3. ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Среди множества концепций современного естествознания можно выде- лить те, которые составляют методологическую основу исследовательского аппарата практически всех наук. К ним относятся: общая теория систем, тео- рия самоорганизации систем и теория управления (или организации). Это сравнительно молодые концепции. Они были разработаны в середине ХХ столетия и составили ядро постнеклассической науки.

Одним из основоположников общей теории систем считается австрий- ский, а позднее американский, биолог Л. фон Берталанфи (1901 — 1972), ко- торый выдвинул обобщенную системную концепцию, сделал многое для ее математического оформления, ввел понятие открытой системы, построил системную картину мира.

Основы теории самоорганизации (синергетика) были разработаны в тру- дах химиков, получивших мировое признание — И. Пригожина, Д. Николиса, Г. Хакена в семидесятых годах ХХ столетия. Отцом синергетики по праву называют И. Пригожина (1917-2002) — лауреата Нобелевской премии, осно- вателя и руководителя брюссельской научной школы химиков. Сегодня в ми- ре функционирует свыше четырехсот научных институтов, основанных И.

Пригожиным и занимающихся изучением проблем самоорганизации самых разнообразных систем. Весомый вклад в становление идей синергетики вне- сли российские ученые: химик А. П. Руденко, физик Ю. Л. Климонтович, ма- тематики А. Н. Колмогоров, Я. Г. Синая и многие другие.

Основы науки об оптимальном управлении сложными системами (ки- бернетика) были заложены в сороковых годах прошлого века Н. Винером (1894— 1964). Большой вклад в развитие этого направления внесли наши со- отечественники академики А. И. Берг, А. Н. Колмогоров и многие другие.

Формализованный язык этих концепций сложен и его освоение требует глубокой специальной математической подготовки. Мы будем рассматривать их лишь на качественном уровне, не вдаваясь в количественные математиче- ские расчеты.

3. 1 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ СИСТЕМ

Цели и задачи раздела:

1.Познакомить обучающихся с элементами теории систем.

2.Сформировать представление о системном подходе.

3.Познакомить с наиболее важными для изучаемой дисциплины классификациями систем.

4.Раскрыть свойства открытых систем.

5.Построить системную модель окружающего мира.

План

1.Системный подход к описанию окружающего мира

2.Классификации социоприродных систем

118

3.Свойства открытых систем

4.Системная модель мира

3.1. 1 СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА

Системный подход раскрывает возможности формализованного (а в на- шем случае качественного) описания окружающего мира в виде иерархии взаимодействующих систем. Разработка этого подхода в науке — закономер- ное явление, ибо системность является фундаментальным свойством окру- жающего мира.

В формировании системного подхода одно из важнейших значений име- ла разработка понятийного аппарата. Выделяют несколько уровней понятий. Центральным является понятие «система». Первые представления о ней как совокупности взаимодействующих элементов, образующих целостность, сформировались еще в недрах классической науки. Сегодня существует мно- жество его толкований, но среди них можно выделить некоторый инвариант:

«система» — целостный, развивающийся комплекс взаимосвязанных элементов, находящихся в определенной иерархической подчиненности, и образующий единство с окружающей средой.

C этим понятием тесно связаны термины: структура, свойство, функция, отношение, связь, подсистема, элемент, часть, целое, информация. После- дующий уровень образуют понятия, характеризующие функционирование системных объектов: состояние, стабильность, равновесие, гомеостаз, устой- чивость, регуляция, саморегуляция, обратная связь. Еще одну группу состав- ляют понятия, характеризующие развитие систем: простой и структурный рост, изменение, самоорганизация, эволюция, генезис, изменчивость, наслед- ственность, отбор, адаптация, организация, управление, обучение. Однако грань между процессами функционирования и развития проявляется не все- гда отчетливо, и нередко один из них переходит в другой, что особенно ха- рактерно для самоорганизующихся систем. И последнюю группу составляют понятия, характеризующие процесс моделирования и исследования систем, а также конструирования искусственных систем: содержательное описание, анализ систем, синтез систем и другие.

Вслед за ограничением круга понятий, составляющих каркас системного подхода, неизбежно возникает вопрос о классификации систем, выделении отдельных их групп, выявлении их специфических свойств и особенностей поведения. Окружающий нас мир состоит из огромного их количества. Чтобы как-то упорядочить наши представления о них, необходимо их классифици- ровать (лат. klassis — разряд, класс), то есть представить в виде логически обоснованных рядов (или взаимного расположения) на основании некоторых существенных признаков. А уже внутри рядов выделить иерархии подсистем.

Следующая ступень в становлении системного подхода — это разработ- ка совокупности общих принципов теоретического описания, методов и спо- собов исследования систем, создание математического аппарата.

119

Все эти аспекты рассматривает общая теория систем, математической базой которой являются системный анализ, теория множеств, теория инфор- мации, формальная логика и другие.

Системный подход и обосновывающая его теория сформировались лишь к середине ХХ века. Но важные его идеи были сформулированы в общест- вознании еще в 1913 году в книге деятеля российского революционного дви- жения начала ХХ века, врача, философа, экономиста А. А. Богданова (18731928). «Тектология. Теория организационных систем». Рассматривая общест- во как организационную систему, состоящую из взаимосвязанных частей, он

проанализировал динамику возможных изменений социальных систем под воздействием внешних и внутренних факторов, выявил общие закономерно- сти их развития и становления, высказал положение о фундаментальной роли кооперативного (лат. cooperatio — сотрудничество) взаимодействия частей системы. Важное место в тектологии занимают понятия кризиса и цели (ин- тереса). Рассматривая социальные системы, А. Богданов попытался выявить соотношение самоорганизации, организации (управления) и обратной связи в развитии систем. Высказанные им взгляды во многом предвосхитили появле- ние теории систем и кибернетики, но современниками не были оценены по достоинству. По сути это был переход к новому мышлению, отличному от классической рациональности, которая в то время была господствующей иде- ей. Естествознание же сделало это значительно позднее.

3. 1. 2 КЛАССИФИКАЦИИ СОЦИОПРИРОДНЫХ СИСТЕМ

Существует множество критериев классификации систем.

Выделим некоторые из классификаций, которые будут нам необходимы

вдальнейшем для изучения учебного материала.

1.По происхождению системы можно разделить на естественные (физи- ческие, химические, биологические, геологические и др. ), искусственные (машины, механизмы, здания, сооружения и т. д. ) и смешанные (все социо- природные системы).

2.По характеру взаимодействия с окружающей средой выделяют закры- тые и открытые системы. Закрытой называют такую систему, внешнее воз- действие на которую пренебрежимо мало или может быть сведено к нулю.

Открытая система активно обменивается ресурсами с окружающей средой и другими системами. Влияние последних на ее поведение чрезвычайно вели- ко.

3.В зависимости от интенсивности влияния на поведение систем слу- чайных факторов и слабых флуктуаций параметров выделяют детерминиро- ванные (или динамические) и стохастические (или вероятностные) системы.

4.Системы можно классифицировать и по характеру отражения (простое или опережающее). Здесь выделяют неживые, живые и социальные системы.

5.По характеру процесса упорядочивания выделяют самоорганизую- щиеся системы, кибернетические, управляющие, управляемые и т. д.

120

Исторически самыми первыми наиболее глубоко были изучены закры- тые (изолированные) механические (динамические) системы. Если результи- рующая всех внешних сил, действующих на механическую систему сил, близка к нулю, она может считаться закрытой. Например, система космиче- ский корабль — космонавт, пребывающая на околоземной орбите, находится в состоянии невесомости: силы гравитационного притяжения к Земле ком- пенсируются центробежными силами, направленными в противоположную сторону. Простейшие механические системы содержат не менее двух тел (рычаг — опора, маятник — подвес, Земля — Луна,. . . ), более сложные, на- пример, машины или механизмы — от сотен до нескольких тысяч деталей, взаимодействующих между собой в процессе работы механизма. Мгновенное

состояние подобной системы определяется координатами и скоростями ее элементов (а, следовательно, и их энергиями).

Закрытая механическая система является идеализированной моделью, в которой господствуют однозначность и жесткие причинно-следственные свя- зи. Это ограничение позволяет изучать протекание процессов лишь в рамках определенных условий. Тем не менее, многие теории классического естество- знания, разработанные на основе подобных моделей дают достаточно точное описание поведения тел. Если внешние воздействия на такую систему малы,

а начальные параметры и законы движения элементов известны и имеют вид непрерывных функций, то можно, используя математические уравнения, свя- зывающие параметры, предсказать состояние системы в любой последующий момент времени. Это жестко детерминированные линейные системы с «бес- конечной памятью». Их поведение в настоящем и будущем однозначно зави- сит от прошлого. Основываясь на этом, достаточно точно рассчитывают ко- ординаты планет Солнечной системы в любой заданный момент времени, траектории искусственных спутников Земли, координаты и скорость движе- ния автомобиля по дороге. Конечно, отклонения параметров движущихся тел от расчетных значений имеются, но они малы и часто ими пренебрегают или, когда это необходимо, вносят поправки; например, осуществляют коррекцию движения спутника на орбите.

С развитием молекулярной физики в конце XIX века сложилось пред- ставление о стохастических (статистических или вероятностных) системах, к числу которых относятся термодинамические, биологические, социальные и другие. Они содержат огромное количество элементов. Например, в 1 см3 од- ноатомного газа при нормальных условиях содержится 2,7*1019 атомов, в клетке организма ~ 108 молекул, в организме человека ~ 1013 клеток. При этом каждый элемент взаимодействует в той или иной мере одновременно со все- ми остальными. Проследить за движением каждого отдельного элемента и точно указать его состояние в любой момент времени весьма затруднительно. Применение законов механики в их первозданном виде для описания поведе-

ния таких систем потребовало бы знания огромного количества параметров состояния и учета координат и скоростей всех элементов. Это привело бы к необходимости решения огромного числа уравнений. Кроме того, в таких системах чрезвычайно велика роль случайных флуктуаций параметров. При

121

этом одному и тому же набору макропараметров, характеризующих в сред- нем состояние системы в течение времени t, из-за флуктуаций соответствует множество вариантов мгновенных состояний. Поэтому будущее состояние стохастических систем, в отличие от динамических, можно указать лишь с определенной степенью вероятности, используя для этого представления о статистических распределениях.

Различия в поведении и свойствах динамических и стохастических сис- тем связаны с тем, что в стохастических системах приходится учитывать взаимодействие внутри отдельных коллективов элементов системы. Интер- ференция (лат. interferentio— наложение, перераспределение) их свойств при- водит к появлению у сложных систем новых системных качеств, которые несводимы к простой сумме качеств отдельных элементов. Например, в сис- теме природы наиболее низкий уровень организации — элементарные части- цы. Они в качестве составных элементов входят в структуру атомов. Свойства свободной частицы отличны от ее свойств в коллективе. У коллектива (атома) появляется новое свойство — валентность, которое определяет его способ-

ность вступать в химические реакции и которое отсутствует у составляющих его частиц. Атомы в свою очередь входят в состав молекул. При образовании молекулы между каждой парой атомов возникает химическая связь, на свой- ства которой в той или иной мере влияют и все остальные атомы. Однако это влияние не может быть описано на основе линейных представлений. Поведе- ние молекулы в физико-химических процессах сложным образом зависит от всей ее электронной структуры и характера химических связей атомов (кова- лентная, полярная или ионная). Конечно, в химии используется и модель парных взаимодействий, но она может дать лишь приближенную количест- венную оценку свойств химических связей, а для более точного расчета необ- ходимо обязательно вводить некоторые поправки.

Чрезвычайно важна классификация систем по свойствам отражения. Неживые системы обладают простым отражением, живые и социальные (клетка — организм — популяция — экосистема — биосфера, микросоциум

—город — государство — сообщество государств) — опережающим. Нали- чие опережающего отражения дает возможность живым организмам «пред- видеть» грядущие изменения и заранее готовиться к ним, а человеку и соци- альным системам осознанно ставить цели, планировать их выполнение и вы- бирать для этого адекватные методы.

Среди самоорганизующихся систем необходимо выделить еще один тип

—системы с заданной целью. Это экономические, социально-политические, педагогические, психологические, законодательные системы. Например, цель педагогической системы — формирование личности, способной адаптиро- ваться в современных ей условиях, цель законодательной — создание право- вой базы для обеспечения жизнедеятельности отдельного человека, государ- ства или содружества государств и контроль за их исполнением, цель эконо- мической — создание условий устойчивого (неразрушимого) функциониро- вания экономики.

122