Касперович Г.И. Синергетические концепции управления: курс лекций
Подождите немного. Документ загружается.
типов связей сложного объекта и сведение их в единую
теоретическую картину.
Предпосылки системного подхода в науке формировались,
начиная со второй половины ХIХ и в начале ХХ века – в
экономической науке (К.Маркс, А.Богданов), в психологии
(гештальтпсихология), в физиологии (Н.А.Бернштейн). В
середине ХХ века системные исследования развивались почти
параллельно в биологии, технике, кибернетике, экономике,
оказывая сильные взаимные влияния.
Одной из первых наук, где объекты исследования стали
рассматриваться как системы, была биология. Эволюционная
теория Ч.Дарвина формировалась на базе статистического
описания объектов исследования. Осознание недостатков этой
теории заставило ученых подойти к разработке более широкого
понимания процессов жизнедеятельности, и этот процесс шел в
двух направлениях. Во-первых, произошло расширение сферы
исследования за пределы организма и вида, которыми
ограничивался Дарвин.
В результате в первой половине ХХ века сформировалось и
получило развитие учение о биоценозах и биогеоценозах. Во-
вторых, в изучении организмов внимание исследователей
переключилось с отдельных процессов на их взаимодействие.
Было обнаружено, что важнейшие проявления жизни, не
получившие объяснения в теории Дарвина, обусловлены
внутренними взаимодействиями, а не внешней средой. Таковы,
например, явления саморегуляции, регенерации, генетического и
физиологического гомеостаза. Отметим, что все эти понятия
возникли в кибернетике, а их проникновение в биологию
способствовало становлению системного исследования в
биологии. В результате было осознано, что эволюция не может
быть понята без изучения организации таких надорганизменных
объединений живых организмов, как популяция, биоценоз,
101
биогеоценоз. Такие объекты являются системными
образованиями, поэтому и изучаться они должны с позиций
системного подхода. Иначе говоря, предмет исследования
определяет метод исследования.
Основные принципы системного подхода к
исследованию объектов любой природы сформулированы в
междисциплинарной общей теории систем, первый
развернутый вариант которой был разработан австрийским
биологом-теоретиком Л.Берталанфи в 40-50-е годы ХХ века.
Основная задача общей теории систем – найти совокупность
законов, объясняющих поведение, функционирование и
развитие всего класса объектов как целого. Системный подход
направлен против редукционизма, который пытается любое
сложное явление объяснить при помощи законов, управляющих
поведением его составных частей, то есть сводит сложное к
простому.
Системное исследование объектов является одной из
самых сложных форм научного познания. Оно может быть
связано с функциональным описанием и описанием поведения
объекта, но не сводится к ним. Специфика системного
исследования выражается не в усложнении метода анализа
объекта (хотя это и имеет место), а в выдвижении нового
принципа или подхода при рассмотрении объектов, в новой
ориентации всего исследовательского процесса по сравнению
с классическим естествознанием. В современной науке
системный подход выступает важнейшей методологической
парадигмой. Эта ориентация выражается стремлением к
построению целостной теоретической модели класса объектов и
рядом других особенностей, а именно:
При исследовании объекта как системы описание его
компонентов не имеет самодовлеющего значения, поскольку они
102
рассматриваются не сами по себе (как это было в классическом
естествознании), а с учетом их места в структуре целого;
Хотя компоненты системы могут состоять из одного
материала, но при системном анализе они рассматриваются как
наделенные разными свойствами, параметрами, функциями, и
вместе с тем, они объединяются общей программой управления;
Исследование систем предполагает учет внешних
условий их существования (что не предусматривается в
элементно-структурном анализе);
Специфичной для системного подхода является
проблема порождения свойств целого из свойств компонентов и,
наоборот, зависимости свойств компонентов от системы целого;
Для высокоорганизованных систем, именуемых
органическими, оказывается недостаточным обычное причинное
описание их поведения, поскольку оно характеризуется
целесообразностью (подчинено необходимости достижения
конкретной цели);
Системный анализ в основном применим для сложных,
больших систем (биологические, психологические, социальные,
большие технические системы и т.д.).
Следовательно, система – это такое целое, которое
образовано множеством взаимосвязанных элементов, где в
качестве элементов выступают сложные, иерархически
организованные подсистемы, связанные со средой. Система
всегда представляет собой упорядоченное множество,
взаимосвязанных между собой элементов, внутренние связи
которых прочнее внешних. Система – это всегда определенная
отграниченная целостность (упорядоченное множество),
состоящая из взаимозависимых частей, каждая из которых вносит
вклад в функционирование единого целого. Главное, что
определяет систему, - это взаимосвязь и взаимодействие частей в
рамках целого. Любая система представляет собой множество
103
разнообразных элементов, обладающих структурой и
организацией.
Таким образом, важнейшие характеристики любой систе-
мы – это целостность, организация (упорядоченность),
структурность, иерархичность строения, множественность
элементов и уровней. Все эти свойства отличают систему от
таких предметов и явлений, которые системами не являются и
именуются агрегатами. (Например, куча камней, мешок гороха и
т.п.).
Структура (от лат. structura – строение, порядок, связь) –
общенаучное понятие, выражающее совокупность устойчивых
внутренних связей объекта (системы), которые обеспечивают его
целостность и тождественность самому себе, т.е. сохранение
основных свойств при различных внешних и внутренних
изменениях. Структурой системы называют совокупность тех
специфических взаимосвязей и взаимодействий, благодаря
которым возникают целостные свойства, присущие только всей
системе и отсутствующие у составляющих ее компонентов. Эти
целостные свойства называются эмерджентными.
В современной науке понятие структура обычно
соотносится с понятиями системы, организации, функции и
служит основой для развертывания структурно-фукционального
анализа.
Организация (от лат.organizmo – сообщаю стройный вид,
устраиваю) – одно из ключевых понятий системного подхода,
характеризующее внутреннюю упорядоченность элементов
целого, а также совокупность процессов, обеспечивающих
взаимосвязи между отдельными частями системы.
Системный подход предполагает следующие общенаучные
методологические принципы – требования научного
исследования объектов как систем:
104
выявление зависимости каждого элемента от его места и
функций в системе с учетом того, что свойства целого несводимы
к сумме свойств его элементов;
анализ того, насколько поведение системы обусловлено
как особенностями ее отдельных элементов, так и свойствами ее
структуры;
исследование механизма взаимозависимости,
взаимодействия системы и среды;
изучение характера иерархичности, присущего данной
системе;
использование множественности описаний с целью
многоаспектного охвата системы;
рассмотрение динамизма системы, анализ ее как
развивающейся целостности.
Таким образом, для системного подхода характерно
именно целостное рассмотрение объектов, определение
характера взаимодействия составных частей или элементов
и несводимость свойств целого к свойствам его частей.
Существенным аспектом раскрытия содержания понятия
системы является выделение различных типов систем
(типология или классификация). В наиболее общем плане
системы можно разделить на материальные и идеальные (или
абстрактные).
Материальные системы по своему содержанию и
свойствам существуют независимо от познающего субъекта (как
целостные совокупности материальных объектов). Они делятся
на системы неорганической природы (физические,
геологические, химические и др.) и живые (или органические)
системы, куда входят как простейшие биологические системы,
так и очень сложные биологические объекты, типа организма,
вида, экосистемы. Особый класс материальных систем образуют
социальные системы, чрезвычайно многообразные по своим
105
типам и формам (начиная от простейших социальных
объединений и вплоть до социально-экономических и
политических структур общества). Идеальные (абстрактные
или концептуальные) системы являются продуктом
человеческого мышления и познания; они также делятся на
множество различных типов: понятия, гипотезы, теории,
концепции и т.д. В науке ХХ века большое внимание уделялось
исследованию языка как системы (лингвистическая система); в
результате обобщения этих исследований возникла общая теория
знаковых систем – семиотика.
В зависимости от состояния и взаимодействия с
окружением выделяют статические и динамические системы.
Такое деление достаточно условно, так как все в мире находится
в постоянном изменении и движении. Однако, в науке принято
различать статику и динамику исследуемых объектов.
Среди динамических систем обычно выделяют
детерминистские и стохастические (вероятностные) системы.
Такая классификация основывается на характере предсказания
динамики поведения систем. Предсказания поведения
детерминистских систем имеют вполне однозначный и
достоверный характер. Именно такими являются динамические
системы, исследуемые в механике и астрономии. В отличие от
них стохастические системы, которые чаще называют
вероятностно-статистическими, имеют дело с массовыми или
повторяющимися случайными событиями и явлениями. Поэтому
предсказания в них имеют не однозначно достоверный, а лишь
вероятностный характер. Далее разъясним сказанное более
подробно, для любознательных.
Состояние материальной системы – это конкретная
определенность системы, однозначно детерминирующая ее
эволюцию во времени. Для задания состояния системы
необходимо: 1) определить совокупность физических величин,
описывающих данное явление и характеризующих состояние
106
системы, – параметры состояния системы; 2) выделить начальные
условия рассматриваемой системы (зафиксировать значения
параметров состояния в начальный момент времени); 3)
применить законы движения, описывающие эволюцию системы.
В классической механике параметром, характеризующим
состояние механистической системы, является совокупность всех
координат и импульсов материальных точек, составляющих эту
систему. Задать состояние механической системы – значит,
указать все координаты и импульсы всех материальных точек.
Основная задача динамики состоит в том, чтобы, зная начальное
состояние системы и законы движения (законы Ньютона),
однозначно определить состояние системы во все последующие
моменты времени, то есть однозначно определить траектории
движения частиц. Траектории движения получаются путем
интегрирования дифференциальных уравнений движения.
Траектории движения дают полное описание поведения частиц в
прошлом, настоящем и будущем, то есть характеризуются
свойствами детерминированности и обратимости. Здесь
полностью исключается элемент случайности, все заранее жестко
причинно-следственно обусловлено. Можно сказать, что в
динамических теориях необходимость, отраженная в форме
закона, выступает как абсолютная противоположность
случайному. Причем, понятие причинности связывается здесь со
строгим детерминизмом в лапласовском духе. (Далее поясним,
что это значит).
В механистической картине мира любые события жестко
предопределялись законами механики. Случайность в принципе
исключалась из этой картины мира. «Наука – враг случайностей»,
восклицал французский мыслитель А.Гольбах (1723–1789).
Жизнь и разум в механистической картине мира не обладали
никакой качественной спецификой. Сам человек рассматривался
как особый механизм. «Человек-машина» назывался знаменитый
трактат французского философа Анри Ламетри. Поэтому
107
присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек
однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать,
как ни в чем не бывало. Иначе говоря, во взглядах ученых тогда
господствовал механистический детерминизм – учение о
всеобщей предопределенности и однозначной обусловленности
явлений природы. Все механические процессы в классических
представлениях подчинены принципу строгого «железного
детерминизма», т.е. возможно точное предсказание поведения
механической системы, если известно ее предыдущее состояние.
В науке утвердилась точка зрения о том, что только
динамические законы полностью отражают причинность в
природе. Причем, понятие причинности связывается со строгим
детерминизмом в лапласовском духе. Здесь уместно привести
фундаментальный принцип, провозглашенный французским
ученым
ХVIII века Пьером Лапласом, и отметить вошедший в науку в
связи с этим принципом образ, именуемый «демоном Лапласа»:
«Мы должны рассматривать существующее состояние Вселенной
как следствие предыдущего состояния и как причину
последующего. Ум, который в данный момент знал бы все силы,
действующие в природе, и относительное положение всех
составляющих ее сущностей, если бы он еще был столь обширен,
чтобы ввести в расчет все эти данные, охватил бы одной и той же
формулой движения крупнейших тел Вселенной и легчайших
атомов. Ничто не было бы для него недостоверным, и будущее,
как и прошедшее, стояло бы перед его глазами».
Эволюция динамических детерминистских систем
определяется знанием начальных условий и дифференциальных
уравнений движения, на основе чего можно однозначно
охарактеризовать состояние системы в прошлом, настоящем и
будущем в любой заданный момент времени. То есть, при
описании таких систем предполагается заданной вся
108
совокупность состояний, соответствующих любому моменту
времени.
В статистической физике при рассмотрении систем,
состоящих из огромного числа частиц (например, в молекулярно-
кинетической теории), состояние системы характеризуют не
полным набором значений координат и импульсов всех частиц, а
вероятностью того, что эти значения лежат внутри
определенных интервалов. Тогда состояние системы задается с
помощью функции распределения, зависящей от координат,
импульсов всех частиц системы и от времени. Функция
распределения интерпретируется как плотность вероятности
обнаружения той или иной физической величины. По известной
функции распределения можно найти средние значения любой
физической величины, зависящей от координат и импульсов, и
вероятность того, что эта величина принимает определенное
значение в заданных интервалах.
Существует важное различие между описанием состояния в
статистической физике и в квантовой механике. Оно состоит в
том, что состояние в квантовой механике описывается не
плотностью вероятности, а амплитудой вероятности. Плотность
вероятности пропорциональна квадрату амплитуды
вероятности. Это и приводит к сугубо квантовому эффекту
интерференции вероятностей.
Идеалом классического описания физической реальности
считалась динамическая детерминированная форма законов
физики. Поэтому первоначально физики негативно относились к
введению вероятности в статистические законы. Многие считали,
что вероятность в законах свидетельствует о мере нашего
незнания. Однако, это не так. Статистические законы также
выражают необходимые связи в природе. Действительно, во всех
фундаментальных статистических теориях состояние
представляет собой вероятностную характеристику системы, но
уравнения движения по-прежнему однозначно определяют
109
состояние (статистическое распределение) в любой последующий
момент времени по заданному распределению в начальный
момент. Главное отличие статистических законов от
динамических состоит в учете случайного (флуктуации).
Статистические законы – это законы больших чисел, они
отражают степень необходимого в массе случайных процессов и
явлений, т.е. их вероятность, возможность. В философии давно
выработано представление о диалектическом тождестве и
различии противоположных сторон любого явления. В
диалектике необходимое и случайное – это две
противоположности единого явления, две стороны одной медали,
которые взаимообусловливают друг друга, взаимопревращаются,
не существуют друг без друга. Главное различие между
динамическими и статистическими законами с философско-
методологической точки зрения состоит в том, что в
статистических законах необходимость выступает в
диалектической связи со случайностью, а в динамических – как
абсолютная противоположность случайного. А отсюда вывод:
«Динамические законы представляют собой первый низший этап
в процессе познания окружающего нас мира; статистические
законы обеспечивают более современное отображение
объективных связей в природе: они выражают следующий, более
высокий этап познания».
Шаг за шагом, преодолевая пресловутую инерцию
мышления, приверженность традиционным нормам объяснения и
описания природы, ученым приходилось убеждаться, что
вероятностный, статистический характер присущ любым
эволюционным процессам – биологическим, экономическим,
космологическим и космогоническим. Подобно тому, как в свое
время Вселенная представлялась наиболее идеальным
механизмом (и соответственно, подтверждением
механистической концепции), современные «сценарии»
эволюции «ветвящейся Вселенной», происходящих в ней
110