157540 (Эволюция с позиций синергетики и общей теории систем)

Эволюция с позиций синергетики и общей теории систем

Гайдес Марк Аронович

Организация систем.

Вопрос об организации систем из случайных элементов является одним из животрепещущих, но не решенных вопросов современности. Речь идет о процессах самоорганизации – хаотическом возникновении в различных средах упорядоченных структур при наличии подвода к ним энергии, другими словами, о путях и движущей силе эволюции. Этот вопрос имеет большое значение для всех разделов научного знания, и, в частности, для медицины, потому что она изучает наиболее сложную систему – организм человека. Занимаясь лечением больного организма мы постоянно затрагиваем функции его систем, эволюцией которых природа занималась на протяжении многих миллионов лет. Вмешиваясь в процессы, протекающие в организме, мы принимаем на себя ответственность за наши действия и утверждаем, что мы умнее природы, которая не предусмотрела какие-то ситуации, в результате которых произошло поражение или недовосстановление систем организма, из которых организм самостоятельно не в состоянии выбраться. Принимая на себя эту ответственность мы отчасти берем на себя функции творца – улучшить функции пораженных систем, и не важно, был ли творцом Всевышний или природа. Лечение – это всегда реорганизация организма и не зная законов организации систем невозможно ничего эффективно организовать.

Этот вопрос не существует для теософии: Всевышний создал Мир таким, каков он есть и все предопределено его волей. Но такой ответ не устраивает тех, кому претит отстутствие свободы воли у личности и кто занимается изучением Мира научными способами, которые основаны не на вере в чье-то слово, а на вере в факты и на силу логических построений. Теологическим выводам было противопоставлено ничем не обоснованное мнение, что природа не сотворена единожды, хотя "Большой Взрыв" указывает именно на это, она хаотична, хотя в ней и существуют законы природы и, следовательно, она не хаотична, что противоречит одно другому, и существует вечно, все в ней самоорганизуется само собой, в соответствии с законами природы, и в "гипотезе о существовании Бога мы не нуждаемся". Следовательно, в вопросе организации систем существуют две крайне противоположные точки зрения:

1. Сотворение Мира – нет эволюции, а есть заданные Всевышним (целенаправленные) пути раскрытия Мира (принудительная организация материи)

2. Самоорганизация материи из хаоса – не целенаправленная, случайная эволюция материи, которая заключается в организации материальных объектов в системы на основе каких-то внутренних свойствах взаимодействующих объектов (самоорганизация материи).

Решением этого вопроса всегда занимались разработчики общей теории систем (ОТС), например, [1, 2], а в последнее время широкое распространение получила синергетика – наука о самоорганизации систем [14], которая занимается поиском и изучением моделей сложных систем, вопросами возникновения порядка из хаоса и перехода от упорядоченных структур к хаотическим. При этом самоорганизацию ищут везде, и в не живом мире на всех уровнях, вплоть до крупномасштабного строения вселенной [12, 13], и в живом мире, также на всех уровнях, начиная от простейших одноклеточных и кончая уровнем ноосферы [5, 6, 7, 14]. Но следует отметить, что дальше общих и малосодержательных определений, типа проментальности, открытых и диссипативных систем, синергетика не продвинулась.

Прежде чем рассматривать вопросы о самоорганизации вспомним, что мы понимаем под понятием "система" и под самоорганизацией:

"Система – это группа целенаправленно взаимодействующих элементов" [3, 4].

Понятие цели является центральным и определяющим в понятии "система" (системообразующий фактор). Нет систем без цели. Мы не всегда знаем кто или что сделало данную систему, но мы всегда можем определить цель этой системы. Целью системы является то, что она может делать, потому что она может это делать постоянно и только это. Любая система отличается тем, что она может выполнять постоянно и качественно однородно. Другими словами у системы всегда постоянное качество генерального результата действия. Он может различаться по количеству, но он всегда одинаковый по качеству. Постоянство качества результата действия является отличительным признаком любой системы, независимо от ее сложности. У систем может быть множество качеств результата действия, но это множество всегда укладывается в иерархию генерального результата действия [3, 4]. Симфонический оркестр производит множество звуков, движений музыкантов, визуальных действий и т.д., но генеральным и единственным результатом его действия является исполнение, например, какой-либо симфонии с целью доставить эстетическое наслаждение. Да, есть множество результатов действия, но генеральный результат только один. И производство этого результата является целью-стремлением системы под названием "симфонический оркестр", состоящей из музыкантов и музыкальных инструментов, которые специально собрались именно для этой цели. Следовательно, если есть какая-то цель, то группа элементов тем или иным способом объединяется (организуется) в систему для достижения этой цели.

Любая система состоит из элементов, которые когда-то и по какой-либо причине объединились в систему (организовались). При этом, они могут объединяться или "по собственному желанию" (самоорганизация), или что-то их принуждает к этому (принудительная организация). Если два объекта или системы объединяются и становятся третьей системой – это всего лишь факт организации новой системы. Но это еще не самоорганизация, потому что неизвестна причина (движущая сила) этой организации. Может быть эти системы "сами не хотели" объединяться, или им это было "безразлично", но их "заставили"?

Чтобы две системы объединились необходимо, чтобы у них, как минимум, в принципе была такая способность и чтобы у них была такая возможность (чтобы условия их существования не мешали или даже способствовали этому). Протон и электрон имеют противоположные заряды и в принципе могут образовать атом водорода. Но для этого они должны сблизится на растояние ближе критического и скорости их свободного движения (моменты движения) относительно друг друга не должны превышать критическую. Следовательно, если выполнить все условия, то две простые системы, протон и электрон, образуют третью более сложную систему – атом водорода. Это есть организация третьей системы из двух более простых и для этого обе простые системы совершают определенные активные действия – притягивают друг друга. Но это еще не самоорганизация, потому что несмотря на активные действия этих систем сама "идея" об образовании атома водорода принадлежит не им и они не могут поменять ее. Это принудительная организация, навязанная им кем-то или чем-то извне, что сделало их такими. Им извне, в момент их "сотворения", была задана цель всегда образовывать атом водорода при подходящих условиях, они такими "родились" и они не могут поменять эту "идею". Если бы при подходящих условиях встретились два протона и один из них вдруг "решил" бы поменять свой заряд и смог бы это сделать – это была бы настоящая самоорганизация, потому что инициатива уже исходила бы из самой системы. Следовательно, организация материи может быть двух типов – принудительной (навязанной извне) и самоорганизацией (спонтанной, исходящей из самой системы).

Поэтому всегда, когда мы говорим об организации систем, мы всегда должны четко определять, о чем мы говорим: о принудительной или о самоорганизации? Если мы замечаем, что из хаотически разбросанных элементов вдруг начинают образовываться какие-то другие более сложные структуры, то нельзя сразу говорить, что это самоорганизация. Мы можем заготовить части роботов, забросить их на Луну, где из них путем самосборки возникнут цельные роботы, но это будет не самоорганизация, а принудительная и нами навязанная им организация. Но если роботы могут самообучаться, а условия их существования заставят их менять свою структуру и они смогут самостоятельно принять соответствующее решение на основе собственного опыта и знаний (менталитета) и выполнить его – это уже будет их собственная самоорганизация. Рассмотрим пути организации систем.

Богданов, один из российских основателей ОТС, показал, что существует два способа образования (организации) систем. По первому способу система возникает как минимум из двух объектов любой природы посредством третьей сущности – связи (синтез, генерация). По второму способу система образуется за счёт распада (деструкции, дегенерации) ранее существующей более сложной системы [2]. Следовательно, систему можно построить (организовать) из новых элементов (перестроить, реорганизовать) за счёт включения в её состав дополнительных элементов, или путём исключения из её состава ненужных элементов.

По-видимому, существует и третий способ организации систем – замена старых или изношенных частей на новые (структурная регенерация), и четвертый – изменение связей между внутренними элементами системы (функциональная регенерация).

Генерация (первый способ организации, рис. 1) – процесс положительной энтропии (от простого к сложному, усложнение систем). Новая система образуется за счёт увеличения состава её элементов и связей между ними. Поскольку на образование любой связи между элементами всегда должна затрачиваться энергия [4], то генерация требует энергии и притока новых элементов (веществ).

Дегенерация (второй способ организации, рис. 2) – процесс отрицательной энтропии (от сложного к простому, упрощение систем). Новая система образуется за счёт разрыва связей между элементами и выпадения их из состава её элементов. Поэтому в этом процессе выделяется энергия и элементы из состава системы.

Оба способа используются для создания новых систем с новыми целями и новыми свойствами. В первом случае получается усложнение систем, во втором – их упрощение или разрушение.

Структурная регенерация (третий способ организации, рис. 3) используется для замены изношенных элементов, т.е., для сохранения и восстановления состава систем, но при этом система, её цели и свойства не меняются. Так как взамен изношенных элементов возникают новые, которые встраиваются в систему на место разрушенных и при этом образуются их связи с другими элементами, а связи и элементы, образующиеся при разрушении старых связей теряются, то этот процесс требует энергии и потока веществ для восстановления СФЕ [4]. Структурная регенерация используется в виде обмена веществ (см. ниже) и только у живых систем.

Функциональная регенерация (четвёртый способ организации) используется для работы самих систем (рис. 4).

Сам принцип функционирования систем напоминает процессы генерации и дегенерации. Любая система состоит из двух типов элементов – исполнительных, так называемых системных функциональных единиц (СФЕ), обладающих определенными свойствами, и управляющих (блока управления), следящих за выполнением цели системы и активирующих системные функциональные единицы через стимуляторы (активаторы) СФЕ. Другими словами любая система существует или сделана для какой-то вполне определенной цели и для этого она обладает определенными свойствами. Цель является системо-образующим фактором [3, 4]. Действия для достижения этой цели осуществляют эффекторы системы (СФЕ), которые и вырабатывают определенный результат действия системы, но для их целесообразного действия у системы есть блок управления различной степени сложности, от простого у объектов не живого (минерального) мира и у растений (рис. 4), до сложного у животных и у человека (рис. 5-6).

Простой блок управления (простой автомат) включает в себя рецептор входного внешнего воздействия (рецептор ППС, например, контактный), положительную прямую связь (ППС), рецептор выходного результата действия (рецептор ООС), отрицательную обратную связь (ООС), анализатор-информатор, в состав которого входят "база данных" с описанием параметров внешнего воздействия и результатов действий системы, и блок принятия решений, который принимает решения о включении или выключении эффекторов в зависимости от внешнего воздействия (рис. 4).

Наращивание или снижение функций системы происходит за счет последовательного включения в действие или выключения отдельных СФЕ. Следовательно, при наращивании функций возникает как бы новая система с большим числом действующих элементов – СФЕ (псевдо-генерация, рис. 4В), а при снижении функций – с меньшим числом СФЕ (псевдо-дегенерация, рис. 4А). Но это всё обратимые изменения системы (псевдо-), возникающие в ответ на внешнее воздействие, которые осуществляются за счёт изменения состояния её элементов и оптимального действия блока управления. При этом состав системы как бы меняется в зависимости от цели. У неё появляются активные и пассивные (резервные) СФЕ. Этот процесс требует энергии для работы самих элементов, но сам по себе (первично) не требует потока веществ для восстановления СФЕ. Поток веществ может быть необходим, если результаты действия данной системы "построены" из веществ.

Система всегда работает только если есть внешнее воздействие. Если нет внешнего воздействия, то система будет бездействовать. В ответ на внешнее воздействие система вырабатывает свой результат действия, который получается вследствие срабатывания того или иного количества определенных СФЕ. Для получения результата действия система должна выполнить определенный порядок своих действий. С позиций ОТС циклом является порядок действий системы для достижения поставленной перед ней цели. После достижения цели и получения результата действий все действия системы прекращаются и цикл заканчивается. Следовательно, на однократное внешнее воздействие система отвечает однократным циклом своих действий.

Системами с простым блоком управления являются все объекты не живого (минерального) и растительного миров. Различие между объектами минерального и растительного миров только в наличии или отсутствии обмена веществ (см. далее): в минеральном мире его нет, а в растительном есть (более подробно об этом в [3 и 4]).

Каждая СФЕ обладает определенным качеством действия. Если система содержит только однотипные СФЕ, она является монофункциональной [4], если несколько типов СФЕ – много-функциональной, в зависимости от типов СФЕ.