Существуют и другие виды систем, например, абстрактные (математиче- ские), научные, логические, технологические и другие.
3. 1. 3 СВОЙСТВА ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ
Используя модель закрытой системы, термодинамика к концу XIX века изучила поведение тепловых систем вдали от состояния равновесия. Полу-
ченные ею выводы в определенных границах могут быть применены и ко всем другим системам — как природным, так и социальным. Однако любая реальная система является открытой (рис. 6), обменивается с окружающей средой ресурсами — веществом (М), энергией (W) и информацией (I). Между системой и окружающей средой всегда есть какая-то «полупрозрачная» гра- ница, которая одновременно и обособляет систему, отгораживает ее, отделяет от окружающей среды, и в то же время обеспечивает возможность взаимо- действия системы с окружением.
Например, внутренность клетки отделяется от межклеточной среды мембраной, живой организм отделяется от окружающей среды поверхност- ным покровом, государственные границы отделяют одно государство от дру- гого. Во внешней среде может нарушиться равновесие, могут измениться ее параметры, а внутри устойчивой системы поддерживается стационарное равновесие (гомеостаз). И в то же время через мембрану извне поступают в клетку питательные вещества. С помощью анализаторов человек ощущает окружающий мир и реагирует на его воздействие: при понижении температу- ры одевает теплую одежду, в дождливую погоду укрывается зонтом. Через межгосударственные границы идут потоки материальных и духовных ценно- стей, и в то же время каждое государство имеет пограничную и таможенную службы, обеспечивающие внутреннее равновесие в стране.
|
1 |
вещество М1 |
М2 |
энергия W1 |
W2 |
|
2 |
информация I1 |
I2 |
|
3 |
Рис. 6 Открытая система
Обменные процессы с окружающей средой выступают важнейшим фактором развития открытой системы и определяют характер ее по- ведения.
123
Поступающие в нее ресурсы идут на жизнеобеспечение системы, ее са- моупорядочение, развитие и поддержание устойчивости. Если их недостаточ- но, или поступают ресурсы не того качества, которое необходимо системе, она деградирует и неминуемо разрушится. Обменные процессы идут в двух направлениях: с одной стороны система получает ресурсы извне, с другой — происходит их диссипация (лат. dissipatio— рассеяние) в окружающее про- странство. Система, использовав поступившие в нее ресурсы для своего пе- реустройства (переструктуризации элементов, создания новых связей или для каких-то других своих нужд), отработанные остатки выбрасывает наружу. Но это ресурсы уже иного качества, отличного от поступивших в систему. Ино- гда говорят — более низкого. Но это не совсем точно, ибо не указывается, по какому параметру оценивается это качество. Например, тепловой баланс Зем- ли устанавливается благодаря равенству потоков энергии, с одной стороны
получаемой за счет своего внутреннего тепла и падающей на нее солнечной радиации, а с другой — рассеиваемой ею в окружающее пространство в про- цессе теплообмена. Но качество энергии в этих потоках разное: Земля полу- чает от Солнца коротковолновое излучение, а рассеивает — длинноволновое. Это качественное изменение потоков энергии и обеспечивает протекание фи- зико-химических процессов, которые определяют эволюцию биосферы.
Живые системы усваивают низкоэнтропийные ресурсы, а выбрасывают высокоэнтропийные. То, что рассеивается одной системой или выбрасывает- ся как отходы, используется системами более низкого иерархического уровня для обеспечения своего устойчивого функционирования. Например, отходы одного производства могут стать ресурсом для другого, или отбросы жизне- деятельности одних организмов — пищей для других. Поступление ресурсов
извне стимулирует поступательное развитие системы и обеспечивает переход ее на новую ступень (фазу) эволюции. Благодаря обменным процессам с ок- ружающей средой (другими системами) может изменится внутренняя струк- тура системы и функции отдельных элементов.
В иерархически связанных системах идет не только усложнение структу- ры и функций каждой из них, но и осуществляется взаимодействие на уровне прямой и обратной связей, благодаря чему у систем более высокого уровня
появляется возможность управления процессами в системах более низкого уровня. Система, находящаяся на более высоком иерархическом уровне, управляет процессами самоорганизации системы, находящейся на более низ- ком уровне. Однако поведение системы более низкого уровня, их «отзыв» на действия вышестоящих оказывает существенное влияние на состояние по- следних и характер их поведения. Этот механизм реализуется в иерархиях биологических, технологических, кибернетических, социальных и других систем.
Вследствие потерь и деградации ресурсов все открытые системы явля- ются диссипативными. Скорость процесса диссипации напрямую зависит от свойств самой системы, но и во многом определяется свойствами окружаю- щей среды. Например, нагретая вода с разной скоростью остывает в откры- том стакане и термосе при одних и тех же внешних условиях; скорость осты-
124
вания воды в одном и том же стакане будет зависеть от температуры окру- жающей среды.
Открытые диссипативные системы являются нелинейными. Это значит, что соотношение между величинами М1 — М2, W1 — W2, I1 — I2 не может быть адекватно описано с помощью линейных функций (простейшая линей- ная функция y= kx + b, графически изображается прямой линией), то есть ме- жду ними нет однозначной зависимости. Процессы, протекающие в таких системах, описываются с помощью нелинейных дифференциальных уравне- ний (пример дифференциального уравнения приведен при рассмотрении принципа периодичности). Это связано с тем, что значения М2, W2, I2 зависят от множества случайных событий как внутри самой системы (характера взаимодействия между отдельными ее элементами), так и случайных внеш- них воздействий.
Открытая развивающаяся система является неравновесной. Параметры, характеризующие состояние ее отдельных частей, существенно отличаются от их средних значений, характеризующих систему в целом (например, тем-
пературы отдельных органов живого организма отличаются от его средней температуры или экономические показатели отдельных предприятий, входя- щих в концерн, отличаются от средних показателей последнего). Любая сис- тема, если в нее не поступают ресурсы, в конце концов придет к состоянию, когда все параметры выравниваются. Оно называется равновесным и харак- теризуется максимумом энтропии и хаосом.
В устойчиво функционирующей системе между отдельными процессами устанавливается стационарное (лат. stationaris — неподвижный) или «текущее равновесие» — гомеостаз — относительное динамическое постоянство внутренних свойств систем и устойчивость основных функций ее элементов. Оно принципиально отличается от равновесного состояния, прежде всего тем, что «препятствует» росту энтропии. Например, сохранение состава внут- риклеточной среды, функций клеточных органелл, характера биохимических процессов способствует устойчивости биологической системы. Внешнее воз- действие может вывести ее из состояния стационарного равновесия. Но вследствие своей инерционности, она будет стремиться сохранить свое преж- нее состояние, что вызывает появление в ней процессов, стремящихся осла- бить внешнее воздействие. В результате взаимодействия этих противополож- ных тенденций и сохраняется состояние стационарного равновесия (работает принцип Ле Шателье — Брауна. ). Тем не менее, это равновесие подвижно и может смещаться в ту или другую сторону.
3. 1. 4 СИСТЕМНАЯ МОДЕЛЬ МИРА
С точки зрения системного подхода Мироздание — это грандиозная су- персистема, состоящая из множества иерархических взаимосвязанных под- систем разной природы и разного уровня сложности (космические, физиче- ские, химические, геологические, биологические, психологические, технологи- ческие, экологические, социальные, научные, языковые, политические, эконо- мические и т. д. ), находящихся в разного рода отношениях и связях друг с
125
другом и образующих определенную целостность. Схематично она представ-
лена на рис. 7. В ней выделены иерархии живой и неживой природы и соци- альные системы.
Выстроенная таким образом модель окружающего мира отражает его дискретность. На ней представлен мир как некий статичный срез, структура, в которой «все связано со всем».
Однако окружающий нас мир непрерывен, находится в постоянном из- менении и развитии. Его можно представить как вселенский процесс самоорганизации материи, как последовательную смену состояний, направленный поток изменений, в котором cозидание (усложнение, поступательное разви- тие, устойчивость) и разрушение (деградация, неустойчивость) периодически повторяются и взаимодействуют друг с другом.
биосфера |
|
|
|
Вселенная |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Человечество, его |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
экосистемы |
|
метагалактики |
|||||||
духовная жизнь, |
|
||||||||
|
|
|
социокультурные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
системы, созданные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
человеком, : абстрактные, |
|
|
|
|
|
|
популяции |
|
галактики |
|||||||
технологические и |
|
||||||||
|
|
|
технические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
системы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
виды |
|
|
|
Солнечная |
|||||
организмов |
|
|
|
система |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
организмы |
планета Земля |
|
|
|
|
|
клетки |
|
горные породы |
||
|
|
|
|
|
молекулы и агрегаты молекул
атомы
фундаментальные поля, эле ментарные частицы, кварки
Рис. 7 Системная модель мира
126