Системный подход: понятие, принципы, тезисы

Методический подход. Системный метод принято считать одним из величайших вкладов двадцатого века в научную мысль. Как и предсказывал австрийский биолог Людвиг фон Берталанфи, опубликовавший первые научные работы с идеями системной методологии, синтетическая теория эволюции человека (также известная как системная антропология) стала одной из главных идей науки ХХ века, основанной на анализе данных. С середины этого века понятие «система» (от греческого systema — целое) стало одним из ключевых философских, методологических и научных понятий в современной научной мысли.

Системный метод и системный подход к изучению окружающей нас среды основаны на идее, что изучаемый предмет, явление или процесс можно рассматривать как единое целое. Благодаря эффекту целостности своих частей (элементов) система приобретает новые свойства, которые называют эмерджентными или интегративными.

Системный подход к решению проблем должен был появиться потому, что развитие современной цивилизации можно рассматривать как процесс постановки и решения все более сложных проблем. С самого начала развития науки компоненты системного подхода использовались в неявном виде. Однако 1940-е годы часто упоминаются как десятилетие, когда впервые появился системный метод.

В одной из своих работ Берталанфи сказал: «Конечно, системы исследовались на протяжении многих веков. Но это исследование теперь включает в себя нечто новое». Как пишет исследователь Грегори Беркананджи (Бертранс) на своем сайте, отмечая то же исследование, «тенденция изучать систему как целое или как совокупность частей соответствует тенденции современной науки не изолировать изучаемые явления от внешнего мира.» «Мы работаем над проектом, который является наиболее всеобъемлющей попыткой синтеза научных знаний на сегодняшний день».

Важнейшим этапом в развитии как естествознания, так и науки в целом стал системный метод. Системный подход развился в результате исследования свойств и аспектов конкретных научных объектов. Дисциплинарный подход, при котором каждая наука концентрировалась на изучении своего специфического подмножества проблем, сменился междисциплинарным с помощью системного подхода. Первый позволил более глубоко изучить закономерности, присутствующие в самых разных явлениях.

Неосознанное единство научного знания породило системный подход, а поскольку он уже сложился, системная наука смогла осмыслить это единство. Можно сказать, что системный характер знания определяет его единство. Выявление взаимосвязей между различными науками, возникновение новых дисциплин на пересечении старых, появление междисциплинарных областей исследования — все это примеры систематизации.

Однако следует отметить, что законы более сложных систем и форм движения не могут быть полностью сведены к законам менее простых. Ньютон использовал сведение законов движения небесных тел к законам земной механики.

В результате широкого распространения системного метода возникло множество новых идей, имеющих мировоззренческий характер. На смену позитивистской философии, которая делала большой акцент на анализе и редукции, пришел системный подход. Он представляет собой форму научного синтеза или антиредукционизма, и его лидеры возвели его в статус новой научной концепции. На самом деле, это попытка решить одну из извечных философских головоломок: Что более значимо — часть или целое? Можно утверждать, что попытки постичь целое через рассмотрение его составных частей тщетны, поскольку они игнорируют синтез. Однако даже попытки утвердить важность целого по сравнению с частью наталкиваются на обоснованные возражения, главным из которых является тот факт, что целое все равно является результатом своих частей.

Холизм — это школа мысли, которая утверждает, что целое не только более значимо, чем сумма его частей, но и возникает раньше всех остальных вещей. Но это не более чем простой редукционизм. Систематический подход избегает этих крайностей и исходит из того, что система не является результатом какого-то мистического процесса или мистических причин. Лучше всего изучать части и целое в сочетании друг с другом, а не в противопоставлении друг другу.

Понятие системы имеет множество определений.

Объективное единство связанных между собой элементов, предметов и явлений называется системой;

Система — это совокупность объектов, связанных связями между объектами и их свойствами;

Система состоит из различных связанных компонентов, работающих вместе для достижения одной цели.

Системная совокупность: Группа элементов, которые являются

Разные ученые приписывали системам определенный набор характеристик для того, чтобы определить это понятие. Л. фон Берталанфи дал самое простое объяснение: «Система — это комплекс взаимодействующих элементов». Как мы видим, это определение учитывает только две характеристики: 1) что система состоит из множества элементов; и 2) что эти элементы взаимодействуют друг с другом. В других определениях система имеет больше отличительных характеристик, в них чаще встречаются такие признаки, как наличие эмерджентных свойств и цель (целесообразность). Обобщая существующие формулировки, можно дать следующее определение:

Система состоит из ряда взаимосвязанных (эмерджентных) компонентов.

Следует отметить, что очень сложно определить разницу между системой и совокупностью элементов (эти объекты иногда называют простыми агрегатами или совокупностями). Некоторые люди придерживаются мнения, что такое широкое понятие не может иметь логического определения (без примеров), то есть оно не может быть логически определено через другие понятия.

Нет необходимости определять, является ли конкретный объект системой или нет. Более принципиальным является вопрос о том, стоит ли использовать системный метод исследования в конкретном исследовании. Более очевидно, что по мере его решения целесообразность применения системного подхода возрастает:

сложности объекта исследования

сложности задачи исследования;

критерии точности результатов исследования

Риски, связанные с неверными выводами исследования.

Система состоит из огромного количества систем, которые можно классифицировать по многим различным факторам.

Все системы можно классифицировать как идеальные или материальные в зависимости от природы объекта (эти системы также называют абстрактными или концептуально-материальными). Естественные (органические и органические) материальные системы отделены от искусственных и социальных систем. Существуют системы смешанного типа.

Классификации материальных систем включают физико-химические, биологические, геологические и экологические. Человек создает абстрактные системы (схемы, таблицы), теории или планы в попытке понять и осмыслить характеристики окружающего нас мира. Эти системы являются идеальными в философском смысле, поскольку они представляют собой реальные материальные системы, объективно существующие в обществе и природе. Периодическая система Д. И. Менделеева периодическая система элементов, также известная как «Синтетическая», является известной иллюстрацией абстрактной системы.

В соответствии с классом систем выделяются подклассы. В частности, закон всемирного тяготения — это все, что необходимо для понимания движения планет в Солнечной системе и физических систем, составляющих Вселенную. Системы, включающие электроны, электромагнитные поля и другие явления, можно разделить на механические или электрические системы.

Системы могут быть статичными или динамичными с точки зрения пространственных аспектов. Это деление, как и все другие, в некотором роде условно по своей природе. Однако динамические системы необходимы и могут рассматриваться как статические. Систему следует считать статичной, если ее характеристики или поведение не меняются с течением времени (динамика).

Динамические системы можно разделить на детерминированные и стохастические (вероятностные, вероятностно-статистические). Состояние и поведение детерминированной системы может быть предсказано с достаточной точностью, а влияние имеющихся случайных факторов на их динамику может быть пренебрежимо мало. В стохастических системах, напротив, преобладают случайные факторы и процессы, что позволяет делать лишь вероятностные прогнозы их поведения.

Открытые, закрытые и нейтральные категории используются для описания открытого и изолированного материального мира. Этот стиль классификации имеет условный характер. Закрытые системы — это абстракция, которая была введена в классической термодинамике и сейчас является общепринятой концепцией. В действительности все системы открыты для внешней среды, поскольку они обмениваются с ней энергией или веществом. Особенно важен тип энергообмена между открытой системой и окружающей средой, который определяет потенциал ее развития.

Сложность системы является ключевым компонентом классификации. Производственные объекты и производственные (технологические) процессы являются двумя примерами сложных систем. Различие между простыми и сложными системами основано на количестве переменных, или количестве информации, необходимой для описания данной системы, или количестве информации, необходимой для понимания устройств, используемых в этих процессах в данный момент времени: количество не менее трех единиц для каждого вида деятельности человека в данный момент времени, с учетом всех потенциальных эффектов его работы на функционирование системы, может составлять менее одного процента от общего объема производства предприятия. Можно рассчитать положение любой планеты в Солнечной системе (или любого другого известного небесного тела), но очень трудно составить прогноз погоды на завтра, потому что существует так много переменных, влияющих на поведение сложных систем, включая метеорологов и даже людей, с которыми они работают.

Состояние системы является существенной характеристикой (в конкретный момент времени). Каждый объект имеет набор существенных переменных и параметров, которые должны быть известны на момент описания. Различают равновесные и неравновесные состояния. Равновесные состояния систем (и сами системы) могут иметь как устойчивые, так и неустойчивые состояния. Способность системы восстанавливать равновесие после устранения внешних воздействий, которые привели систему в неустойчивое состояние, обычно называют ее устойчивостью.

В математике системы можно классифицировать как линейные или нелинейные. Принцип суперпозиции действителен для линейных систем, свойства которых (как правило) описываются алгебраическими или дифференциальными уравнениями.

В зависимости от размера системы можно разделить на малые (небольшие) и большие категории, но каждая категория может быть изучена отдельно.

Системы можно разделить на целенаправленные и нецеленаправленные в зависимости от их целей и намеренного поведения. Все искусственные системы имеют цель, что ясно из их названия и функции. Сложные системы одновременно выполняют множество функций, в том числе являются многоцелевыми и многофункциональными. В природных системах ситуация сложнее. Какую функцию в мире выполняют жук, дерево и трава? Из положительного ответа на этот вопрос логически вытекает предположение, что мир был создан Богом или управляется неким Мировым Разумом. Несмотря на то, что когда-то это было преобладающим мнением, для некоторых людей оно остается верным и сегодня.

Организация и устройство систем. среда и система. Крупные блоки входят в систему и выполняют определенную функцию. Кости, суставы и пищеварительные органы являются частью сложной системы человеческого тела. Хотя они обладают некоторой автономией, эти компоненты технически могут быть классифицированы как подсистемы, поскольку все они не могут функционировать отдельно.

Каждая подсистема сама состоит из множества частей, некоторые из которых можно идентифицировать. Термин «элемент» может быть использован для обозначения любой части системы, даже самых маленьких «частей». Отметим, что любой компонент или элемент, составляющий системное целое, является системой, чтобы подчеркнуть терминологические трудности, возникающие при описании структуры обобщенной системы (системы).

Структура системы рассматривается как совокупность тех конкретных связей и взаимодействий, которые придают ее составным частям новые целостные качества. С увеличением сложности изучаемых систем возрастает и потребность в использовании таких понятий, как структура (или организация). В самом широком смысле она означает, что система состоит из совокупности узлов (связей) или блоков.

Уточним, что существуют и другие возможные структуры, кроме той, которая встречается в той или иной системе. Однако если структура системы не идеальна, то есть не создает идеальных условий для ее роста и функционирования, то рано или поздно такая система исчезнет, освободив место для других, более идеальных систем. Социально-технические системы включают в себя не только технологические (проблемы, связанные со структурированием таких систем, решает сама Природа).

Системы, построенные по принципу иерархии, подразумевают, что каждый уровень структуры системы подчинен более высокому. Эту идею можно понять, взглянув на такую систему, как армия. В своей самой простой форме отряд, взвод или рота — это иерархия. Кроме того, большинство социальных систем иерархичны. Простые структуры материальных объектов демонстрируют иерархию. Они состоят из атомов, молекул и кристаллов.

Компоненты окружающей нас среды, ее явления и объекты — все это отдельные природные системы. Каждая система содержит меньшую систему или группу систем, которые работают одновременно и взаимодействуют друг с другом. Системный метод предполагает определение границ исследуемой системы и выявление систем ОС, с которыми система взаимодействует наиболее часто. На функционирование и эволюцию любой системы существенно влияет окружающая среда, хотя точный характер этого влияния может быть различным.

Внешние связи между системой и ОС могут принимать различные формы, включая прямые, опосредованные и существенные связи. Они могут быть «обратно-прямыми», или как прямыми, так и косвенными. Это также сильные прямые связи между программными элементами для создания приложений к ним через интерфейсы устройств управления системой с помощью жестов рукопожатия внутри приложения или через взаимодействие с человеческим окружением при работе системы Windows. Система имеет обратные связи, если она способна реагировать. Они влияют на поведение систем в исключительно большом количестве, начиная от распределения энергии по цепям и заканчивая самоорганизацией в процессе эволюции.

Обратная связь может быть благоприятной или неблагоприятной. Отрицательная обратная связь ослабляет влияние внешнего воздействия на состояние или поведение системы, тогда как положительная обратная связь усиливает его. Система стабилизируется и удерживается в равновесии благодаря неотрицательной обратной связи, которая также останавливает развитие системы. Отрицательная обратная связь, с другой стороны, вызывает расшатывание системы при наличии положительной обратной связи.

Согласно современным представлениям, три организационных уровня материального мира — неживая природа, живые существа и общество — относятся к одному и тому же процессу развития. Эти три уровня являются звеньями одной цепи в глобальном мировом эволюционном процессе, поэтому описание эволюционных процессов требует разработки общего языка (общей терминологии).

С одной стороны, идея глобального эволюционизма представляет собой глобальную перспективу.

Неравномерность роста мира и его различных систем является одной из глобальных закономерностей, поскольку любая система неизменно перестает быть линейной, когда изменения в ее состоянии или поведении малы. С другой стороны, закон перехода количественных изменений в качественные, один из фундаментальных законов диалектики, проявляется в неравномерном развитии систем.

В знаменитой книге «Феномен человека», написанной французским палеонтологом Пуйяром де Шарденом, который одновременно был католическим священником и теологом, весной 1946 года эта закономерность была сформулирована следующим образом: «Во всех областях, где достаточно выросла какая-то величина или произошла эволюция человеческих видов и состояний природы. Плоскость достигает точки, когда кривая меняет курс. Единственный способ представить или постичь «первый момент» — через критические точки изменения состояний — ступени наклонной линии (косой линии), различные виды скачков в ходе развития. Когда устойчивое состояние разрушается, а жидкость закипает, вспышка интуитивной активности освещает нагромождение фактов.

Второй важнейший закон, который поддерживается идеей глобального эволюционизма, заключается в том, что мир в целом и его составные части должны развиваться таким образом, чтобы укреплять свою структуру. Развитие и эволюция — это направленные процессы. По сути, количество (разнообразие) различных организационных форм также непрерывно растет, увеличивая постоянную сложность организационных структур и форм. Проявление направленности развития живых организмов можно увидеть на более тонком уровне эволюции, но также очевидно, что эта закономерность существует и на социально-экономическом уровне.

Постоянное ускорение темпов эволюции — еще одна закономерность эволюционных процессов, которую нельзя игнорировать. Усложнение и расширение разнообразия организационных форм материи привели к развитию этой закономерности. Из-за этого социальные изменения происходят очень быстро, а скорость эволюции живых существ намного выше, чем неживых.

Любые новые образования должны обладать лучшей способностью поглощать эту энергию в процессе самоорганизации материи. Более совершенные и сложные системы служат катализатором дальнейшего развития. Благодаря своей способности поглощать, использовать и преобразовывать энергию космоса (в первую очередь Солнца) живая материя на Земле многократно ускорила все процессы своей эволюции. Эффективность живой материи как катализатора глобального развития демонстрируется на примере сравнения Земли и Луны.

Появление человека, носителя Разума, который вновь ускорил все процессы на планете, также запечатлено в грандиозной картине планетарного развития Земли. Другим мощным катализатором глобального развития стала природа.

Механизмы эволюции систем и переменные, влияющие на развитие эволюционных процессов. До публикации в 1859 году знаменитой работы Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» Ж. Кювье. До публикации в 1859 году знаменитой книги Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» Ж. Кювье доминирующей теорией катастрофизма была идея о том, что животные и растения умирают от голода или болезней. Идея о том, что различные катаклизмы оказали значительное влияние на эволюцию нашей планеты и человеческой жизни, является основой концепции катастрофизма. Однако эволюционная теория о том, как развивалась жизнь на Земле, оказалась настолько убедительной, что быстро получила широкое признание.

Сегодня существует больше эмпирических данных, подтверждающих влияние катастроф на эволюцию жизни в Солнечной системе. В частности, доказано, что радиационный фон повышался на более или менее регулярной основе. Вымирание динозавров было вызвано этим столкновением. Около 251 миллиона лет назад произошла вторая глобальная катастрофа, совпавшая с Великим видовым вымиранием, во время которого исчезло до 90% всех известных форм жизни на Земле. Подтверждением этому служит обнаружение в различных регионах мира сплавов железа с неестественным составом. Суша Земли и Земля до столкновения были одним суперконтинентом. По мере изменения условий для жизни на Земле усиливался мутагенез, что в конечном итоге привело к быстрому вымиранию одних видов и появлению других.

Однако следует отметить, что эволюционизм — другая теория развития систем — был разработан задолго до Дарвина. Немецкий философ И. Кант в середине XVIII века выдвинул теорию происхождения и эволюции тел Солнечной системы, что стало началом эволюции от отрицавшей ее ньютоновской парадигмы. Аналогичная космогоническая гипотеза была выдвинута в конце XIX века П. Лапласом и Ж. В начале 1930-х годов шотландский ученый К. Лайель составил эволюционную геологию, которая представляла собой историю постепенных и непрерывных изменений земной коры и поверхности Земли. Это была первая всеобъемлющая теория эволюции живой природы, разработанная Б. Ламарком.

Современные теории утверждают, что катастрофизм и эволюционизм — взаимозаменяемые термины. Первая категория состоит из так называемых адаптивных механизмов, которые позволяют системе развиваться, лучше приспосабливаясь к изменяющимся условиям окружающей среды. Крайне важно, что такие эволюционные механизмы существуют вне технологий и живой природы.

Способность предсказывать, как будут развиваться события (с определенной степенью точности), является ключевой характеристикой адаптации. Без такого предвидения было бы невозможно проводить биологические исследования и селекционную работу по созданию новых пород растений или животных. Никакие внешние возмущения или внутренние изменения не могут заставить систему отклониться от своего курса развития, пока она делает это в рамках механизма адаптации. Система может считаться адаптивной, если внешние возмущения не способны сдвинуть ее за пределы определенного коридора (который достаточно близок и реален в перспективе). Границы эволюционных каналов в неживой природе устанавливаются законами физики, химии и т.д. развитие социальных (общественных) систем также регулируется своими объективными законами: экономикой, биологией, естественным отбором.

Эволюционирующие системы изменяют свои характеристики в процессе адаптации, например, при появлении рефлексов. Любая система может отклониться от равновесия в процессе эволюции, но в первую очередь за это отвечают отрицательные обратные связи. Обратите внимание, что для управления эволюцией системы в рамках адаптивного механизма используется только «текущая» информация об изменениях окружающей среды.

Любая система, которая разрабатывается в рамках механизма адаптации, имеет своей главной целью стабильность этой системы. Это совершенно невозможно в системах, стабильность которых доведена до предела. Наш мир был бы совершенно неинтересен, если бы в нем действовали только адаптивные механизмы эволюции. Возможно, природа способна на большее, чем просто адаптивные механизмы.

Механизм бифуркации — это еще один механизм эволюции. На эволюцию любой системы влияет множество случайных факторов (возмущений), которые со временем изменяют параметры системы. Вне конкретного эволюционно-исторического канала эти возмущения имеют тенденцию уводить систему от равновесия, но до тех пор, пока работает механизм эволюционной адаптации и присутствуют отрицательные обратные связи, они поддерживают систему вблизи равновесия. Очень важно подчеркнуть значение этих незначительных возмущений (флуктуаций) как начальных катализаторов любых дополнительных изменений. Без них параметры системы не изменились бы.

Точка бифуркации — это группа критических значений параметров системы, при которых изменение состояния системы является осуществимым. Любая система в процессе развития механизма адаптации в конечном итоге достигает критической точки (критического значения параметров). В этом случае система испытывает сильные колебания, поскольку отрицательные обратные связи уже не в состоянии стабилизировать систему.

Скачкообразное прохождение системы через критическую точку (бифуркационный сдвиг) приводит или вызывает резкое качественное изменение физической структуры и процессов функционирования системы. Очень важно, чтобы флуктуации параметров системы были неслучайными в силу случайного характера возмущений (даже тех, которые оказывают очень слабое влияние на систему). Вариации эволюционных процессов также играют значительную роль в выборе состояния системы в критические моменты ее развития. Следует отметить, что система «забывает свое прошлое» во время однократного, необратимого бифуркационного перехода назад. При достижении определенной критической скорости потока бифуркационный механизм эволюции переходит от ламинарного течения жидкости к турбулентному.

Развитие любой системы можно разделить на две отдельные фазы: фазу плавной эволюции, после которой параметры быстро меняются и ход которой достаточно предсказуем и детерминирован (детерминистичен). В первой фазе изменения происходят случайным образом, а следующая за ней фаза плавной эволюции продолжается без остановки до следующего скачка в новой точке бифуркации.

Давайте подумаем о нескольких пороговых состояниях, при переходе через которые происходит резкое качественное изменение протекающих процессов или организационных структур. Законы механики гласят, что переход системы в новое состояние неоднозначен, то есть для дальнейшего развития структуры существует множество возможных структур. По определению невозможно предугадать, что произойдет с той или иной структурой в будущем. Существует множество эволюционных путей, которые разветвляются в критической точке, но обратного пути нет, поскольку переход через пороговое состояние носит вероятностный характер.

Как процессы на уровне живой материи, так и процессы в обществе имеют в качестве фундаментального компонента пороговые состояния. Проявления этих качеств гораздо более сложны в обществах с высоким уровнем развития и развитым интеллектом. Впрочем, все вышесказанное относится к любым развивающимся системам.

Поэтому развитие — это не игра случая, оно направлено на постоянное усложнение организации, будь то через простые соображения или глобальный единый цикл мирового процесса. Любое развитие — это результат взаимодействия субъективной стохастичности, или случайных факторов на будущий ход событий, с не менее объективной необходимостью (жесткими законами, определяющими процесс развития в рамках адаптации). Правда в том, что необходимость не исключает случайности и устанавливает потенциал развития в соответствии с естественными законами.

Все три уровня организации материи (звенья одной цепи) — неживая природа, живая материя и общество — охвачены единым процессом развития. Для описания эволюционных процессов в обеих этих трех сферах необходим общий язык. Дарвиновская триада — изменчивость, отбор и бифуркация — также использовалась в качестве ключевых слов для описания процессов развития на разных стадиях, в дополнение к уже упомянутым адаптации и бифуркации. Для достижения этой цели необходимо расширить дарвиновское описание процесса эволюции видов.

Любое проявление случайности и неопределенности следует рассматривать как форму вариативности в самом широком смысле этого слова (хотя случайность и неопределенность — не одно и то же). Как уже было сказано, стохастичность — это объективный факт. Кроме того, изменчивость, т.е. в движении материи случайность и неопределенность возникают в силу необходимости. Турбулентное движение — хорошо известный пример. Случайность и неопределенность не являются самодостаточной случайностью или непредсказуемостью. Поскольку типичные характеристики процесса достаточно стабильны, можно упорядочить кажущееся хаотичным движение жидкости или газа. Движения планет, которые мы можем наблюдать, включая их орбиты, представляют собой комбинацию случайных и необходимых движений.

Иногда невозможно точно определить происхождение случайных причин, а тем более их последствия. Поле возможностей, из которого впоследствии возникает многообразие организационных форм, создается именно случайностью. Однако, как это ни парадоксально, эта изменчивость также приводит к исчезновению этих форм.

Когда речь идет о живых существах, слово «наследственность» не используется в его чистом смысле. Однако этот термин можно использовать и для описания способности любой системы опираться на свое прошлое. Составляющие этого фактора часто недооцениваются. Некоторые явления, которые мы считаем случайными, — это то, в чем проявляется фактор изменчивости, или то, в чем проявлялись события, происходившие в прошлом. Из-за стохастичности историческое прошлое не может быть четко определено. Однако, не понимая прошлого, невозможно постичь возможности настоящего.

Отбор — это третий постулат дарвинизма. Внутривидовой отбор имеет очень четкое значение в биологии, согласно строго дарвиновской интерпретации, и относится к выживанию сильнейших. При наличии изменчивости или влияния случайных факторов (в данном случае мутаций) те или иные черты передаются будущим поколениям через наследственные признаки. Однако только определенная часть появившихся новых признаков передается следующему поколению.

Необходимо расширить биологическую трактовку фактора «отбор», чтобы представить себе единую картину глобального эволюционного процесса и его значение в мировом развитии. Самая широкая трактовка заключается в том, что в любой системе из множества возможных (виртуальных, мыслимых) состояний и движений выбирается или пропускается в реальность лишь небольшое подмножество исключительных (исключительных, исключительных).

Со времен Лагранжа мы используем термин «виртуальные движения» в механике для обозначения любых потенциальных действий, которые не обязательно следуют законам физики. Однако на практике мы наблюдаем только те состояния или движения, которые следуют законам Ньютона и другим принципам отбора. Законы сохранения и второй закон термодинамики являются двумя примерами принципов отбора. Из-за этого, а также из-за того, что многие случаи бросают вызов установленным законам естественного отбора.

Каждое фундаментальное правило строится на изложении общего принципа.

По словам бельгийского физика И. Пригожина, этот подход основан на принципе минимума производства энтропии;

L. Оягер, голландский физик, разработал принцип минимального потенциала рассеяния;

Минимизация диссипации энергии (российский академик Н. Моисеев).

Перечисленные принципы по сути являются широкими эмпирическими обобщениями. Все они очень сопоставимы, но не одинаковы. Это некоторые нетривиальные принципы, и именно здесь сходство, в частности, заключается в слове «минус».

Все известные законы являются вариационными и определяют экстремальные значения для некоторого функционала в соответствии с существующими законами. Каждая система имеет множество параметров (каждый из которых является функционалом), даже самых простых. Движение любой системы в этом смысле сводится к нахождению минимального значения каждого из этих функционалов. Такая задача имеет смысл в математическом анализе, если множество этих функционалов упорядочить по значимости.

Функциональность проявляется на уровне неживой материи. Первый набор ограничений — это законы сохранения, которые соблюдаются всегда и могут быть применены только к тем системам, которые им соответствуют. В частности, при соблюдении всех остальных требований, принцип минимальной диссипации энергии играет ключевую роль в формировании устойчивых структур. Т.е. из всех возможных движений или состояний, не бросающих вызов законам физики, выбираются наиболее эффективные и результативные состояния (в частности, концентрирующие состояния материальной субстанции, уменьшающие локальную энтропию за счет концентрации окружающей материальной среды при проявлении в месте движения субстанции).

Наиболее типичной иллюстрацией является кристаллография. В данном случае речь идет о концентрации окружающего вещества, которая является необходимым условием для роста кристалла. Существует известный набор кристаллических структур (286), и равновесная форма каждой из них определяется минимальным количеством потенциальной энергии.

В более широком смысле можно сказать, что разнообразие форм существующей материи значительно меньше, чем разнообразие веществ, используемых во всех естественных процессах.

На уровне живой природы ситуация усложняется в результате сложности самих систем. Правила целеполагания являются дополнением к законам сохранения и другим законам, управляющим неживой материей (на биологическом уровне). Основным ориентиром является необходимость защитить себя, или желание сохранить свой гомеостаз (законов физики и химии самих по себе в этом случае уже недостаточно).

По сути, ни физика, ни химия не имеют набора универсальных законов. У каждого вида есть свои идеальные модели поведения (ранжирование функциональных возможностей), например, у волков мощные ноги и зубы. Летучая мышь может обнаружить ультразвук или темный цвет в темноте; ей не нужно вести себя как хищная мышь, «бегущая по острию ножа», потому что она может использовать свои зрительные или слуховые трубы для наблюдения за происходящим на расстоянии до 30 метров от тела животного. Значимость изменчивости возрастает по мере перехода от микро- к макроуровню.

Фундаментальные законы жизни как сводимы к законам физики, так и несводимы к ним. Диалектика, однако, такова, что с ростом уровня изменчивости растет и скорость эволюции. если бы законы физики применялись ко всем живым существам и они всегда вели себя так, как должны.

Мы можем обсудить идею минимальной потери энергии на уровне живой природы. Процесс метаболизма служит основой для роста живых существ и превращается в черту, общую для всех живых систем.

Поиск компромиссов — вот как работает эволюция в рамках эволюционного процесса: «отыгрывание» баланса между двумя противоположными стремлениями — сохранение своего тела или его части с помощью внешних источников тепла; повышение эффективности использования электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии. Поиск таких компромиссов может происходить и самостоятельно, без помощи разума (Reason).

Выбор оптимальных состояний и путей развития становится еще более сложным на социальном уровне материнской организации. Еще в большей степени, чем на биологическом уровне, в игру вступает субъективный фактор (также известный как фактор изменчивости). Фактор изменчивости проявляется в виде различий в целях, взглядах на ситуацию и методах достижения целей. Кроме того, интеллект получает контроль над тем, как ранжируются социальные функции. Способность отсеивать нежелательные решения является функцией интеллекта.

Наука о сложных системах. Концепции и методы системной методологии, впервые появившиеся во второй половине двадцатого века, быстро развивались в рамках крупных, целенаправленных проектов. Появились новые ученые (системные аналитики), новые научные исследования и новые научные направления. Системные дисциплины, такие как теория операций и экономика принятия решений, впервые появились в экономике с анализом социальных и других сложных процессов. К этой области относятся такие современные науки, как системный анализ и системная инженерия.

Как называется каждая из перечисленных научных специальностей? Наука об управлении текущими системами людей, машин и материалов известна как исследование операций. Целью теории игр является анализ рациональной конкуренции между двумя или более противоборствующими силами для достижения максимального выигрыша или минимального проигрыша. Теория принятия решений (применительно к людям) основана на учете всех возможных исходов данной ситуации, начиная с выбора наиболее рациональных вариантов в рамках человеческих организаций и заканчивая их реализацией в ходе игры между различными группами игроков в соответствии с принципом «одна команда — одна проблема». Системный анализ — это набор методологических инструментов, которые могут быть использованы для подготовки и поддержки принятия решений относительно сложных проблем различного рода (наиболее популярное применение — создание обобщенных моделей). Наука о системной инженерии изучает состав и организацию человеко-машинных систем.

Однако все эти области являются лишь приложениями теории систем. Общая теория систем, которая изучает наиболее фундаментальные характеристики системы и может быть использована для анализа природных или технологических процессов, считается вершиной развития системного подхода. Л. фон Берталанфи был первым, кто разработал такую общую теорию систем, и он сформулировал ее цели следующим образом: «Предметом этой науки является установление и выведение принципов «систем» вообще», — сказал он на пресс-конференции перед научным советом директоров Института проблем управления РАН во Франции 20 июня 2020 года, после того как его председатель Леонид Беркананфи написал статью о создании Если мы поставим такую задачу и дадим соответствующее определение термину «системы», то обнаружим, что обобщенные системы имеют модели или принципы, независимо от конкретного типа системы.

Конечно, предполагать, что существует универсальная теория, объясняющая специфические характеристики любого объекта, было бы наивно. Однако разработка такой теории также требует отстранения от любых уникальных характеристик конкретных систем. Применение системных идей и принципов поможет вам понять, как функционируют конкретные системы.

Появление кибернетики, общей теории управления, которая может быть применена к любой управляемой системе, стало одним из важнейших шагов в развитии системного метода. И инженерия, и биология содержали компоненты различных теорий управления, но потребовалось развитие единой междисциплинарной стратегии, чтобы мы смогли выявить наиболее распространенные закономерности управления сложными системами.

Математика, инженерия и нейрофизиология объединились в область кибернетики, которая определяется как «искусство управления». Название новой науке дали не материальный состав систем и их структуру, а результаты работы одних и тех же комплексов. Идея «черного ящика» как машины, выполняющей определенную задачу, впервые появилась в кибернетике. Не обязательно понимать, что он содержит внутри или в какой среде он работает, но обязательно иметь возможность видеть все эти вещи изнутри или на выходе ящика: они должны существовать там, где мы можем их увидеть.

Системы рассматриваются в кибернетике на основе задач, которые они выполняют, и того, как они реагируют на внешние силы. В области кибернетики была разработана полезная модель системного метода.

Впервые в кибернетике было показано, что управление в широком смысле слова — это процесс накопления, передачи и преобразования информации. Серия инструкций, выполняемых для достижения определенной цели. Быстродействующие компьютеры, которые необходимы для быстрого и эффективного выполнения многих процессов, постоянно совершенствуются.

В кибернетике существует теория информации, которая вводит идею количества как физическое понятие отрицательной энтропии и развивает основы передачи данных. Информацию можно рассматривать как показатель того, насколько хорошо организована система (от латинского informatio — ознакомление или объяснение). По мере того, как система становится более сложной и разнообразной, информация увеличивается. Закон необходимого разнообразия служит основой для большинства законов кибернетики.

В свою очередь, появление системного метода во многом обусловило развитие информатики и математического моделирования. С другой стороны, использование математического моделирования значительно расширило возможности системного метода.

Наука о поведении и характеристиках наиболее сложных систем, а именно неравновесных систем, известна как синергетика (в переводе с греческого — «синергия»). Синергетика развивалась параллельно с развитием эволюционных теорий, а также на основе идей системного метода. Эволюционная стратегия, которая была успешно применена к органическим и биологическим системам (организмам), вошла в физику вместе с развитием синергетики.

Целью синергетических научных исследований является раскрытие фундаментальных общих закономерностей и механизмов процессов, которые спонтанно формируют, устойчиво существуют, развиваются или разрушают упорядоченную пространственную структуру сложных неравновесных макроскопических систем различной природы (физических, химических, биологических), сред и обществ.

Немецкий физик и математик Х. Хакен, которому принадлежит заслуга основания этой науки, представил синергетику как новую область междисциплинарного исследования. Он определил эту область как ту, которая изучает, как различные подсистемы системы взаимодействуют друг с другом.

Принципы и законы, управляющие самоорганизацией материи, были изучены и определены синергетикой. При соблюдении определенных условий самоорганизующиеся системы приобретают качественно иную структуру или функцию без особого вмешательства извне. Любая самоорганизующаяся система обладает способностью переходить из равномерно хаотичного состояния (состояние покоя) в более или менее упорядоченное состояние.

Модели нелинейных систем, подверженных флуктуациям, используются в синергетике. Когда состояние меняется с неупорядоченного на упорядоченное, различия между определяющими характеристиками двух состояний настолько незначительны, что для изменения требуется лишь небольшая флуктуация. Для систем возможно несколько стабильных упорядоченных состояний.

Самоорганизующаяся система должна отвечать следующим требованиям, чтобы стать объектом изучения синергетикиСистемная тотальность

1) Должна существовать замкнутая система и должен происходить обмен энергией с окружающей средой;

3) система должна быть неоднородной и неустойчивой, что порождает возможность ее перехода в состояние с потерей устойчивости (при определенных критических значениях параметров).

3. Система должна значительно быстрее переходить из критического состояния в качественно иное состояние с более высоким уровнем упорядоченности.

Лазер (или любой другой монохроматический осциллятор) — это самоорганизующаяся система. Обычное излучение, которое создается случайными процессами и распространяется некогерентно во всех направлениях, включает в себя излучение ламп накаливания. Такая активная излучающая среда имеет очень слабую организацию, и, как следствие, в системе очень мало порядка. Существенно неравновесное или стационарное состояние (НЭС), в котором находится лазерная активная среда, характеризуется высокой степенью упорядоченности селективно возбужденных состояний. После того как плотность энергии входной накачки превысит пороговый уровень, лазерная генерация квантов монохроматического света происходит быстро.

В других научных областях есть примеры процессов, которые «создают порядок из беспорядка». В химии бесцветные жидкости можно создать, смешивая их вместе при определенных обстоятельствах. Темный слой на поверхности клеток крови или кожи животного — примеры таких процессов в биологии, как и сокращения мышц и электрические колебания в коре головного мозга, а также кратковременные изменения числа представителей биологических видов. Спиральная галактика-гигант «Эпицентр» может образоваться, например, если между вращающимися цилиндрами образуется шестиугольная ячейка Бенара вместе с тороидальными вихрями Тейтелора.

Процессы самоорганизации (и, соответственно, дезорганизации) могут происходить в любой системе, включая самые простые неорганические физические и химические системы и сложные биологические системы, встречающиеся в биосфере человека.

Самоорганизующиеся системы были математически смоделированы Пригожиным и его учениками. Пригожин изучал, как физические и химические системы могут самоорганизовываться. По его словам, порядок возникает из хаоса (беспорядка), когда происходит небольшая флуктуация, или случайное отклонение от среднего значения величины системы.

Хотя в разных источниках используются такие термины, как хаос и теория хаоса, существует только две отдельные ветви этой новой научной области, изучающей сложные системы: динамический хаос и хаос статических систем.

Хаос — это случайное, неконтролируемое поведение элементов системы или ее составных частей как единого целого. Примерами этого явления являются образование облаков и гроз, движение атмосферных потоков и многие другие.

Несмотря на то, что существует внушительный список принципиально стохастических явлений и процессов, многие исследователи (по крайней мере, до середины 20-го века) не сомневались, что эти явления и процессы могут быть точно идентифицированы на основе большого количества данных. Однако эта точка зрения была поставлена под сомнение, как только было установлено, что могут существовать простые системы с небольшим количеством компонентов, а также их случайные проявления (и что это хаотическое поведение может быть вызвано только определенным набором информации).

Научное сообщество начало отходить от лапласианского детерминизма в 20 веке. Принцип неопределенности — первое достижение квантовой механики. Этот квантовомеханический принцип гласит, что только микрочастицы освобождены от классического детерминизма, но стохастические процессы преобладают на уровне микромира, поскольку системы макромира представляют собой системные структуры, состоящие из значительного числа частиц. Причины непредсказуемости в макроскопических системах различны, а некоторые крупномасштабные явления удивительно предсказуемы.

Движение воздушного шара нельзя предсказать, если известна траектория футбольного мяча. Закон Ньютона одинаков как для мяча, так и для воздушного шара. Поток жидкости — еще один тип такого движения. В других ситуациях поток является ламинарным (гладким, ровным и устойчивым), и для его прогнозирования можно использовать простые уравнения. В других случаях та же жидкость течет турбулентно (изменчиво, нестационарно), непредсказуемо.

Со случайным и непредсказуемым взаимодействием этих многочисленных элементов связано хаотическое, беспорядочное поведение сложных систем с большим числом элементов системы. Однако в ходе исследований было обнаружено, что хаотическое поведение демонстрируют даже системы с весьма неоднозначной структурой. В связи с этим выдающийся французский ученый А. Пуанкаре, которого считают создателем современной концепции хаоса (Chaos), заметил, что непредсказуемые и развивающиеся «по воле случая» явления характерны для таких систем, в которых небольшие изменения во всем происходящем приводят к значительным изменениям в будущем [2]: далее он утверждал о противоречивости между различными состояниями системы или ее структуры внутри нее, и его теория относительности была признана с.

Например, если слегка толкнуть камень на вершине горы, он упадет по зигзагообразной траектории. Другими словами, состояние камня не ослабевает и не становится более возмущенным. Естественно, камень чувствителен к незначительным возмущениям только тогда, когда он находится на вершине горы. Это и есть хаотические возмущения. Из-за того, как эти системы реагируют на внешний стимул, они также обычно непредсказуемы и нелинейны. Математическое описание хаотического поведения невозможно.

Поведение бильярдного шара служит примером того, как чутко и непредсказуемо физические системы (в том числе и простые) могут реагировать на внешние воздействия. Даже совершенный игрок, полностью владеющий геометрией и глазомером, не в состоянии предсказать траекторию движения шара после трех-четырех ударов. Несовершенство шаров и бортов стола является причиной внезапного увеличения неопределенности положения шара. Хаос приводит к тому, что любая начальная неопределенность в параметрах явления быстро превышает верхнюю границу предсказуемости параметров.

Помимо бильярдного шара, существуют и другие системы, которые демонстрируют случайное поведение, несмотря на то, что являются строго детерминированными (характеризуются набором строгих закономерностей). Примерами таких систем являются биологические популяции, общество как система коммуникаций и его подсистема экономика. демографические (и другие); политические или военные. Начало блестящей идеи: в настоящее время исследователи проводят эксперименты по обнаружению хаоса даже в таких явлениях!

Нестабильность по отношению к начальным условиям является корнем теории хаоса. Основой математического аппарата являются те математические науки, которые подходят для описания хаоса нашего времени. Математика исследования хаоса была значительно усовершенствована исследователями российской математической школы.

Хаотическая система способна двигаться в реальных трех измерениях. Однако наблюдение хаоса в фиктивном абстрактном пространстве (фазовом пространстве, где координатами являются компоненты состояния) является наиболее эффективным и практичным. Для механических и экологических систем, например, координаты пространства выбираются в соответствии с конкретной хаотической системой. В теории хаоса фазовая траектория системы — линия, обозначающая взаимозависимость выбранных координат — называется аттрактором.

Фазовый объем сжимается до точки в диссипативных системах, когда система стремится к аттрактору, если аттрактор — это узел или фокус; замкнутая траектория. Непериодические аттракторы присутствуют в трехмерном пространстве состояний. Эти своеобразные аттракторы состоят из двумерных циклов и отдельных стационарных точек.

Как сообщает The Verge, фрактальная размерность (структура) и высокая чувствительность к начальным условиям необходимы для хаотической системы. Вообще говоря, термин «фрактал» (от латинского fractus — «дробленый») используется для описания нерегулярных, но наиболее