Гайдес М.А. - Общая теория систем. (Системы и системный анализ)

Ни один объект не действует сам по себе. Он не может сам решить: - «Вот сейчас я начну действовать», потому что у него нет свободы воли и он не может поставить перед собой цель и сам по себе выдать результат действия. Он может только выбрать вид своей деятельности (вид реакции), в зависимости от своей сложности (от своих ресурсов), и реагировать (действовать) в ответ на определённое внешнее по отношению к нему воздействие. Любые действия любых объектов – это всегда их реакция на что-то. Есть воздействие – есть реакция. Нет воздействия – нет реакции. Иногда реакция может быть отсроченной, поэтому кажется беспричинной. Но если как следует поискать, всегда можно найти причину – внешнее воздействие. Первичным внешним воздействием в нашем Мире, по всей видимости, был Большой Взрыв – начало зарождения нашей Вселенной. Возможно, в ментальном мире объекты могут обладать собственным действием (воля, беспричинное желание), но не в физическом.

Вес камня можно определить (проявить, выявить результат его действия) или путём воздействия на него сил земного притяжения (взвешивание с помощью весов), или путём воздействия на него сил ускорения ( измерение массы инерции во время равноускоренного движения). Т.е., вес камня является его реакцией на силу земного притяжения или на ускорение. Если бы, например, он мог взаимодействовать с электрическим полем, то можно было бы определить его массу измеряя его электрическое поле. Но если он не может взаимодействовать с электрическим полем, то какой бы силы оно ни было, камень не будет с ним реагировать. Если на камень никак не воздействовать, мы не только не сможем узнать его вес, но и вообще знать о его существовании. Познание мира даётся нам только через реакции его элементов.

Реакция (от re... - возврат и лат. actio - действие) – действие, состояние, процесс, возникающие в ответ на какое-либо воздействие, раздражитель, впечатление (например, реакция в психологии, реакции химические, ядерные реакции).

Следовательно, действие системы в ответ на внешнее воздействие – это всегда реакция системы, возвратное, ответное действие. Когда система уже подействовала (прореагировала) и был получен необходимый результат действия, это значит, что она уже достигла цели («погасила» цель-задание) и после этого у ней уже нет цели, к которой она должна стремиться. Поэтому после получения результата действия система перестаёт действовать и ждёт следующего внешнего воздействия.

Реакция всегда вторична и появляется только и только после внешнего воздействия на элемент. Иногда после внешнего воздействия реакция может появиться спустя длительное время, если, например, данный элемент был специально «запрограммирован» на задержку. Но она обязательно появится, если только сила внешнего воздействия превысит порог чувствительности элемента на внешнее воздействие, и если элемент вообще способен реагировать на данное воздействие. Без внешнего воздействия не будет никакой реакции.

Например, если элемент может реагировать на давление выше 1 атмосферы, то он обязательно даст реакцию, если давление превысит 1 атмосферу. Если давление меньше 1 атмосферы, то он не будет реагировать на низкое давление. Если же на него воздействует температура, влажность, или электрическая индукция, он также не будет реагировать, как бы мы его не «уговаривали», потому что он способен реагировать только на давление выше 1 атмосферы. Если на него ничего не давит (нет давления выше 1 атмосферы), он никогда не даст никакой реакции.

Так как результат действия системы появляется только после какого-то внешнего воздействия, он всегда является вторичным, потому что первичным является внешнее воздействие. Внешнее воздействие является причиной, а результат действия – следствием (функцией).

Очевидно, что системы-доноры могут давать один или несколько результатов действия, а системы-реципиенты – реагировать на одно или несколько внешних воздействий. Но элементы-доноры могут взаимодействовать с системами-реципиентами только в случае качественно однородных действий. Если системы-реципиенты могут реагировать, только на давление, то взаимодействовать с ними могут только те системы-доноры, результатом действия которых является именно давление, а не температура, электрический ток или что-либо другое. Взаимодействие между системами-донорами и системами-реципиентами возможно лишь в случае качественной однородности (гомореактивности) их взаимодействия (принцип однородной интерактивности).

Мы можем слушать выступление музыканта на сцене прежде всего потому, что у нас есть уши. Земляной червь не сможет понять нашего восторга от выступления музыканта хотя бы по той причине, что у него нет ушей, он не может воспринимать звук и у него нет вообще понятия о звуке, даже если (гипотетически) у него будет интеллект равный нашему.

Результат действия элемента-реципиента может быть как однородным (гомореактивным), так и не однородным, не равным по качеству действия, (гетерореактивным) по отношению к нему внешнего воздействия. Например, элемент реагирует на давление, а его результатом действия может быть или давление, или температура, или частота, или поток чего-либо, или число обитателей леса (квартиры, города, страны) и т.д.

Следовательно, реакция элемента на внешнее воздействие может быть как гомореактивной, так и гетерореактивной. В первом случае элементы являются передатчиками действия, во втором – преобразователями качества действия. Кровеносные сосуды являются передатчиками давления. Любые биологические и не биологические рецепторы – преобразователями, которые реагируют на различные раздражители (давление, температуру, рН, рСО₂ и т.д.), но всегда генерируют только серию электрических импульсов (токи действия), или преобразовывают рецепцию в виде расширения, движения или ещё чего-либо.

Если результат действий системы полностью соответствует заданной цели, это говорит о достаточности данной системы (данной взаимодействующей группы элементов) для данной цели. В противном случае данная группа элементов не соответствует данной цели и либо является недостаточной, либо вообще не является системой для достижения уровня качества и количества заданной цели. Поэтому, любой существующий объект можно охарактеризовать, ответив на основной вопрос: – «Что может сделать данный объект?». Этот вопрос характеризует понятие «результат действия объекта», и который, в свою очередь, состоит из двух подвопросов:

• Какое действие может выполнить данный объект? (качество результата действия)

• Сколько такого действия может выполнить данный объект? (количество результата действия)

Эти два подвопроса являются характеристикой стремления системы выполнить цель. А задание цели можно охарактеризовать, ответив на другой вопрос: – «Что должен сделать данный объект?», и который также состоит из двух подвопросов:

• какое действие может должен данный объект? (качество результата действия)

• сколько такого действия должен выполнить данный объект? (количество результата действия)

Эти последние два подвопроса и определяют цель как задание (уставку, директиву) для данного объекта или группы объектов и под эту цель ищется или строится система, которая может это делать. Чем ближе соответствие между тем, что должен и что может делать данный объект, тем ближе данный объект к идеальной системе. Реальный (актуальный) результат действия системы должен соответствовать заданному (должному). Это соответствие является основной характеристикой любой системы.

Из очень ограниченного числа элементов можно построить очень большое разнообразие систем. Весь многообразный материальный физический мир построен из различных комбинаций протонов, электронов и нейтронов, и эти комбинации являются системами с определёнными целями. Мы не знаем вкуса протонов, нейтронов и электронов, но мы знаем вкус сахара, атомы молекул которого построены из этих элементов. Из этих же элементов построен и камень, и человек.

Реальные и идеальные системы отличаются друг от друга тем, что у первых всегда есть дополнительные свойства, определённые несовершенством реальных систем. Массивной золотой королевской печатью, например, можно колоть орехи с таким же успехом, как и с помощью молотка или обыкновенного камня, хотя она и предназначена для другой цели.

Поэтому, как уже было отмечено выше, понятие «система» является относительным, но не абсолютным, в зависимости от соответствия между тем, что должен и что может сделать данный объект. Если объект может выполнить заданную цель, он является системой для выполнения этой цели. Если не может, он не система для данной цели, но может быть системой для другой цели.

Для достижения цели не имеет значения, из чего состоит система, а важно – что она может. В любом случае возможность выполнить цель определяет систему. Следовательно, систему определяет не состав её элементов, а насколько точно она может выполнить то, что от неё ожидается (цель). Важен результат действия, а не способ его получения. Из совершенно разных элементов можно построить системы для решения одинаковых задач (целей).

В гемоглобине теплокровных атомы железа играют основную газотранспортную роль, а у некоторых моллюсков эту же роль не менее успешно играют атомы меди. Т.е., гемоглобин разных животных построен по разному, но у него всегда одна и та же цель.

Сумма в 200 $U в виде монет в 1 $US каждая и чек на эту же сумму могут выполнить одно и то же действие (сделать одну и ту же покупку). В одном случае это металлические диски с выгравированными знаками, в другом – кусок бумаги с нарисованным текстом. Следовательно, эти элементы являются системами под названием «деньги» с одинаковыми целями, при условии, что их используют для купли-продажи, без учёта, например, удобства их переноса или гарантии от воровства.

Но чем больше оговаривается условий выполнения цели, тем меньше элементов подходят для выполнения такой цели. Если нам, например, нужно много денег, скажем, 1.000.000 $US, причём наличными, и чтобы они не занимали много места, и ещё была бы гарантия, что они не фальшивые, то нам подойдут только купюры достоинством в 100 $US, полученные только из банка. Чем больше уточняется цель, тем меньше выбор подходящих для неё элементов и путей её реализации.

Таким образом, система определяется соответствием между заданной целью и её результатом действия. Цель – это и задание для объекта (то, что он должен сделать), и его стремление или желание (то, к чему он стремится). Для достижения цели система действует. Фактически, своими действиями система преобразует цель в результат действия, затрачивая при этом энергию. Посмотрите вокруг и всё, что увидите – это чьи-то материализованные цели и осуществлённые желания.

По большому счёту всё, что заполняет наш Мир, является системами и только ими, и все они предназначены для самых разных целей. Но мы не всегда знаем целей многих из этих систем и поэтому не все объекты для нас являются системами.

Реакции систем на одни и те же внешние воздействия всегда постоянны, потому что цель всегда определенная и постоянная. Поэтому и результат действия всегда должен быть определённый и постоянный, т.е., одинаковый, (принцип постоянства соответствия результата действий системы должному), а для этого и действия системы должны быть одни и те же (принцип постоянства соответствия актуальных действий системы должным). Если он не будет постоянным, он не сможет быть должным, равным заданному (принцип постоянства результата действия). Из принципа постоянства действия исходит закон сохранения.

Постоянство реакции назовём целенаправленностью, потому что сохранение одинаковости (постоянства) своей реакции является целью системы. Следовательно, закон сохранения определяется целью. Сохраняться будет то, что соответствует достижению цели системы. А это и сами действия, и порядок действий, и элементы для выполнения этих действий, и энергия, затраченная на выполнение этих действий, потому что система будет стремиться сохранить свое движение к цели и её движение будет целенаправленным. Следовательно, цель определяет закон сохранения и закон причинно-следственных ограничений (см. ниже), а не наоборот.

Закон сохранения.

Это один из основных законов нашего мира, если не самый фундаментальный. Одним из частных следствий закона сохранения является то, что материя никогда не появляется из ничего и она не исчезает в ничто (закон сохранения материи, один из частных законов сохранения). Она всегда есть. Может быть её не было перед началом Мира, если было его начало, и не будет после его конца, если он будет, но в нашем Мире она не появляется и не исчезает.

Материей являются вещество и энергия. Вещество (от слова вещь, объект) может существовать в различной комбинации его форм (жидкие, твердые газообразные и прочие, а также различные тела), включая живые формы. Но всегда вещество – это какие-либо объекты, от элементарных частиц до галактик, включая и живые объекты.

Физическим выражением закона сохранения является известная формула Энштейна (E = mc²). Само вещество может превращаться в энергию и наоборот.

Вещество состоит из элементов. Одни формы веществ могут переходить в другие (химические, ядерные и прочие структурные превращения) за счёт перегруппировки элементов путём изменения связей между ними.

Энергия (от греч. enérgeia — действие, деятельность) – общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она только может переходить из одной формы в другую. Понятие энергии связывает воедино все явления природы [28].

Любые объекты становятся системами, когда при взаимодействии между ними образуются межэлементные связи. Но и сами системы могут реагировать между собой за счёт межсистемных связей. Если учитывать принцип иерархичности систем (см. далее), то межэлементные и межсистемные связи – это эквивалентные понятия, потому что любые системы являются подсистемами (элементами) других систем.

Любое действие, включая взаимодействие, требует энергии. Поскольку взаимодействие между системами или между элементами систем, в сущности, является связью между ними, то при образовании связи в неё «вкладывается» энергия. Следовательно, с позиций системности энергией является мера (количество) взаимодействия между элементами системы или между системами. Поэтому связь между элементами системы или между системами является энергетическим понятием.

Другими словами, при создании системы из элементов, при её перестройке из простой в сложную, затрачивается энергия, которая расходуется на создание новых связей между элементами. А при разрушении системы связи между элементами разрушаются и выделяется энергия. Системы сохраняются за счёт энергии связей между её элементами. Это есть внутренняя энергия системы. При разрушении этих связей энергия высвобождается и сама система как объект исчезает, хотя её элементы остаются. Отсюда, внутренняя энергия системы – это энергия связей между элементами системы.

Материальной мерой энергии может быть, например, один ватт. Меры энергии в других системах, например, социальных, биологических, психических и прочих, не разработаны.

При эндотермических реакциях на образование связей затрачивается энергия, которая приходит в систему извне. При экзотермических реакциях выделяется внутренняя энергия системы за счёт разрыва тех связей между её внутренними собственными элементами, которые уже существовали до момента реакции. Но когда связь уже образована, то в силу закона сохранения её энергия уже не меняется, если на систему не оказывается никакого воздействия.

Например, при образовании связей между двумя ядрами дейтерия (₂D²) образуется ядро ₁Не⁴ и выделяется энергия (для простоты опущены подробности, например, протон-протонной реакции). И масса ядра ₁Не⁴ становится чуть меньше суммы масс двух ядер дейтерия на величину, кратную выделенной энергии, в силу физического выражения закона сохранения. Следовательно, при слиянии ядер дейтерия часть их внутриядерных связей разрушается, потому и становится возможным слияние этих ядер. Энергия связи между элементами ядер дейтерия много больше энергии связи между двумя ядрами дейтерия. Поэтому при разрушении части связей между элементами ядер дейтерия выделяется энергия, часть которой затрачивается на термоядерный синтез – на образование связи между двумя ядрами дейтерия (внеядерной связи по отношению к ядрам дейтерия), а часть выделяется вне ядра гелия.

Но наш Мир заполнен не только материей. Такими же реальными являются и другие объекты – социальные, духовные, культурные, биологические, медицинские и прочие. Их реальность проявляется в том, что они могут активно воздействовать как друг на друга, так и на другие виды материи (прямо или через деятельность других систем и/или человека). И они также существуют и действуют не хаотически, а подчиняются специфическим, но строгим законам своего существования. Их также касается закон сохранения, потому что они имеют свои виды «энергии», не появились вдруг, а могут лишь переходить друг в друга.

Любую систему можно описывать качественными и количественными характеристиками. В отличие от материальных объектов поведение других объектов сегодня возможно описать лишь качественно, потому что для них пока нет своей «термодинамики», например, «психодинамики». Мы не знаем, например, сколько «ватт» душевной энергии необходимо приложить для решения трудной психологической задачки, но мы знаем, что для её решения требуется душевная энергия. Тем не менее эти объекты являются такими же полноценными системами, и они, по всей вероятности, построены по тем же принципам, что и другие материальные системы.

Так как системы – это группы элементов, а изменения форм веществ – это есть изменение связей между элементами вещества, то изменения форм веществ – это есть изменения форм систем. Следовательно, форма определяется спецификой связей между элементами систем. «Нет ничего вечного под луной», мир постоянно меняется, одни формы материи переходят в другие формы, но изменчивы лишь формы, сама материя неуничтожима и всегда сохраняется. При этом изменение форм также подчиняется закону сохранения и именно он определяет, как одни формы должны сменять другие формы материи. Формы меняются только за счёт изменения связей между элементами систем. А так как каждая связь между элементами системы имеет энергетический эквивалент, то любая система содержит внутреннюю энергию, которая равна сумме энергий связей между всеми элементами.

Форма (лат., филос.) – совокупность отношений, определяющих объект. В общепринятом понимании форма противополагается материи, содержанию объекта. У Аристотеля форма – это действующая сила, образующая вещи, имеет бытие вне вещей. По Канту, форма – это все, что субъект познания вносит от себя в содержание познаваемого. Пространство, время суть формы познавательной способности. Все категории мышления: количество, качество, отношение, субстанция, место, время и др., суть формы, продукт способности к отвлечению, к образованию общих понятий нашего ума [21[.

Однако, это не корректные определения. Форма не может быть противопоставлена материи, потому что она неразрывно связана с ней, она сама является формой материи – материя существует в различных формах. Форма не может быть также силой, хотя, вероятно имеет отношение к энергии, потому что определяется связями в системе, которые содержат энергию. Если следовать Канту, то форма является чисто субъективным понятием, так как соотносится только к интеллектуальным системам, к их познавательным способностям. А что, без их познания формы не существуют?

Любая система имеет тот или иной вид формы. А форма системы определяется видом и характером связей между элементами системы. Следовательно, форма – это вид связей между элементами системы. А так как при взаимодействии между системами образуются новые связи между ними, то возникают новые формы систем. Другими словами, при взаимодействии между системами образуются новые системы в виде новых форм. И при взаимодействии между системами всегда расходуется энергия.

Логическим выражением закона сохранения является закон причинно-следственных ограничений, потому что ему соответствует логическая связка: «если..., то...». Возможный выбор внешних воздействий (причин), на которые должна реагировать система, ограничен первой частью этой связки – «если...», а действия системы (следствия) ограничены второй частью – «то...». Поэтому закон называется законом причинно-следственных ограничений.

Этот закон гласит: «На любое следствие есть своя причина». Ничего само собой без причины не появляется и просто так без последствий не исчезает. Без причины нет следствий, без воздействия нет реакции. В однозначности и определённости реакции систем на внешнее воздействие и заключается детерминизм в природе. Всегда на определённую причину есть определённое следствие.

Система всегда должна реагировать только на определённые внешние воздействия и всегда давать только определённую реакцию на них. Хеморецептор на О₂ всегда будет реагировать только на О₂, но не Na⁺, Ca⁺⁺ или глюкозу. При этом он выдаст определённый потенциал действия, а не порцию гормона, механическое сокращение или что-нибудь другое. Любая система отличается специфичностью на внешнее воздействие и специфичностью своей реакции.

Определённость (однозначность) реакции системы на определённое внешнее воздействие задаётся целенаправленностью системы и ограничивается её ресурсами. Поэтому определённость внешних воздействий и реакций на них накладывает ограничения на их виды. Поэтому из закона причинно-следственных ограничений исходит необходимость:

• выполнения какого-либо специфичного (определённого) действия для достижения специфичной (определённой) цели

• существования какой-либо специфичной (определённой) системы (подсистемы) для выполнения такого действия, потому что никакое действие само собой не происходит.

• очередности действий: система всегда начинает действовать и производит свой результат действия лишь только после оказания на неё внешнего воздействия, потому что у неё нет свободы воли для самостоятельного принятия решения о выполнении действия.

Следовательно, всегда результат действия системы может появиться только лишь после определённых действий системы. А эти действия могут быть только лишь после внешнего воздействия. Внешнее воздействие первично, а результат действия – вторичный. Из всех возможных действий будут выполнены только те, которые вызваны определённым внешним воздействием и ограничены (определены) возможностями реагирующей системы. Если после прежнего внешнего воздействия цель уже достигнута и нет нового внешнего воздействия, то после выдачи результата действия система должна быть в полном покое и не действовать, потому что только цель обязывает систему действовать, а она уже достигнута. Нет цели, нет действий. Если появится новое внешнее воздействие, то появится и новая цель, и лишь тогда система снова начнёт действовать и появится новый результат действия.

Основной состав систем.

Чтобы выполнять целенаправленные действия система должна иметь соответствующие элементы. Это является следствием закона сохранения и причинно-следственных ограничений, потому что ничего само собой не происходит. Поэтому любые системы являются многокомпонентными объектами и их состав не случаен. Именно состав систем во многом определяет их возможности выполнения определённых действий. Например, система составленная из кирпичей может быть домом, но не может быть компьютером. Но не только состав определяет возможности систем. Необходимо ещё также и строго определённое взаимодействие между ними, которое определяется их взаимоотношением. Двумя руками можно сделать то, что невозможно сделать одной или одиночными руками, если можно так выразиться. Рука обезьяны содержит те же пять пальцев, что и рука человека. Но рука человека вместе с его мозгом преобразовала мир на Земле.

Таким образом, два существенных признака определяют качество и количество результатов действия любых систем – состав элементов и их взаимоотношения.

Любой объект имеет только две основные характеристики: что и сколько он может сделать. Рассмотрим обе характеристики результата действия (что и сколько?) и попробуем выяснить, от чего зависят качество и количество результата действия.

Качество результата действия.

Что может делать данный объект? Рассмотрим этот вопрос на примере группы элементов, состоящей из трёх плоскостей (рис. 3А), свободно парящих в каком-либо пространстве и посмотрим на их взаимодействие между собой и пробным шаром.

А В

C D E

Рис. 3. Различные взаимодействия элементов.

(А) – группа свободных элементов. (В) – группа взаимодействующих элементов. В обоих случаях при условии L>D группы получается одинаковый результат действия – толкание шара, но без лишения его свободы движения. При случайном уменьшении размера выхода полости по отношению к диаметру шара (С) возникает ловушка для шара, но при его движении плоскости вновь могут разойтись и шар не лишается свободы движения (D). При постоянной фиксации выхода полости (перемычка M, рис. D) шар вообще лишается свободы движения. При этом группа элементов из трёх плоскостей становится ловушкой для шара, т.е., у этой группы появляется цель – лишить шар свободы движения.

Предположим, что у каждой из плоскостей возможны три результата действия:

• независимое движение в пространстве

• толкание других предметов

• соединение с другой плоскостью

А у шара есть только два возможных результата действия:

• независимое движение в пространстве

• толкание других предметов

Все три плоскости являются элементами группы и имеют совершенно одинаковые свойства (качества результата действия). Шар не принадлежит данной группе и мы его запускаем в игру только с одной целью – посмотреть, на что способна данная группа и каждый её элемент в отдельности по отношению к шару?

Шар и плоскости свободно двигаются в пространстве и толкают друг друга. При этом неважно, сколько плоскостей имеется в данном пространстве, одна или три, их количество не меняет их качества результатов действия. Все элементы сохраняют свои свойства и шар сохраняет свою способность свободно двигаться в пространстве. Все элементы группы взаимодействуют между собой. Суммарный результат их совместного действия и результат действия каждой отдельной плоскости всегда сохраняется один и тот же – толкание друг друга. В этом случае данная группа элементов не является системой, а является набором случайных отдельных элементов, поскольку как группа элементов, так и каждый из них в отдельности обладают одинаковыми результатами действия – толканием.