Оглавление

СВОЙСТВА ЦЕЛОСТНЫХ СИСТЕМ¹
Поздняков А.В.
Институт оптического мониторинга СО РАН (Томск)

        Целостные системы, обладая устойчивостью, на возмущающие, нарушающие режим их динамики воздействия отвечают развитием процессов, направленных на компенсацию этих воздействий, их нейтрализацию. Это так называемый принцип Ле-Шатслье-Брауна. Тем не менее на некотором продолжительном промежутке времени целостные системы самопроизвольно разрушаются в силу несоответствия внутреннего их состояния (содержания) изменяющимся внешним условиям. Изменившиеся условия есть не что иное, как изменение выходных характеристик систем более высоких рангов При этом внутренняя целесообразность устройства системы входит в противоречие с целесообразностью внешних условий, среды обитания, и развивается рассогласованность отношений между составляющими систему элементами (состояние хаоса).
         Формирование и развитие природных образований происходит благодаря объединению элементов в коллективы - системы. Процесс слияния систем и образования высокопорядковых целостностей, как и многие другие процессы в природе, дихотомичен. если две одноранговые системы обладают объединяющими их свойствами, то. соединяясь, они формируют систему более высокого порядка с новыми свойствами. С высокоранговой системой могут сливаться и целостности более низких рангов, но упорядоченность всей целостности при этом не меняется. Упорядоченность же целостностей низших рангов в этом случае разрушается и. переходя через хаос, трансформируется в соответствии с высокоранговым порядком. Так же формируется иерархически соподчиненная целостность наивысшего порядка - Космос, Вселенная (Космос - порядок, упорядоченное единство).
         Образовавшиеся системы характеризуются устойчивостью развития, способностью к самовоспроизведению - повторению себя Если при этом в системе возникают какие-либо новые, не существовавшие ранее свойства, то система, повторяя себя. сохраняя подобие по форме и содержанию, начинает изменяться, эволюционировать. Такое развитие принято называть интенсивным эволюционным развитием. И наоборот, если система меняется только по размерам, а структура ее не меняется, то такое развитие называется экстенсивным. В природе наблюдаются оба варианта развития. Известны организмы (системы-реликты). существующие практически в неизменном виде миллионы лет (результат экстенсивного развития)
         Приведем определения понятий "целостная система", "развитие", "элемент", "среда"
         Целостная (холистическая) система - объединение, коллектив элементов (систем низких рангов), обладающих способностью вступать в устойчивое взаимодействие друг с другом, при котором и образуются новые структуры (целостные системы), характеризующиеся стремлением к самосохранению по содержанию, к самоповторению по форме. Система, приобретающая свойства самосохранения, становится не только устойчивой, но, что более важно, и развивающейся (приобретает способность к эволюции).
         Таким образом, развитие (эволюция) системы - это ее способность нсаддитивно изменять свои свойства (как целого) при изменении свойств составляющих ее элементов или при появлении в системе новых элементов, вследствие изменения упорядоченных внешних воздействий (условий, среды); способность сохранять инвариант структуры функциональных отношений и быть УСТОЙЧИВОЙ.
         Элемент (Поздняков. 1977) - система, которая в рамках рассматриваемого ранга на подсистемы не делится.
         Среда - упорядоченная, устойчивая холистическая система наивысшего ранга, развитие которой создает упорядоченный поток различных форм вещества, энергии и информации. предполагающий формирование и развитие упорядоченных систем низших рангов. Среда состоит из начально упорядоченного набора веществ и энергии, предполагающих формирование систем низших рангов Их взаимодействие ведет к росту генетического разнообразия систем и форм вещества, энергии и информации.
         Формирование упорядоченных целостностей определяется дихотомическими свойствами систем. Кратко охарактеризуем главные из них.
         Первое свойство. Все природные системы обладают свойством воспринимать вещества М, энергию Е и информацию I (MEI), которые производятся средой - системой высшего ранга и входящими в нее разнородными системами низших рангов. При этом важно заметить, что первопричиной образования любой системы является наличие упорядоченного потока вещества и энергии. Неупорядоченный же поток, со случайным колебанием расходов вещества, энергии и информации, не может привести к образованию системной целостности, так как в этом случае невозможно формирование структуры функциональных отношений элементов и система находится в рассогласовании со средой.
         Второе свойство систем состоит в том, что любая система- формируясь и поглощая МЕ1, превращает их в новую форму веществ, энергии и информации. И так как системы формируются в результате упорядоченных потоков MEI, то любая из них представляет собой упорядоченный, структурно организованный коллектив элементов, и потому производимые и выделяемые ею в среду вещества- энергия и информация тоже являются упорядоченными Именно поэтому и среда формируется как целостная упорядоченная система. Однако суммирование упорядоченных потоков вещества, энергии и информации при определенных условиях может оказывать разрушающее действие на целостные системы.
         Третье свойство систем. В каждой из пары систем, вследствие их взаимодействия, формируется дихотомическое единство F- и D-потоков вещества и энергии (Поздняков. 1988;1991). F-поток, представляющий собой расход вещества и энергии, необходимый для развития данной системы (поток MEI, направленный к системе), характеризует систему как "потребителя" ресурса, или как "хищника". В сущности, это - количество веществ, энергии и информации, затрачиваемое на формирование самой системы по мере се развития и на перевод их из одной формы в другую (здесь в качестве новой формы вещества, энергии и информации выступает сама система и выделяемый ею в среду поток веществ, энергии и информации). D-поток в этой же системе обусловливается расходом вещества и энергии конкурирующей с ней системы и характеризует ее как "ресурс", или "жертву". Таким образом, расход MEI в D-потоке определяет уменьшение размеров системы, снижение ее упорядоченности и устойчивости, а в F-потоке - ее увеличение, возрастание степени упорядоченности и устойчивости.
         Данное свойство проявляется и при взаимодействии какой-либо из систем со средой. То есть и среда, как система, тоже обладает свойствами одновременно выступать и в качестве ресурса (жертвы), и в качестве потребителя (хищника) веществ, энергии и информации. Причем каждая из систем потребляет и отдает вещества и энергию в форме, которая необходима собственно для нее и которую требует взаимодействующая с ней система.
         Оба потока MEI не являются свободными; они характеризуются напряжением, разностью потенциалов: одна система, как бы "всасывая" вещества и энергию, создает F-поток, который для другой системы является D-потоком.
         Взаимодействие множества систем со средой и между собой приводит к сложной иерархии взаимоотношений и порождающих ими свойств. Так что любая система, являясь открытой (закрытых, полностью изолированных систем в природе не существует), по отношению к одной выступает как потребитель, или хищник, а к другой - как ресурс, или жертва.
         Четвертое свойство заключается в том, что любая целостная система в отсутствие D-потока экстенсивно увеличивается (по продуктивности, в объеме, в размерах) по экспоненциальному закону, а в отсутствие F-потока по тем же параметрам экспоненциально уменьшается, "схлопывается".
         Именно этим свойством обусловливается цикличность развития систем. Так как систем, в которых не формировался бы D-поток, не существует, и расход MEI в нем растет по мере роста системы, то изменение размеров системы или других выходных ее характеристик осуществляется с насыщением, по логистическому закону, пропорционально разности в расходах вещества и энергии соответственно в F- и D-потоках. Пока F > D, система увеличивается в размерах; когда расходы в F- и D-потоках сравниваются, рост системы прекращается. Затем, когда расходы в D-потоке начинают превышать таковые в F-потоке, продуктивность системы убывает по логистическому же закону. Данным свойством полностью определяется цикличность развития систем. Цикл потому и имеет вид синусоиды, что состоит из двух ветвей: ветви, которая характеризует насыщающийся рост системы, и ветви, характеризующей деградацию системы, происходящую с обратным насыщением.
         Пятое свойство - свойство асимметрии развития. Любая целостная система имеет свой цикл формирования и развития, охватывающий период времени от зарождения системы до ее разрушения. Длительное существование совокупности одновидовых систем (их устойчивость) обусловливается тем, что каждая из них обладает свойством самовоспроизведения. Если при этом "новая" система ничем не отличается от "старой", то цикл развития системы является симметричным. В этом случае развитие системы является экстенсивным, собственно эволюция не имеет места, поскольку в совокупности систем (или в отдельной из них) составляющие их элементы не приобретают каких-либо новых свойств. Такой цикл но существу имеет вид "стоячей волны", меняющейся по времени в размерах, по форме самоподобно: качественно же, по структуре функциональных отношений, система остается неизменной. Данный тип цикла можно назвать автомодельным, или конформным.
         С появлением в системе (в совокупности систем) новых, ранее не имевшихся свойств элементов, цикл развития системы становится асимметричным, в нем появляется дисбаланс свойств: одна часть цикла представлена элементами со "старыми" свойствами, а другая - с новыми и старыми, образующими неаддитивную сумму.
         В результате цикл развития системы приобретает вид асимметричной поступательной волны, меняющейся в течение времени по форме, по размерам и по структуре- но система становится более совершенной, по продуктивности более эффективной Асимметрия цикла, таким образом, характеризует интенсивное, собственно эволюционное развитие, сочетающееся с экстенсивным.
         Шестое свойство - свойство 4 фактальности- проявляющееся в том, что цикл развития целостной системы, при изменении масштаба его рассмотрения, остается подобным изначальному. Фрактальные свойства проявляются и в том, что если высокоранговая система меняет свои выходные характеристики по некоторому логистическому закону, то и все составляющие данную целостность системы более низких рангов меняют свои выходные характеристики подобным же образом. Иначе можно сказать и так: если заданы определенные правила функционирования системы, то и все составляющие ее части функционируют подобным же образом.
         Следствием данного свойства является выполнение требования согласованности действий систем, составляющих целостность более высокого ранга. Высокоранговая целостность разрушится, если составляющие ее подсистемы не подобны. Более того, каждая такая подсистема переходит в самостоятельный ранг.
         Перечисленными выше свойствами обладают и социально-экономические системы (СЭС), и составляющие их индивидуумы - люди. Причем в качестве D-потока в СЭС выступает предложение, а в качестве F-потока - спрос. Отношения F- и D-потоков вещества, энергии и информации, выражающиеся отношением между предложением и спросом, формируют социально-экономическую среду - все то, что социально-экономической системой произведено и что на настоящий момент существует, - валовый общественный продукт - ВОП.
         Что же представляет собой цикл в этом случае?
         Отношение спроса и предложения выражается в виде произведенного некоторого объема новых веществ, новой энергии и новой информации. Если предлагается такая продукция, что спрос на нес растет, то растет не только предложение, но и в целом суммарный объем предложенного и взятого (спрошенного), т.е. растет суммарный объем MEI, или суммарный общественный продукт, и, следовательно, его стоимость, а в целом богатство - страны, предприятия, семьи.

         Схема цикла взаимозависимого развития СЭС "цивилизация" и глобальной ЭКОС. 1 - глобальный предел развития экосистемы (экологической среды), определяющийся размерами планеты Земля (естественною космического корабля), ее внутренними функциями и космическими (внешними) факторами. 2 - предел. создаваемый взаимодействием СЭС (цивилизацией) и ЭКОС: 2.1 - доиндустриальный этап развития, 2,2 -индустриальный этап развития; 2.3 - климаксное состояние (состоянии динамического равновесия, равновесные процессы); 2.4 - начало формирования хаоса (разрушение установившегося порядка); 3 - формирование новой парадигмы взаимоотношении СЭС и ЭКОС, начало развития нового цикла и переход к устойчивому развитию.

         Инициатором спроса, как и в экосистемах и системах косной природы, выступает предложение: предлагаемой упорядоченной новой форме вещества, энергии и информации соответствует спрос, в свою очередь порождающий упорядоченный поток предложений.
         Таким образом, все СЭС, аналогично природным системам, представляют дихотомическое единство потоков вещества, энергии и информации: F-потока, формирующего систему, на основе которого создаются новые формы вещества, энергии и информации, и D-потока, ведущего к деградации самой социально-экономической системы (все то. что СЭС вынуждена отдавать себе подобным системам, затрачивать вещества. энергию и информацию в результате аварий, войн. болезней и пр.). Разница между F- и D-потоками образует суммарный общественный продукт социально-экономической системы. А вся человеческая деятельность по организации F- и D-потоков MEI и суммарного общественного продукта образует социально-экономическую среду: предприятие, государство, систему "цивилизация".
         Здесь важно подчеркнуть, что взаимодействие F- и D-потоков в СЭС. как и в экосистемах, тоже осуществляется на принципах "жертва - хищник", с образованием своего собственного предела и, следовательно, цикла развития: нарастает объем производимых веществ, энергии и информации в F-потоках, но при этом возрастают и расходы MEI в D-потоках. Данный процесс объективно направлен к балансу расходов.
         В свою очередь, социально-экономическая и экологическая среды, как самостоятельные целостные системы, тоже взаимодействуют друг с другом на принципах ''хищник - жертва": система "экологическая среда" создает для СЭС F-поток MEI, а система "социально-экономическая среда'' для экологической - D-поток MEI. Неаддитивная совокупность их действий создает свой циклический предел развития, ибо она объективно направлена к точке равновесия (балансу) MEI (см. рисунок).
         В доиндустриальный период экосистема (ЭКОС) развивалась практически независимо от человеческой деятельности. Среда обитания увеличивалась в размерах - по объему, продуктивности, по разнообразию и численности видов и производимых форм вещества и энергии. Создаваемый экосистемой собственный предел развития постепенно приближался к глобальному пределу развития.
         С наступлением индустриального периода развития формируется D-поток вещества, энергии и информации с экспоненциально нарастающим расходом ресурсов планетной экосистемы. В результате производительность ЭКОС снижается, что неизбежно сказывается на развитии СЭС (обратная отрицательная связь).
         В развитии СЭС, как и в геоэкосистемах, действие D-потока не предполагает только негативные последствия. D-потоки инициируют процессы интеллектуальной деятельности в различных ее формах: они "заставляют" конструировать более производительное оборудование, разрабатывать прогрессивные технологии; выводить новые, устойчивые к болезням сорта растений и животных и т.д. Можно сказать, что дезорганизующие D-потоки вещества, энергии и информации омолаживают социально-экономические системы, повышают их динамичность и в целом предполагают их прогрессивное развитие.
         Находящиеся в функциональных отношениях потоки вещества, энергии и информации направляют развитие систем к некоторому динамически равновесному состоянию, к балансу затрат энергии, веществ, информации на формирование и рост системы и расходов энергии. вещества и информации в процессе ее функционирования. Обе составляющие баланса неразделимы, но всегда отрицательная статья баланса (D-поток) порождается положительной (F-поток).
         В противоположность биогеосистемам, где состояние динамического равновесия характеризует в общем их гармоническое и эволюционное развитие, отображает соответствие структуры систем, всего их внутреннего содержания и динамики конкретным условиям, в социально-экономических системах состояние динамического равновесия характеризует их застой (стагнацию). В любой социально-экономической системе всегда проявляют себя две противоположно направленные тенденции: прирост продукции падает, а прирост затрат растет - в закономерном стремлении к неустойчивому балансу.
         Поэтому даже при наличии неиссякаемых источников MEI в экосистемах, социально-экономическая система собственными действиями создает ограничение в своем развитии, и это вынуждает искать иные пути (идеи) функционирования СЭС (см рисунок).

1. Работа выполнена при финансовой поддержке РГНФ

Оглавление