Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естественно-научная картина мира. Учебник
.pdf
231
1. Самоорганизующаяся система сохраняет состояние
термодинамического равновесия.
2. Негэнтропийный характер самоорганизующейся систе-
мы обеспечивается использованием информации.
3. Самоорганизующаяся система обладает функциональ-
ной активностью, выражающейся в противодействии внешним силам.
4. Самоорганизующаяся система обладает выбором линии
поведения.
5. Целенаправленность действий.
6. Гомеостаз и связанная с ним адаптивность системы.
Среди ключевых идей синергетики, существенно влияющих на методологию изучения природных процессов и явлений,
можно выделить следующие:
1) для современного реального мира существенной его ха-
рактеристикой является эволюционность, необратимый характер
процессов развития, а также возможность решающего влияния
малых событий и действий на общее течение событий;
2) для сложноорганизованных целостных систем харак-
терна не единственность, а множественность путей развития,
что не исключает момент их строгой количественной заданности, а также возможность выбора из общего числа вариантов
неких оптимальных;
3) сложноорганизованным системам нельзя навязывать
пути развития, а необходимо понять, как можно способствовать
проявлению их собственных тенденций развития;
4) в развитии сложных систем встречаются некие точки
бифуркации, где возможны различные варианты дальнейшего
развития, где происходит ветвление дальнейших направлений
развития;
5) взаимодействие системы с внешним миром, ее погруже-
ние в неравновесные состояния может стать исходным пунктом
в формировании новых динамических состояний — диссипативных структур;
6) на всех уровнях самоорганизации источником порядка
является неравновесность, которая есть то, что порождает «порядок из хаоса», вызывает возникновение нового единства;
232
7) хаос может выступать в качестве созидающего начала,
конструктивного механизма эволюции;
8) по мере усложнения организации систем происходит
одновременное ускорение процессов развития и понижение
уровня их стабильности;
9) зная основные тенденции самоорганизации системы,
можно в какой-то мере регулировать процесс ее дальнейшей
эволюции, ускорять или замедлять, оптимизировать формы протекания процессов.
Идеи синергетики существенно меняют общие исследовательские подходы к сложным объектам науки. Новизна синергетического подхода заключается в следующем. Хаос выступает и
как разрушитель, и как созидатель. Через него может осуществляться конструктивное развитие. Понятие «хаос» оказалось гораздо более глубоким, чем представлялось ранее. Развитие осуществляется через случайный выбор одного из возможных путей дальнейшей эволюции в точке бифуркации. Следовательно,
случайность встроена в механизм эволюции, и невозможно
осуществлять жесткий контроль за развитием систем, которые
испытывают бифуркационные разветвления. Варианты развития
системы можно предвидеть, но какой именно из них будет выбран, предсказать нельзя.
10.4. Методологические принципы синергетики
Синергетика рассматривает условия и принципы самоорганизации, саморазвития в их единстве и взаимодополнительности. Часто выделяют структурные принципы существования
системы, характеризующие фазу стабильного функционирования системы, прозрачность и простоту описания, и принципы
становления, характеризующие фазу трансформации, обновления системы, последовательное прохождение ею этапов: гибели
старого порядка, хаоса испытания альтернатив и, наконец, рождения нового порядка. При этом различают порождающие
принципы становления, которые являются необходимым и
достаточным условием его реализации, и конструктивные
принципы становления, описывающие сборку, детали и кон-
233
струкцию процесса становления, а также его понимание наблюдателями и сопряжение со средой [9].
К структурным принципам синергетики относятся
принципы гомеостатичности, иерархичности и самодетерминации.
1. Принцип гомеостатичности характеризует относи-
тельное динамическое постоянство системы, следующей определенной цели. Гомеостаз — это явление поддержания программы функционирования системы в некоторых рамках, тип
динамического равновесия, состоящий в поддержании существенно важных для сохранения системы параметров в допустимых пределах, позволяющих ей следовать к своей цели. Цель
поведения системы в состоянии гомеостаза в синергетике называют аттрактор. Аттрактор — режим развития диссипативной
системы, в котором она может устранять влияние возмущений,
действующих на эту систему, и тем самым восстанавливать
стандартное состояние. Корректировка состояния системы осуществляется за счет отрицательных обратных связей, подавляющих любое отклонение в программе поведения, возникшее под
действием внешней среды.
2. Принцип иерархичности системы предполагает опре-
деленную уровневую организацию ее внутренней структуры.
Структура — это особый, присущий каждой системе способ
связи элементов системы, возникающий закономерно в процессе
функционирования и развития системы. Иерархичность подразумевает наличие множества элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам высшего
уровня. Каждая система включена в качестве элемента или подсистемы в систему более высокого порядка, и наоборот, каждый
элемент системы может рассматриваться как подсистема, обладающая, во многих случаях, относительной автономностью поведения. Всякий раз элементы, связываясь в структуру, передают ей часть своих функций, степеней свободы, и система переходит на более высокий иерархический уровень, обретая новое
качество, которого на уровне элементов не было. По мнению
Г. Хакена, закон существования сложной системы задают параметры порядка, описывающие в сжатой форме смысл ее поведения и цели-аттракторы. Хакен формулирует синергетический
234
принцип подчинения, согласно которому параметры порядка
подчиняют себе параметры состояния, то есть их изменение как
бы синхронно управляет поведением множества компонентов,
отдельных частей системы, причем феномен их когерентного,
т.е. взаимосогласованного, сосуществования называют явлением
самоорганизации [85].
3. Принцип самодетерминации системы связан с взаи-
модействием ее различных сторон, воспроизводящим условия
становления, «самонастройки» и саморазвертывания системы.
Характер реакции системы на внешнее воздействие определяется в основном спецификой ее внутренней самодетерминации,
при этом самоорганизация означает переход системы в когерентное состояние. В процессе самоорганизации система эволюционирует так, что в ней постепенно возникают очаги целенаправленного развития. Система, развиваясь, попадает в поле
притяжения определенной структуры аттрактора, которая выстраивает ее в соответствии со своей конфигурацией [79].
К порождающим принципам становления относятся
принципы нелинейности, открытости (незамкнутости), неустойчивости.
4. Принцип нелинейности предполагает учет различного
рода взаимодействий и обратных связей в системе, приводящих
к альтернативности, многовариантности путей ее развития.
Определяющим свойством линейных систем является принцип
суперпозиции: сумма решений есть решение, т.е. результат
суммарного воздействия на систему есть сумма результатов, так
называемый линейный отклик системы, прямо пропорциональный воздействию. Нелинейность есть нарушение принципа суперпозиции в некотором явлении: результат суммы воздействий
на систему не равен сумме результатов этих воздействий. Результаты действующих причин нельзя складывать. В нелинейных системах появляются качественно иные свойства, не присутствующие в составляющих систему частях, в полном соответствии с высказыванием Аристотеля «Целое больше суммы
составляющих его элементов».
5. Принцип открытости (незамкнутости) означает, что
иерархический уровень может развиваться, усложняться только
235
при обмене веществом, энергией, информацией с другими уровнями. Система не может пренебречь взаимодействием со своим
окружением. На языке иерархических уровней принцип открытости подчеркивает два важных обстоятельства. Во-первых, это
возможность самоорганизации бытия в форме существования
стабильных неравновесных структур макроуровня (открытость
макроуровня к микроуровню при фиксированных управляющих
параметрах). Во-вторых, возможность самоорганизации становления, т.е. возможность смены типа неравновесной структуры,
типа аттрактора (открытость макроуровня к мегауровню меняющихся управляющих параметров системы). Оказывается, что
при переходе от одного положения гомеостаза к другому система становится обязательно открытой в точках неустойчивости [9].
6. Принцип неустойчивости выражается в понятии фрак-
тала. В основе феномена фрактальности, индексирующего неустойчивое переходное состояние в процессе эволюции, лежит
принцип самоподобия, то есть возможность по части (осколку)
судить о целом. Фрактальные структуры отличаются масштабной инвариантностью. Выполнение принципов нелинейности и
незамкнутости при определенных условиях позволяет системе
покинуть область гомеостаза и перейти в неустойчивое состояние. Состояния неустойчивости, выбора поведения называют
точками бифуркаций: здесь пролегает граница между новым и
старым качеством. Значимость точек бифуркации в том, что
только в них можно несиловым информационным способом, т.е.
сколь угодно слабыми воздействиями, повлиять на выбор поведения системы.
К конструктивным принципам становления относятся
принципы динамической иерархичности (эмерджентности) и
наблюдаемости. Эти принципы организуют предыдущие пять
принципов в самосогласованное кольцо принципов, обуславливая механизмы их сборки и сопряжения со средой.
7. Принцип динамической иерархичности (эмерджент-
ности) — это распространение принципа подчинения на про-
цессы становления — рождение параметров порядка, когда приходится рассматривать взаимодействие более чем двух уровней.
Это основной принцип прохождения системой точек бифурка-
236
ций, ее становления, рождения и гибели иерархических уровней.
Данный принцип описывает возникновение нового качества системы по горизонтали, т.е. на одном уровне, когда медленное
изменение управляющих параметров мегауровня приводит
к бифуркации, неустойчивости системы на макроуровне и перестройке его структуры. В точке бифуркации макроуровень исчезает, и возникает прямой контакт микро- и мегауровней, рождающий макроуровень с иными качествами [9].
8. Принцип наблюдаемости подчеркивает ограничен-
ность и относительность наших представлений о системе в конечном эксперименте. Согласно принципу наблюдаемости,
научная теория должна иметь эмпирическое обоснование, и к
ней необходимо применять такие величины и понятия, которые
операциональны и допускают опытную проверку. Творцы квантовой физики (Н. Бор, В. Гейзенберг, М. Борн) отрицают позицию «независимого наблюдателя», считая, что никакое явление
в мире не может быть описано без ссылки на наблюдателя, на
совокупность его операций, связанных со средствами наблюдения, измерительными устройствами. «Самонаблюдение изменяет ход событий… Именно действия экспериментатора, который
конструирует прибор, предопределяют существенные черты
наблюдателя» [7]. В квантовой механике проявляется зависимость объекта от процедуры измерения. Принцип наблюдаемости подчеркивает относительность человеческих представлений
о системе. Это связано с непредсказуемостью изменений нелинейных процессов, с неконтролируемостью взаимодействия
средств наблюдения с системой, что значительно ограничивает
роль наблюдателя этих процессов в его возможности влиять на
поведение синергетических систем [79]. В частности, это принцип относительности к средствам наблюдения в теории относительности и квантовой механике. В синергетике это относительность интерпретаций к масштабу наблюдений и изначальному
ожидаемому результату. С одной стороны, то, что было хаосом
с позиций макроуровня, превращается в структуру при переходе
к масштабам микроуровня. Сами понятия порядка и хаоса, бытия и становления относительны к масштабу — окну наблюдений.
237
11. СИСТЕМЫ И СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
11.1. Анализ основных понятий
К основным понятиям теории систем относят следующие:
система, элемент, структура, функция. Рассмотрим эти понятия
вместе с несколькими основными вспомогательными понятиями.
У истоков естественно-научного подхода к исследованию
понятия «система» стоят два крупных ученых: А. А. Богданов
(Малиновский) и Л. фон Берталанфи. Согласно представлениям
А. А. Богданова, теория систем тесно связана с понятием «организация». Организм, организация имеют каждый свою «цель» и
устроены в соответствии с нею. Современная наука установила,
что соотношения, которые выражаются словом «целесообразность», могут возникать и развиваться вполне естественным путем при отсутствии всякого внешнего устроителя, сознательно
ставящего цели. В природе существует объективная целесообразность, являющаяся результатом естественного отбора: формы «нецелесообразные» или «менее целесообразные» разрушаются и исчезают, «более целесообразные» — сохраняются. Богданов понимал организованность как свойство целого быть
больше суммы своих частей, добавляя при этом, что «чем более
целое разнится от суммы своих частей, тем более оно организованно». Следует отметить, что полной идеальной организованности в природе не существует: к ней всегда примешана, в той
или иной мере, дезорганизация. Богданов также считал, что в
тектологии (всеобщей организационной науке) сохраняет силу
принцип относительности. Организованная система бывает таковою не вообще, не универсально, а лишь по отношению к каким-либо определенным активностям, сопротивлениям, энергиям. По отношению к другим подобным явлениям она может
быть дезорганизованной либо нейтральной.
Известный биолог-теоретик Л. Берталанфи разработал
теорию открытых биологических систем, обладающих свойством эквифинальности (способности достигать конечного состояния независимо от нарушений в определенных пределах
начальных условий системы). Берталанфи одним из первых
238
продемонстрировал, что стационарным состоянием открытых
систем является так называемое подвижное равновесие, при котором макроскопические параметры системы остаются неизменными, хотя непрерывно продолжаются макроскопические
процессы ввода и вывода вещества и энергии.
Система (греч. systema — целое) — объединение некото-
рого разнообразия в единое и четко разделенное целое, элементы которого по отношению к целому и другим частям занимают
соответствующие им места.
В настоящее время общепринятым является определение,
сформулированное Дж. Клиром:
Система — это множество элементов, находящихся в от-
ношениях или связях друг с другом и образующих целостность
или органическое единство.
Определенный интерес представляет математическое
определение системы — «система — это множество объектов
вместе с отношениями между объектами и между их атрибутами
(свойствами)».
Система — упорядоченное множество взаимосвязанных
элементов. Иерархичное включение систем нижних уровней в
системы более высоких уровней связывает каждый элемент любой системы со всеми элементами всех возможных систем
(например: человек — биосфера — Земля — Солнечная система — Галактика — Метагалактика и т.д.).
Система имеет невещественный характер, поэтому ее
нельзя увидеть или потрогать. На практике нередко к системам
относят совокупности разнородных объектов, объединенных в
одно целое для достижения определенной цели. Главное, что
определяет систему, — это взаимосвязь и взаимодействие частей в рамках целого. Если такое взаимодействие существует, то
допустимо говорить о системе, хотя степень взаимодействия ее
частей может быть различной.
Приведенное определение системы достаточно для того,
чтобы отличать системы от таких совокупностей предметов и
явлений, которые системами не являются.
Агрегаты — это такие совокупности предметов и явле-
ний, которые системами не являются.
239
Кучу камней вряд ли кто-либо назовет системой, в то время как физическое тело, состоящее из большого числа взаимодействующих молекул, или химическое соединение, образованное из нескольких элементов, а тем более живой организм,
популяцию, вид и другие сообщества живых существ всякий
будет интуитивно считать системой. Чем мы руководствуемся
при отнесении одних совокупностей к системам, а других — к
агрегатам? Очевидно, что в первом случае мы замечаем определенную целостность, единство составляющих систему элементов, во втором случае такое единство и взаимосвязь отсутствуют
и установить их трудно, поэтому речь должна идти о простой
совокупности, или агрегате, элементов.
Таким образом, для системного подхода характерно
именно целостное рассмотрение, установление взаимодействия
составных частей или элементов совокупности, несводимость
свойств целого к свойствам частей, длины и весов его частей.
В отличие от этого температуру воды, полученную путем смешения разных ее объемов, нагретых в разной степени, нельзя
вычислить таким способом. Нередко поэтому говорят, что если
свойства простых совокупностей аддитивны, т.е. суммируются
или складываются из свойств или величин их частей, то свойства систем как целостных образований неаддитивны.
Следует, однако, отметить, что различие между системами
и агрегатами, или простыми совокупностями, имеет не абсолютный, а относительный характер и зависит от того, как подходят к исследованию совокупности. Ведь даже кучу камней
можно рассматривать как некоторую систему, элементы которой взаимодействуют по закону всемирного тяготения. Тем не
менее, здесь мы не обнаруживаем возникновения новых целостных свойств, которые присущи настоящим системам. Этот отличительный признак систем, заключающийся в наличии у них
новых системных свойств, возникающих вследствие взаимодействия составляющих их частей или элементов, всегда следует
иметь в виду при их определении.
Объекты, составляющие систему, взаимодействуют
между собой таким образом, что обусловливают возникновение новых, целостных, системных свойств.
240
По-видимому, такое предельно широкое понятие, как си-
стема, нельзя определить чисто логически через другие понятия.
Его следует признать исходным и неопределяемым понятием,
содержание которого можно объяснить с помощью примеров.
Для лучшего понимания природы систем необходимо
рассмотреть сначала их строение и структуру, а затем их
классификацию.
Строение системы характеризуется теми компонентами,
из которых она образована. Такими компонентами являются:
подсистемы, части или элементы системы в зависимости от
того, какие единицы принимаются за основу деления.
Подсистемы составляют наибольшие части системы, которые обладают определенной автономностью, но в то же время
они подчинены и управляются системой. Обычно подсистемы
выделяются в системах, особым образом организованных, которые называются иерархическими.
Подсистема — наибольшая часть системы, которая обла-
дает определенной автономностью, но в то же время подчинена
и управляется системой.
Порядок — определенное расположение элементов в
пространстве или их последовательность во времени.
Элемент (от лат. elementum — стихия, первоначальное
вещество) — такой составной компонент предмета, который
может быть и безразличен к специфике этого предмета.
Элементами часто называют наименьшие единицы системы, хотя в принципе любую часть можно рассматривать в качестве элемента, если отвлечься от их размера.
В качестве типичного примера можно привести человеческий организм, который состоит из нервной, дыхательной, пищеварительной и других подсистем, часто называемых просто системами. В свою очередь подсистемы содержат в
своем составе определенные органы, которые состоят из тканей,
а ткани — из клеток, а клетки — из молекул. Многие живые и
социальные системы построены по такому же иерархическому
принципу, где каждый уровень организации, обладая известной
автономностью, в то же время подчинен предшествующему, более высокому уровню. Такая тесная взаимосвязь, взаимодей-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]