97

Применение системного анализа в исследованиях природных систем.

(Вместо предисловия)

Изложенный в данной книге спецкурс предназначен студентам третьего и четвертого курсов кафедры рационального природопользования географического факультета МГУ. Он носит общее название «Моделирование изменений географической среды». Спецкурс состоит из трех частей. Соответственно, первая, вторая и третья части носят названия: «Основы методологии моделирования природных систем», «Применение системного анализа в исследованиях природных систем» и «Устойчивость природных систем к природным и антропогенным воздействиям». В данной книге изложена вторая часть спецкурса.

В настоящее время существует очень большое количество работ, связанных с системным анализом. Часть публикаций по данному направлению можно найти в конце книге в списке «Литература».

Автор приносит благодарность своим друзьям и сотрудникам Ю.Б. Андрееву и В.Н. Кудину за помощь в оформлении обложки книги.

Теория систем и системный подход в физико - географических исследованиях.

Известно, что исследования, которые ведутся на стыке нескольких научных дисциплин, оказывают очень плодотворное воздействие на широкий круг проблем. При этом стираются границы между областями исследования и, соответственно, отмечается взаимное проникновение идей и методов. Именно на стыке наук появляется необходимость в создании общей теории, которая была бы фундаментом для комплексных изучений.

В последние десятилетия в различных областях науки быстро набирает силу понятие «система». Говорят о «теории систем», «системном подходе», «системном анализе», «системных исследованиях». Для начала попробуем разобраться с указанными понятиями. Хотя системы изучались на протяжении многих лет, в последние десятилетия делается упор на комплексные исследования объектов как единого целого. В 60-е годы прошлого столетия Л. фон Берталанфи (Системные исследования, 1969) была выдвинута идея создания общей теории систем. Главными задачами данной теории считались:

1) изучение изоморфизмов понятий, законов и моделей в различных ветвях науки с целью переноса идей из одной области в другую,

2) содействие построению теоретических моделей для тех областей знаний, где они отсутствуют,

3) на основе анализа идей и решений - минимизация дублирования теоретических исследований,

4) выявление единства науки на основе установления связей между различными дисциплинами.

Именно при разработке идеи общей теории систем возник вопрос: «Почему столь значительны достижения в области физики по отношению к другим отраслям науки?» Были выдвинуты два следующих предположения:

1) физические объекты исследования в своем большинстве изолированы, относительно просты, а проводимые физические эксперименты могут быть повторены многократно,

2) физики изучают беспорядочную сложность (примером может служить газ, состоящий из громадного числа частиц).

Этот ансамбль частиц - сложен, но беспорядочен, так как в нем нет определенной структуры. В то же время в других науках, (в том числе в географии и экологии) наблюдается организованная сложность, так как объектами изучения являются большие системы, обладающие определенной структурой. Изучение таких объектов допускает использование законов и методов физики, но требует также дополнительных идей, включающих понятие структуры.

А. Рапопорт (1969), анализируя основные идеи общей теории систем, высказал мысль, что потребность в создании общей теории систем направлена на ликвидацию разрыва между теорией простых детерминированных систем (классической механикой) и теорией сложных систем, лишенных структуры (статистической механикой, термодинамикой), т.е., соединения организованности и сложности.

Методологически общая теория систем пыталась охватить все проблемы изучения и создания систем и состояла из двух частей: теоретической и прикладной. Первая часть объединяла кибернетику, теорию информации, теорию автоматов, теорию игр, теорию решений, теорию сетей и графов. Вторая часть включала системотехнику, исследование операций и инженерную психологию.

Уже одно перечисление дисциплин, которые входят в общую теорию систем, говорит о междисциплинарном характере системных исследований. Основой общей теории систем по Берталанфи являлась теория открытых систем. Согласно этой теории математические понятия и модели могут быть одинаково успешно применены как в физике, так и в биологии, социальных науках, экологии, географии и многих других областях исследований. Говоря об открытых системах, следует иметь в виду следующее обстоятельство. В основе классической термодинамики, рассматривающей закрытые системы, лежат 2 закона: закон сохранения энергии и закон возрастания энтропии (2-е начало термодинамики). Рост энтропии ведет к изменению структуры системы, ее деградации. В тоже время в природных (открытых) системах происходит процесс упорядочивания структуры, т.е., не выполняется 2-е начало термодинамики. А все дело в том, что в открытых системах происходит обмен вещества и энергии. Л. Берталанфи даже модифицировал второе начало термодинамики для открытых систем, сформулировав его следующим образом: скорость возрастания энтропии стремится к минимальному значению, которое соответствует динамическому равновесию.

И, все-таки, общая теория систем не нашла широкой поддержки среди исследователей, большинство из которых предпочитало не распыляться на создание общей теории, а стремилась изучать конкретные проблемы, применительно к которым использовать идеи и методы кибернетики, математики, теории игр и решений и прочее как подразделы математики. Тем не менее, методологически общая теория систем способствовала лучшему пониманию понятия «сложной системы», созданию и отработке операций системного подхода в разных областях знаний.