Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

дусах,

кандела

(кд)

— сила света, моль — количество вещества и

двух дополнительных: радиан (рад) — плоский угол, стерадиан

(ср)

— телесный угол. Сегодня большая часть измерительных

приборов градуируется в этих единицах.

На основании данных единиц измерения введены производные

единицы — площадь, объем, частота, скорость, ускорение и др.

, Для метра, килограмма и секунды созданы воспроизводимые

эталоны, которые все время менялись, уточнялись и совершен-

ствовались. Так, эталоном метра считается длина, равная

650 763,73 длины волны излучения в вакууме,

соответствующе-

то переходу между уровнями 2р

5с!

111

атома

криптона-86;

эта-

лон килограмма — гиря из

платино-иридиевого

сплава, имею-

щая форму цилиндра высотой и диаметром 39 мм; эталон се-

кунды — время, равное 9 192 631 660 периодам излучения, соот-

ветствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями

основного состояния атома цезия

133

С&.

Существует несколько видов измерений. В зависимости

от_

времени измерения бывают статические и динамические. В

ста-

тических измерениях измеряемая величина остается неизменной

во времени (например, размеры тела). В динамических измерениях

интересующая ученого величина меняется (например, вибрации).

По способу получения результатов различают прямые и кос-

венные измерения. Прямые измерения получаются при сравне-

нии объекта с эталоном или выдаются измерительным прибо-

ром. Косвенные измерения осуществляются на основе математи-

ческих расчетов.

Частным случаем измерения является сравнение. Оно

позво-

ляет

оценить

различные объекты и соотнести их друг с другом..

Эксперимент — более сложный метод эмпирического по-

знания по сравнению с наблюдением, без которого он не об-

ходится. Эксперимент представляет собой целенаправленное и

строго контролируемое

воздействие

исследователя на интере-

сующий его объект для изучения различных его сторон, связей и

отношений.

Таким образом, в ходе эксперимента ученый

может

вмеши-

ваться в естественный ход процессов, преобразовывать объект

ис-

следования, помещать его в искусственные условия.

Специфика эксперимента состоит также в том, что он по-

зволяет увидеть объект или процесс в «чистом» виде, Это дости-

гается

5а

счет максимального исключения воздействия посто-

ронних факторов. Ведь в обычных условиях все природные

про-

цессы крайне сложны и запутанны, не поддаются полному кон-

тролю и управлению. Поэтому экспериментатор отделяет суще-

ственные факторы от несущественных и тем самым значительно

упрощает ситуацию. Такое упрощение способствует более глубо-

кому пониманию сути явлений и процессов и дает возможность

контролировать немногие важные для данного эксперимента

фак-

торы и величины. В этом смысле эксперимент может быть уподоб-

лен процедуре абстрагирования, рассмотренной нами выше.

Многие эксперименты ставят изучаемый объект в некоторые

искусственные, нередко экстремальные условия (сверхнизкие или

сверхвысокие температуры, давления и

т.д.).

При этом нередко

обнаруживаются необычные, неожиданные свойства, позволяющие

в ином ракурсе взглянуть на привычные всем предметы и явления.

Эксперимент вошел в число важнейших методов науки со

времен

Г. Галилея, благодаря которому естествознание совер-

шило гигантский скачок в своем развитии. Но с того времени

эксперименты стали значительно сложнее как по своей техниче-

ской оснащенности, так и по взаимодействию с теорией. Ведь

эксперименты не ставятся «вслепую», они всегда базируются на

каких-то теоретических положениях, имеют

четко'определенную

цель и план исследования. Поэтому в наши дни все более важ-

ной становится проблема строгости эксперимента (наблюдения).

Дело в том, что используемые в ходе эксперимента сложнейшие

приборы и инструменты сами влияют на объект исследования,

чего быть не должно. Это прежде всего относится к исследова-

ниям в области физики микромира.

В зависимости от характера проблем, решаемых в ходе экс-

перимента, они

подразделяются

на исследовательские и прове-

рочные.

Исследовательские эксперименты дают возможность обнару-

жить у объекта новые, неизвестные ранее свойства. При этом мо-

гут быть

получены

выводы, не предсказанные существующими

гипотезами или теориями. Так, Э. Резерфорд в ходе своих экс-

периментов по изучению альфа-частиц обнаружил существова-

ние атомного ядра, что привело к рождению ядерной физики.

Проверочные, эксперименты служат для проверки, подтвержде-

ния существующих гипотез или теорий. Так, существование мно-

гих элементарных частиц вначале было предсказано теоретиче-

ски, и лишь позднее были получены экспериментальные под-

тверждения их существования.

Исходя из методики проведения и получаемых результатов,

эксперименты можно разделить на качественные и количест-

венные. |

Качественные эксперименты являются поисковыми и позво-

ляют выявить влияние каких-то внешних факторов на объект

исследования. Нередко они становятся прологом количественно-

го эксперимента, направленного на установление точных коли-

чественных зависимостей

замеченного

явления. Так, в ходе каче-

ственного эксперимента Эрстед открыл связь электричества и маг-

нетизма. Позднее Ампер в количественном эксперименте сфор-

мулировал закон для силы взаимодействия токов.

В зависимости от области применения эксперименты бывают

естественно-научные, прикладные и социально-экономические.

Естественно-научные эксперименты ставят перед собой зада-

чу подтверждения каких-то теоретических положений, поиска

новых фактов.

Прикладные эксперименты всегда имеют целью поиск практи-

ческого применения уже известных фактов и

теорий.

Так, откры-

тие

электромагнитных

волн в

1888

г. связано с именем Г. Герца,

который сумел в естественно-научном эксперименте получить

радиоволны. Опыты АС. Попова по использованию волн Герца,

в результате которых появилось радио, являются прикладным

экспериментом.

Социально-экономические эксперименты непосредственно ка-

саются жизни человека и общества и связаны с проверкой раз-

личных новаций в общественной жизни.

К ним относятся уже рассмотренные нами

выше процедуры абстрагирования и идеализа-

ции, в ходе которых образуются научные по-

нятия. Особенными теоретическими метода-

ми также являются формализация, индукция

и дедукция, гипотеза.

Формализация — использование специальной символики

вме-

\ сто реальных объектов.

Ярким примером формализации является широкое использо-

вание математической символики и математических методов в ес-

тествознании. Этой же цели служат различные логические систе-

мы, широко используемые в современной науке. Формализация

всегда происходит по единым правилам: в первую очередь опреде-

ляется тот набор символов и

знаков,

с которым будет иметь дело

ученый, во-вторых, задается система правил, по которым из вве-

денных знаков и символов можно получать какие-то выводы.

Формализация дает возможность

^исследовать

объекты без не-

посредственного обращения к

ним*

и записывать полученные ре-

зультаты в краткой и

четкой

"форме.

По сути дела, формализация представляет

собой

^создание

ис-

кусственного языка, без которого практически невозможно су-

Особенные

теоретические

методы научного

познания

ществование

научной теории и который является ее семиотиче-

ским основанием.

Индукция — метод научного познания, представляющий со-

бой формулирование логического умозаключения путем обобщения

I данных наблюдения и эксперимента, получение общего вывода на

1 основании частных посылок; движение от частного к общему.

Родоначальником индуктивного метода познания является

крупнейший философ Нового

времени

ф. Бэкон. Он считал ин-

дукцию важнейшим методом поиска истины в науке. Непосред-

ственной основой индуктивного умозаключения является повто-

ряемость признаков в ряду предметов определенного класса. За-

ключение по индукции представляет собой вывод об общих свой-

ствах всех предметов, относящихся к

данному'

классу,

на осно-

вании наблюдения достаточно широкого множества таких пред-

метов. Обычно индуктивные обобщения рассматриваются как

опытные истины, или эмпирические обобщения. Так, ученые в

большом числе опытов по изучению электропроводности фик-

сировали способность металлов проводить электрический ток.

На основании этих опытов и было сделано индуктивное умозак-

лючение об электропроводности как свойстве всех металлов.

Различают полную и неполную индукцию. Полная индукция

строит

общий-

вывод на основании изучения всех предметов или

яалений данного

класса.^В

результате полной индукции получен-

ное умозаключение имеет характер достоверного вывода. Приве-

денный выше вывод об

электропроводности

металлов является

примером полной индукции. Но в окружающем нас мире не так

много подобных объектов одного класса, число которых ограни-

ченно настолько, что исследователь может изучить каждый из них.

Поэтому гораздо чаше ученые прибегают к неполной индукции,

которая

строит

общий вывод на основании наблюдения ограни-

ченного числа

фактовдесли

среди них не встретились такие, ко-

торые противоречат индуктивному умозаключению. Например,

если ученый в ста или более случаях наблюдает один и тот же

факт, он может сделать вывод, что этот эффект проявится и при

других сходных обстоятельствах. Естественно, что добытая таким

путем истина неполна, полученное знание носит вероятностный

характер и требует

дополнительного'подтверждения.

'Научная

индукция может реализовываться в целом ряде ме-

тодов:

•

метод единственного сходства — если во всех случаях на-

блюдения какого-то явления выявляется лишь один об-

щий фактор, то он и есть причина этого явления;

• метод единственного различия — если наблюдаемое явле-

ние возникает лишь при наличии какого-то фактора, от-

сутствующего при прочих условиях, этот фактор и являет-

ся причиной данного явления;

• метод сходства и различия — соединение двух первых ме-

тодов;

• метод сопутствующих изменений — если известные изме-

нения какого-то явления каждый раз приводят к измене-

ниям в другом явлении, между этими явлениями сущест-

вует причинно-следственная связь;

• метод остатков — если сложное явление вызывается не-

сколькими причинами и у части данного явления причи-

ны известны, то оставшиеся факторы являются причиной

остальной части явления.

Индукция не может существовать в отрыве от дедукции.

Дедукция

—

метод научного познания, представляющий собой

получение частных выводов на основе общих знаний; вывод от

общего к частному.

Дедукция как метод познания исходит из уже познанных за-

конов и принципов, поэтому метод дедукции не позволяет по-

лучить содержательно нового знания. Дедукция представляет

собой лишь способ логического развертывания системы поло-

жений на базе исходного знания, способ выявления конкретно-

го содержания общепринятых посылок. Поэтому она не может

существовать в отрыве от индукции.

Решение любой научной проблемы включает выдвижение раз-

личных догадок, предположений, а чаще всего более или менее

обоснованных гипотез, с помощью которых исследователь пыта-

ется объяснить факты, не укладывающиеся в старые теории. Ги-

потезы возникают в неопределенных ситуациях, объяснение ко-

торых становится актуальным для науки. Кроме того, на уровне

эмпирических знаний (а также на уровне их объяснения) неред- -

ко имеются противоречивые суждения. Для разрешения этих

проблем также требуется выдвижение гипотез.

Гипотеза представляет собой всякое предположение, догадку

или предсказание, выдвигаемое для устранения ситуации неоп-

ределенности в научном

исследований.

Поэтому гипотеза — это

'не

достоверное,

^вероятное

знание, истинность или ложность

которого

еще

не установлена.

Выше

мы говорили, что любая гипотеза должна быть обяза-

тельно обоснована либо достигнутым знанием данной науки,

либо новыми фактами

{неопределенное

знание для обоснования

гипотезы не используется). Она должна обладать свойством объяс-

нения всех фактов, которые относятся к данной области знания,

их систематизации, а также способностью предсказывать появле-

ние новых фактов. При этом гипотеза не должна противоречить

уже имеющимся фактам. Так, квантовая гипотеза М. Планка,

выдвинутая в начале XX в. и представлявшая собой предполо-

жение, что энергия может излучаться только определенными

минимальными порциями — квантами, привела к созданию кван-

ТОРОЙ

механики, квантовой электродинамики и

других

теорий

современной физики.

Особенные ^

ним относятся

аналогия, моделирование,

универсальные

ана

™

и синтез

методы научного Метод аналогии основывается на

сходст-

познания

ве

предметов по ряду каких-либо признаков,

причем сходство устанавливается в результа-

те сравнения предметов между собой. Таким образом, в основе

метода аналогии лежит метод сравнения.

Аналогия — метод познания, при котором происходит пере-

нос

знания,

"полученного при рассмотрении какого-либо одного объ-

екта,

на другой, менее изученный, но схожий с первым объектом по

каким-либо существенным свойствам.

Если мы знаем, какими свойствами обладает хорошо изу-

ченный

нами объект, и считаем, что он схож по ряду признаков

с интересующим нас предметом, мы можем сделать логический

вывод о наличии тех же свойств у данного предмета, что и у из-

вестного нам объекта. Это и есть умозаключение по аналогии.

Именно так, по аналогии делались предположения о свойствах

еще неоткрытых химических элементов исходя из их положения

в таблице Менделеева.

Применение метода аналогии в научном познании требует

определенной осторожности. Здесь чрезвычайно важно выявить

условия, при которых он работает более эффективно. В тех слу-

чаях, когда представляется возможным разработать систему чет-

ко сформулированных правил переноса знаний с изученного

объекта на неизученный, результаты и выводы по методу анало-

гии приобретают доказательную силу.

Ученые предпочитают не пользоваться методом аналогии,

так как он дает высокую вероятность ошибок. Дело в том, что

можно принять чисто внешнее, случайное сходство между двумя

объектами за внутреннее, существенное и на этом основании

сделать вывод о сходстве, которого на самом деле нет. Так, хотя

и лошадь, и автомобиль используются как транспортные средст-

ва, было бы неверным переносить знания об устройстве маши-

ны на анатомию и физиологию лошади. Данная аналогия будет

ошибочна,

Тем не менее, метод аналогии занимает намного более зна-

чимое место в познании, чем это может показаться на первый

взгляд. Ведь аналогия не просто намечает связи между явления-

ми. Важнейшей особенностью познавательной деятельности че-

ловека является то,

что-наше

сознание не способно воспринять

абсолютно новое знание,"если у него нет точек соприкоснове-

ния с уже известным нам

знанием.

;

Именно поэтому при объяс-

нении нового материала на занятиях всегда прибегают к приме-

рам, которые и должны провести аналогию между известным и

неизвестным знанием.

Метод аналогии тесно связан с методом моделирования,

который представляет собой изучение каких-либо объектов по-

средством их моделей с дальнейшим переносом полученных дан-

ных на оригинал.

В основе этого метода лежит существенное сходство объекта-

оригинала и его модели Л Появление этого метода вызвано тем,

что иногда изучаемый объект или явление оказываются недос-

тупными для прямого вмешательства познающего субъекта или

такое вмешательство по ряду причин является нецелесообраз-

ным. В таком случае прибегают к моделированию и переносят

исследовательскую деятельность на другой объект, замещающий

интересующий нас объект или явление.

Объект-заместитель

называют моделью, а объект исследова-

ния — оригиналом, или прототипом. Модель выступает в каче-

стве заменителя прототипа, который позволяет получить о нем

определенное знание. При этом модель является аналогией ори-

гинала. Ведь возможность моделирования основана на том, что

модель в определенном отношении отображает какие-либо сто-

роны прототипа. К моделированию следует относиться с той же

осторожностью, что и к

аналогии,^

строго указывать пределы и

границы допустимых при моделировании

упрощений.

Современной науке известно несколько типов моделирова-

ния: предметное, мысленное, знаковое и компьютерное.

—

^Предметное

моделирование представляет собой использование

моделей,

воспроизводящих определенные геометрические, физи-

ческие, динамические или

функциональные

характеристики про-

тотипа. Так, на моделях исследуются

аэродинамические

качест-

ва самолетов и других машин, ведется разработка различных со-

оружений (плотин, электростанций и др.).

| Мысленное моделирование представляет собой использование

различных

мысленных представлений в форме воображаемых

моделей. Широко известна идеальная

планетарная"модель

атома

Э.

Резёрфорда,

напоминавшая Солнечную систему: вокруг по-

ложительно заряженного ядра (Солнца) вращаются отрицатель-

но заряженные электроны (планеты).

Знаковое {символическое) моделирование использует в качестве

моделей схемы, чертежи,

формулы.

* В них в условно-знаковой

форме отражаются какие-то свойства оригинала. Разновидно-

стью знакового моделирования является математическое моде-

лирование, осуществляемое средствами математики и логики.

Язык математики позволяет выразить любые свойства объектов

и явлений, описать их функционирование или взаимодействие с

другими объектами с помощью системы уравнений. Так создает-

ся математическая модель явления. Часто математическое моде-

лирование сочетается с предметным моделированием.

'Компьютерное моделирование получило широкое распростра-

нение в последнее время. В данном случае компьютер является

одновременно и средством, и объектом экспериментального ис-

следования, заменяющим

оригинал.

Моделью

при

этом является

компьютерная программа (алгоритм).

•••*

Анализ — метод научного познания, в основу которого поло-

жены процедура мысленного или реального расчленения предмета

на составляющие его части и их отдельное изучение. Эта проце-

дура ставит своей целью переход от изучения целого к изуче-

нию его частей и осуществляется путем

абстрагирования

от

связи этих частей друг с другом.

Анализ — органичная составная часть всякого научного иссле-

дования, являющаяся обычно его первой стадией, когда исследова-

тель переходит от описания нерасчлененного изучаемого объекта к

выявлению его строения, состава, а также свойств и признаков.

Так, важнейшим разделом химии является аналитическая химия,

призванная выявить состав изучаемого вещества.

Особое значение анализу как методу научного познания при-

давалось в классическом естествознании Нового времени. Тогда

он считался ведущим методом науки. Но хотя анализ и занимает

важное место среди методов

науки,

?он

связан лишь с первым эта-

пом познания. Для постижения объекта как единого целого недос-

таточно знать, из чего он состоит. Важно понять, как связаны друг

с другом составные части объекта, а это можно сделать, лишь изу-

чив их в единстве. Для этого анализ дополняется синтезом.

—•»

Синтез — метод научного познания, в основу которого поло-

жена процедура соединения различных элементов предмета в

единое целое, систему, без чего невозможно действительно науч-

ное познание этого предмета.

Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как

метод представления целого в форме единства знаний, получен-

ных с помощью анализа. Важно понять, что синтез вовсе не

яв-

ляется простым механическим соединением разрозненных эле-

ментов в единую систему. Он показывает место и роль каждого

элемента в этой системе, его связь с другими составными

частя-

ми системы. Таким образом, в синтезе происходит не просто объ-

единение, а обобщение аналитически выделенных и изученных

особенностей

объекта.

Синтез — такая же необходимая часть научного познания, как

и анализ, и идет вслед за

ним.

Анализ и синтез — это две сторо-

ны единого

аналитико-синтетического

метода познания, друг без

друга они существовать не

могут.^

Система методов научного познания не является статичной и

неизменной.

ней"

постоянно появляются новые методы, а уже

известные методы могут в процессе развития науки переходить из

одной категории в другую: частные превращаются в особенные,

особенные — в

общиеДСреди

таких методов в

современнойнауке

все более

важное

место'

занимают

системный подход и метод гло-

бального эволюционизма.

3.2. Основы системного подхода

Под системным подходом в широком смысле слова понима-

. ют

такой)

метод исследования окружающего нас мира, при кото-

ром интересующие нас предметы и явления рассматриваются

как части или элементы определенного целостного образования.

Эти части и элементы, взаимодействуя друг с

другом,

образуют

новые свойства этого целостного образования (системы), отсут-

ствующие у них в отдельности.

Л1

...... . Понятие системы, как и системный подход

и сущность

сие-

целом

сформировалось в XX в. на основе

темного подхода

работ

А.А. Богданова и Л. фон Берталанфи.

Известный советский ученый Богданов стал

основоположником тектологии (всеобщей

организационной

нау-

ки). Он утверждал, что; любой предмет или явление имеет свою

цель и

устроен

в соответствии с ней. Это дает нам основания

считать эти предметы и явления организмами и организациями.

В природе существует объективная целесообразность, или орга-

низованность, являющаяся результатом естественного отбора.

Богданов понимал организованность как свойство целого быть

больше суммы своих частей, причем, чем больше эта разница,

тем выше степень организации.

Тогда же Богданов выдвинул программу построения общей

теории систем и сформулировал ее основные

задачи,,среди

ко-

торых важнейшей было выявление общих принципов и законов

поведения систем независимо от их типа и синтеза научных зна-

ний на этой основе.

Австрийский

биолог-теоретик!

Л. фон Берталанфи разработал

теорию открытых биологических систем, способных достигать

своего конечного состояния несмотря на некоторые нарушения

условий своего существования. Он обратил внимание на сущест-

вование моделей, принципов и законов, применимых к любым

системам независимо от их содержания. Физические, химические,

биологические и социальные системы, по его мнению, должны

функционировать по одним правилам. Он

же;дал

первое опре-

деление системы как совокупности элементов', находящихся во

взаимодействии. I

Сегодня под

системой

понимают внутреннее (или внешнее)

упорядоченное множество взаимосвязанных

элементов,

опреде-

ленную целостность, проявляющую себя как нечто единое по от-

ношению к другим объектам или внешним условиям. Во всех сис-

темах связь

межцу

ее элементами является более устойчивой,

упорядоченной

"и внутренне необходимой, чем связь каждого

из элементов с окружающей средой.

Степень взаимодействия частей системы друг с другом может

быть различной. Кроме

того,'любой

предмет или явление окру-

жающего мира, с одной стороны, может входить в состав более

крупных и масштабных систем, а с другой стороны — сам являться

системой, состоящей из более мелких элементов и составных час-

тей.Поэтому

все предметы и явления окружающего нас мира

мо-

гут изучаться и как элементы систем, и как целостные системы, а

системность является неотъемлемым свойством мира, в котором

мы живем. В этом заключается сущность системного подхода.

Строение

системы

Рассмат

ивая

.строение

системы, можно вы-

Гкпиппивит..!»

делить следующие компоненты: подсистемы

и части (элементы). Подсистемы

являются

крупными частями систем, обладающими относительной само-

деятельностью.

Элементы (части) — наименьшие единицы сис-

гемы.

Разница между элементами и подсистемами достаточно

Условна, если отвлечься от их размера. В качестве примера можно

привести человеческий организм, безусловно, являющийся

сие-

темой. Его подсистемами являются нервная, пищеварительная, '

дыхательная, кровеносная и другие системы. В свою очередь они

состоят из отдельных органов и тканей, которые являются эле-

ментами человеческого организма. Но мы можем рассматривать

в качестве самостоятельных систем выделенные нами подсистемы,

в таком случае подсистемами будут органы и ткани, а элементами

системы — клетки. Таким

образом,!

системы, подсистемы и эле-

менты находятся в отношениях

иерархического

соподчинения.

Любая система

обязательно'ббладает.структурой

— относи-

тельно устойчивой системой взаимосвязи элементов, образующих

целое. Структура включает в себя элементы, отношения между

этими элементами и систему этих отношений. Структура — это

важнейшая сторона системы. Она существует только как часть

системы и не может существовать сама по себе.

В рамках системного подхода была создана общая теория сис-

тем, которая сформулировала принципы, общие для самых раз-

личных областей знания. Она начинается с классификации сис-

тем, которая дается по нескольким основаниям.

Классификация

В зависимости от

структуры системы

систем

делятся

на

дискретные,

жесткие и централи-

зованные.

Дискретные (корпускулярные) системы состоят

из?подобных

друг другу элементов, не связанных между собой непосредст-

венно, а

объединенных

только общим отношением к окружаю-

"шей

среде,

поэтому

употерд

нескольких элементов не наносит

ущерба целостности системы.

Жесткие системы отличаются повышенной организованно-

стью, поэтому удаление даже одного элемента

губит

всю систему.

Централизованные системы

имеют;

одно основное

звено,

ко-

торое, находясь в центре системы, связывает все остальные эле-

менты и управляет ими.

По типу

взаимодействия

с окружающей средой

все системы делятся на открытые и закрытые.

Открытые системы ~ системы реального мира, обязательно

обменивающиеся веществом, энергией или информацией с ок-

ружающей

средбй.

Закрытые системы не обмениваются ни веществом, ни энер-

гией,

ни

информацией

с окружающей средой. Это понятие явля-

ется абстракцией

высокого

уровня и реально не существует, так \

как в действительности никакая

система

не может быть полно- •

стью изолирована от воздействия других систем. Поэтому все !

известные в мире системы являются открытыми.

По составу системы можно разделить на материальные

и идеальные.

К материальным системам относится большинство органиче-

ских, неорганических и социальных систем (физические, химиче-

ские, биологические, геологические, экологические, социальные

системы). Также среди материальных систем можно выделить

искусственные технические и технологические системы, создан-

ные человеком для удовлетворения его потребностей.

Идеальные системы представляют собой отражение матери-

альных

сиСтем

в человеческом и общественном сознании. При-

мером такой системы является наука, которая с помощью зако-

нов и теорий описывает

реальнее'материальные

системы, суще-

ствующие в природе.

Характеризуя состояние

систем,

их можно разде-

лить на динамические и статические. Хотя эта классификация

очень условна

(вес

в мире находится в постоянном изменении и

движении), иногда бывает целесообразно рассматривать некото-

рые

системы как покоящиеся.

Теория систем также изучает свойства

сие-

свойства

систем , ,

тем.

Многие

высокоорганизованные систе-

мы отвечают понятию целесообразности, ориентированы на

достижение какой-либо цели. Эти свойства отсутствуют у от-

дельных элементов системы и появляются только у системы в

целом. Такие свойства называются

эмерджентными

свойствами

системы. Например, вода состоит всего из двух химических эле-

ментов — кислорода (О) и водорода (Н), которые в отдельности

не обладают свойствами воды. Только при соединении этих эле-

ментов в определенную систему

(Н2О)

появляется вода со свои-

ми специфическими свойствами.

У многих высокоорганизованных систем формируется меха-

низм обратной связи ~ реакция системы на воздействие окру-

жающей

среды. Если мы бросим камень, он пролетит некоторое

расстояние и упадет, никак не сопротивляясь этому. В данном

случае обратная связь отсутствует. Но если мы попытаемся дер-

нуть кошку за хвост, обратной связью, скорее всего, будут наши

Исцарапанные

руки.

Существует несколько типов обратной связи. Система может

своим поведением усиливать внешнее воздействие (если рота сол-

дат будет идти по

'мосту',

шагая в ногу, мост может рухнуть из-за

резонанса), при этом формируется положительная обратная связь.

При уменьшении внешнего воздействия создается отрицатель-

чая

обратная

связь. Разновидностью таких связей

"яатяется

го-

меостатическая

обратная

связь,

сводящая внешнее воздействие

к нулю. Примером может служить постоянная температура че-

ловеческого тела, остающаяся неизменной несмотря на колеба-

ния температуры окружающей среды.

'Механизм

обратной связи делает систему более устойчивой,

надежной и эффективной.; Также он повышает ее внутреннюю

организованность. "Именно наличие механизма обратной связи

дает возможность говорить, что система имеет какие-то

дели,

что

ее поведение целесообразно.

В 1948 г. на стыке математики, техники и нейрофизиологии

появилась

самостоятельная наука, исследующая поведение таких

сложных целесообразных систем с обратной связью. Основателем

этой науки, получившей название кибернетики, стал Н. Винер.

Кибернетика'изучает

процессы управления, связи и обработки

информации в природе, технике и обществе.

Оригинальность этой науки заключается в том, что она изу-

чает не состав систем и не их структуру, а результат их работы

по их реакции на внешние воздействия, а также те' функции,

которые выполняют эти системы. В рамках кибернетики в науку

были введено такое понятие, как информация — мера организо-

ванности системы. Винер обнаружил, что информация характе-

ризует меру разнообразия системы, она растет с повышением

разнообразия.

Одним из основных законов кибернетики является закон не-

обходимого разнообразия. Он утверждает,

что|

эффективное управ-

ление какой-либо системой возможно только в том случае, ко-

гда разнообразие управляющей системы больше разнообразия

управляемой системы. Иными словами, чем больше мы имеем

информации о системе, которой собираемся управлять, тем эф-

фективнее будет процесс управления.

Само управление можно

рассматривать как процедуру накопления, передачи и преобра-

зования информации. Оно является определенной последова-

тельностью точных предписаний — алгоритмов. С их помощью

достигается поставленная цель.

Практический эффект от обработки различных алгоритмиче-

ских процессов был получен с появлением ЭВМ и особенно со-

временных быстродействующих компьютеров. Они облегчили

умственный труд человека так же, как ранее различные машины

и механизмы заменили физический труд людей. Разумеется,

компьютеры уступают человеческому мозгу в гибкости, но пре-

восходят его в быстродействии. Поэтому сегодня компьютеры

проникли практически во все сферы нашей жизни.

Итак,; системный подход применим для исследования предме-

тов и явлений самого разного характера.: При этом приходится

абстрагироваться от конкретного содержания отдельных систем и

выявлять то общее, что присуще всем системам определенного

рода. Проще всего это сделать с помощью построения математи-

ческих моделей. Лучше всего это делать с помощью компьютера.

Затем с помощью данных наблюдений и экспериментов создан-

ная модель уточняется и ей можно с успехом пользоваться в

дальнейшей теоретической и практической деятельности.

3.3. Метод глобального эволюционизма

Если'в

системном подходе воплотилась идея

.всеобщей

связи

всех предметов и явлений

мира,

то в глобальном эволюциониз-

ме — идея развития мира.

Глобальный эволюционизм — это убеждение в том, что как

Вселенная в

целом,

так и отдельные ее элементы не могут суще-

ствовать, не развиваясь. При этом считается,

чтс^развитие

идет

по

едином>'

алгоритму — от простого к сложному путем само-

организации.

Этот принципиально новый взгляд на мир

коицепция

разви-

был

<*РМ>™рован

™»

•*>

второй поло-

тип

пгилпи

вине XX в., хотя сама идея развития была

тия

основы

термодинамики присуща научному мировоззрению еще с на-

чала XIX в. Самое

полное

свое

воплощение

классическая концепция развития нашла в эволюционной теории

Ч. Дарвина, которая объясняла, как из простейших организмов

развились высокоорганизованные, включая человека. Но класси-

ческие

естественные

науки, прежде всего физика и астрономия,

составлявшие основу научного мировоззрения XIX в., оставались

в стороне от эволюционных идей. До середины века они исходи-

ли из представления

о^статичности

и неизменности Вселенной.

Ситуация изменилась после открытия в 1850 г. Р. Клаузиусом

второго

начала термодинамики, когда в науке утвердилась идея,

что Вселенной

присуще

развитие, но оно идет от порядка к хао-

су — состоянию термодинамического равновесия (одинаковая

температура во всей Вселенной). Это самое простое из всех

воз-

можных состояний закрытой

системы,

которой тогда считалась

Вселенная.

Господствующей

тенденцией в развитии материи при-

знавалось стремление к

разрушению

случайно возникшей упоря-

доченности и возвращение к исходному хаосу.

В основе классических представлений о развитии лежали идеи

классической термодинамики — физической науки, занимаю-

щейся

изучением наиболее общих свойств макроскопических

тел, находящихся в состоянии термодинамического равновесия,

и процессов перехода между этими состояниями. Важнейшей

задачей этой науки является анализ взаимопревращения различ-

ных видов энергии. Эта наука основывается на трех основных

постулатах, или началах.

Первое начало термодинамики известно как закон сохранения

энергии. Это фундаментальный закон, согласно которому важ-

нейшая физическая величина — энергия — сохраняется неиз-

менной в изолированной системе. Когда мы говорим о сохране-

нии энергии, мы имеем

виду механическую, тепловую и внут-

реннюю энергию, т.е. энергию, зависящую лишь от термодина-

мического состояния системы. Она складывается из движения

атомов, энергии химических связей и других типов энергий,

связанных с состоянием электронов в атомах и молекулах.

Количественная формулировка этого закона звучит так: теп-

ло, сообщенное системе, расходуется на увеличение ее внутренней

энергии и на совершение работы против внешних сил. Например,

если вы поместите градусник, используемый для измерения тем-

пературы тела, в стакан с водой с температурой

50°С,

то через

минуту вы услышите характерный звон разбитого стекла: это

ртуть, расширившись (а расширение связано с увеличением меж-

атомных расстояний, т.е. с увеличением внутренней энергии рту-

ти) и не имея выхода, надавила на стекло резервуара, совершила

работу и разрушила его.

Согласно этому закону, в изолированной системе энергия мо-

жет

только

превращаться

из"одной

формы в другую, но ее количе- I

ство всегда остается постоянным.

1Если

система не изолирована,

энергия может изменяться за счет обмена между частями систе-

мы или разными

системами.\

Например, ежедневно мы сталки-

ваемся с тем, что горячий чайник, охлаждаясь, нагревает воздух.

Науке сегодня не известна ни одна причина, которая могла

бы привести к нарушению этого закона. Иначе был бы возмо-

жен вечный двигатель, создающий энергию из ничего. Поэтому

первый закон термодинамики

более

известен в другой редакции:

нельзя построить вечный двигатель первого рода, то есть такую

машину, которая совершала бы работу больше подводимой к ней

извне энергии.

Существование вечного двигателя второго рода запрещает

второе начало

термодинамики;

теплота не переходит самопроиз-

вольно от холодного тела к более горячему. Поэтому невозмож-

но построить такую машину, которая работала бы за счет пере-

носа тепла от холодного тела к горячему. Это не запрещено пер-

вым началом термодинамики, но практически невозможно.

Второе начало термодинамики указывает на существование

двух различных форм энергии — теплоты,

связанной'с

неупоря-

доченным, хаотическим движением молекул (например, бро-

уновское движение молекул, скорость которого напрямую свя-

зана с температурой), и работы, связанной с упорядоченным

движением.|Ра6оту

всегда"можно превратить в эквивалентное ей

тепло (вспомните, как наши предки получали огонь трением). В

то же время тепло в эквивалентную ему работу полностью пре-

вратить нельзя, всегда останется некоторое количество теплоты,

которое пропадет

бесполезно.

Другими словами, неупорядочен-

ную форму

энергий

невозможно полностью перевести в упоря-

доченную. Мерой неупорядоченности, или мерой хаоса систе-

мы, в термодинамике

^является

энтропия. Энтропия не бывает

отрицательной, она всегда

положительна.

Исключением являет-

ся случай, когда идеальный кристалл находится при температуре

абсолютного нуля (но на этот счет существует третье начало

термодинамики, говорящее о недостижимости абсолютного нуля,

равного

-273°С),

что невозможно, так как это означало бы пре-

кращение любого движения, в том числе движения атомов и

элементарных частиц. 1

Иногда

используется

отрицательная величина энтропии —

негэнтропия,

которая является мерилом упорядоченности системы.

Эта величина может быть только

отрицательной.

Рост

негэнтро-

пии соответствует возрастанию порядка, энтропии — росту хаоса.

Таким образом, в соответствии со вторым началом термоди-

намики, в

случае

изолированной системы (не обменивающейся

веществом, энергией или информацией с окружающей средой)

неупорядоченное

состояние

не может самостоятельно перейти в

упорядоченное^

Представим себе закрытую систему, в которой

вся энергия находится в упорядоченном состоянии (энергия-ра-

бота). Если в этой системе начнется процесс преобразования

энергии, то мы увидим, что вся энергия-работа постепенно пе-

рейдет в энергию-тепло. Полученное тепло может быть использо-

вано для совершения какой-либо полезной работы, но не полно-

стью. Так появится энтропия. При следующем цикле преобразова-

ния работа опять полностью перейдет в тепло, но тепло вновь не

сможет полностью превратиться в работу, и поэтому энтропия

вновь увеличится. Так будет происходить до тех пор, пока вся

энергия системы не превратится в тепло и не установится состоя-

ние термодинамического равновесия. Таким образом, в изолиро-

ванной системе энтропия может только расти. Поэтому второе на-

чало термодинамики еще называют принципом возрастания энтро-

пии. Эта более точная формулировка второго начала термодинами-

ки утверждает, что при самопроизвольных процессах в системах,

имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает.

Ины-

ми словами, любая система стремится к состоянию термодинами-

ческого равновесия, которое можно отождествить с хаосом.

Именно из этого принципа вытекали пессимистические пред-

ставления о развитии Вселенной, характерные для второй

поло-

вины

XIX

в. Они воплотились в

идею

тетовой

смерти Вселен-

ной, сформулированную В. Томсоном

в*1851

г. Упорядоченными

источниками энергии во Вселенной являются звезды, возраст

которых хотя и велик, но не

бесконечен.

До открытия второго

начала термодинамики считалось, что на смену погасшим звез-

дам загораются новые и процесс этот будет идти бесконечно. Но

тот факт, что все виды энергии деградируют, со временем пре-

вращаясь в тепло, требовал признать, что

новых,

звезд должно

загораться меньше, чем погасло старых, поэтому со временем

• закончат свое существование все звезды, отдав свою энергию в

окружающее пространство, и вся Вселенная придет в состояние

хаоса

—

термодинамического равновесия с температурой лишь

• на несколько градусов выше абсолютного нуля. В этом про-

странстве будут разбросаны безжизненные, остывшие шары

пла-

нет и звезд. Не будет источников энергии

—

не будет жизни.

Хотя эту концепцию пытались опровергнуть

крупнейшие

фи-

лософы и ученые того времени, однако в рамках существовав-

ших тогда гносеологических предпосылок это было невозможно.

Лишь в XX в., признав Вселенную

открытой

системой, удалось

отказаться от

идеи

тепловой смерти.

|~„,

„~„

—

Первые сомнения в

классической

концеп-

^™..»и

д1

шш

развития возникли в 20-е годы в резуль-

сонрвменной

концепции

тате

с03

ат1Я

новой

модели

расширяющейся

развития. Идея

Вселенной,

которая'сменила

старую

стацио-

сэмоорганизации

'парную

модель. Согласно новым

представле-

материи

ниям,

наша Вселенная возникла 15—20 млрд

лет назад

результате

Большого взрыва и

лишь постепенно пришла к современному состоянию, которое

также не является стабильным. При этом эволюция шла от

простейшего хаотического состояния к современному упорядо-

ченному.

"-•*•

''"'-Затем

новые эволюционные идеи проникли и утвердились в |

химии, геологии, экологии и других науках. Но до середины

тенденцией является стремление к разрушению и ли

представляющая

стремление к упорядоченности

организован-

ности, противостоит этой основной тенденции. Это противоре-

чие впервые было четко зафиксировано в книге известного

фи-

зика-теоретика Э.

Шредингера

«Что

такое жизнь?».

В то же время к середине XX в. была сформулирована общая

теория систем и основы кибернетики. В них было установлено,

что все системы являются открытыми, т.е. постоянно обмени-

ваются веществом, энергией и информацией с окружающей сре-

дой. Поэтому решить проблему развития в физике и, самое глав-

ное, найти подходы к решению вопроса о тепловой смерти Все-

ленной удалось только тогда, когда физика обратилась к поня-

тию открытой системы. Тогда же было установлено,

что|при

оп-

ределенных условиях в открытых системах могут возникать про-

цессы самоорганизации.

Самоорганизация — это скачкообразные природные процессы,

переводящие

открытую неравновесную систему, достигшую в

своем развитии критического состояния, в новое устойчивое со-

стояние с

более

высоким уровнем упорядоченности по сравнению

с исходным.

Критическое состояние — это состояние крайней

неустойчиво-

сти7

;

'достигаемое

открытой неравновесной системой" в ходе пред-

шествующего периода плавного, эволюционного развития. Ключ

к;

пониманию процессов самоорганизации находится в исследо-

вании взаимодействия открытых систем с окружающей средой.

Особое значение для утверждения этих взглядов в науке

сыг-

рала модель развивающейся Вселенной, в соответствии с кото-

рой в ее развитии ясно просматривается нарастающее усложне-

ние строения. В первые мгновения после Большого взрыва

Все-

ленная представляла собой смесь элементарных частиц, свобод-

но превращавшихся друг в друга при гигантской

температуре.

Затем, по мере снижения температуры, появились существующие

сегодня элементарные частицы, ядра атомов водорода и гелия и,

наконец, сами атомы этих элементов. Далее однородная газовая

смесь, которой была Вселенная, начала уплотняться и преврати-

лась в галактики и звезды. Внутри звезд образовались все ос-

тальные химические элементы таблицы Менделеева, после чего

стало возможным появление планет. На некоторых из них (по

крайней мере, на Земле) смогла появиться жизнь, а затем и разум.

Таким

образом,[отбытия

в космологии подтверждали, что

самоорганизация является фундаментальным принципом При-

роды, лежит в основе наблюдаемого развития от менее сложных

к более сложным и упорядоченным формам организации вещества.

Но общие теории самоорганизации появились лишь в 70-е

годы. К их созданию ученые шли разными путями: Г. Хакен, соз-

датель синергетики, — из квантовой электроники и радиофизики;

И.

Пригожий,

основатель неравновесной термодинамики, — из

анализа специфических химических реакций. Были ученые, изу-

чавшие эта процессы: в биологии — М.

Эйген,

в метеорологии —

Е. Лоренц, а также автор теории катастроф Р. Том. Постепенно

эти ученые начали выходить за рамки своих узких дисциплин,

стали замечать аналогию между математическими моделями и

концептуальными системами, описывающими такие разные на

первый взгляд процессы.

Так стало формироваться убеждение, что во всех этих явлени-

ях есть единая основа, позволяющая создать общую теорию са-

моорганизации материи. Этому способствовал и системный

под-

ход, утвердившийся к этому времени в науке. Созданная теория

самоорганизации очень хорошо дополняла системный подход.

Если кибернетика делала акцент на анализе динамического рав-

новесия в сложных системах с отрицательной обратной связью,

устраняющей возникшие отклонения, то синергетика исследо-

вала механизмы возникновения сложных систем в ходе процес-

сов самоорганизации на основе положительной обратной связи,

накапливающей изменения и приводящей к

разр)тлению

старой

и возникновению новой системы.

Сегодня общая теория самоорганизации развивается в основ-

ном в рамках двух наук — синергетики и неравновесной термо-

динамики, во многом дополняющих друг друга.

Основы

.Синергетика

(это понятие означает «коопе-

синергетики

ративностъ,

сотрудничество, взаимодействие

и неравновесной

различных

элементов системы») — по опреде-

термодинамики

лению

ее создателя Г. Хакена, занимается

изучением систем, состоящих из многих под-

систем самой различной природы, - таких как атомы, молекулы,

клетки, механические элементы, органы, животные и даже люди.

Синергетика — это наука о самоорганизации простых сис-

\ тем, о превращении хаоса в порядок.

Основная идея синергетики — это идея о принципиальной

возможности спонтанного возникновения порядка и организа-

ции из беспорядка и хаоса в результате самоорганизации. Это

происходит при возникновении положительной обратной связи

гежду системой и окружающей средой. Иными словами, под

оздействием

внешней среды внутри системы возникают полез-

изменения, которые постепенно накапливаются, а затем

ординально

меняют эту систему, превращая ее в другую, более

южную и высокоорганизованную.

Воздействию окружающей среды могут подвергаться сразу

Ьнескодько

однотипных

систем,

но в силу различных

флуктуации

нений) они могут формировать разные обратные связи,

порождать

разные ответные реакции и далеко не все из них мо-

гут привести к самоорганизации системы. Можно сказать, что

шсжду

этими системами идет своеобразная конкуренция, отбор

того типа поведения, такой обратной связиТкоторые позволяют

выжить в условиях этой

конкуренцииДКак

замечает сам Хакен,

это приводит нас в определенном смысле к своего рода обоб-

щенному дарвинизму, действие которого распространяется не

только на органический мир, но и на неживую природу, а также

на социальные системы.

Синергетика претендует на открытие универсального меха-

низма самоорганизации. Но объектом синергетики независимо

от его природы могут быть

только

те системы, которые удовле-

творяют определенным требованиям*.] Это открытость, существен-

ная нёравновесность и выход из критического состояния скач-

ком в процессе фазового перехода.

Открытость — важнейшее свойство самоорганизующихся

систем,

которые!

постоянно обмениваются веществом,

энергией

и информацией с окружающей

средой.

1Именно

открытость яв-

ляется причиной неравновесности систем. Если закрытые сис-

темы, для которых и были сформулированы начала классиче-

ской термодинамики, неизбежно стремятся к однородному рав-

новесному состоянию (состоянию термодинамического равнове-

сия), то открытые системы меняются, причем необратимо, в них

важным оказывается фактор времени.

При определенных условиях и значениях параметров,

харак-

теризующих систему и меняющихся под воздействием

изменении

окружающей среды, система

переходит

в состояние существенной

неравновесности — критическое состояние, сопровождаемое поте-

рей устойчивости.. Ведь любая система остается сама собой толь-

ко в определенных рамках. Так, вода остается водой только при

температуре от 0 до

при нормальном атмосферном давле-

нии, за границами этих условий она превращается в лед или пар.

Естественно, что существование социальной

ИЛИ

биологической

системы будет зависеть от иных условий, чем функционирование

яямм