Принципы существования сложных систем

Предметом рассмотрения в данном пункте будут сложные системы, которые обладают рядом признаков, которые существенно отличают их от других систем. Предварительно, напомним ряд определений,

Системой называется объект любой природы (либо совокупность взаимодействующих объектов любой, в том числе различной природы), обладающий выраженным «системным» свойством (свойствами), т.е. свойством, которого не имеет ни одна из частей системы при любом способе членения и не выводимым из свойств частей [15,23,32,40,42,55,58].

Подсистемой называются части системы, имеющие аналогичные свойства.

Надсистемой или системой более высокого порядка (2-го, 3-го и т.д.) называется объединение нескольких систем, обладающее системным свойством.

Элементом системы является объект (часть системы) с однозначно определенными известными свойствами.

Система (подсистема, элемент) имеет входы и выходы.

Входом называется дискретное или непрерывное множество «контактов», через которые воздействие среды передается системе.

Выход – множество контактов, через которые система воздействует на среду.

Любой элемент системы имеет, по крайней мере, один выход и один вход.

Воздействие внешней среды на систему может состоять в передаче вещества, энергии, информации или комбинации этих компонентов.

Соответственно будем говорить о вещественном, энергетическом, информационном обмене между системой и средой метаболизме.

Таким образом, понятие «элемент», «подсистема», «система», «надсистема» взаимно преобразуемы: система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка, а элемент – как система (при углубленном анализе); отношение к системе определяется не только ее содержанием, но и точкой зрения, позицией, задачей исследователя.

В практике нередко применяется термин «большая» система. Под большой (крупномасштабной) системой будем понимать систему, число подсистем которой очень велико, а состав разнороден.

Среда есть окружение, с которым система взаимодействует.

Взаимодействующие со средой системы называются «открытыми». «Закрытые» («замкнутые») системы среды не имеют. Средой для одной из подсистем системы могут служить остальные подсистемы или часть из них, а также другие «сторонние» системы. Среда – тоже система.

Определение 1.55. Состояние системыесть упорядоченная совокупность значений параметров, внутренних и внешних, определяющих ход процессов, происходящих в системе. Множество состояний системы может быть конечным, счетным или континуальным.

Определение 1.56. Поведение системы есть развернутая во времени последовательность реакций системы на внешнее воздействие.

Детерминированные системы назовем S ₁–системами, стохастические – S ₂–системами, хаотические – S ₃–системами; сложные системами будем называть S ₀–системами.

Новые определения будем вводить по мере надобности.

Сложные системы обладают особыми свойствами.

· Уникальность: каждая система этого класса не имеет полных аналогов поведения, во всяком случае, аналоги настолько редки, что с их наличием в исследованиях и практике можно не считаться.

· Слабопредсказуемость: никакое, сколь угодно подробное знание морфологии и функций элементов (подсистем) не позволяет определить функций объекта, никакое, сколь угодно подробное и точное знание поведения объекта на интервале (-Т, 0) не позволяет точно предсказать его поведение на интервале (0, Т).

· Негэнтропийность или целенаправленность; система в состоянии (в определенных пределах) управлять своей энтропией (уменьшать ее, сохранять, тормозить увеличение) при случайном и неблагоприятном воздействии среды или (и) способна осуществлять поведение, преследующее достижение определенной цели.

Одной из важнейших общесистемных закономерностей является закономерность возрастания и убывания энтропии или негэнтропии в открытой системе. Эту закономерность иначе можно рассматривать как закономерность энтропийного динамического равновесия. Она определяет состояние беспорядка и порядка организованности и дезорганизованности систем различной природы. При прогрессивном развитии системы в ней больше и быстрее увеличивается негэнтропия, а энтропия соответственно быстрее уменьшается, чем растет. При деструктивном развитии рост энтропии превышает рост негэнтропии. В любой системе негэнтропия, как связанная информация в системе, нейтрализует (компенсирует) часть энтропии системы и повышает ее упорядоченность.

Указанная закономерность действует в любой системе, в которой приемлемо использование понятия вероятности событий, с которым связано определение самой энтропии. Окружающий нас мир состоит из систем с различными степенями открытости ( – степень открытости), которая может меняться от нуля до некоторого максимального значения () [58]. Степень открытости системы определяется интенсивностью ее связи с внешней средой. Как правило, чем ближе система к естественной, тем сильнее она связана со средой. Исходя из второго начала термодинамики, в полностью закрытой (замкнутой) системе любой природы (), в которой отсутствует какой-либо взаимообмен энергией, информацией, веществом с другой системой или окружающей средой, с течением времени происходит увеличение энтропии (беспорядка, хаоса).

Поэтому в полностью закрытой системе различной природы действует только закон возрастания энтропии.

В полностью открытой системе () осуществляется максимальный взаимообмен обмен энергией, информацией, веществом с окружающей средой или с другими системами, и если окружающая среда или другие системы неагрессивны, происходит рост упорядоченности, организованности, или самоорганизации системы.

В полностью открытой системе, если окружающая среда неагрессивна, действует только закон убывания энтропии.

Однако в реальной жизни не существует полностью открытых или полностью закрытых систем, поэтому процессы в таких системах сопровождаются как ростом, так и уменьшением энтропии. Если процессы роста и уменьшения компенсируют друг друга возникает критический уровень организации системы или критическая точка стабильного, но критического энтропийного равновесия. Если уменьшение энтропии превышает ее рост, система стремится к более высокой организации. В противном случае, система стремится к дезорганизации и разрушению.

Итак, сложные системы обладают свойствами уникальности, слабопредсказуемости и негэнтропийности (целенаправленности). Свойство уникальности является внешним по отношению к системе и влияет на отношение к ней исследователя (пользователя). Свойство негэнтропийности (целенаправленности) является внутренним, труднораспознаваемым и не всегда доступным пониманию исследователя, особенно на относительно коротком (по сравнению с временем существования системы) интервале времени.

Для исследователя (пользователя) на первый план выступает свойство слабой предсказуемости поведения, которое, в сущности, и является практическим признаком сложной системы, остальные же свойства могут быть выявлены только в процессе исследования, т.е. при условии, что исследование их обнаружит.

Сложные системы могут иметь различную природу. Это и «чисто физические» термодинамические неравновесные необратимые системы (вулкан, солнце), и технические системы (производство), и биологические системы (клетка, живое существо, экологический комплекс), и общественные системы различного уровня (человек, отрасль промышленности, экономика страны). Можно ли предположить, что столь различные объекты основаны на одинаковых принципах? Прежде чем искать обобщенные законы, необходимо изучить законы, действующие в конкретных системах – иначе нечего обобщать. Но это как раз и невозможно, поскольку сложные системы уникальны и каждый раз исследователю приходится иметь дело с новым объектом.

По принятым правилам закон должен выражать устойчивые, имманентные причинно-следственные связи между объектами, процессами и величинами. Ввиду различного понятийного аппарата, используемого для описания систем различной природы, найти такие всеобщие связи, которые охватывали бы все сложные системы и в то же время допускали конкретизацию, не удается. Понятие принципа является более широким и в данном случае более подходящим. Поэтому мы будем искать единые принципы существования и действия сложных систем.

Дата добавления: 2015-04-30