Берталанфи Л. Общая теория систем - Основы, развитие, применение. Главы 1-2

Подождите немного. Документ загружается.

- 5 -

различающихся. Приведем простой пример: экспоненциальный закон

роста применяется к определенным бактериальным клеткам, к

популяциям бактерий, животных или людей, и к прогрессу научных

исследований, измеряемому числом публикаций по генетике и науке

в общем. Рассматриваемые сущности, такие как бактерии, животные,

люди, книги и пр., совершенно различны, как и связанные с ними

причинные механизмы. Тем не менее, математический закон – один и

тот же. Другой пример: существуют системы уравнений,

описывающие конкуренцию видов животных и растений в природе.

Но оказывается, что те же самые системы уравнений применимы к

определенным областям в физической химии, а также в экономике.

Это соответствие вызвано тем фактом, что вышеназванные категории

могут рассматриваться, в определенных отношениях, как «системы»,

т.е. комплексы элементов, взаимодействующих друг с другом. Тот

факт, что упомянутые области, а также и другие, имеют отношение к

«системам», ведет к соответствию к общих принципах и даже в особых

законах, когда условия являются аналогичными в рассматриваемых

явлениях.

В действительности, похожие концепции, модели и законы часто

появляются в совершенно различных областях, независимо друг от

друга и основываясь на абсолютно разных фактах. Существует много

случаев, когда идентичные принципы были открыты несколько раз,

поскольку ученые в одной сфере не были осведомлены о том, что

требующаяся теоретическая структура уже была разработана в какой-

либо другой области. Общая теория систем пройдет долгий путь по

направлению к устранению подобного ненужного дублирования

труда.

Системные изоморфизмы также возникают в проблемах,

которые не поддаются количественному анализу, но тем не менее

представляют собой огромный интерес. Например, существуют

изоморфизмы между биологическими системами и

«эпиорганизмами» (Джеррард), подобными сообществам животных и

человеческим обществам. Какие принципы являются общими для

нескольких уровней организации, и могут обоснованно переноситься

от одного уровня к другому, и какие являются специфичными, так что

перенос ведет к опасным заблуждениям? Могут ли общества и

цивилизации рассматриваться в качестве систем?

- 6 -

Таким образом, представляется, что общая теория систем может

быть полезным инструментом, предоставляющим, с одной стороны,

модели, которые могут использоваться в, и переноситься на

различные области, охраняющим, с другой стороны, от

неопределенных аналогий, которые часто препятствуют прогрессу в

этих областях.

Однако существует другой и даже более важный аспект общей

теории систем. Он может быть перефразирован посредством

подходящей формулировки, которой мы обязаны хорошо известному

математику и основателю теории информации, Уоррену Виверу.

Классическая физика, говорил Вивер, в высшей степени преуспела в

разработке теории неорганизованной комплексности. Таким образом,

например, поведение газа – результат неорганизованных и

индивидуально неразличимых движений бесчисленных молекул; в

целом оно управляется законами термодинамики. Теория

неорганизованной комплексности по сути, коренится в законах

возможности и вероятности и во втором законе термодинамики. В

отличие от этого, фундаментальная проблема сегодня – проблема

организованной комплексности. Концепции, подобные концепциям

организации, целостности, направленности, телеологии и

дифференциации, несвойственны традиционной физике. Однако они

возникают повсюду в биологической, поведенческой и социальной

науках, и, фактически, неотъемлемы при изучении живых организмов

или социальных групп. Тем самым, основная проблема, стоящая

перед современной наукой, - общая теория организации. Общая

системная теория, в принципе, способна дать точные определения для

таких концепций, и, в подходящих случаях, подвергнуть их

количественному анализу.

Поскольку мы кратко отметили, какое значение имеет общая

системная теория, это поможет избежать неправильных

представлений о том, чем она не является. Выдвигаются возражения,

что системная теория равносильна тривиальному факту, что

математика некоторого типа может применяться к различного рода

проблемам. Например, закон экспоненциального роста применим к

совершенно различным явлениям, от радиоактивного распада до

исчезновения человеческих популяций с недостаточной

репродукцией. Тем не менее, это так, поскольку эта формула – одно

- 7 -

из простейших дифференциальных уравнений, и тем самым, может

применяться к совершенно различным категориям. Поэтому, если так

называемые изоморфные законы роста возникают в совершенно

различных процессах, это не обладает большим значением, чем факт,

что элементарная арифметика применима ко всем исчисляемым

объектам, что 2 плюс 2 равняется 4, независимо от того, являются ли

подсчитываемые объекты яблоками, атомами или галактиками.

Ответ на это следующий. Не только в приведенном примере с

целью простой иллюстрации, но и в разработке системной теории,

вопрос заключается не в применении хорошо известных

математических выражений. Скорее, формулируются проблемы,

которые можно считать нестандартными и частично далекими от

решения. Как упоминалось, метод классической науки был наиболее

подходящим для явлений, которые либо могут быть разложены на

отдельные причинные цепи, либо являются статистическим

результатом «бесконечного» числа случайных процессов, что

справедливо в статистической механике, втором принципе

термодинамики и всех законах, выводимых из нее. Классические

модели мышления, однако, не приводят к успеху в случае

взаимодействия большого, но ограниченного числа элементов или

процессов. Здесь возникают проблемы, которые характеризуются

такими понятиями как целостность, организация и т.п., и которые

требуют новых способов математического мышления.

Другое возражение акцентируется на опасности, что общая

теория систем может свестись к бессмысленным аналогиям. Эта

опасность в действительности существует. Например, широко

распространена идея рассматривать государство или нацию в качестве

организма на суперординатном уровне. Такая теория, однако,

находится в основании тоталитарного государства, в котором личность

человека оказывается незначительной клеткой в организме или

маловажным работником в «людском муравейнике».

Но общая теория систем не сводится к поиску неопределенных и

поверхностных аналогий. Аналогии как таковые имеют небольшое

значение, поскольку помимо сходств между явлениями, всегда можно

обнаружить и отличия. Рассматриваемый изоморфизм – больше чем

простая аналогия. Это следствие факта, что, в определенных

отношениях, соответствующие абстракции и концептуальные модели

- 8 -

могут применяться к различным явлениям. Системные законы

применимы только в виду этих аспектов. Это не отличается от общей

процедуры в науке. Та же самая ситуация существует, когда закон

гравитации применяется к яблоку Ньютона, солнечной системе, и

явлениям, связанным с приливом и отливом. Это означает, что это

справедливо в виду определенных ограниченных аспектов

теоретической системы, в аспектах механики; это не означает, что

существует определенное сходство между яблоками, планетами и

океанами в большом количестве других аспектов.

Третье возражение утверждает, что системной теории не хватает

объяснительной ценности. Например, определенные аспекты

органической направленности, такие как так называемая

эквифинальность процессов развития (стр.40), открыты для системно-

теоретической интерпретации. Однако никто не способен сегодня

определить детально процессы, ведущие от яйцеклетки животного до

организма с бесчисленным множеством клеток, органов и в высшей

степени сложных функций.

Здесь мы должны учитывать, что существуют степени научного

объяснения, и что в сложных и теоретически мало разработанных

областях мы должны довольствоваться тем, что экономист Хэйек

справедливо обозначил как «объяснение в принципе». Пример может

показать, что имеется в виду.

Теоретическая экономика – тщательно разработанная система,

представляющая сложные модели для рассматриваемых процессов.

Однако, профессора экономики, как правило, не миллионеры.

Другими словами, они хорошо могут объяснить экономические

явления «в принципе», но они не способны спрогнозировать

колебания на фондовой бирже в отношении определенных акций или

периодов. Тем не менее, объяснение в принципе лучше, чем

отсутствие какого-либо объяснения вообще. Если и когда мы будем

способны ввести необходимые параметры, системно-теоретическое

объяснение «в принципе» станет теорией, похожей по структуре с

теориями физики.

Цели общей теории систем

Мы можем суммировать эти соображения следующим образом.

- 9 -

Похожие общие концепции и точки зрения развиваются в различных

дисциплинах современной науки. Тогда как в прошлом наука

пыталась объяснить наблюдаемые явления, преобразуя их во

взаимодействие элементарных частиц, исследуемых независимо друг

от друга, в современной науке появляются концепции, которые

затрагивают то, что в некоторой степени расплывчато обозначается

как «целостность», т.е. проблемы организации, феномены, не

разделимые на локальные явления, проявление динамических

взаимодействий в различии поведения частей, когда они изолированы

или в конфигурации более высокого порядка, и пр.; т.е. «системы»

различных порядков, которые не могут быть поняты посредством

исследования их соответствующих частей в изоляции. Концепции и

проблемы этого рода появляются во всех отраслях науки, независимо

от того, являются ли объектом их изучения неодушевленные

предметы, живые организмы или социальные явления. Это

соответствие поразительно, поскольку достижения в отдельных науках

были взаимно независимыми, в основном неизвестны в других

областях, и основаны на различных фактах и противоречащих

философиях. Они указывают на общее изменение в научном аттитюде

и концепциях.

Не только общие аспекты и точки зрения похожи в различных

науках; часто мы обнаруживаем формально идентичные или

изоморфные законы в разных областях. Во многих случаях,

изоморфные законы справедливы для определенных классов или

подклассов «систем», независимо от природы затрагиваемых

сущностей. Существуют общие системные законы, которые

применимы к любой системе определенного типа, независимо от

конкретных свойств вовлеченной системы или элементов.

Эти соображения ведут к постулированию новой научной

дисциплины, которую мы называем общая теория систем. Предмет ее

изучения – формулирование принципов, которые являются

действующими для «систем» в целом, какой бы ни была сущность их

составных элементов и отношений или «сил» между ними.

Таким образом, общая теория систем – общая наука

«целостности», которая до сих пор считалась неопределенной,

смутной и полуметафизической концепцией. В разработанной форме

она была бы логико-математической дисциплиной, самой по себе

- 10 -

чисто формальной, но применимой к различным эмпирическим

наукам. Для наук, изучающих «организованное целое», она

представляла бы такую же ценность, как и теория вероятности для

наук, изучающих «случайные явления»; последняя также является

формальной математической дисциплиной, которая может

применяться к самым различным областям, таким как

термодинамика, биологическое и медицинское экспериментирование,

генетика, статистика страхования жизни, и пр.

Это указывает на основные цели общей теории систем:

(1) существует общая тенденция интеграции в различных науках,

естественных и социальных.

(2) подобная интеграция находится в центре общей теории систем.

(3) Такая теория может быть важным средством разработки точной

теории в нефизических областях науки.

(4) Разрабатывая объединяющие принципы, проходящие

«вертикально» через совокупность отдельных наук, эта теория

приближает нас к цели единства науки.

(5) Это может вести к столь необходимой интеграции в научном

образовании.

Замечание в отношении определения границ теории,

упоминавшееся ранее, кажется вполне подходящим. Термин и

программа общей теории систем были представлены автором данной

книги несколько лет назад. Однако оказалось, что довольно большое

количество ученых в различных областях пришло к похожим выводам

и способам подхода. Поэтому предполагается сохранить это название,

которое сейчас становится все более распространенным, являющееся

только наиболее подходящим обозначением.

На первый взгляд кажется, что определение систем как «групп

элементов, взаимосвязанных между собой» такое общее и

неопределенное, что из него мало что можно извлечь. Однако это не

так. Например, системы могут быть определены некоторыми

семействами дифференциальных уравнений и если, при обычном

способе математического умозаключения, вводятся более

определенные условия, могут быть обнаружены многие важные

свойства систем в целом и более особых случаев (см. главу 3).

- 11 -

Математический подход, которого придерживаются в рамках

общей теории систем, не является единственно возможным или

самым главным. Существует несколько связанных с ним современных

подходов, такие как теория информации, кибернетика, теория игр,

принятия решений, и теория сетей, стохастические модели,

исследование операций, - если упоминать только самые значительные

из них. Однако, тот факт, что дифференциальные уравнения

охватывают обширные области в физических, биологических,

экономических и, возможно, также поведенческих науках, делает с их

помощью возможным изучение обобщенных систем.

Теперь я проиллюстрирую общую теорию систем, приведя

несколько примеров.

Закрытые и открытые системы: ограничения традиционной

физики

Первый пример – закрытые и открытые системы. Традиционная

физика имеет дело только с закрытыми системами, т.е. системами,

которые считаются изолированными от своей внешней среды. Таким

образом, физическая химия рассказывает нам о реакциях, их скорости

и химическом равновесии, которое в конечном итоге устанавливается

в закрытом сосуде, куда помещается несколько реагентов.

Термодинамика эксплицитно объявляет, что ее законы применимы

только к закрытым системам. В частности, второй принцип

термодинамики утверждает, что, в закрытой системе, определенное

количество, называемое энтропией, должно возрасти до максимума, и

в конечном итоге процесс завершается, достигнув состояния

равновесия. Второй принцип может быть сформулирован

различными способами, один из них состоит в следующем: энтропия

– характеристика вероятности, и закрытая система стремится к

состоянию наиболее вероятного распределения. Однако, наиболее

вероятное распределение, например, смеси красного и синего бисера,

или молекул с разной скоростью, - состояние полного беспорядка;

состояние, в котором весь красный бисер будет отделен от синего, или

когда в замкнутом пространстве все молекулы с большой скоростью,

т.е. с высокой температурой, будут находиться справа, а все молекулы

с небольшой скоростью, с низкой температурой, - слева – в высшей

- 12 -

степени маловероятно. Таким образом, склонность к максимальной

энтропии или наиболее вероятному распределению – склонность к

максимальному беспорядку.

Однако мы обнаруживаем системы, которые по своей сути и

определению не являются закрытыми системами. Каждый живой

организм – по существу открытая система. Она поддерживает себя в

постоянном движении, в процессе создания и разрушения

компонентов, никогда не находясь, до тех пор, пока она жива, в

состоянии химического или термодинамического равновесия,

сохраняя так называемое устойчивое состояние, которое отличается от

последнего. Это является самой сутью того фундаментального явления

жизни, которое называется метаболизм, химические процессы внутри

живых клеток. Очевидно, традиционные формулировки физики в

принципе неприменимы к живому организму в качестве открытой

системы и устойчивого состояния, и мы также можем подозревать, что

многие характеристики живых систем, которые являются

парадоксальными, принимая во внимание законы физики, - следствие

этого факта.

Только в недавние годы мы можем наблюдать расширение

границ физики, и включение в нее открытых систем. Эта теория

проливает свет на многие малопонятные явления в физике и

биологии, а также ведет к важным общим выводам, два из которых я

сейчас отмечу.

Первый – принцип эквифинальности. В любой закрытой системе

конечное состояние – однозначно определяется начальными

условиями: напр., движение в солнечной системе, где положения

планет в момент времени t однозначно определяются их

положениями в момент времени t

0. Или при химическом равновесии,

конечные концентрации реагентов естественно зависят от

первоначальных концентраций. Если начальные условия или процесс

меняются, то конечное состояние также будет изменено. Это не так в

открытых системах. Здесь, одно и то же конечное состояние может

быть достигнуто при различных начальных условиях и разными

путями. Это называется эквифинальностью, и имеет огромное

значение для явлений биологической регуляции. Те, кто знаком с

историей биологии, вспомнят, что именно эквифинальность привела

немецкого биолога Дриша к принятию витализма, т.е. к доктрине, в

- 13 -

рамках которой жизненные явления необъяснимы в терминах

естественной науки. Доказательства Дриша были основаны на

экспериментах на эмбрионах в ранней стадии развития. Один и тот

же конечный результат – нормальная особь морского ежа, может

развиться из целой яйцеклетки, из каждой половины разделенной

яйцеклетки, или из продукта фузии целых яйцеклеток. То же самое

относится к эмбрионам многих других видов, включая человека, когда

идентичные близнецы развиваются вследствие разделения одной

яйцеклетки. Эквифинальность, согласно Дришу, противоречит

законам физики, и может достигаться только при наличии

виталистического фактора, который управляет процессами в

предвидении цели, - формирование нормального организма. Однако

может быть доказано, что открытые системы, в той степени, в которой

они достигают устойчивого состояния, должны демонстрировать

эквифинальность, и тем самым предполагаемое нарушение

физических законов исчезает (см. стр. 132 и далее).

Другой очевидный контраст между неживой и живой природой

заключается в том, что иногда называется противоречием между

деградацией (Лорд Кельвин) и эволюцией (Дарвин), между законом

диссипации в физике и законом эволюции в биологии. Согласно

второму принципу термодинамики, общее направление явлений в

физической природе – к состояниям максимального беспорядка и

снижению различий, с так называемой тепловой смертью вселенной в

качестве финальной перспективы, когда вся энергия деградирует в

равномерно распределяемую теплоту низкой температуры, и

мировой процесс остановится. В отличие от этого, живой мир

демонстрирует, в эмбриональном развитии и эволюции, переход к

более высокому порядку, гетерогенности, и организации. Но на основе

теории открытых систем исчезает очевидное противоречие между

энтропией и эволюцией. Во всех необратимых процессах энтропия

должна возрастать. Таким образом, изменение энтропии в закрытых

системах всегда положительное; порядок постоянно разрушается.

Однако в открытых системах имеет место не только производство

энтропии вследствие необратимых процессов, но и поток энтропии,

который также может быть отрицательным. Так происходит в живом

организме, в который доставляются сложные молекулы с высоким

уровнем свободной энергии. Таким образом, живые системы,

- 14 -

поддерживающие себя в устойчивом состоянии, могут избегать

возрастания энтропии, и могут даже развиваться в направлении

состояний повышенного порядка и организации.

Из этих примеров может стать очевидным значение теории

открытых систем. Помимо прочего, она показывает, что многие

предполагаемые нарушения физических законов в живой природе не

существуют, или скорее, что они исчезают с обобщением физической

теории. В обобщенной версии концепция открытых систем может

применяться к нефизическим уровням. Примером может служить ее

использование в экологии и эволюции по направлению к

достижению высшей точки (Виттекер), в психологии, где

«нейрологические системы» рассматривались как «открытые

динамические системы» (Крех), в философии, в которой

направленность на «транзакционные» точки зрения в

противоположность «интеракционным» и «Я»-акционным»

/однонаправленным линейным/ соответствует модели открытой

системы (Бентли).

Информация и энтропия

Еще одна разработка, которая тесно связана с теорией систем –

разработка современной теории коммуникации. Часто говорится, что

энергия – «валюта» физики, так же как и экономические ценности

могут быть выражены в долларах или фунтах. Однако существуют

определенные области физики и технологии, где эта «валюта» не

приемлема. Это верно в области коммуникации, которая, благодаря

появлению телефонов, радио, радаров, вычислительных машин,

сервомеханизмов и других приборов, привела к возникновению новой

отрасли физики.

Основным понятием в теории коммуникации является

информация. Во многих случаях, поток информации соответствует

потоку энергии, например, если световые волны, излучаемые

некоторыми объектами, достигают глаза или фотоэлемента,

вызывают некую реакцию организма или какого-либо механизма, и

тем самым, передают информацию. Однако, можно легко привести

примеры, когда поток информации противоположен потоку энергии,

или когда информация передается без потока энергии или вещества.