Еще пример: поездка на велосипеде. Для начала заметим, что вам необходимо постоянно крутить педали. Если вы будете сидеть неподвижно, то просто упадете. Во время поездки ваши глаза и чувство равновесия дают вам обратную связь, постоянно корректирующую положение вашего центра тяжести, чтобы вы могли поддерживать равновесие и продолжать поступательное движение. Тот, кто уже имеет навык езды на велосипеде, без труда едет по прямой, а новичок будет вилять из стороны в сторону, потому что он еще не так быстро реагирует на обратную связь и всякий раз норовит повернуть слишком резко. По мере накопления опыта вы начинаете меньше вилять, потому что увеличивается скорость вашей реакции, да и сами реакции начинают все более соответствовать ситуации. Ваши глаза и чувство равновесия формируют входной сигнал, выходным же сигналом являются движения рук и ног. Этот выходной сигнал (движения конечностей) изменяет состояние всей системы (велосипед с новичком в седле) и тем самым формирует новый входной сигнал (равновесие и направление).
Принцип обратной связи настолько прост и всеохватен, что мы, можно сказать, просто живем и дышим циклами обратной связи, воспринимая их как самоочевидность.
Мы можем также наблюдать работу циклов обратной связи в создаваемых нами машинах. Обратная связь -- это тот самый принцип, благодаря которому машины могут работать самостоятельно, без вмешательства человека. Машины, работа которых основана на обратной связи, оказываются более мощными, более управляемыми и не требуют постоянного внимания со стороны человека. Изобретение парового двигателя, например, внесло революционные преобразования в сферу технологии и послужило мощным импульсом индустриальному развитию, изменив наш образ жизни и условия труда. В настоящее время циклы электронной обратной связи стали движущей силой информационной революции, они составляют основу компьютеров и на них опираются все изобретения в области микротехнологий, начиная от посудомоечных машин и кончая космическими ракетами.
Чтобы увидеть простейшее устройство с механической обратной связью, которое вы используете каждый день, достаточно заглянуть в собственную ванную комнату. Поплавок поддерживает постоянный уровень воды в смывном бачке. Принцип работы этого механизма очень прост. Сравнительно большой полый поплавок лежит на поверхности воды и посредством рычага соединен с клапаном, который открывает или перекрывает сток. Спуская воду, вы открываете второе отверстие, через которое вода вытекает из бачка, уровень ее падает, и поплавок опускается. Тем самым он открывает первое отверстие, через которое вода вновь поступает в бачок. По мере наполнения бачка уровень воды в нем повышается, и поплавок поднимается. И чем выше он поднимается, тем сильнее он перекрывает входящий поток воды, так что, снова оказавшись на том первоначальном верхнем уровне, с которого мы начали свое описание, он полностью закрывает входное отверстие. Столь же простая, принципиально сходная система работает в вашем автомобиле, контролируя подачу топлива в двигатель через карбюратор. Нога водителя на акселераторе управляет клапаном, который так же автоматически управляется регулятором скорости -- устройством несколько более сложным.
Домашний терморегулятор -- еще один классический тип устройства с обратной связью. Вы устанавливаете нужную температуру. Тем самым вы задаете "целевое состояние" системы. Если температура в доме падает ниже этого уровня, что может определить термометр, то терморегулятор включает обогреватель воздуха. Обогреватель начинает производить тепло и повышать температуру. Как только стрелка термометра достигает заданного уровня, терморегулятор отключает обогреватель. Вы просто установили уровень, а все остальное система сделала сама. Такая система не сможет, однако, справиться с жаркой погодой, когда температура воздуха сама собой поднимается выше нужного уровня. Но чтобы решить эту проблему, достаточно установить еще один терморегулятор, который всякий раз, как в доме станет слишком жарко, будет включать кондиционер.
Вы когда-нибудь замечали такое совпадение: стоит только открыть холодильник -- ив нем как по заказу включается двигатель? Это объясняется тем, что открытая дверь впускает внутрь холодильной камеры теплый воздух. Внутренность камеры слегка нагревается, а поскольку терморегулятор настроен на поддержание низкой температуры, то он включает двигатель, чтобы охладить воздух в камере.
У нас есть свой, значительно более сложный терморегулятор, поддерживающий температуру нашего тела. Организм устанавливает температуру 36,6°С, и вы не в силах изменить эту установку. Когда наше тело нагревается, начинает происходить сразу несколько вещей. Мы начинаем потеть и терять тепло благодаря испарению с поверхности кожи. Кроме того, поверхностные кровеносные сосуды начинают расширяться, вследствие чего большее количество крови начинает достигать поверхности тела и интенсивно отдавать тепло окружающему воздуху. Оба эти процесса не поддаются нашему сознательному контролю и протекают как автоматические циклы обратной связи внутри нашего организма. Наше тело может выдержать лишь незначительные отклонения в обе стороны от нормальной температуры.
Усиливающая обратная связь
Обратная связь -- основа любой системы: нет обратной связи -- и нет системы.
Существуют два основных вида обратной связи:
1. Усиливающая обратная связь, -- когда изменения в системе в целом приводят к усилению первоначального изменения. Другими словами, изменение проходит через систему, производя еще большее изменение в том же самом направлении.
2. Уравновешивающая обратная связь, -- когда изменения в системе в целом приводят к ослаблению первоначального изменения.
Все системы, какими бы сложными они ни были, построены на замкнутых циклах обратной связи только этих двух видов.
Рассмотрим сначала усиливающую обратную связь. Ее часто не совсем точно называют "положительной", но это название не соответствует сущности такого типа связи, потому что, во-первых, его можно спутать с чем-то вроде похвалы, а во-вторых, оно создает впечатление, что связь такого рода хороша сама по себе, тогда как в действительности она может быть в самом деле полезной, а может оказаться сущим злом, если благодаря ей вся система неизбежно выходит из-под контроля: все зависит от того, что именно усиливается. Поэтому, чтобы избежать путаницы, мы и будем называть связь такого рода "усиливающей".
Усиливающая обратная связь подталкивает систему в том самом направлении, в котором она уже движется. В зависимости от начальных условий она может привести как к росту активности системы, так и к ее падению. В данном случае частью цикла усиливающей обратной связи является то или иное "вознаграждение", если эффект направлен на усиление того же самого поведения. Вознаграждением могут служить продвижение по службе, материальная выгода, моральное поощрение, подчеркнутое внимание или просто улыбка. Ваши действия, полученное за них вознаграждение и возобновленные действия составляют замкнутый цикл усиливающей обратной связи. Само же по себе вознаграждение не является усиливающей обратной связью, если только оно не ведет к усилению того же самого первоначального поведения.
Представьте себе снежный ком, скатывающийся с горы. По пути он собирает прилипающий к нему снег, и чем больше он становится, тем больше снега к нему прилипает, пока это движение не превращается в снежную лавину.
Вам никогда не приходило в голову, что и ваш банковский счет -- не что иное, как система? В нем проявляется усиливающая обратная связь. Представьте себе, что у вас на счету хранится 1000 $ под 10% годовых. За первый год такой капитал даст 100 $ прибыли и в целом составит 1100 $. За второй год эта сумма принесет 10% -- 110$, -- которые в сумме с предыдущим капиталом составят уже 1210 $. В следующем году прибыль еще возрастет. И чем больше будет возрастать сумма, тем большую прибыль она будет приносить, сама в свою очередь становясь все больше. Продолжая такие расчеты, легко обнаружить, что уже через семь лет вы удвоите свои сбережения и на вашем счету будет лежать сумма в 2000 $. И каждые следующие семь лет она будет удваиваться. Капитал в 1000 $, положенный на ваш счет в момент вашего рождения, к тому времени, когда вам исполнится двадцать один год, будет равняться 8000 $. Предоставленная самой себе усиливающая обратная связь ведет к так называемому экспоненциальному росту, суть которого в том, что скорость роста пропорциональна уже полученной величине, а период удвоения остается величиной постоянной. Такой процесс может начинаться сколь угодно медленно и незаметно, но, предоставленный самому себе, он неуклонно становится все сильнее, и его эффективность движется к обретению разрушительной силы.
Курьезы экспоненциального роста
1. Если сложить страницу пополам, ее толщина удвоится. Чему будет равняться толщина страницы, если проделать эту операцию сорок раз?
2. Предположим, у вас есть пруд. У берега выросла кувшинка. Через некоторое время вы замечаете, что каждый день количество кувшинок удваивается. Начав с одного-единственного цветка, через месяц половина поверхности пруда оказывается сплошь покрытой кувшинками. Надо бы взяться за его расчистку, но в настоящий момент вы слишком заняты и предпочли бы к ней приступить в последний момент. Когда он наступит?
3. По преданию, игра в шахматы была придумана на Востоке тысячи лет назад как забава для царя. Взамен ее изобретатель попросил награду: одно зернышко риса на первое поле доски, два -- на второе, четыре -- на третье и так далее, каждый раз удваивая количество зерен. На шахматной доске 64 поля. Царь знал, что в его распоряжении сотни амбаров по всей стране, доверху полных риса, и недолго думая согласился. Было ли мудрым это решение?