Файл: Системный подход в современной науке..pdf

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:

1) специальную форму этого уравнения для рассматриваемого слу­ чая; 2) начальные и граничные условия в данной системе.

Берталанфи показывает, что общее уравнение открытой системы может иметь три вида решений: 1) когда Q/ неограниченно увеличи­ вается; 2) когда достигается не зависящее от времени состояние по­ движного равновесия; 3) когда происходят периодические колебания. Во втором случае мы имеем дело с уравнением:

7/ + Р/ = О (А * 0).

В этом случае общее уравнение открытой системы имеет вид:

Qj = Qjf (х, у, z) + Qi2 (х, у, z, t).

Это уравнение решается обычными методами интегрирования9. Анализируя математический формализм, с помощью которого описываются открытые системы, Берталанфи обнаружил такие ха­ рактеристики этого формализма, которые при его биологической ин­ терпретации оказываются сходными со свойствами организмов, на­

ходящихся в состоянии подвижного равновесия.

Возьмем для примера свойство эквифинальности, т. е. способность живых организмов достигать заранее определенного конечного со­ стояния независимо от нарушения начальных условий (из различных начальных состояний и различными путями). В закрытых системах их конечные состояния (например, распределение концентраций вещест­ ва) полностью зависит от начальных состояний, что и находит свое вы­ ражение в соответствующем «механистическом» формализме.

Иное дело — живой организм. Его конечные состояния не опре­ деляются характером начапьных условий, а детерминируются его

структурными, целостными свойствами, и независимо от модифика­ ций начальных состояний (в определенных пределах) организм по ис­ течении некоторого времени приобретает конечное состояние, «пре­ допределенное» его структурой. Организм как бы стремится к неко­ торому конечному состоянию (как правило, наиболее для него благо­ приятному). Именно эти свойства живого организма и выражает фор­ мальный аппарат теории открытых систем. С его помощью удается описать постоянное сохранение субстрата организма при изменяю­ щихся условиях, динамическую упорядоченность его процессов, вос­ становление динамического равновесия, эквифинальность и т. п.

При этом весь этот анализ проходит в контексте строгого термо­ динамического исследования, освобождающего биологию от витали­ стических интерпретаций и дающего научное объяснение «телеоло­ гическим» свойствам живых систем.

Термодинамическая сущность теории открытых систем — осно­ вание ее позитивных результатов и одновременно причина ее неко­ торой ограниченности. В этой связи важно подчеркнуть следующий момент. Как правильно заметил А. Рапопорт, в теории Берталанфи достаточно строгое определение дано лишь понятию «закрытая си­ стема». Открытая система определяется им как нечто дополнитель­ ное по отношению к закрытой системе, т. е. как система которая не является закрытой10. При этом Берталанфи по сути дела рассмат­ ривает лишь особый класс открытых систем. В качестве такового у него выступают открытые системы, стремящиеся к состоянию по­ движного равновесия (эквифинальные системы — частный вид та­ ких систем).

Каждая система такого вида имеет некоторое начальное состоя­ ние, которое может варьировать в значительных пределах, опреде­ ленный структурный механизм и конечное состояние, которое для каждой системы является постоянным. Согласно принятой теорети­ ческой позиции, структура системы определяет ее поведение и раз­ витие, но в рамках теории открытых систем структура и механизм ее воздействия на систему не анализируются11. Теория просто не рас­ полагает средствами для этого. Она может лишь — исходя из посто­ янного и известного в каждом конкретном случае значения конечно­ го состояния — выразить поведение системы как «стремление» к это­ му конечному состоянию.

Эту задачу в теории открытых систем выполняют так называемые телеологические уравнения. В таких уравнениях изменения системы выражаются не в понятиях актуальных условий, а в понятиях удален­ ности системы от состояния равновесия. Иначе говоря, анализируе­ мые системы описываются таким образом, как будто бы актуальные изменения зависят от конечного состояния, которое будет достигну­ то только в будущем12.

На основании сказанного и учитывая дальнейшую эволюцию тео­ ретических взглядов Берталанфи, можно сделать следующий вывод: теория открытых систем, в разработке которой он принял самое ак­ тивное участие, явилась важным шагом к построению общей теории систем. Хотя теория открытых систем еще не давала возможности

проводить структурный анализ систем13, она нашла широкое применение в самых различных областях научного исследования. В ряде своих работ Берталанфи подробно проанализировал примеры ус­ пешного применения теории открытых систем — в анализе организ­ ма, клетки и многих других биологических единиц, исследовании ре­ акций в фотосинтезе, в решении некоторых проблем радиационной биологии, в анализе проблем роста, обмена веществ, динамики по­ пуляций, многих проблем психологии, прикладной биологии, напри­ мер биологии рыб, при исследовании вопросов, встающих в совре­ менной химии, биохимии, геоморфологии и т. д.14

«Общая теории систем» Л. фон Берталанфи

Впервые основные идеи «общей теории систем» были изложены Л. фон Берталанфи в лекциях, прочитанных в 1937-1938 гг. в Чикаг­ ском университете15, а первые публикации по этому поводу относят­ ся только к послевоенному периоду — к 1947-1950 гг.16

Причину этой задержки сам Берталанфи объяснял неподходящим интеллектуальным климатом, господствовавшим в науке в 30-е годы, прежде всего неприязнью к теоретическим построениям, к обобщен­ ному анализу объектов. Ситуация резко изменилась в ходе и особен­ но после Второй мировой войны, когда «общая теория систем» была благосклонно принята научной общественностью17.

Концепция «общей теории систем» возникла у Берталанфи как обобщение принципов теории открытых систем. Модели, применяе­ мые в теории открытых систем, а также используемый для их пост­ роения аппарат, давали возможность анализировать — уже в момент создания теории — не только биологические объекты, но и явления физической химии, психологии, социологии и некоторых других дис­ циплин. Развитие теории открытых систем в 30-40-е годы обнаружи­ ло дополнительные свидетельства в пользу обобщенного характера ее моделей и аппарата. Возникла необходимость осознанного и раз­ вернутого изложения этой общности.

По замыслу Берталанфи, «общая теория систем» представляет собой выражение существенных изменений в понятийной картине мира, которые принес с собой XX в. При этом он опирается на У. Уи­ вера18, различавшего три этапа развития предметов научного анали­

за: на первом рассматривалась организованная простота (мир клас­ сической механики), на втором — неорганизованная сложность (мир классической статистической физики), на третьем, в который вступи­ ла наука XX в., — организованная сложность.

Выдвижение организованной сложности, организации систем

в качестве предмета исследования повлекло за собой постановку но­ вой познавательной задачи. Построение теории организации требу­ ет, согласно Берталанфи, решения проблем со многими переменны­ ми, что означает необходимость введения новых понятийных средств. Характерное для XIX в. стремление свести все уровни реальности к физическому сменилось пониманием мира как множества разно­ родных сфер реальности, хотя и теснейшим образом связанных друг с другом, но не сводимых друг к другу. Наконец, в противоположность

редукционизму возникла идея построения единой науки на пути перспективизма. Эта концепция исходит из факта глубокой дифферен­ циации современного научного знания и невозможности построения унифицированной науки на основе физики19. В основании перспективизма лежит мысль о том, что общие категории мышления сходны

всамых различных отраслях современной науки; отсюда возникает возможность построить единую науку на базе изоморфизма законов

вее различных областях. Это означает, что можно говорить о струк­

турном сходстве теоретических моделей, которые применяются в различных научных дисциплинах.

Таким образом, основными задачами «общей теории систем» Л. фон Берталанфи являются: 1) формулирование общих принципов и законов систем независимо от их специального вида, природы со­ ставляющих их элементов и отношений между ними; 2) установление путем анализа биологических, социальных и бихевиоральных объек­ тов как систем особого типа точных и строгих законов в нефизичес­ ких областях знания; 3) создание основы для синтеза современного научного знания в результате выявления изоморфизма законов, от­ носящихся к различным сферам реальности20.

Рассмотрим теперь пути решения задач «общей теории систем»21. Исходным здесь является понимание системы как комплекса взаимо­ действующих элементов рь рг,..., Рп, которые характеризуются коли­ чественными мерами Oi, Ог,..., OnВзаимодействие между элемен­ тами означает, что между ними имеет место некоторое отношение Я/. Понимаемая таким образом система может быть описана с помощью дифференциальных уравнений.

В простейшем случае система описывается семейством диффе­ ренциальных уравнений:

dQj/ dt = fj (QI ,Q2,---, Qn) t ^ O', i = 1, 2, ..., n.

При этом абстрагируются от реальных пространственных и вре­ менных условий в системе и возможной зависимости актуального функционирования системы от ее предшествующей истории.

Если в системе в некоторое время t прекращаются все изменения, то f1=f2=...=fn=0; это означает, что в качестве решения указанной си­ стемы дифференциальных уравнений выступают константы и что си­ стема достигла стационарного состояния.

В каждой системе, которая движется в направлении к стационар­ ному состоянию, актуальные изменения могут описываться как от­ клонения от ожидаемого состояния равновесия, к которому система стремится (свойство эквифинальности).

Для характеристики и описания систем Берталанфи использует также следующие формальные системные свойства.

Целостность — изменение любого элемента оказывает воздейст­ вие на все другие элементы системы и ведет к изменению всей сис­ темы, и, наоборот, изменение любого элемента зависит от всех дру­ гих 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 слу­ чае равно нулю).

Механизация — процесс перехода системы от состояния целост­ ности к состоянию суммативности. При этом коэффициенты взаимо­ действия каждого отдельного элемента системы уменьшаются и при t — °о приближаются к нулю.

Централизация — процесс увеличения коэффициентов взаимо­ действия у части или отдельного элемента системы. В результате не­ значительные изменения этой части (ведущая часть системы) приво­ дят к существенным изменениям всей системы.

Иерархическая организация системы — отдельные элементы си­ стемы представляют собой системы низшего порядка и (или) рас­ сматриваемая система выступает в качестве элемента системы бо­ лее высокого порядка.

Приведенные определения и способы описания систем дают воз­ можность ввести понятия закрытой и открытой систем. Вполне ес­ тественно, что эти понятия в рамках «общей теории систем» исполь­ зуются в том значении, которое им придано в теории открытых си­ стем.

Следует подчеркнуть, что различие между закрытыми и открыты­ ми системами относительно. Так, организм является типичным при­ мером открытой системы, однако организм совместно с соответст­ вующей ему средой может рассматриваться как закрытая система.

Внастоящее время детально разработанной теории термодина­ мических свойств открытых систем и состояний подвижного равно­ весия еще не создано. Однако имеющиеся представления на этот счет достаточны для формулирования ряда закономерностей откры­ тых систем и нахождения изоморфизма законов, управляющих пове­ дением таких систем в разных областях реальности.

Врамках «общей теории систем» обобщенные принципы кинети­ ки применяются в равной мере к популяциям молекул и биологичес­ ких организмов, т. е. к физико-химическим и экологическим систе­ мам; уравнения диффузии, сформулированные в физической химии, используются также в социологии для анализа процесса распростра­ нения слухов. Другими примерами изоморфизмов являются аллометрический анализ биологических и социальных систем, применение понятия подвижного равновесия и моделей статистической механи­ ки к транспортным потокам22.

Одной из важных проблем «общей теории систем» является клас­ сификация систем. Акцентируя свое внимание главным образом на

открытых системах, Берталанфи предложил различать следующие типы систем:

1)системы, основанные на динамическом взаимодействии час­ тей (эквифинальные системы);

2)системы, в основании которых лежит схема обратной связи;

3)системы типа гомеостата У. Росс Эшби23.

По Берталанфи, задачей «общей теории систем» является иссле­ дование общих законов организации закрытых и открытых систем, а кибернетическая схема обратной связи характеризует только опре­ деленный вид открытых систем. «Обратная связь, — пишет он, — ба­ зируется на круговой причинной цепи и механизмах, управляемых по­ средством информации, фиксирующей отклонение от состояния, ко­ торого нужно достичь, или от цели, которой нужно добиться»24.