Берталанфи Л. Общая теория систем - Основы, развитие, применение. Главы 1-2
Подождите немного. Документ загружается.
10⁸⁰) или явлений, возможных во временном промежутке вселенной
или какой-либо из ее субъединиц (согласно предположению
Элзассера /1966/, число, логарифм которого является очень
значительным)? Подобные числа возникают во многих системных
задачах с экспоненциальными функциями, факториалами, и другими
неограниченно нарастающими функциями. Они встречаются в
системах даже с умеренным количеством компонентов с сильными
взаимодействиями (которые не могут не учитываться) (см. Эшби,
1964). Чтобы «отразить» их в машине Тьюринга, потребовалась бы
лента «непомерной» длины, т.е. превосходящая не только
практические, но и физические ограничения.
Рассмотрим, например, ориентированный граф точек N
(Рапопорт, 1959b). Между каждой парой может существовать или
может не существовать стрелка (две возможности). Следовательно,
есть 2ⁿ⁽ⁿ⁻⁾ различных способа соединить точки N. Если N – всего лишь
5, существует свыше миллиона способов соединить точки. С N=20,
число способов начинает превосходить предполагаемое число атомов
во вселенной. Похожие проблемы возникают, например, с
возможными связями между нейронами (приблизительно порядка 10
миллиардов в мозге человека) и с генетическим кодом (Репдж, 1962). В
коде присутствует минимум 20 «слов» (нуклеотидных триплетов),
состоящих из 20 аминокислот (фактически 64); код может содержать
несколько миллионов элементов. Это подразумевает 20⁰⁰⁰ ⁰⁰⁰
возможностей. Предположим, что некто с лапласовским складом ума
должен был бы найти функциональное значение каждой комбинации;
ему пришлось бы сделать такое число попыток, однако во вселенной
только 10⁸⁰ атомов. Допустим (Репдж,1962), что 10³⁰ клеток имеется на
Земле в определенный момент времени. Далее предположим, новое
поколение клеток привело бы, в возрасте Земли 15 миллиардов лет
(10¹⁶ минут), к 10⁴⁶ клеток в общем. Для получения максимального
числа, можно допустить существование 10²º планет, на которых есть
жизнь. Тогда, во всей вселенной, было бы не более 10⁶⁶ живых существ
– что является огромным числом, но не бесконечным.
Приблизительные подсчеты могут быть сделаны и с другими
предположениями (напр., число возможных протеинов или энзимов),
но, по существу, с тем же результатом.
И опять, согласно Харту (1959), человеческое изобретение
может восприниматься в качестве новых комбинаций уже
существующих элементов. Если так, возможность новых изобретений
возрастет приблизительно как функция количества возможных
перестановок и комбинаций имеющихся элементов, что означает, что
их увеличение будет факториалом количества элементов. Тогда темп
ускорения социальных изменений является сам по себе
возрастающим, так что во многих случаях, можно будет отметить не
логарифмическое, а двойное логарифмическое ускорение культурных
изменений. Харт представляет интересные графики функций,
показывающие, что увеличение скорости человека, поражающих
площадей оружия, продолжительности жизни и пр., фактически
следовало такому выражению, т.е. степень культурного развития – не
экспоненциальная функция или сложные проценты, а супер-
ускорение, которое может быть изображено посредством двойной
логарифмической кривой. В целом, пределы автоматов проявятся,
если регуляция в системе направлена не против одного или
ограниченного числа воздействий, а против «произвольных»
воздействий, т.е. бесконечного количества ситуаций, которые
возможно не могли быть «предвидены»; такое часто происходит в
эмбриональной (напр., эксперименты Дриша) и нейронной
регуляции (напр., эксперименты Лэшли). Регуляция в данных случаях
является результатом взаимодействия многих компонентов (см.
обсуждение в книге Джеффриса, 1951, стр. 32 и следующие). Это, как
признавалось самим Ньюменом, кажется связанным с тенденциями
«самовосстановления» организмических в противоположность
технологическим системам; если выразить это в более современных
терминах, с их сущностью открытых систем, которая не
предусматривается даже в абстрактной модели автомата, такого как
машина Тьюринга.
Таким образом оказывается, что, как уже давно подчеркивается
виталистами, подобными Дришу, механистическая концепция, даже
взятая в современной и обобщенной форме автомата Тьюринга,
терпит неудачу с регуляцией при наличии «произвольных»
воздействий, и похожим образом, в явлениях, где требуется
«непомерно большое» количество шагов, в указанном смысле.
Возникают проблемы реализуемости, не говоря уже о парадоксах,
связанных с бесконечными множествами.
Вышеупомянутые соображения особенно относятся к
концепции или комплексу концепций, которые, бесспорно, являются
фундаментальными в общей теории систем: концепция иерархического
порядка. В настоящее время мы рассматриваем вселенную как
гигантскую иерархию, от элементарных частиц, атомных ядер,
атомов, молекул, высокомолекулярных соединений, множества
структур (видимых при помощи электронного и оптического
микроскопа) между молекулами и клетками (Вайсс, 1962b), до клеток,
организмов и до супраиндивидуальных организаций. Одной из
интересных схем иерархического порядка (существуют и другие)
является схема Боулдинга (таблица 1.2). Похожая иерархия может
быть обнаружена и в «структурах», и в «функциях». Структура (т.е.
порядок частей) и функция (т.е. порядок процессов) могут быть точно
такими же: в физическом мире вещества распадаются, обеспечивая
энергию, и в биологическом мире структуры – выражение потока
процессов. В настоящее время, система физических законов в
основном связывается с областью между атомами и молекулами (и их
совокупностью в макрофизике), что очевидно, только часть более
широкого спектра. Законы организации и организационных сил
недостаточно известны в субатомных и макромолекулярных сферах.
Осуществляются исследования и субатомного мира (физика высоких
энергий), и макромолекулярного (физика высокомолекулярных
соединений); однако они находятся в начальной стадии. Это
доказывается, с одной стороны, существующим замешательством в
отношении элементарных частиц, и с другой стороны, отсутствием в
настоящее время физического понимания структур, видимых под
электронным микроскопом, а также отсутствием «грамматики»
генетического кода (см. стр. 153).
Общая теория иерархического порядка очевидно будет опорой
общей теории систем. Принципы иерархического порядка могут
быть изложены в вербальном языке (Костлер, 1967; в печати);
существуют полуматематические идеи (Саймон, 1965), связанные с
матричной теорией, и формулировки в терминах математической
логики (Вуджер, 1930-31). В теории графов иерархический порядок
выражен «деревом», и реляционные аспекты иерархий могут быть
представлены подобным образом. Но проблема более широкая и
глубокая: вопрос иерархического порядка тесно связан с вопросами
дифференциации, эволюции, и характеристики организации, что не
может быть выражено адекватно в терминах энергетики
(отрицательная энтропия) или теории информации (биты) (см. стр.
150 и след.). Во всяком случае, как уже упоминалось, иерархический
порядок и динамика могут точно такими же, как выражено
Костлером в его сравнении «Дерево и Свеча».
Таким образом, существует множество системных моделей,
более или менее разработанных и развивающихся. Определенные
концепции, модели и принципы общей теории систем, такие как
иерархический порядок, прогрессивная дифференциация, обратная
связь, системные характеристики, определенные теорией множеств и
графов, и пр., широко применяются к материальным,
психологическим и социокультурным системам; другие, такие как
открытые системы, определяемые обменом веществ, ограничиваются
определенными подклассами. Как показывает практика в прикладном
системном анализе, разнообразные системные модели должны
применяться в соответствии с характером случая и операционными
критериями.
Таблица 1.2. Неформальный обзор основных уровней в иерархии
систем.
Частично выполнен Боулдингом, 1956b.
Уровень Описание и примеры Теория и модели
Статические
структуры
Атомы, молекулы,
кристаллы,
биологические
структуры от
микроскопического
(электронный
микроскоп) до
макроскопического
уровня
Напр., структурные
формулы химии;
кристаллография,
анатомические
описания
Часовые механизмы Часы, стандартные
механизмы в целом,
солнечная система
Традиционная
физика (законы
механики /Ньютон,
Эйнштейн/ и другие)
Механизмы
управления
Термостат,
сервомеханизмы,
гомеостатический
механизм в организме
Кибернетика;
обратная связь и
теория информации
Открытые системы Пламя, клетки и (а) распространение
организмы в целом физической теории
до систем,
поддерживающих
себя в процессах
обмена веществ
(метаболизм)
(б) хранение
информации в
генетическом коде
(ДНК)
Низшие организмы «растениеподобные»
организмы:
увеличивающаяся
дифференциация
систем (так
называемое
«разделение труда» в
организме;
проведение различий
между репродукцией
и функциональностью
(«идиоплазма и
сома»)
Теории и модели
почти отсутствуют
животные Увеличение важности
потока информации
(эволюция
рецепторов, нервной
системы); обучение;
начальная форма
сознания
Истоки теории
автоматов (связи S-R),
обратная связь
(регуляционные
явления), автономное
поведение
(релаксационные
колебания), и пр.
человек Символизм; прошлое
и будущее, «Я» и мир,
самосознание, и пр.,
как последствия;
коммуникации
посредством языка, и
пр.
Начальная стадия
теории символизма
Социокультурные
системы
Популяции
организмов (включая
человека);
символически
детерминированные
сообщества
(культуры) только у
человека
Статистические и
динамические законы
динамики
популяции,
социология,
экономика, возможно
история.
Начальная стадия
теории культурных
систем
Символические
системы
Язык, логика,
математика,
естественные науки,
гуманитарные науки,
этика и пр.
Алгоритмы символов
(напр., математика,
грамматика);
«правила игры», как в
изобразительных
искусствах, музыке и
пр.
NB. Этот обзор не претендует на логическую строгость. Более высокие
уровни как правило включают в себя более низкие (напр., явления
жизни включают явления на физико-химическом уровне,
социокультурные явления – уровень человеческой деятельности и
пр.); но связи уровней требуют уточнения в каждом случае (ср. с
проблемами, такими как открытая система и генетический код как
несомненные предпосылки «жизни»; связь «концептуальных» и
«реальных» систем, и пр.). В этом смысле, обзор говорит и об
ограничениях редукционизма, и о пробелах в фактических знаниях.
- 1 -
2 Значение общей теории систем
Необходимость общей теории систем
Цели общей теории систем
Закрытые и открытые системы: ограничения традиционной
физики
Информация и энтропия
Причинность и телеология
Что такое организация?
Общая теория систем и единство науки
Общая теория систем в образовании: подготовка научных
генералистов
Наука и общество
Основной принцип: человек как личность
Необходимость общей теории систем
Современная наука характеризуется все возрастающей
специализацией, вызванной огромным количеством данных,
комплексностью техник и теоретических структур внутри каждой
области. Таким образом, наука разделяется на многочисленные
дисциплины, постоянно порождающие новые субдисциплины.
Вследствие этого, физик, биолог, психолог и социальный ученый
заключены в рамки своих частных областей, взаимодействие между
которыми осложнено этой замкнутостью.
Однако этому противопоставляется другой поразительный
аспект. Наблюдая за эволюцией современной науки, мы сталкиваемся
с удивительным явлением. Независимо друг от друга, в совершенно
различных областях развиваются похожие проблемы и концепции.
Целью классической физики было в итоге объяснить природные
явления деятельностью элементарных частиц, управляемых
«слепыми» законами природы. Это было выражено в лапласовском
понимании реальности, согласно которому, основываясь на
положении и скорости движения частиц, можно предсказать
- 2 -
состояние вселенной в любой момент времени. Этот механистический
взгляд не был изменен, но скорее подкреплен, когда
детерминистические законы в физике были заменены
статистическими законами. В соответствии со вторым принципом
термодинамики Больцмана, физические явления направлены к
состояниям максимальной вероятности, а физические законы, таким
образом, по существу, «законы беспорядка», результат
неупорядоченных статистических явлений. В отличие от этого
механистического взгляда, тем не менее, в различных отраслях
современной физики появились проблемы целостности,
динамического взаимодействия и организации. В реляционной и
квантовой физике Гейзенберга стало невозможным раскладывать
феномен на локальные явления; возникли проблемы порядка и
организации, независимо от того, вопрос ли это структуры атомов,
архитектуры протеинов, или взаимодействия явлений в
термодинамике. Похожим образом биология, в механистической
концепции, видела свою цель в разложении явлений жизни на
атомные сущности и фрагментарные процессы. Живой организм
раскладывался на клетки, его активность - на физиологические и в
конечном итоге физико-химические процессы, поведение – на
условные и безусловные рефлексы, основа наследственности – на гены,
и т.п. В отличие от этого, для современной биологии основной
является организмическая концепция. Необходимо изучать не только
части и процессы по отдельности, но также заниматься решающими
проблемами, связанными с организацией и порядком,
объединяющим их, возникающим в результате динамического
взаимодействия частей, и отличающим поведение частей, изучаемых в
изоляции, от поведения частей, изучаемых внутри единого целого. И
снова, похожие направления появились и в психологии. Тогда как
классическая ассоциативная психология пыталась разложить
психические явления на элементарные единицы – психологические
атомы – такие как элементарные ощущения и т.п.,
гештальтпсихология продемонстрировала существование и
первенство психологического целого, которое не является суммой
элементарных единиц, и управляется динамическими законами. И,
наконец, в социальных науках концепция общества как суммы
индивидуумов в качестве социальных атомов, напр., модель
- 3 -
экономического человека, заменена тенденцией рассматривать
общество, экономику, нацию как целое, суперординатное по
отношению к его частям. Это предполагает серьезные проблемы
плановой экономики, культа нации и государства, а также отражает
новые способы мышления.
Этот параллелизм общих когнитивных принципов в различных
областях впечатляет еще больше, если учитывать тот факт, что эти
явления имеют место в условиях взаимной независимости и по
большей части незнания о работе и исследованиях в других областях.
Есть еще один важный аспект современной науки. До настоящего
времени, точная наука, свод законов о природе, была почти идентична
теоретической физике. Достаточно небольшое количество попыток
сформулировать законы в нефизических областях смогли завоевать
признание. Однако влияние и прогресс в биологических,
поведенческих и социальных науках делают необходимым
распространение наших концептуальных схем, для того чтобы
предусмотреть системы законов в областях, где применение физики
не достаточно или невозможно.
Подобное направление к обобщенным теориям имеет место во
многих сферах и осуществляется различными способами. Например,
разрабатывается усовершенствованная теория динамики
биологических популяций, борьбы за существование и
биологического равновесия, начало чему положено работами Лотки и
Вольтерры. Теория оперирует такими биологическими понятиями,
как особи, виды, коэффициенты конкуренции и т.п. Похожая
процедура используется в количественной экономике и
эконометрике. Модели и системы уравнений, применяемые в
последнем случае, похожи на модели и системы уравнений Лотки,
или, в этом случае, химической кинетики, но модель
взаимодействующих сущностей и сил вновь на другом уровне.
Приведем другой пример: живые организмы – в сущности, открытые
системы, т.е. системы, обменивающиеся веществом со своей внешней
средой. Традиционная физика и физическая химия имели дело с
закрытыми системами, и только в последние годы теория была
расширена и включила в себя необратимые процессы, открытые
системы, и состояния нарушения равновесия. Если, однако, мы хотим
применить модель открытых систем, например, к явлениям развития
- 4 -
животных, мы автоматически подходим к обобщению теории,
ссылающейся не на физические, а на биологические единицы.
Другими словами, мы имеем дело с обобщенными системами. То же
самое верно и в области кибернетики и теории информации, которые
получают все большее внимание в последнее время.
Таким образом, существуют модели, принципы и законы,
которые применяют к обобщенным системам или их подклассам,
независимо от их определенного типа, природу их составных
элементов, и связи или «силы» между ними. Представляется
закономерной необходимость в теории, не систем более или менее
особого типа, а универсальных принципов, которые могут быть
применены к системам в общем.
Таким образом, мы постулируем новую дисциплину, которая
носит название Общая теория систем. Ее предмет изучения –
извлечение и формулировка тех принципов, которые обоснованны
для «систем» в общем.
Значение этой дисциплины может быть охарактеризовано
следующим образом. Физика интересуется системами различных
уровней универсальности. Она простирается от частных систем, таких
как используемых инженером при создании моста или машины; до
специальных законов физических дисциплин, таких как механика или
оптика; до законов значительной универсальности, таких как
принципы термодинамики, которые применяются к системам по сути
различной природы, механической, тепловой, химической и пр.
Ничего не указывает на то, что мы должны ограничиться системами,
традиционно рассматриваемыми в физике. Скорее, мы можем искать
принципы, применяемые к системам в общем, независимо от того,
какой они природы – физической, биологической или
социологической. Если мы поставим этот вопрос и соответствующим
образом определим концепцию системы, мы обнаружим, что
существуют модели, принципы и законы, которые применимы к
обобщенным системам безотносительно их конкретного типа,
элементов и связанных с ними «сил».
Последствие существования общих системных свойств –
возникновение структурных сходств или изоморфизмов в различных
областях. Существуют соответствия в принципах, которые управляют
поведением сущностей, по своей сути, в значительной степени