книги из ГПНТБ / Садовский В.Н. Основания общей теории систем. Логико-методологический анализ

Охарактеризуем основные понятия этой теории. Под системой Берталанфи понимает «комплекс элементов, на­ ходящихся во взаимодействии» [355, стр. 32] 1346, стр. 9]. Система называется закрытой, если в нее не поступает и из нее не выделяется вещество (учитывается лишь возмож­ ный обмен энергией).-Система называется открытой, если ' в ней постоянно происходят ввод и вывод не только энергии, но и вещества. Любая система (как закрытая, так и ot-

,	находится в	dQi
крытая)		стационарном состоянии, если -^- =

= 0 при t Ф 0, где Qi — определенная характеристика (на­ пример, концентрация или плотность энергии) і-го эле­ мента системы. Равновесием называется не зависящее от времени состояние закрытой системы, при котором оста­ ются неизменными все макроскопические величины и пре­ кращаются все макроскопические процессы. По второму закону термодинамики, каждая закрытая система в конце концов достигает не зависящего от времени состояния рав­ новесия с максимальной энтропией и минимальной свобод­ ной энергией. Подвижным равновесием называется не зави­ сящее от времени состояние открытой системы, при котором все макроскопические величины остаются неизменными, хотя и продолжаются непрерывные макроскопические про­ цессы ввода и вывода вещества. При выполнении опреде­ ленных условий открытая система может перейти в состояв' ние подвижного равновесия — в противоположность за­ крытой системе, которая, будучи предоставлена самой себе, должна перейти в состояние равновесия 3.

Закрытая система, находящаяся в состоянии равнове­ сия, не нуждается в энергии для сохранения своего состоя­ ния покоя: в системе происходят превращения, направлен­ ные таким образом, что, например, количество образовав­ шихся молекул или ионов равно количеству исчезнувших. Общим для равновесного состояния закрытой системы и химического равновесия является то, что и в том, и в дру­ гом случае система не способна к работе: алгебраическая сумма всех работ, которые могут быть получены из элемен­ тарных реакций такой системы, равна нулю. Для того что­ бы система могла совершить работу, она должна выйти из,' состояния равновесия. Поскольку закрытая система всеі

3 Приведенные определения сформулированы Берталанфи в книге

[344, стр. 11— 12].

да стремится к достижению равновесного состояния,- в ней нельзя получить длительной работы. Это возможно только в открытой системе, находящейся в состоянии подвижного равновесия. Так как организм является открытой систе­ мой, то он способен производить работу, но для своего от­ клонения от состояния равновесия он нуждается в постоян­ ном притоке энергии и вещества.

Берталанфи обращает внимание еще на одну характе­ ристику открытых систем: для сохранения подвижного рав­ новесия открытых систем необходима точная согласован­ ность скоростей протекающих в них процессов. Дело в том, что слишком быстрое течение процессов в организме ведет к химическому равновесию. Например, определенные про­ цессы в крови в силу их очень большой скорости неизбеж­ но переходят в равновесное состояние. Относительно бо­ лее медленные процессы обмена веществ не достигают рав­ новесия, а сохраняются в состоянии подвижного равнове­ сия при непрекращающемся притоке и оттоке вещества и, энергии. Построенный из углеводных соединений живой организм в состоянии сохранять подвижное равновесие. Наличие ферментов, ускоряющих процесс выделения энергии, способствует в определенных случаях восстанов­ лению состояния подвижного равновесия.

Возникает вопрос, каким образом можно описать повеіяенне открытых систем? Опираясь на аппарат термодинами­

к и необратимых процессов,			Берталанфи считает			общим
уравнением открытых		систем уравнение		вида:
						(36)
где Qi — определенная		характеристика		і-го	элемента си­
dQi			характеристики		во времени;
стемы; ~	— изменение этой
Ті — функция, описывающая			скорость	переноса		элемен­

тов системы; Рс-— функция, описывающая появление эле­ ментов в определенном месте внутри системы.

Из уравнения (36) можно получить уравнение для закры­ той системы; для этого Т£должно быть равным нулю:

\	(‘ = 1,2, • . . ,/))■	(37)
— Pi

Функция Ті зависит от характера рассматриваемой сис­ темы. Для решения (36) необходимо знать: 1) специальную

167

форму уравнения (36) для рассматриваемого случая;

2)начальные и граничные условия в данной системе. Берталанфи показывает, что уравнение (36) может иметь

три вида решений: 1) когда Q,-неограниченно увеличивается; 2) когда достигается не зависящее от времени состояние подвижного равновесия; 3) когда происходят периодические колебания. Во втором случае мы имеем дело с уравнением:

Т{ + Р{ = 0	( і ф 0).	(38)
В этом случае уравнение (36) имеет вид:
Qi = Qu (■*, у, г) +	Qi2(X,у, 2 , t).	(39)

Это уравнение решается обычными методами интегрирова­ ния (см. [344: стр. 15—18]).

Анализируя математический формализм, с помощью которого описываются открытые системы, Берталанфи об­ наружил такие характеристики этого формализма, которые при его биологической интерпретации оказываются сход­ ными со свойствами организмов, находящихся в состоя­ нии подвижного равновесия.

Возьмем для примера свойство эквифинальноши, т. е. способность живых организмов достигать заранее опреде­ ленного конечного состояния независимо от нарушения на­ чальных условий (из различных начальных состояний и, различными путями). В закрытых системах их конечные сс^- стоянш (например, распределение концентраций вещества)" полностью зависят от начальных состояний, что и находит свое выражение в соответствующем ' «механистическом» формализме.

Иное дело — живой организм. Его конечные состояния не определяются характером начальных состояний, а детер­ минируются его структурными, целостными свойствами, и независимо от модификаций начальных состояний (в определенных пределах) организм по истечении некоторого времени приобретает конечное состояние, «предопределен­ ное» его структурой. Организм как бы стремится к неко­ торому конечному состоянию (как правило, наиболее для него благоприятному). Именно эти свойства живого орга­ низма и выражает формальный аппарат теории открытый систем. С его помощью удается описать постоянное сохра­ нение субстрата организма при изменяющихся условиях, динамическую упорядоченность его процессов, восстанов­ ление динамического равновесия, эквифинальность и т- д,

168

При этом весь этот анализ проходит в контексте строгого термодинамического исследования, освобождающего био­ логию от виталистических интерпретаций и дающего науч­ ное объяснение «телеологическим» свойствам живых систем.

Термодинамическая сущность теории открытых систем — основание ее позитивных результатов и одновременно причина ее ограниченности. В этой связи важно подчерк­

н у ть следующий момент.

\ Исследуемые с помощью термодинамического аппарата объекты хотя и представляют собой соединения множеств элементов, но берутся вне учета их внутренних связей, структуры («неорганизованная сложность»). Подобная идеа­ лизация относится и к существующим обобщениям термоди­ намики, например в рамках теории открытых систем. Аппарата термодинамики вполне достаточно для описания неорганизованных сложностей; что же,(_касается анализа систем со сложной структурой (например, живого организ­ ма), то такая задача превосходит возможности данного аппарата.

Как правильно заметил А. Рапопорт, в теории Берталанфи достаточно строгое определение дано лишь понятию «закрытая система». Открытая система определяется им как нечто дополнительное по отношению к закрытой си­ стеме, т. е. как система, которая не является закрытой

Рапопорт [214, стр. 63)]. При этом Берталанфи по сути дела рассматривает лишь особый класс открытых систем, В качестве такового у него выступают открытые системы, стремящиеся к состоянию подвижного равновесия (экви­ финальные системы — частный вид таких систем).

Каждая система подобного типа имеет некоторое началь­ ное состояние, которое может варьировать в значительных пределах, определенный структурный механизм и конечное состояние, которое для каждой системы является постоян­ ным. Согласно принятой теоретической позиции, структура системы определяет ее поведение и развитие, но в рамках теории открытых систем структура и механизм ее воздейст­ вия на систему не анализируются 4. Теория просто не рас­ полагает средствами для этого. Она может лишь — исходя ѵфз постоянного и известного в каждом конкретном случае*

*Примечательно в этой связи, что, рассматривая эквифинальность, Берталанфи говорит не о том, что конечное состояние системы зависит от ее структуры, а о том, что оно «определяется исключительно пара­ метрами системы» (Берталанфи [348, стр. 7]).

169

Значения конечного состояния — выразить поведение сис­ темы как «стремление» к этому конечному состоянию.

Эту задачу в теории открытых систем выполняют так называемые телеологические уравнения. В таких уравне­ ниях изменения системы выражаются не в понятиях акту­ альных условий, а в понятиях удаленности системы от сос­ тояния равновесия. Иначе говоря, анализируемые системы описываются таким образом, как будто бы актуальные из-~ менения зависят от конечного состояния, которое будет достигнуто только в будущем [355, стр. 75—80, 139—141].

На основании сказанного совершенно очевидно, что тео­ рия открытых систем представляет собой один из элемен­ тарных разделов общей теории систем. В ней еще не сделано серьезного шага в направлении структурного анализа систем. В 1962 г. Берталанфи очень четко выразил это обстоятельство: модель открытой системы, писал он, «при­ менима преимущественно к явлениям с неструктурным, динамическим взаимодействием процессов типа метаболиз­ ма, роста, метаболических аспектов возбуждения и т. д.» (Берталанфи [348, стр. 7]).

Следует, однако, особо подчеркнуть, что даже такой эле­ ментарный раздел общей теории систем, каким является тео­ рия открытых систем, нашел широкое применение в науч­ ном исследовании. Берталанфи в ряде своих работ (в 1949^ 1956 и 1962 гг.) подробно перечисляет те области науки, гд>^ применение теории открытых систем оказалось успешным.' В этой связи он называет анализ организма, клетки и мно­

гих других биологических единиц,	исследование реакций
в фотосинтезе (Брэдли и Кальвин,	1956), поддержание ион­

ной концентрации в крови (Дост, 1953), решение некоторых проблем радиационной биологии и др. Эта теория нашла приложение также в анализе проблем роста (Берталанфи, 1960) . С позиций теории открытых систем рассматриваются обмен веществ (Розен, 1960), динамика популяций (Брей, 1958; Уайтекер, 1953), многие проблемы психологии (Креч, 1956), прикладной биологии, например биологии

рыб	(Уотт, 1958), вопросы, встающие в современной хи­
мии,	биохимии, геоморфологии,	метеорологии (Томсон,
1961)	и в других дисциплинах 5.	^

6См. Л. фон Берталанфи [348, стр. 11—13] [355, стр. 108—111], а также А. Г. Пасынский [163], Я. Камарнт [446].

170

§7. Концепция «общей теории систем»

Л. фон Берталанфи

Впервые основные идеи «общей теории систем» были из­ ложены Л. фон Берталанфи в лекциях, прочитанных в 1937—1938 гг. в Чикагском университете ([355, стр. 95—96] [348, стр. 2] [346, стр. 9]), а первые публикации по этому поводу относятся только к послевоенному периоду —

"к 1947— 1950 гг. [336] [337]. Причину этой задержки сам Берталанфи объяснял неподходящим интеллектуальным климатом, господствовавшим в науке в тридцатые годы,

прежде всего неприязнью к теоретическим построениям, к обобщенному анализу объектов. Ситуация резко из­ менилась в ходе и особенно после второй мировой войны, когда «общая теория систем» была благосклонно приня­ та научной общественностью [355, стр. 95—96] [348,

стр. 2—3].

Концепция «общей теории систем» возникла у Берталан­ фи как обобщение принципов теории открытых систем. Мо­ дели, применяемые в теории открытых систем, а также ис­ пользуемый для их построения аппарат, давали возмож­ ность анализировать — уже в момент создания теории — не только биологические объекты, но и явления физиче­ ской химии, психологии, социологии и некоторых других дисциплин. Развитие теории открытых систем в 30-е—40-е

Угоды.„обнаружило дополнительные свидетельства в пользу

'обобщенного характера ее моделей и аппарата. Возникла необходимость осознанного и развернутого изложения этой общности.

По замыслу Берталанфи, «общая теория систем» пред­ ставляет собой выражение существенных изменений в понятийной картине мира, которые принес с собой XX век. При этом он опирается на У. Уивера [595], различившего три этапа развития предметов научного анализа: на первом рассматривалась организованная простота (мир классиче­ ской механики), на втором — неорганизованная сложность

(мир классической статистической физики), на третьем, в

который вступила наука XX в., — организованная слож­ ность.

\ Выдвижение организованной сложности, организации систем в качестве предмета исследования повлекло за со­ бой постановку новой познавательной задачи. Построение теории организации требует, согласно Берталанфи, реше­ ния проблем со многими переменными, что означает необ­

171

ходимость введения новых понятийных средств. Характер­ ное для XIX в. стремление свести все уровни реальности к физическому сменилось пониманием мира как множества

разнородных сфер реальности, хотя и теснейшим образом связанных друг с другом, но не сводимых друг к другу. Н а­ конец, в противоположность редукционизму возникла идея построения единой науки на пути перспективизма. Эта концепция исходит из факта глубокой дифференциации современного научного знания и невозможности построения унифицированной науки на основе физики 6. В основании перспективизма лежит мысль о том, что общие категории мышления сходны в самых различных отраслях современ­ ной науки; отсюда возникает возможность построить еди­ ную науку на базе изоморфизма законов в ее различных об­ ластях. Это означает, что можно говорить о структурном сходстве теоретических моделей, которые применяются в различных областях науки.

_Такимг образом, основными задачами «общей теории систем» Л. фон Берталанфи являются: 1) формулирование общих принципов и законов систем независимо от их специ­ ального вида, природы составляющих их элементов и отно­ шений между ними; 2) установление путем анализа биоло­ гических, социальных и бихевиоральных объектов как си­ стем особого типа точных и строгих законов в нефизических областях знания; 3) создание основы для синтеза современ-Л ного научного знания в результате выявления изоморфиз­ ма законов, относящихся к различным сферам реальности

[353, стр. 125—126].

Рассмотрим теперь пути решения задач «общей теории систем» (см. [355, стр. 53—94]). Исходным здесь является понимание системы как комплекса взаимодействующих элементов рх, р2, ..., р,„ которые характеризуются количе­ ственными мерами Qx, Q2, •••, Qn- Взаимодействие между ' элементами означает, что между ними имеет место некоторое отношение і?,-. Понимаемая таким образом система может быть описана с помощью дифференциальных уравнений.

6 В этой связи Берталанфи подвергает резкой критике фнзикалистскую концепцию логического позитивизма, показывая невозможность ее реализации (см. [349]); ср. также: «Поразительно, что люди, объя­ вившие себя «философами науки», не обогатили современную науку ни каким-либо эмпирическим исследованием, ни новой идеей...» (Берталанфи [348, стр. 8]).

172

В простейшем случае система описывается семейством дифференциальных уравнений:

(40)

При этом абстрагируются от (1) реальных пространственных временных условий в системе и от (2) возможной зависи­ мости актуального функционирования системы от ее пред­

шествующей истории.

Если в системе в некоторое время t прекращаются все гизменения, то Д = / 2 = •■■== fn = 0; это означает, что в ка­ честве решения указанной системы дифференциальных уравінений выступают константы и что система достигла стацио­ нарного состояния.

В каждой системе, которая движется в направлении к стационарному состоянию, актуальные изменения могут описываться как отклонения от ожидаемого состояния рав­ новесия, к которому система стремится (свойство финаль-

ности). Обозначив через Q* — значения конечных состоя­

ний системы, а через Q'£ — значения актуальных состоя­ ний, мы можем переписать систему уравнений (40) в виде:

о-ц/•
W = ft m l ~ Q[), {Ql - <£),.. м {Qn - QJ}.	(41)

что показывает степень отклонения системы от ее ожидаемо­ го конечного состояния.

Для характеристики и описания систем Берталанфи ис­ пользуются также следующие формальные системные свой­ ства.

Целостность — изменение любого элемента оказывает воздействие на все другие элементы системы и ведет к изменению всей системы, и, наоборот, изменение любого элемен­ та зависит от всех других элементов системы.

Суммативность — изменение любого элемента зависит только от него самого, и изменение всей системы является суммой изменений независящих друг от друга ее элементов (взаимодействие в этом случае равно нулю).

Механизация — процесс перехода системы от состоя­ ния целостности к состоянию суммативности. При этом коэффициенты взаимодействия каждого отдельного эле­

мента системы		уменьшаются и при	t -*■ оо приближаются:
К нулю.	'	1

173

Централизация — процесс увеличения коэффициентов взаимодействия у части или отдельного элемента системы. В результате незначительные изменения этой части (ве­ дущая часть системы) приводят к существенным изменени­ ям всей системы.

Иерархическая организация системы — отдельные эле­ менты системы представляют собой системы низшего по­ рядка, и (или) рассматриваемая система выступает в ка­ честве элемента системы более высокого порядка.

Приведенные определения и способы описания систем дают возможность ввести понятия закрытой и открытой систем. Вполне естественно, что эти понятия в рамках «об­ щей теории систем» используются в том значении, которое им придано в теории открытых систем и которое мы охарак­ теризовали в § 6 этой главы.

Следует подчеркнуть, что различие между закрытыми и открытыми системами относительно. Так, организм яв­ ляется типичным примером открытой системы, однако ор­ ганизм совместно с соответствующей ему средой может рас­ сматриваться как закрытая система. '

Внастоящее время развернутой теории термодинамичес­ ких свойств открытых систем и состояний подвижного рав­ новесия еще не создано. Однако имеющиеся представления на этот счет достаточны для формулирования ряда законо­ мерностей открытых систем и нахождения изоморфизма^ законов, управляющих поведением таких систем в разных областях реальности. Так, например, приведенное ранее общее уравнение открытых систем применяется как в биоло­ гии (для анализа роста), так и в социологии. С его помо­ щью можно определить также скорость изменения числен­ ности популяции.

Врамках «общей теории систем» обобщенные принципы кинетики применяются в равной мере к популяциям моле­ кул и биологических организмов, т. е. к физико-химиче­ ским и экологическим системам; уравнения диффузии, сформулированные в физической химии, используются так­ же в социологии для анализа процесса распространения слухов. Другими примерами изоморфизмов являются ал­

лометрический анализ биологических и социальных систем, применение понятия подвижного равновесия и моделей ста-' тистической механики к транспортным потокам [355,

стр. 17—18] [214, стр. 42—43].

Одной из важных проблем «общей теории систем» яв-

174

ляется классификация систем. Акцентируя свое внимание главным образом на открытых системах, Берталанфи пред­ ложил различать следующие типы систем:

1)системы, основанные на динамическом взаимодейст­ вии частей (эквифинальные системы);

2)системы, в основании которых лежит схема обратной

связи;

3)системы типа гомеостата У. Росс Эшби [355, стр. 40—

46].

По Берталанфи, задачей «общей теории систем» является исследование общих законов организации и открытых систем, а кибернетическая схема обратной связи харак­ теризует определенный вид открытых систем. «Обратная связь,— пишет он,— базируется на круговой причинной цепи и механизмах, управляемых' посредством информа­ ции, фиксирующей отклонение от состояния, которого нужно достичь, или от цели, которой нужно добиться» [355, стр. 45]. В этом описании схемы обратной связи легко узнать общий механизм действия «телеологических» систем Берталанфи.

Схема обратной связи, подчеркивает Л. фон Берталан­ фи, носит довольно специальный характер. В живых орга­ низмах существует много регуляций другой природы: это те регуляции, которые связаны с динамическим взаимодей-

.ствием процессов. Сюда относятся, например, эмбрионные

•регуляции, когда целое восстанавливается из частей в эквифинальном процессе (опыты Дриша). Берталанфи счита­ ет, что первичные регуляции в органических системах (т. е. те регуляции, которые наиболее важны и в эмбриональном развитии и в эволюции) имеют как раз природу динами­ ческого взаимодействия. Позднее на них накладываются вторичные регуляции, контролирующие поведение посред­ ством некоторого фиксированного устройства. К ним, в част­ ности, относится и обратная связь. Это положение дел — следствие общего принципа организации. Поначалу биоло­ гические, нейрофизиологические и психологические систе­ мы управляются динамическим взаимодействием их компо­ нентов, позднее возникает некоторое фиксированное «уст­ ройство» и накладываются определенные принудительные условия, которые делают систему и ее части более эффектив­ ными, но одновременно постепенно уменьшают и в конце концов сводят на нет ее эквифннальность [355, стр. 43— 44] [348, стр. 6—8].

175