Теория систем и системный подход / Sistemniy podkhod v sovremennoy nauke 2004

ОГЛАВЛЕНИЕ

A.И. Уёмов

О.С. Разумовский

Системософия, системизм, общая и частные теории систем и сетей .................... 157

И.Ф. Кефели, АЛ . Мозелов

Особенности системного подхода в осмыслении современного глобализма.......... 206

Часть II

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ И СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ ПОЗНАНИЯ

О.Е. Баксанский

Система когнитивных наук

Часть I

ПРИНЦИП СИСТЕМНОСТИ: ПРЕДПОСЫЛКИ, СТАНОВЛЕНИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ

В.Н. Садовский

ЛЮДВИГ ФОН БЕРТАЛАНФИ И РАЗВИТИЕ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В XX ВЕКЕ*

В 2001 г. научный мир отметил столетие со дня рождения Людви­ га фон Берталанфи (19.09.1901— 12.06.1972) — видного австрийско­ го ученого и методолога науки, сыгравшего важную роль в становле­ нии и развитии системных исследований в XX в. Состоялись юбилей­ ные конференции в Москве и в Вене — в каждой из них приняло уча­ стие большое число активных участников «системного движения», получившего широкое распространение в научном и философско-ме­ тодологическом осознании актуальных проблем современного мира. В Вене, в частности, были представлены в видеозаписи доклады од­ ного из ближайших коллег Берталанфи Анатолия Борисовича Рапо­ порта, с которым они вместе, а также в сотрудничестве с Кеннетом Боулдингом и Р. Джераром основали в 1954 г. «Общество по разра­ ботке проблем общей теории систем», активно функционирующее вплоть до настоящего времени, а также известного европейского спе­ циалиста по общей теории систем Эрвина Ласло. В докладах, пред­ ставленных на этих конференциях, были высоко оценены научные и философские достижения Берталанфи.

Организмическая концепция и теория открытых систем1

До выдвижения идей «общей теории систем», что произошло во второй половине 30-х годов, системно-целостные мировоззренческометодологические установки Берталанфи проявились в предложен­ ной им концепции организмизма и в активном участии и разработке проблем теории открытых систем.

Основу организмической концепции Берталанфи, разрабатывав­ шейся им в 20-30-е гг., составляет представление о том, что живой

организм — не конгломерат отдельных элементов, а определенная

система, обладающая организованностью и целостностью. Причем эта система находится в постоянном изменении — «организм напо­ минает скорее пламя, чем кристалл или атом»2.

Для познания таких объектов необходимо, считает Берталанфи, изменение метода мышления. Старая биология, по Берталанфи, ис­ пользовала аналитико-суммативный подход к своему предмету (ор­ ганизм — агрегат отделенных друг от друга элементов), для нее бы­ ло характерно стремление отождествить структуру организма со структурой машины и рассмотрение организма как покоящегося, как действующего только в случае внешнего воздействия, т. е. рефлекторно. В противоположность этому биология XX в. стоит на точ­ ке зрения системного рассмотрения своего предмета — живого ор­ ганизма, на признании первичности динамического подхода к ис­ следованию биологических явлений и первостепенной важности анализа организма как первично-активного3. Отмечая тот факт, что наука XX в. все более сталкивается с необходимостью исследова­ ния систем разных типов, Берталанфи утверждает, что «наука о це­ лостности и организмическом par exellence — биология — призва­ на играть в нашем мировоззрении роль, которую она не играла раньше»4.

Сформулированные принципы во многом определили последую­ щую эволюцию взглядов Берталанфи. Не ограничиваясь качествен­ ной характеристикой биологических объектов исследования, он по­ пытался найти строгие методы анализа таких объектов. Разработка методологических принципов исследования систем была осуществ­ лена Берталанфи в 30-е годы в рамках теории открытых систем. В со­ ответствии с принципами биологического мышления начала XX в., как их сформулировал Берталанфи, он стремился выразить на стро­ го научном языке (аналогичном языку физики) понимание организма как системы (его прежде всего динамический и активный характер). Многие эмпирически факты биологических исследований (например, знаменитые опыты Дриша, выявившие свойство эквифинальности живых организмов), не укладывавшиеся в механистическую концеп­ цию понимания биологического мира, были дополнительными свиде­ тельствами в пользу организмического подхода и, естественно, тре­ бовали научного объяснения. Борьба с витализмом в истолковании таких фактов явилась важным стимулом разработки Берталанфи проблем теории открытых систем5.

Первая задача, которую требовалось разрешить в этой связи, со­ стояла в выборе точного аппарата (физико-математического или ка­ кого-либо иного), с помощью которого можно было бы не только пе­ ревести в достаточно строгую теоретическую форму содержательно­ интуитивные представления о живых организмах, выраженные в ме­ тодологических установках организмизма, но и значительно их углу­ бить. В этой ситуации вполне естественным был путь использования

статистического аппарата термодинамики.

Во-первых, исследуемые с помощью этого аппарата объекты пред­ ставляют собой множества элементов (системы особого типа), кото­ рые по своей сложности значительно превосходят объекты классиче­ ской физики, составленные, как правило, из сравнительно немногих элементов, и которые по некоторым, правда очень общим парамет­ рам, аналогичны живым организмам. Во-вторых, в отличие от класси­ ческой, строго детерминистской физики термодинамика статистична по своей природе, что, можно предполагать, должно дать возможность более адекватно описать немеханический характер поведения живых систем. Наконец, в-третьих, приложением аппарата термодинамики к биологии эпизодически уже занимались в начале XX в., и в этом на­ правлении были получены первые результаты (Н.А. Умов, К.А. Тими­ рязев, Ф. Ауэрбах, В.И. Вернадский, Э.С. Бауэр). В этой связи стано­ вится вполне понятным выбор, сделанный Берталанфи.

Было бы неправильным считать, что теория открытых систем, воз­ никшая в пограничной области между современной физикой, физи­ ческой химией и биологией, представляет собой простое приложение имеющегося термодинамического аппарата к области живого: чтобы

еепостроить, потребовалось глубокое научное исследование. Исторически получилось так, что классическая термодинамика

исследовала лишь закрытые системы, т. е. системы, не обмениваю­ щиеся веществом с внешней средой и имеющие обратимый харак­ тер. Было выяснено, что закрытые термодинамические системы, бу­ дучи предоставлены самим себе, переходят в состояние равновесия, характеризующееся минимумом свободной энергии и максимумом энтропии.

Первые попытки применения классической термодинамики к жи­ вым организмам в начале XX в. показали, что хотя при рассмотрении органических явлений использование физико-химических принципов имеет большое значение, поскольку в организме имеются системы, находящиеся в равновесии, все же организм как целое не должен ис­

следоваться как закрытая система в состоянии равновесия: он пред­ ставляет собой открытую систему, остающуюся относительно посто­ янной при непрерывном изменении поступающих в нее веществ и энергии (так называемое состояние подвижного равновесия). Со­ зданная для описания таких систем термодинамика необратимых процессов (Онзагер, Пригожин, Дефай, де Гроот, Денбиг) дала ту тео­ ретическую основу и формальный аппарат, которые легли в основа­ ние теории открытых систем Берталанфи6.

Охарактеризуем основные понятия этой теории. Под системой Бер­ таланфи понимает «комплекс элементов, находящихся во взаимодей­ ствии»7. Система является закрытой, если в нее не поступает и из нее не выделяется вещество (учитывается лишь возможный обмен энер­ гией). Система называется открытой, если в нее постоянно происходит ввод и вывод не только энергии, но и вещества. Стационарным состоя­ нием любой термодинамической системы называется устойчивое со­ стояние такой системы, при котором все характеризующие эту систе­ му величины не зависят от времени. Равновесием называется не за­ висящее от времени состояние закрытой системы, при котором оста­ ются неизменными все макроскопические величины и прекращаются все макроскопические процессы. По второму закону термодинамики, каждая закрытая система с течением времени достигает не зависяще­ го от времени состояния равновесия с максимальной энтропией и ми­ нимальной свободной энергией. Подвижным равновесием называется не зависящее от времени состояние открытой системы, при котором все макроскопические величины остаются неизменными, хотя и про­ должаются непрерывные макроскопические процессы ввода и вывода вещества. При выполнении определенных условий открытая система может перейти в состояние подвижного равновесия — в противополож­ ность закрытой системе, которая, будучи предоставлена сама себе, должна перейти в состояние равновесия8.

Закрытая система, находящаяся в состоянии равновесия, не нуж­ дается в притоке энергии для сохранения своего состояния покоя: в си­ стеме происходят превращения, направленные таким образом, что, например, количество образовавшихся молекул или ионов равно ко­ личеству исчезнувших. Общим для равновесного состояния закрытой системы и химического равновесия является то, что и в том, и в дру­ гом случаях система не способна к работе: алгебраическая сумма всех работ, которые могут быть получены из элементарных реакций такой системы, равна нулю. Для того чтобы система могла совершить

работу, она должна выйти из состояния равновесия. Поскольку закры­ тая система всегда стремится к достижению равновесного состояния,

вней нельзя получить длительной работы. Это возможно только в от­ крытой системе, находящейся в состоянии подвижного равновесия. Так как организм является открытой системой, он способен произво­ дить работу, но для своего отклонения от состояния равновесия он нуждается в постоянном притоке энергии и вещества.

Берталанфи обращает внимание еще на одну характерную осо­ бенность открытых систем: для сохранения подвижного равновесия открытых систем необходима точная согласованность протекающих

вних процессов. Дело в том, что слишком быстрое течение процес­ сов в организме ведет к химическому равновесию. Например, опре­ деленные процессы в крови в силу их очень большой скорости неиз­ бежно переходят в равновесное состояние. Относительно более мед­ ленные процессы обмена веществ не достигают равновесия, а сохра­ няются в состоянии подвижного равновесия при непрекращающемся притоке и оттоке вещества и энергии. Построенный из углеводных со­ единений живой организм в состоянии сохранять подвижное равно­ весие. Наличие ферментов, ускоряющих процесс выделения энергии, способствует в определенных случаях восстановлению состояния по­ движного равновесия.

Для описания поведения открытых систем Берталанфи использу­ ет аппарат термодинамики необратимых процессов. По его мнению, общим уравнением открытых систем является уравнение вида:

где Qj — определенная характеристика /'-го элемента системы; dQj/dt — изменение этой характеристики во времени; Г/ — функция, описывающая скорость переноса элементов системы; Pi — функция, описывающая появление элементов в определенном месте внутри системы.

Из приведенного уравнения можно получить уравнение для закры­ той системы; для этого 7) должно быть равным нулю:

Функция Ti зависит от характера рассматриваемой системы. Для решения общего уравнения открытой системы необходимо знать: