak és amelyek
képesek a Föld éghajlatát,
kémiai összetételét
és topográfiáját
szabályozni, akkor megalapozhatjuk
feltevésünket és
kialakíthatjuk elméletünket.
|