145740 (Принципы динамической организации)

ВВЕДЕНИЕ

Чрезвычайно важным обстоятельством является то , что почти во всех работах по общей теории систем рассматриваются именно вопросы описания поведения систем , при котором остаётся в тени источник движения и развития системы , то есть осуществляется , если можно так сказать , кинематический подход . В методологическом отношении более важной представляется именно эта сторона , игнорированная общей теорией систем . Если верно , что все коллизии бытия системы заключены в её внутреннем и внешнем взаимодействии , то естественно положить в основу общей теории систем некоторую совокупность феноменологических положений , отражающих причинно-следственные отношения систем , то есть представляющих основные моменты поведения систем в их внутреннем и внешнем взаимодействии . Иными словами , не следует ли создать общую теорию систем по образу динамики Ньютона , устанавливающей в своих исходных положениях совокупность причинно-следственных механических отношений тел , на основе которых прочно покоится «теория механических систем» . Но тогда общая теория систем в общую теорию динамики , на основе которой можно рассмотреть динамическую организацию вообще и её различные принципы .

Путь в динамику систем проходит через понятие структуры . Говоря полнее , исследование динамики системы непосредственно связано , а точнее - предполагает знание одной из важнейшей её сторон - структуры . Вместе с тем , проблема структуры и вне связи с общей динамикой систем имеет большое значение для всех наук в связи с развитием структурно-системного метода исследования . В последние годы проблема структуры привлекает к себе внимание широкого круга исследователей .

Первым моментом . требующим определения , является понятие состояния системы или понятие состояния движения системы . Под термином состояние системы везде ниже будем понимать состояние движения (внутреннего и внешнего) системы .

Некоторые учёные считают , что поиск определения понятия состояния в общем его выражении , пригодном для всех систем , есть задача трудная , а возможно даже невыполнимая . В этом суждении есть резон . Но без понятия состояния , как известно , не обходится ни одна из специальных наук .

Дадим определение : состояние движения системы представляется величинами некоторого набора характеристик , отражающих субстанциональную и структурную сторону системы . Динамическое состояние (состояние движения) материальной точки , например , при известной действующей силе задаётся значениями трёх координат и трёх импульсов (или скоростей) в данный момент времени . Состояние микросистемы (ядра , атома , молекулы) задаётся набором собственных значений квантово-механических переменных , то есть известной совокупности квантовых чисел . Состояние однородной уравновешенной термодинамической системы описывается двумя независимыми параметрами (давлением и температурой или объёмом и энтропией и т. д.) . Сложнее вычленить независимые переменные в таких системах , как организм , общество и т. д. , но основные элементы , играющие решающую роль в определении состояния , могут быть указаны и здесь . Известно , например , что состояние общественной системы определяется уровнем развития производительных сил и характером производственных отношений . Более глубокое расчленение , детализация и конкретное количественное и качественное описание этих элементов будут точнее представлять состояние общественной системы .

В общем случае можно сказать , по-видимому , что состояние движения системы есть её бытиё в данный момент времени . Это определение , однако , не решает проблемы состояния , ибо в последующем должны быть изысканы средства для конкретного описания и количественного представления бытия системы в каждый момент времени , а именно этот аспект и несёт в себе главную трудность .

Теперь можно сформулировать некоторые общие принципы динамической организации справедливые для широкого круга систем (начиная от атомных ядер) , и которые в качестве независимых постулатов следует положить в основу аксиоматики общей динамики .

Принцип первый . Всякая система имеет состояние , характеризующееся тождественным внутренним обменом движущейся материи , к которому стремится в условиях равновесной окружающей среды .

Возьмём микросистему - атом , молекулу . В условиях термодинамического равновесия окружающей среды микросистема осуществляет периодический (некоторому случайному закону) нетождественный внутренний и внешний обмен , поглощая и излучая фотоны . состояние системы испытывает изменения (возбуждения и переходы в основное состояние) , колеблющиеся возле некоторого среднего значения , определяемого конкретными условиями термодинамического равновесия . Система оказывается уравновешенной в среднем . Внутренний и внешний обмен стационарны и тождественны в среднем значении их характеристик . Можно поэтому сказать , что микросистема , находящаяся в составе термостата , стремится к своему в среднем равновесному состоянию .

Теперь рассмотрим предельный случай внешнего равновесия , когда во внешнем обмене микросистемы отсутствует положительная составляющая , то есть когда система не получает движущейся материи извне . Иначе говоря , этот случай предельного внешнего равновесия системы характерен отсутствием окружающих частиц и других форм материи , способных возбудить микросистему . Неуравновешенная микросистема (радиоактивное ядро , возбуждённый атом или молекула) в этих условиях стремится к основному стационарному состоянию с минимумом энергии . Этот процесс сопровождается отрицательной составляющей нетождественного обмена - излучением фотона (при высвечивании ядра атома или молекулы) или выбросом других частиц (в случае радиоактивного распада ядра) . Конечное основное состояние характерно стационарным тождественным внутренним обменом . Внешний обмен в таких условиях обращается тождественно в нуль .

Макросистема в термодинамически равновесной среде также уравновешивается сама с собой и с окружающей средой . Этот процесс происходит под действием нетождественного в общем случае внешнего и внутреннего обмена . Начальные условия определяют изменение энтропии системы , которое может быть как положительным так и отрицательным (нагретое тело , помещённое в термостат с более низкой температурой , например , стремится к равновесию через уменьшение собственной энтропии) .

Предельный случай равновесного окружения с отсутствующей положительной составляющей внешнего обмена в макромире - замкнутая система . Как известно из второго начала термодинамики , замкнутая система под действием нетождественного внутреннего обмена (перераспределения материи) стремится к равновесному состоянию с максимумом энтропии и характеризующемуся стационарным тождественным внутренним обменом .

Очевидно , что рассматриваемый принцип справедлив и по отношению к организму и более сложным системам , ибо ни организм , ни другая сложная система не способны к функционированию в условиях детального равновесия среды , поскольку сами уравновешиваются . В обычных условиях , обеспечивающих жизнедеятельность организма , окружающая среда не уравновешена . В среде , окружающей организм , имеется ряд веществ (белки , жиры , углеводы и пр.) , обладающих сложной структурой и пониженным содержанием энтропии , за счёт разрушения которых организм поддерживает в самом себе внутреннюю и внешнюю уравновешенность . Если уберите из окружающей среды неуравновешенные вещества , привести её в детальное равновесие , как сразу же в равновесное состояние придёт и организм , тогда его глубоко дифференцированная структура распадётся .

Правомерность первого принципа динамической организации можно продемонстрировать и в динамике . Тело , движущееся с некоторой начальной скоростью в равновесной окружающей среде , преодолевает силы трения и осуществляет нетождественный обмен , передавая в окружающую среду материю , связанную с его импульсом и кинетической энергией . Этот процесс завершается , как известно , полной остановкой тела , уравновешиванием его с окружающей средой и обращением нетождественного обмена в стационарный тождественный .

В заключении рассмотрения первого принципа динамической организации можно дать ему вторую , совершенно очевидную формулировку . Равновесная среда уравновешивает любую находящуюся в ней систему , то есть обращает внутренний и внешний обмен системы в усреднённо стационарный тождественный (в общем случае) .

И третья формулировка для частного предельного случая внешнего равновесия : внутренний обмен системы , находящейся в равновесном окружении и лишённой положительной составляющей внешнего обмена в его суммарном значении (это условие означает , что система находится под действием только внутренних неуравновешенных в общем случае сил , то есть внутреннего обмена , внешние силы уравновешены) , ведёт систему к внутреннему равновесию и обращается в стационарный тождественный .

Принцип второй . Система сохраняет состояние неизменным , пока её обмен движущейся материи (внутренний и внешний) тождествен .

С точки зрения законов сохранения материи и движения этот принцип совершенно очевиден : система , осуществляющая тождественный обмен , абсолютно «прозрачна» для потока падающей на неё материи , вследствие чего проходящая через систему материя не оставляет в ней (системе) никакой следовой реакции .

Иллюстрируем правомерность этого принцип в примерами из различных отраслей природы .

В механике . Реальное инерциальное движение в той мере , в какой оно вообще имеет место (падение , например , шарика в вязкой жидкости под действием постоянной силы тяжести) , обязано не отсутствию сил , а их равновесию ,то есть выступает как результат тождественности некоего специфического обмена .¹ В этом обмене шарик получает движущуюся материю у ускоряющего поля и отдаёт её окружающей вещественной среде (вязкой жидкости) .

В термодинамике . Термодинамическая система , уравновешенная в изотермических условиях (газ в цилиндре под поршнем , например , или чёрное излучение в закрытой полости) , сохраняет (если пренебречь исчезающими малыми флюктуациями) равновесное состояние не в силу отсутствия взаимодействия , а в результате тождественного обмена частицами , излучением и пр.

В микромире . Микрочастицы (молекулы , атомы , ядра и элементарные частицы) сохраняют основное стационарное состояние неизменным , если отсутствует возмущающее воздействие извне в виде фотонов и других частиц . Это состояние сохраняется также в результате (в конечном итоге) акта присоединения - отчуждения фотона , например , ибо этот акт является тождественным обменом в его среднем значении в системе центра масс (фотон присоединяется , фотон отчуждается - атом возвращается в исходное основное состояние) . Хотя в процессе обмена состояние атома изменялось , но в конце этих событий , когда обмен за счёт обратимости микропроцессов оказался сбалансированным в тождественный , атом вновь оказался в том же исходном основном состоянии .

Рассмотрим предельный частный случай тождественного внешнего обмена , когда все его компоненты равны нулю (полный реальный обмен в нуль не обращается из-за того , что всякая материальная система обладает внутренним движением , то есть внутренним обменом , не обращающимся в нуль) .

В этом случае меняется формулировка второго принципа динамической организации : замкнутая система , осуществляющая тождественный внутренний обмен , сохраняет состояние неизменным (замкнутость системы означает отсутствие внешнего обмена) .

В механике материальной точки , не имеющей внутреннего состояния (можно сказать , обладающей тождественно нулевым внутренним обменом - идеализация) , последняя формулировка по содержанию совпадает с законом инерции : отсутствие сил - отсутствие обмена - отсутствие изменения состояния .

В термодинамике этот случай характеризуется равновесием замкнутой системы , а формулировка второго принципа динамической организации воспроизводит постулат о сохранении равновесия .

По отношению к микросистемам эта формулировка совпадает с известным в квантовой механике положением об устойчивости основного квантового состояния .

Таким образом второй принцип является обобщением трёх положений из различных областей (или сторон) природы : закона инерции - из механики ; постулата о сохранении равновесия замкнутой макросистемы - из термодинамики ; постулата об устойчивости стационарности основного состояния микросистем - из квантовой механики . Поэтому второй принцип динамической организации может быть назван обобщённым законом инерции .