Единство и борьба противоположностей. Гомеостатические системы

Возникает вопрос: Что понимать под специальными регуляторными механизмами, обеспечивающими состояние равновесия? Разные авторы по разному отвечают на этот вопрос, например, Л.фон Берталанфи [3] настаивает на использовании термина «гомеостаз» как синонима термина «отрицательная обратная связь», В.Н.Новосельцев [4] пишет: « Это целостное свойство биологических объектов обеспечивается сложной системой управляющих механизмов - прямых и обратных связей». В работах Ю.М.Горского [5] впервые сказано, что в гомеостатических системах действует закон единства и борьбы противоположностей, что собственно и обеспечивает, с одной стороны динамическое постоянство внутренней среды организма, а с другой стороны ее адаптацию к изменяющимся условиям внешней среды. К сожалению, по мнению автора, Ю.М.Горский также считает, что устойчивое равновесие обеспечивается за счет действия сложной иерархической схемы обратных связей и не учитывает того обстоятельства, что в таких гомеостатических системах в силу действия закона отрицание отрицания и тождества противоположностей нет эталона.

Обобщение повседневных жизненных наблюдений, опытных фактов, полученных в различных науках, а также общественно-исторической практики, показало, что явлениям действительности присущ полярный характер, что в любом из них можно найти противоположности. Противоположными называют такие свойства предметов (процессов, явлений), которые в некоторой шкале занимают «предельные», крайние места. Например, верх - низ, правое – левое, горячее – холодное, в математике - плюс и минус, возведение в степень и извлечение корня, дифференцирование и интегрирование; в физике - положительные и отрицательные заряды; в механике - притяжение и отталкивание, действие и противодействие; в химии - анализ и синтез химических веществ, ассоциация и диссоциация; в биологии - наследственность и изменчивость. Таков беглый перечень противоположностей, открываемых наукой.

Под диалектическими противоположностями понимаются такие стороны, тенденции того или иного целостного, изменяющегося предмета (явления, процесса), которые одновременно взаимоисключают и взаимопредполагают друг друга.

Диалектическим противоположностям присуще единство, взаимосвязь: они взаимно дополняют друг друга, взаимопроникают, сложным образом взаимодействуют между собой. Отношение между диалектическими противоположностями всегда носит динамический характер. Они способны переходить одна в другую, меняться местами и т.д. Сложное подвижное отношение между противоположностями было названо диалектическим противоречием. Иначе говоря, термин “единство – и – борьба противоположностей” и “диалектическое противоречие” заключают одно и то же содержание.

Правда, надо учитывать, что если в общественной жизни борьба противоположностей в философском смысле может быть отнесена и к реальной борьбе социальных групп, людей, столкновению их реальных интересов и т.д., то применительно к природе, к сознанию (да во многом и к обществу), слово «борьба» не следует понимать буквально. Нелепо было бы думать, например, что при решении математических задач «борются» операции сложения и вычитания, возведения в степень и извлечения корня и т.д. Термин «борьба противоположностей» по отношению ко всем этим явлениям имеет специальный смысл, что слово «борьба» употребляется метафорически и что, пожалуй, лучше употреблять его не отдельно, а в составе формулы «единство – и – борьба противоположностей».

В истории культуры издавна существовали концепции, в которых признавалась такая полярность (борьба противоположностей), но трактовалась в духе взаимной дополнительности, взаимной уравновешенности, нахождения известного баланса противоположных сил, в частности, это было характерно для мифологического сознания и для тесно связанных с ним философских систем. Основополагающие полярности, так называемые бинарные оппозиции (типа низа и верха, света и тьмы, добра и зла), являлись для мифологического сознания принципами как бы некоего вселенского «гомеостаза», т.е. постоянно воспроизводящихся циклов нарушения и восстановления равновесия между этими полярностями.

Одновременное присутствие двух противоположностей вызывает определенное затруднение в понимании поведения объекта, что не раз обыгрывалось в целом ряде сказок у разных народов. Так в качестве примера из русских сказок можно привести сказку о дочке небогатого вельможи, которую он сумел выдать замуж за короля. Король выдвинул условие, что женится в том случае, если дочь придет к нему не пешком, но и не на лошади, явится во дворец раздетая, но и не голая, с подарочком, но и без подарочка, остановится не на дворе, но и не во дворце. Дочка оказалась очень умной и выполнила все условия короля.

Но все дело в том, что диалектика вовсе не ограничивается фиксацией таких полярностей, а стремится понять их “пульсацию”, дающую ключ к уяснению сложных, динамических, живых процессов существования, изменения и развития всего сущего. Соотношение противоположностей подвижно, усиление или ослабление (разрушение) одной из сторон ведет к изменению ее роли, значимости в рамках противоречивого единства изменяющегося, развивающегося предмета и, соответственно, влияет на роль и значение другой противоположности, их напряженного противоречивого единства в целом, его баланса, дисбаланса и т.д.

Диалектическим противоположностям присуща универсальная гибкость, доходящая до тождества противоположностей. “Диалектика есть учение о том, как могут быть и как бывают (как становятся) тождественными противоположности, - при каких условиях они становятся тождественными, превращаясь друг в друга… ” Этому вторит и жизненная мудрость, которая гласит: «крайности сходятся». В этом проявляется реальная диалектика.

Умение сближать, делать тождественными противоположности, видеть их единство, связь, переходы – черта диалектического мышления. Гибко взаимно связаны и подвижны норма и аномалия, болезнь и здоровье, неразрывно связаны между собой цели и средства, материальное и духовное начало в человеческой деятельности и т.д. Умение отойти от жесткого противопоставления кривого и прямого, отождествление их (на бесконечно малом отрезке) явилось важным шагом в открытии дифференциального и интегрального исчислений. Единство противоположностей – эффективный способ познания самых различных явлений, процессов.

Диалектические противоположности настолько тесно переплетены между собой, что стоит акцентировать – на практике или в теории – один из этих полюсов, как о себе тут же заявляет другой.

Реальное противоречие осознается как живое единство напряженно взаимодействующих друг с другом противоположностей. «Нечто жизненно, - размышлял Гегель, - только если оно… в состоянии вмещать в себя … противоречие и выдерживать его».

Реальные результаты, нормальная «жизнь» противоречия в конкретных исторических условиях достигаются лишь созидательной работой, формированием необходимых связей, структур, способных вместить противоречия, дать им нормальное развертывание, развитие, исключить гибельные столкновения и катастрофы.

Размышляя над проявлениями закона единства и борьбы противоположностей в живых естественных и искусственных системах, люди пришли к удивительной мысли о том, что он может быть не только разрушительной силой, но и созидательной в том плане, что придает системе стабильность и устойчивость. Выдающийся авиаконструктор Р.Бартини писал: ”Решение задачи надо искать в логической композиции тождества противоположностей…и-и”.

Как известно, Гамлет терзался вопросом: «Быть или не быть?», изобретатель же, который решает сложную задачу, должен поступить так, чтобы можно было cказать: «и быть и не быть!». Яд и противоядие, топливо и гаситель- это примеры систем, в которых объединены противоположности, что придает всей системе стабильность и устойчивость. Так в Италии сконструирован топливный бак, который не загорится ни при каких условиях, так как разделен на две группы мелких отсеков: в одних хранится топливо, в других – гаситель. При аварии топливо смешивается с гасителем и не загорается.

Интересным примером использования закона единства и борьбы противоположностей в живых системах является оригинальное решение задачи доставки живой рыбы рыболовецкими судами на рынок столицы Англии Лондона. Доставка рыбы обычным способом приводила к тому, что она портилась и теряла товарный вид. С целью сохранения товарного вида стали перевозить рыбу в бассейнах, вода в которых перемешивалась с помощью мощных насосов. Несмотря на такие ухищрения, значительная часть рыбы портилась и не раскупалось на рынке, к тому же все это требовало значительных денежных затрат.

Биолог, случайно присутствующий при обсуждении этой проблемы, предложил оригинальное решение, заключающееся в том, что в бассейн надо запустить хищника, который бы выбраковывал вялую и больную рыбу. Без всяких насосов проблема была решена, была создана жизнеспособная система с минимальными затратами.

Можно привести большое количество других примеров показывающих полезность использования принципа управляемого противоречия для придания системе свойства стабильности и надежности. Более того, нам кажется, что природа именно этот принцип применяет чаще, чем принцип обратной связи для обеспечения устойчивости сложных систем, который в общем случае требует некоторого эталона.

Наличие в системе двух и более противоположностей снимает проблему эталона, так как согласно закону единства и борьбы противоположностей в процессе функционирования системы эти противоположности при определенных условиях могут переходить друг в друга: вода в химической реакции получения ацетилена выступает то в роли источника тепла, то в противоположной роли – поглотителя. Такое проявление закона придает системе необычайную живучесть, позволяя ей сохранять работоспособность даже при экстремальных условиях внешней среды. Если изменения внешней среды носят постоянный характер, то система с противоположностями легко приспосабливается к ним, сохраняя свою структуру и минимизируя ущерб, наносимый ей внешней средой. Здесь налицо проявление системного принципа Ле Шателье, как следствие закона единства и борьбы противоположностей.

В научной литературе часто такие системы называют гомеостатическими, где устанавливается состояние равновесия между противоположностями. В качестве примера таких систем можно привести пример отношения между хищником и жертвой, где, как известно, устанавливается динамическое состояние равновесия, социальный конфликт между мужчиной и женщиной, прямая и обратная реакция в химических процессах, любовь и ненависть между людьми, симпатия и антипатия в коллективах и др.

Учитывая универсальность закона единства и борьбы противоположностей можно сказать, что природа чаще всего использует этот принцип создания систем для их устойчивого развития.

В настоящее время среди наук неклассического знания большое распространение получает синергетика, которая все глубже заглядывает в диалектику взаимных переходов мирового хаоса и порядка, нестабильности и стабильности гомеостаза, прогресса и регресса, определенности и неопределенности явлений природы, общества и человеческой жизни. Благодаря синергетике открыт четвертый закон диалектики – закон структурогенеза явлений мира, их кооперационной самоорганизации и самодезорганизации. Этот закон интегрирует в себе три ранее известных закона, так как структурогенез противоречив, прерывно-непрерывен в своих количественно-качественных изменениях и поэтапно направлен при реализации той или иной тенденции, как в сторону прогресса, так и регресса, путем снятия того или другого в целом с одновременным сохранением в каждом из них некоторых элементов своих противоположностей [6].

1.2. Принцип управляемого противоречия

Изначально понятие гомеостазиса, впервые сформулированное У. Кенноном на основе идей К. Бернара, содержало изложение лишь некоторого общего принципа поддержания постоянства внутреннего состояния в живых системах без раскрытия механизмов управления, которые обеспечивают реализацию этого принципа [5].

Первая попытка модельного проникновения в сущность явления гомеостазиса и установления возможных механизмов, лежащих в его основе, принадлежит Р. Эшби, построившему модель ультраустойчивой системы, названной им гомеостатом. Гомеостат Эшби представлявший собой систему потенциометрических схем, воспроизводил лишь функциональные стороны явления и не имел целью адекватное отображение сущности тех процессов, которые лежат в основе гомеостазиса живых систем.

Следующий важный шаг в развитии гомеостатики сделал С.Бир. Он указал два новых принципиальных момента: иерархический принцип построения гомеостатических структур для управления сложными объектами и принцип живучести. Ст.Бир сделал определенные попытки по использованию некоторых гомеостатических принципов при практической разработке организационных структур управления, где пытался провести некоторые кибернетические аналогии между живой системой и сложным производством [7].

В дальнейшем было несколько этапов развития, подъемов и спадов этого научного направления.

Качественно новый этап в развитии этого направления наступил после опубликования идей и формальной модели гомеостата отечественным ученым Ю.М. Горским в начале 80-х годов.

Как пишет Ю.М. Горский [5], толчком к созданию новых взглядов явилась беседа его с Гансом Селье. Критикуя существующие методы моделирования управления в живом за то, что они не рассматривают антагонистических отношений между частями живого, Г. Селье сказал примерно следующие: «…если удастся включить в модели, отражающие работу живых систем, противоречия, да еще при этом понять, почему природа, создавая живое, пошла по такому пути, - это будет новым прорывом в тайны живого с большим практическим выходом».

Гомеостатика требует объединения усилий ученых разных специальностей: биологов, медиков, техников, кибернетиков, философов. Гомеостатика как новая научная дисциплина в области управления делает пока только первые шаги. Она показывает принципы, на основе которых могут создаваться высоко адаптивные, живучие и помехоустойчивые технические системы управления и передачи информации, а также структурно-интеллектуальные вычислительные системы.

Раскрытие глубинных механизмов поддержания гомеостазиса ведет к необходимости изучения роли противоречия и осмысления различных проявлений закона единства и борьбы противоположностей.

Главной особенностью гомеостатической системы является наличие в ней нескольких противоположностей, находящихся в состоянии противоречия. Противоречия могут быть конфликтные, дружественные, антагонистические, более того, противоречия эти являются управляемыми за счет некоторого запаса ресурсов по управлению. В гомеостатических системах действует закон единства и борьбы противоположностей в самой его глубинной сущности, когда один и тот же элемент системы содержит в себе противоположности, которые в процессе функционирования системы могут переходить одна в другую.

В последнее время все больший интерес, как математиков, физиков, биологов, так и философов привлекают исследования поведения сложных социальных систем с нелинейной структурой, в состав которой входят элементы с противоречивыми отношениями. Диалектическая точка зрения на противоречивое отношение в таких системах следующая: « Это особого рода отношение – отношение между противоположными (т.е. взаимосвязанными и в тоже время существенно различающимися, взаимоисключающимися) сторонами, свойствами предмета. Всякое несоответствие, рассогласованность в его структуре означают возникновение противоречия. И поскольку абсолютно устойчивого соответствия ни в одном реальном предмете нет, постольку противоречие носит универсальный характер, и мир находится в постоянном движении и развитии (НФС,1999,с.558) [ 10].

Большое внимание роли противоречия в технических системах уделяется в отечественной теории решения изобретательских задач [8].Современная теория решения изобретательских задач, в сущности, является научной теорией синтеза и развития технических систем.Главными факторами новой технологии процесса изобретения являются знание законов развития систем, использование рационально организованной информации(изобретательских, геометрических, химических эффектов).

Главный закон развития технических систем - стремление к увеличению степени идеальности: идеальная техническая система - когда системы нет, а её функция выполняется. Поэтому в наиболее распространенном случае процесс решения изобретательской задачи можно рассматривать как выявление, анализ и разрешение технического противоречия [8].

Для решения особо сложных нестандартных задач используется алгоритм решения изобретательских задач[8].

Для разрешения физических противоречий в теории решения изобретательских задач существует специальный информационный фонд, включающий одиннадцать принципов разрешения противоречий:

- разделение противоречивых свойств в пространстве;

- разделение противоречивых свойств во времени;

- системный переход 1а: объединение однородных или неоднородных систем в надсистему;

- системный переход 1б: переход от системы к антисистеме или сочетанию системы с антисистемой;

- системный переход 1в: вся система наделяется свойством С, а ее части свойством анти-С;

- системный переход 2: переход к системе, работающей на микроуровне;

- фазовый переход 1: замена фазового состояния части системы или внешней среды;

- фазовый переход 2: "двойственное " состояние одной части системы (переход этой части из одного состояния в другое в зависимости от условий работы);

- фазовый переход 3: использование явлений, сопутствующих фазовому переходу;

- фазовый переход 4: замена однофазового вещества двухфазовым;

- физико-химический переход: возникновение - исчезновение вещества за счет разложения - соединения, ионизации - рекомбинации.

К этим принципам можно добавить принцип Ле Шателье (принцип подвижного равновесия): если находящаяся в равновесии система подвергается внешнему воздействию, равновесие смещается в таком направлении, которое способствует ослаблению этого воздействия.

Как видно из описания этих принципов в теории решения изобретательских задач, по существу, используются принципы построения гомеостатических систем.

Всегда ли состояние гомеостаза (постоянства внутренней среды) является эффективным с точки зрения пользователя системы? Анализ работы большого количества механических, физических и, в частности, химических технологических процессов показывает, что в состоянии равновесия наблюдается малый выход продуктов. С целью увеличения выхода продуктов рекомендуется смещать гомеостаз, усиливая влияние (роль) одной из противоположностей. Величина смещения для целого ряда технических систем может рассчитываться математическими методами, что касается общественных систем, то здесь эта проблема полностью зависит от воли руководителя.