Возможности сетей: универсальная структура всего на свете

Сегодня я хочу рассказать о возможностях сетевых структур и о задаче отображения всей картины нашего мира, который с каждым днем продолжает усложняться. Начнем с древовидных иерархических структур. Здесь необходимо упомянуть, что образ дерева испокон веков являлся религиозным символом: от древнего Вавилона до иудаизма и, разумеется, христианства. Но, помимо своей роли в религии, деревья всегда были основой для иерархической системы классификации знаний, описывающих огромное количество различных аспектов нашей жизни: родственные связи между людьми, библейские истории и их главных персонажей, важнейшие научные сферы и, наконец, различные биологические виды, обитающие на нашей планете.

Одним словом, человечество уже довольно давно использует метафору дерева — поскольку она действительно отражает стремление человека к порядку, симметрии, иерархии, простоте, гармонии и единству. Деревья, в  общем-то, олицетворяют собой этот способ — смотреть на мир просто. Одно из старейших древ знаний, известных человеку, было создано еще Аристотелем. Он постарался отобразить универсальную структуру, описывающую все то, что в тот момент было известно людям об окружающем мире: от всех возможных известных живых существ до животных и людей. С того времени объем знаний человека о мире значительно вырос.

Мы, по сути, возвращаемся к концепции универсального человека эпохи Возрождения, когда, вместо того чтобы быть специалистом в одной области, необходимо было знать понемногу о каждой из них. Ну или хотя бы иметь представление о том, что можно узнать в других областях.

На мой взгляд, сейчас мы как раз подошли к точке, когда старая парадигма (иерархических древовидных структур) сменяется новой — сетевой парадигмой. Сменяется в том смысле, что древовидные структуры уже не справляются с описанием всей сложной системы устройства современного мира. Разумеется, это происходит не просто так. Одна из лучших статей, что я встречал на эту тему, была написана Уорреном Уивером в 1948 году. Она была посвящена теме так называемой «организованной сложности».

В своей работе Уивер, по сути, разделил современную науку на три этапа. Первый из них описывал период XVII–XIX веков, которые Уивер назвал периодом проблем «простоты». На протяжении этих веков ученые в основном считали, что один элемент влияет на другой. На следующем этапе наука пришла к выводу, что мир — это не просто связи между элементами, а намного более сложные взаимодействия между огромным количеством абсолютно разных компонентов на нашей планете. В частности, сами взаимосвязи представляют собой хаотичный, случайный порядок. По крайней мере в то время так было принято считать. Этот период, завершившийся к середине XX века, Уивер назвал эпохой «проблем дезорганизованной сложности». К концу XX века ученые приходят к выводу, что дело не только в бесчисленном множестве разных переменных, но еще и в том, что все они взаимосвязаны и взаимозависимы. Именно это Уивер и называл «проблемами организованной сложности». Эти «проблемы» можно сейчас встретить там, где иерархические древовидные структуры уже не справляются с описанием всего разнообразия областей наших знаний.

Аналогичная ситуация возникает при попытке разгадать законы наших экосистем. Классическая схема «хищник-жертва» в этом случае уже не работает, потому что наше восприятие экосистем теперь стало гораздо сложнее.

Здесь вы видите диаграмму всех видов, взаимодействующих с треской в районе северо-восточного побережья Канады. Всего этих видов около ста штук. Множество различных линий — это связи всех этих видов с треской и друг с другом. ?Мы также встречаем эти «проблемы организованной сложности», пытаясь расшифровать связи в человеческом мозге. Раньше считалось, что мозг — это некий модульный централизованный орган с разделами, отвечающими за те или иные функции. Мысль о том, что мозг является этим централизованным органом, отвечающим за различные наборы функций, конечно, приятна, но не правдива. Мозг — отнюдь не централизованный орган. И чем больше мы понимаем, как он работает, тем больше он становится похож на симфонию, которую одновременно исполняют сотни тысяч инструментов.

Одна из самых сложных карт связей в человеческом мозге была создана в рамках проекта Blueprint Project, тесно связанного с проектом по расшифровке человеческого генома. Эта карта представляет собой визуализацию связей между десятками тысяч нейронов — тридцати миллионов связей между ними, что составляет лишь 10% от всего объема коры головного мозга человека.

Мы сталкиваемся с этими же «проблемами организованной сложности» при попытках категоризировать наши знания. На иллюстрации вы можете видеть одно из самых красивых древ знаний в мире. Оно было создано учеными Дени Дидро и Жаном Лероном д’Аламбером для французской энциклопедии — самой обширной энциклопедии на тот момент, энциклопедии Просвещения, во многом олицетворявшей сам дух Просвещения. Но, несмотря на то что для 1751 года это было действительно гениально, знания были описаны в виде дерева, ветви которого на самом деле не пересекались. Они не были связаны между собой, не были взаимозависимы.

Карты структуры Википедии устроены совсем по-другому. Википедия, как вы знаете, одна из самых крупных ризоматических структур, когда-либо созданных человеком. Взглянув на эти карты и, конечно, попробовав Википедию в действии (что очень многие из нас делали не раз), мы сами можем убедиться, что знание взаимосвязано и взаимозависимо, как и любая сеть. Посмотрите на различные разделы Википедии: математика, история, биология, медицина, физика — все они имеют перекрестные ссылки, все они связаны между собой.

Все с теми же «проблемами организованной сложности» мы встречаемся при попытках самоорганизации индивидов. Такая ситуация существовала всегда, но стала особенно заметна в ходе индустриальной революции, когда эта иерархическая «сверху-вниз» (от директора компании к отдельному работнику) модель стала применяться повсеместно: в общественных институтах, в бизнесе, в политике и так далее. Но, как известно, каждый из нас по-своему уникален, и поэтому интернет начал активно менять эту парадигму восприятия социальных структур как иерархической древовидной системы.

Это карта онлайн-связей отдельных разработчиков Perl. Perl — достаточно известный язык программирования. На карте вы можете увидеть, как тысячи человек взаимодействуют друг с другом на разных проектах и делят это пространство, напоминающее паутину или сеть. Такая структура является полной противоположностью какой-либо иерархии. Здесь нет лидера, но есть только равноправные участники, свободно взаимодействующие друг с другом ради выполнения тех или иных проектов.

? Подобное смещение парадигмы мы сейчас наблюдаем и в нашем восприятии природы, в описании ее законов и структуры. Единственную иллюстрацию своего дерева видов из труда «Происхождение видов») сам Дарвин называл Древом жизни. Конечно, ученые немного расширили его структуру за последние 150 лет. Сейчас мы пользуемся для различения каждого известного отдельного вида на Земле типичной иерархичной структурой. Схема опять та же: от общего к частному. Но и этот классический подход уже начал сильно меняться. Совсем недавно в ходе исследования ученые обнаружили, что в рамках открытой Дарвиным структуры существует еще одна, прежде никем не замеченная сеть огромного количества различных бактерий, связывающих все эти виды вместе. В такой ситуации отдаленные виды на самом деле становятся достаточно близки. Осознать всю важность этого открытия можно, если представить, что человек на 90% состоит из бактерий. Многие ученые уже назвали это Сетью жизни (Web of Life), а не Древом жизни.

Мысль о том, что мозг является централизованным органом, отвечающим за различные наборы функций, конечно, приятна, но не правдива. Чем больше мы понимаем, как он работает, тем больше он становится похож на симфонию, которую одновременно исполняют сотни тысяч инструментов.

На самом деле мы встречаем сетевые структуры на каждом шагу. Мозг, к примеру, являет собой сеть нейронов, соединенных аксонами (отростки клеток-нейронов, соединяющие их с другими нейронами, нужными областями мозга, органами, железами или мышечными тканями). Клетки сами по себе являются конечно же сетями молекул. Как известно, человеческие общества представляют собой сети людей, объединенные разнообразными связями. В конце концов, сетевые структуры являются основополагающими для технологий, начиная от интернета и электросетей и заканчивая транспортными сетями.

Существует ли такая вещь, как универсальная структура? Мне очень нравится следующее сравнение. Слева вы видите полученное в 2006 году изображение сети нейронных связей в мозгу мыши. В таком масштабе эта сеть практически не отличается от человеческой. На изображении справа — «Проект Симуляция Миллениум», самая масштабная и наиболее реалистичная симуляция роста космических структур и рождения галактик. В ходе проекта удалось воссоздать пути эволюции примерно 20 миллионов галактик, что заняло порядка 25 терабайт данных. И здесь мы снова видим две похожие картины, только с разным масштабом.

Для меня лично очевидно, что в любом масштабе, от самого малого до самого крупного, мы встречаем одну и ту же структуру. Все это настолько похоже друг на друга, что сам собой напрашивается вопрос: неужели мы являемся свидетелями открытия этой универсальной структуры, которой оказалась сеть?

Я считаю, что сейчас нам даже важнее найти новый способ мышления, чем научиться отображать эти проблемы. Этот новый способ мышления должен быть основан на принципе множественности и идее о том, что все взаимосвязано и взаимозависимо. Мы, по сути, возвращаемся к концепции универсального человека эпохи Возрождения, когда, вместо того чтобы быть специалистом в одной области, вам необходимо было знать понемногу о каждой из них. Ну или хотя бы иметь представление о том, что можно узнать в других областях, отличных от вашей. На мой взгляд, тот факт, что мы сейчас переживаем такой переход восприятия мира на новый уровень, — это правда удивительно, потому что из сетевого подхода человечество может извлечь огромную пользу.