В одно мгновенье видеть вечность, Огромный мир – в зерне песка, В единой горсти – бесконечность И небо – в чашечке цветка. У. Блейк

Глава 1. Развитие системных представлений

Составляющим понятий «системный анализ», «системное исследование» является слово «система», которое появилось в Древней Элладе 2000 – 2500 лет назад и первоначально означало: сочетание, организм, устройство, организация, строй, союз. Первоначально слово «система» было связано с формами социально-исторического бытия. Лишь позднее принцип порядка, идея упорядочения переносятся на Вселенную. Перенос значения слова с одного объекта на другой и вместе с тем превращение слова в обобщенное понятие совершаются поэтапно. Метафоризация слова «система» была начата Демокритом (460 – 360 до н.э.). Образование сложных тел из атомов он уподобляет образованию слов из слогов и слогов из букв. Сравнение неделимых форм (элементов с буквами) – один из первых этапов формирования научно-философского понятия, обладающего обобщенным универсальным значением. На следующем этапе происходят дальнейшая универсализация значения слова, наделение его высшим обобщенным смыслом, что позволяет применять его и к физическим, и к искусственным объектам. Универсализация может осуществляться двояко – или в процессе мифотворчества, т. е. построения мифа на основе метафоры, или же путем воссоздания философско-рациональной картины мироздания и человеческой культуры, т. е. трансформирования и развертывания метафоры в философской системе. Первое характерно для одного из основателей объективного идеализма Платона (427 – 347 до н.э.), второе – для Аристотеля (384 – 322 до н.э.), колеблющегося между материализмом и идеализмом.

В античной философии термин «система» характеризовал упорядоченность и целостность естественных объектов, а термин «синтагма» – упорядоченность и целостность искусственных объектов, прежде всего продуктов познавательной деятельности. Именно в этот период был сформулирован тезис о том, что целое больше суммы его частей.

С возникновением науки и философии Возрождения (XV в.) связано радикальное преобразование в истолковании бытия. Трактовка бытия как космоса сменяется рассмотрением его как системы мира. При этом система мира понимается как независимое от человека, обладающее своим типом организации, иерархией, имманентными (свойственными, внутренне присущими какому-либо предмету, явлению, проистекающими из их природы) законами и суверенной структурой. Кроме того, бытие становится не только предметом философского размышления, стремящегося постичь его целостность, но и предметом социально-научного анализа. Возникает ряд научных дисциплин, каждая из которых выделяет в природе определенную область и анализирует ее свойственными этим дисциплинам методами.

1.1. Исторические предпосылки возникновения системного подхода

Каждому периоду развития человечества соответствовало свое мировоззрение. Древние племена строили свои взгляды на мир в рамках магической парадигмы, а действовали на основе эмпирического мышления. Средневековье дает пример религиозного мышления. Новое время, промышленная и научно-техническая революция определили научное видение мира, которое также стало основой практической деятельности. Но уже в XX веке возник целый ряд проблем развития науки, техники, экономики требующий существенной корректировки «механистического» мышления.

Такая корректировка является не простым добавлением к существующим знаниям некоторого множества новых научных дисциплин, имеющих практические приложения. Эта корректировка требует нового мировоззрения, новой методологии познания и, в конечном итоге, изменения картины мира.

Наглядным примером такой корректировки является революция в мировоззрении, вызванная Коперником. Его гелиоцентрическая система координат сменила геоцентрическую систему Птолемея. Изменились взгляды на мир и на роль человека в нем. Наука впервые выступила против религии, которая была основой средневековой идеологии и политики. Интересно, что с прикладной позиции система Коперника в то время не намного улучшила астрономические вычисления. Геоцентрическая система еще имела резервы для объяснения наблюдаемых фактов и формализованного описания их в рамках вычисления дифферентов и эпициклов. Более того, и в настоящее время существуют задачи, где эффективно применяется геоцентрическая система координат, например, в некоторых навигационных системах тактической авиации. Таким образом, новая система, возникшая для решения исключительно «внутринаучных» задач, этими проблемами не ограничивается, а становится базой для революции в мировоззрении.

Еще более ярким примером революции в мировоззрении явилась механика Ньютона. Механические и математические закономерности, открытые Ньютоном, позволяли описывать подавляющее большинство физических явлений, которые были тогда в центре внимания ученых. Механика Ньютона стала основой инженерных расчетов, но этим не исчерпывается ее значение. Ньютоновская механика стала базой для так называемого «физического» взгляда на мир. Согласно этому взгляду, все, даже очень сложные, явления можно описать в виде некой суммы простых процессов, и результат этих явлений можно однозначно прогнозировать. Ньютон сделал мир ясным и простым. Однако степень такой ясности была явно преувеличена. Но именно эта предсказуемость всех явлений, их детерминированность, управляемость, лежала в основе мировоззрения тех, кто начинал промышленную революцию Нового времени. Вне «ньютоновского» взгляда на мир невозможно представить ни промышленную революцию, ни капиталистический способ производства, тесно связанный с промышленностью, ни современную цивилизацию.

Геометрия Лобачевского имеет обширные применения как в математике, так и в физике. Историческое ее значение состоит в том, что ее построением Лобачевский показал возможность геометрии, отличной от евклидовой, что знаменовало новую эпоху в развитии геометрии и математики вообще.

Другой научной парадигмой, вышедшей далеко за рамки своей отрасли знания, явилась эволюционная теория Дарвина. Эволюционизм, при всех его недоработках, прочно ввел в сознание человечества тезис о развитии как о всеобщем процессе. Рассмотрение любого явления не в статике, а в динамике, осознание отсутствия «незыблемости» в чем бы то ни было – одна из основ современного научного мышления. Без эволюционизма Дарвина подобный взгляд на мир был бы невозможен.

Научно-техническая и промышленная революция XVIII – XIX вв. решила массу ранее стоявших перед человечеством задач и обусловила повышение жизненного уровня населения развитых стран. Во второй половине XIX в. даже возникла «эйфория» от возможностей науки и техники. Однако уже к концу века стали проявляться некоторые новые проблемы в развитии хозяйства – кризисы перепроизводства, недостаток ресурсов. Эти проблемы сопровождались ростом социального напряжения. Кроме того, выяснилось, что не все можно решить с помощью науки. Да и в самой науке наметились определенные кризисные явления. На рубеже веков наметился известный в истории науки кризис физики, в контексте системного анализа он интересен в двух своих проявлениях.

Во-первых, физики вынуждены были сами признать несостоятельность своих попыток построить общую картину мира на основе ньютоновских принципов.

Стремление в ряде случаев свести описание сложных систем к сумме взаимодействия все более мелких их элементов получило название редукционизма. Согласно редукционистской доктрине живой организм, например, можно описать как сумму взаимосвязей отдельных молекул. Однако сами физики отказались от попытки свести электрические явления к механическим, а теорию газов вывести из кинематики каждой газовой молекулы по отдельности. «Подобное имеет место в теории упругости и в теории капиллярных явлений: близкие друг другу молекулы притягиваются и отталкиваются, но нам нет нужды знать по какому закону» [12]. Кризис оказался более глубоким – законы микромира и макромира существенно различаются. Закономерности, описывающие квантовые явления, принцип неопределенности и тому подобные вновь открытые законы не только не вытекали из ньютоновской механики и классической физики, но зачастую и прямо противоречили им. В этой связи показательна модель атома, предложенная Н. Бором, который просто не стал рассматривать вопрос, почему электроны не «падают» на атомное ядро, как это было бы положено по классическим физическим законам макромира. Таким образом, классическая физика предстала не более чем эмпирическим обобщением фактов, характеризующих определенный уровень строения материи. Механистическая картина мира лишилась своей универсальности.

Во-вторых, даже в тех случаях, где принципиально редукция сложных явлений к простым физическим процессам была теоретически возможна, она не всегда помогала эти явления таким образом формально описать. Аппарат дифференциальных уравнений, обслуживающий запросы классической физики, оказался бессильным при решении задач, где количество переменных было больше трех-четырех, правые части уравнений были нелинейными, а количество управляющих воздействий (в терминологии классической физики «причин» того или иного поведения сложной системы) также было больше трех. Аналитического решения подобных систем уравнений не находилось, а появившиеся позже численные методы, позволившие довести размерность решаемых систем уравнений до нескольких десятков, также оказались бессильными при решении систем, состоящих из сотен уравнений для сотен переменных. В этой связи интересным примером является то, что все химические законы, формально говоря, вытекают из уравнения Шредингера, которое, однако, практически невозможно решить при описании реакций даже простых соединений. Но уравнения именно такой и даже большей степени сложности и размерности надо было решать, чтобы описать поведение биологических, экологических, экономических и социальных систем. Кроме того, в процессе описания вышеупомянутых систем необходимо было учитывать такие принципиально не рассматривающиеся в рамках существующей научной парадигмы моменты, как активное целеполагание отдельных элементов системы.

Таким образом, попытки описать все имеющиеся сложные системы с помощью редукции их к сумме некоторых простых элементов и применить для описания этих систем аппарат классической физики и математики потерпели крах. Однако предыдущие примеры эффективного решения целого ряда практических, технических задач уже показали практикам эффективность научного подхода. Перед учеными встала проблема создания новой научной методологии, адекватной специфике поведения сложных систем.