Глава 2. Общие свойства, закономерности существования и развития систем

Каждая система обладает присущими ей свойствами, закономерностями поведения и развития. Вместе с тем в теории систем выделяют общесистемные (изоморфные) свойства, закономерности функционирования и развития, характерные для большинства классов систем различной природы.

2.1. Общие свойства систем

Рассмотрим общие свойства систем: органической целостности, иерархичности организации, модульности, функциональной избыточности, ритмичности функционирования, авторегуляции, информации, репродукции, преемственности, изменчивости, роста и развития, которые характеризуют сложные открытые самоорганизующиеся системы⁵⁰. При этом общие свойства сложных систем рассмотрены в увязке с основными свойствами материи как философской категории для полноты их восприятия и упорядочения в общей системе знаний.

Органическая целостность⁵¹ - свойство системы, заключающееся в разделении функций между элементами и усложнении связей между ними, в результате которых система приобретает новые свойства, превосходящие в совокупности сумму свойств ее отдельных элементов. Данное понятие играет важную роль в биологии, психологии, социологии и теории систем: характеризует сложные объекты (организм, клетка, биологические популяции, сообщество и т.д.), которые обладают относительной автономностью и самостоятельностью и свойства которых не сводятся к свойствам составляющих их частей. Свойство целостности проявляется как в возникновении новых качеств системы, которые не свойственны образующим ее отдельным элементам, так и в новых взаимоотношениях системы как целого со средой, которые отличаются от взаимодействия со средой отдельных элементов вне системы. Иными словами, простая совокупность отдельных элементов (компонентов), объединяясь (интегрируясь) в систему для достижения определенной цели, получает возможность (как совокупность элементов системы) выполнять такие общесистемные функции, которые не свойственны ее отдельным элементам.

Таким образом, можно постулировать следующее:

• свойства целого не являются суммой свойств его элементов (эмерджентность - несводимость целого к простой сумме его частей);

• свойства целого зависят от свойств его составных элементов (изменение в одной части вызывает изменение во всех остальных частях и во всей системе);

• свойства целого связаны с целью, для выполнения которой оно предназначено.

Модульность построения (дискретность) - принцип структурной организации (строения) систем, являющийся всеобщим свойством материи: атом состоит из элементарных частиц, молекула из атомов, молекулы, в свою очередь, входят в состав сложных соединений или кристаллов веществ неорганической природы и т.д.⁵²

Живая природа также проявляется в виде систем, построенных по модульному принципу: отдельный организм и более сложные биологические системы (вид, биоценоз, биосфера) состоят из отдельных изолированных (обособленных), но взаимоувязанных между собой частей, образующих органическую целостность (функциональное единство).

Например, вид организмов состоит из отдельных особей; тело особи включает обособленные органы, которые состоят из отдельных клеток, представленных отдельными элементами (митохондриями и рибосомами) и так далее вплоть до макромолекул.

Из свойства модульности вытекают следующие преимущества системной организации материи:

• возможность постоянного обновления составных частей систем путем замены «износившихся» базовых элементов (молекул, органоидов клетки и целых клеток) без ограничения или прекращения выполняемой ими функций;

• возможность развития систем путем непрерывного усложнения (роста) и адаптации их функционально-структурной организации к меняющимся условиям внешней среды.

Например, дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели или устранения от размножения неприспособленных особей и сохранения индивидов с полезными для выживания признаками.

Иерархичность организации - свойство систем, проявляющееся в том, что в существующем миропорядке каждая система является подсистемой другой, более сложной системы, а ее подсистемы и элементы при определенных условиях также могут рассматриваться как системы более высокого уровня для нижних уровней иерархии систем. При объединении систем в иерархию свойства целостности по-своему проявляются не только на каждом уровне иерархии, но и между ними: иерархичность организации обусловливает возникновение новых свойств, которых не было у отдельных (условно-автономных) систем вне иерархии, а также изменение свойств самих объединяемых систем и их элементов.

Иными словами, происходит разделение функций между уровнями иерархии аналогично процессу организации (объединения) отдельных элементов (компонентов) в систему, но с одним существенным отличием: происходит выделение общесистемной функции управления (координации) и ее разделение по уровням.

С позиций философии иерархичность организации – общее свойство материи, всего мироздания и любой выделенной из него системы. Она пронизывает все, начиная от атомно-молекулярного уровня и кончая человеческим обществом. Это вызвано тем, что, с одной стороны, единство принципов строения (организации) объектов и явлений реальности (не смотря на огромное разнообразие форм материи) обеспечивает возможность их объединения в более сложные системы, с другой – предоставляет возможность функциональной специализации между простыми системами (подсистемами) в составе вновь образованной сложной системы, расширение структурных и функциональных возможностей которой повышает устойчивость функционирования (жизнеспособность) систем, объединенных в иерархию.

К элементарному уровню организации материи, например, относится физический вакуум. Это не пустота, а особое состояние материи. Физический вакуум качественно многообразен и способен к фазовым скачкообразным превращениям, подобно переходу вещества в различные агрегатные состояния (например, воды в пар). В вакууме происходят сложные процессы, связанные с непрерывным возникновением и исчезновением так называемых «виртуальных частиц», порождающих элементарные частицы, из которых образуются ядра атомов и ионы (атомы, потерявшие часть электронов в электронных оболочках). Последние, в свою очередь, образуют особое состояние материи – плазму (некое подобие сильно нагретого газа). Огромные плазменные тела, стянутые электромагнитными полями, образуют звезды, представляющие собой особый уровень организации материи. В них протекают ядерные реакции, в процессе которых одни частицы превращаются в другие и звезды излучают энергию. На их периферии образуются атомы, в результате соединения которых возникают молекулы. За молекулами следует уровень вещества в различных агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном), из которого под действием сил гравитации образуются планеты и т.д.

В живой материи одноклеточные организмы объединяются в колонии (многоклеточные организмы), дифференцируя между собой функции. Разделение функций клеток у первых колониальных многоклеточных организмов привело к их дифференцированию и образованию внутренних органов и проницаемой оболочки отделившей внутреннюю среду организма от внешней. Взаимодействие клеток внутри колонии (сначала контактное, а потом и опосредованное) с помощью нервной системы обеспечило дальнейшую их интеграцию в органическое целое со сложным взаимодействием его частей и способностью системно реагировать (раздражаться) на информацию из внешней среды. Так, в ходе эволюции биологических систем из простейших одноклеточных организмов появились губки и кишечнополостные.

Особый уровень организации живой материи образуют надорганизменные структуры или сообщества организмов (биогеоценоз, экосистемы и биосфера). К ним относятся, прежде всего, популяции – сообщества одного вида организмов, длительное время занимающее определенное пространство и воспроизводящее себя в течение большого числа поколений.

На определенном этапе развития биосферы возник особый тип материальной системы – социум: семья, социальная группа, человеческое общество.

Реакция на воздействие среды или раздражимость в биологических системах (организмах) выражается возникновением внутри системы информации об изменении параметров среды. В широком смысле слова информация отражает взаимодействие систем и их элементов (материальных тел, вещества и энергии), например: неживых объектов, живых существ с неживыми объектами, субъектов друг с другом, а также отношения внутри и между сообществами живых существ. Информационные отношения имеют место также внутри живых организмов между отдельными клетками, тканями, органами и системами⁵³.

Информация имеет теснейшие циклические взаимосвязи с материей и энергией, которые, как правило, выступают в форме носителей информации. В то же время при определенных условиях информация может материализоваться.

До настоящего времени нет четкого определения информации. О природе информации существуют различные гипотезы, которые отражены в специальных теориях. Наиболее значимым является мнение о том, что информация - свойство системных организаций. Эту точку зрения разделяют многие ученые, в том числе физиологи. Информация отчетливо проявляется в деятельности открытых П.К. Анохиным функциональных систем. Функциональные системы в живых организмах - динамические, самоорганизующиеся и саморегулирующиеся построения, все составные компоненты которых слаженно взаимодействуют и взаимосодействуют достижению полезных для организма приспособительных результатов⁵⁴. В качестве полезных для организма результатов, строящих различные функциональные системы, выступают многочисленные параметры внутренней среды, определяющие разные стороны метаболических процессов в тканях, а также результаты поведенческой и психической деятельности, удовлетворяющие разнообразные потребности человека и животных.

Информация порождается соотношением физиологических процессов, происходящих как внутри функциональных систем, так и между ними. В функциональных системах первичной причиной, порождающей информацию, являются различные потребности организма как отклонение различных параметров внутренней и внешней среды организма от оптимального уровня жизнедеятельности. Удовлетворение потребностей наряду с физико-химическими механизмами также включает информационный процесс.

В настоящее время экспериментально доказано, что способность сложных (кибернетических) систем создавать внутри себя информационные модели системы и среды предопределяет возникновение (наличие) у них способности к развитию (адаптации) и самовоспроизводству (репродукции).

Функциональная избыточность элементов - способность системы сохранять частичную работоспособность (обеспечивать необходимый уровень надежности) при отказе отдельных элементов и подсистем.

Биологический круговорот вещества и энергии требует непрерывности участия в нем разнообразных видов организмов, выполняющих различные, а иногда и прямо противоположные функции. Поэтому устойчивость его функционирования не должна всецело зависеть от жизнедеятельности какого-либо отдельного вида, организмов, входящих в биогеоценоз. Для решения этой проблемы в биогеоценозах как системах разделение функций (разделение труда, специализация) происходит с условием многократного их дублирования разнородными элементами (видами организмов). Такая взаимная дополнительность или избыточность функций призвана обеспечить стабильность биогеоценоза⁵⁵.

Впоследствии обнаруженное биологами свойство функциональной избыточности живых организмов было заимствовано кибернетикой и теорией управления как способ увеличения надежности работы искусственной системы, который предполагает возможность выполнения элементом системы, не свойственной ему функции при отказе элемента, которому эта функция свойственна.

Примером применения принципа функциональной избыточности в организации производства является овладение работниками предприятий смежными специальностями, которые повышают надежность и ритмичность функционирования их производственных систем⁵⁶.

Ритмичность функционирования - характер взаимодействия систем (объектов, явлений и процессов) и их элементов, который заключается в расчленении непрерывного континуума жизнедеятельности на дискретные отрезки — системокванты (такты функционирования системы)⁵⁷ и их равномерном цикличном чередовании.

Пространственно-временной континуум событий окружающих сложные (звездные, планетарные, биологические) системы как естественными природными условиями, так и деятельностью человека (государственные и социальные образования, производственные предприятия и пр.) организован ритмически. Вследствие этого дискретные отрезки жизнедеятельности (системокванты) и определяющие их функциональные системы постоянно взаимодействуют и должны вписываться в ритмические влияния событий окружающей среды⁵⁸.

Ритмичность проявляется в сезонных и суточных ритмах жизнедеятельности организмов, которые выработались как приспособления живых организмов к геофизическим циклам среды обитания. Например, суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи и др.). В основе ритмичности лежат периодические изменения физиологических функций с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия), направленные на согласование процесса функционирования организма со средой.

Свойство ритмичности позволяет системам различной природы синхронизировать (гармонизировать) процессы своего функционирования как на уровне подсистем и элементов, так и на уровне иерархий систем, из которых по сути и состоит существующий миропорядок.

Авторегуляция (гомеостаз) - свойство систем поддерживать относительное динамическое постоянство состава и свойств элементов, связей, а также устойчивость основных параметров их функционирования в различных условиях среды⁵⁹.

Свойство авторегуляции наблюдается в природе в виде способности живых организмов поддерживать свои физиологические характеристики (например, температуру тела, содержание кислорода в крови и др.) в допустимых пределах. Одним из примеров авторегуляции в технических системах служат аккумуляторы (электрические, электромеханические, гидравлические и др.), которые предназначены для компенсации недостатка поступления вещества или энергии в систему из внешней среды, в пределах определенного промежутка времени. Аккумулятор работает по аналогии с соответствующей системой регуляции, заложенной природой в живых организмах: в экстремальных состояниях среды организм мобилизуют свои внутренние ресурсы, а в благоприятные периоды жизнедеятельности накапливает (резервирует) их избыток в виде жировых тканей.

Необходимо отметить, что подобные реакции осуществляются благодаря поступлению в систему информации из внешней среды (раздражение в биологических системах, обратная связь в системах управления), которая является сигналом к запуску регулирующего механизма (алгоритма).

Репродукция (от лат. re –возобновляю и production - производство) - свойство сложных (биологических, социальных) систем воспроизводить себе подобных. Обеспечивает поддержание жизни (знаний в социальных системах) во времени. Процесс репродукции основан на сохранении и передаче наследственной информации.

Преемственность (наследственность) - свойство систем, основанное на преемственности (наследственности) информации о составе и строении существующих и предшествующих поколений систем (наследственная информация или генотип)⁶⁰.

Свойство преемственности для социальных, социотехнических и технических систем (или наследственности - для биологических) заключается в способности сохранять (передавать при репродукции) свои признаки, свойства и особенности функционирования и развития из поколения в поколение. Свойство преемственности (наследственности) обеспечивает необратимость и направленность развития (эволюции) систем.

Изменчивость - способность систем приобретать новые признаки и свойства в результате случайного изменения (в определенных пределах) структуры наследственной информации⁶¹.

Свойство изменчивости тесно связано со свойством преемственности и дополняет его тем, что при репродукции (воспроизводстве систем) происходят незначительные изменения или новые комбинации сохраняемых (передаваемых по наследству) признаков. Если бы репродукция информационных матриц систем (наследственных генов) происходила абсолютно точно, то приспособление последующих поколений систем (видов организмов) к меняющимся условиям среды оказалось бы невозможным.

Таким образом, свойство изменчивости обеспечивает адаптацию поколений систем (биологических, социальных, социотехнических и др.) в ходе естественного отбора систем, наиболее приспособленных к конкретным условиям среды.

Рост и развитие (эволюция) - необратимые качественные изменения систем (объектов, явлений и процессов) живой и неживой природы, вследствие которых меняется их состав и структура (содержание и форма).

С общенаучных позиций под развитием понимается направленное изменение органического целого, в процессе которого раскрываются его потенциальные (изначально заложенные) возможности. В сложных системах (биологических, социальных, культурно-исторических и др. и др.) развитие - это процесс тесно взаимосвязанных количественных (рост) и качественных (дифференцировка) преобразований элементов и связей, который протекает во времени в последовательности стадий как переход от одного состояния к другому. Выделяют восходящую линию развития – прогресс⁶² и нисходящую – регресс⁶³.

Для полноты понимания первопричин эволюции систем, необходимо рассматривать развитие как общее свойство материи - философской категории, которая постулируется через единство и многообразие форм объективной реальности (объектов, явлений и процессов). С позиций философии развитие – наиболее сложная форма изменений. Принцип развития, являющийся основой естествознания, исходит из предположения возможности таких изменений, в ходе которых появляется нечто принципиально новое по сравнению с прошлыми формами движущейся материи.

Необходимо отметить, что развитие материи неразрывно связано с другим ее неотъемлемым свойством – движением, которое объясняет феномен разнообразия форм, в их материальном единстве. Под движением понимается изменение вообще, т.е. любое изменение, как качественное, так и количественное, которое фиксируется на уровне обыденного сознания: люди видят, как материальные вещи рождаются, проходят стадии своего развития, а затем погибают. Циклы движения наблюдаемы в природе, обществе и жизни человека. Однако для науки простой фиксации движения материи недостаточно, так как процесс познания реальности заключается в понятийном определении, классификации (описании свойств) и объяснении причин того или иного явления⁶⁴. Поэтому необходимо особо отметить, что с точки зрения философии (диалектического материализма) основополагающая причина движения материи, следствием которого является ее изменение и развитие, заключается во взаимодействии материальных объектов и явлений объективной реальности⁶⁵.