Иерархия и общие свойства систем.

В материальном мире существуют определенные иерархии — упорядоченные последовательности пространственно-временного соподчинения и усложнения систем. Наличие таких структур обеспечивает системе высокую надеж­ность функционирования благодаря воз­можности создания элементной избыточ­ности. Эффективность функционирова­ния иерархической структуры зависит от ее структуры, формы связей в иерархии.

Иерархии служат эмпирической основой системологии. Все многообразие нашего мира можно представить в виде трех последовательно возникших иерархий (рис. 2.1). Это основная, природная, физико-химико-биологическая (Ф, X, Б) иерархия и побочные, возникшие на ее основе, социальная (С) и техническая (Т) иерархии. Существование последних по совокупно­сти обратных связей определенным образом влияет на основную иерархию. Объединение систем из разных иерархий приводит к «смешанным» классам систем. Так, объединение систем из физико-химической части иерархии (Ф, X — «среда») с живыми системами биологической части иерархии (Б — «биота») приводит к смешан­ному классу систем, называемых экологическими. А объединение систем из иерархий С («человек») и Т («техника») приводит к клас­су хозяйственных, или технико-экономических, систем.

Рис. 1. Иерархии материальных систем:

Ф, X — физико-химическая, Б — биологическая, С — социальная, Т — техническая

Должно быть понятно, что отображенное на схеме воздействие человеческого общества на природу, опосредованное техникой и технологиями (техногенез), относится ко всей иерархии природных систем: нижняя ветвь — к абиотической среде, верхняя — к биоте биосферы.

Общие свойства систем

Всем системам присущи некоторые общие свойства.

1. Каждая система имеет определенную структуру, определяе­мую формой пространственно-временных связей или взаимодействий между элементами системы. Структурная упорядоченность сама по себе не определяет организацию системы. Систему можно на­звать организованной, если ее существование либо необходимо для поддержания некоторой функциональной (выполняющей опреде­ленную работу) структуры, либо, напротив, зависит от деятельности такой структуры.

2. Согласно принципу необходимого разнообразия система не мо­жет состоять из идентичных элементов, лишенных индивидуально­сти. Нижний предел разнообразия — не менее двух элементов (про­тон и электрон, белок и нуклеиновая кислота, «он» и «она»), верх­ний — бесконечность. Разнообразие — важнейшая информацион­ная характеристика системы. Оно отличается от числа разновидно­стей элементов и может быть измерено.

3. Свойства системы невозможно постичь лишь на основании свойств ее частей. Решающее значение имеет именно взаимодейст­вие между элементами. По отдельным деталям машины перед сбор­кой нельзя судить о ее действии. Изучая по отдельности некоторые формы грибов и водорослей, нельзя предсказать существование их симбиоза в виде лишайника. Совместное действие двух или более различных факторов на организм почти всегда отличается от суммы их раздельных эффектов. Степень несводимости свойств системы к сумме свойств отдельных элементов, из которых она состоит, опре­деляет эмерджентность системы.

4. Выделение системы делит ее мир на две части – саму систе­му и ее среду. В зависимости от наличия (отсутствия) обмена веще­ством, энергией и информацией со средой принципиально возмож­ны:

- изолированные системы (никакой обмен невозможен);

- замкну­тые системы (невозможен обмен веществом);

- открытые системы (возможен обмен веществом и энергией). Обмен энергии определя­ет обмен информацией.

В живой природе существуют только от­крытые динамические системы, между внутренними элементами ко­торых и элементами среды осуществляются переносы вещества, энергии и информации. Любая живая система – от вируса до био­сферы – представляет собой открытую динамическую систему.

5. Преобладание внутренних взаимодействий в системе над внешними и лабильность системы по отношению к внешним воз­действиям определяют ее способность к самосохранению благодаря качествам организованности, выносливости и устойчивости. Внеш­нее воздействие на систему, превосходящее силу и гибкость ее внутренних взаимодействий, приводит к необратимым изменениям и гибели системы. Устойчивость динамической системы поддержи­вается непрерывно выполняемой ею внешней циклической работой. Для этого необходимы поток и преобразование энергии в сис­теме. Вероятность достижения главной цели системы — самосохра­нения (в том числе и путем самовоспроизведения) определяется как ее потенциальная эффективность.

6. Действие системы во времени называют ее поведением. Вы­званное внешним фактором изменение поведения обозначают как реакцию системы, а изменение реакции системы, связанное с изме­нением структуры и направленное на стабилизацию поведения, — как ее приспособление, или адаптацию. Закрепление адаптивных из­менений структуры и связей системы во времени, при котором ее потенциальная эффективность увеличивается, рассматривается как развитие, или эволюция, системы.

Возникновение и существование всех материальных систем в природе обусловлено эволюцией. Динамические системы эволю­ционируют в направлении от более вероятной к менее вероятной организации, т.е. развитие идет по пути усложнения организации и образования подсистем в структуре системы. В природе все формы поведения систем – от элементарной реакции до глобальной эво­люции – существенно нелинейны.

7. Важной особенностью эволюции сложных систем является неравномерность, отсутствие монотонности. Периоды постепенного накопления незначительных изменений иногда прерываются рез­кими качественными скачками, существенно меняющими свойства системы. Обычно они связаны с так называемыми точками бифур­кации — раздвоением, расщеплением прежнего пути эволюции. От выбора того или иного продолжения пути в точке бифуркации очень многое зависит, вплоть до появления и процветания нового мира частиц, веществ, организмов, социумов или, наоборот, гибели системы. Даже для решающих систем результат выбора часто не­предсказуем, а сам выбор в точке бифуркации может быть обуслов­лен случайным импульсом.

8. Любая реальная система может быть представлена в виде не­которого материального подобия или знакового образа, т.е. соот­ветственно аналоговой или знаковой моделью системы. Моделиро­вание неизбежно сопровождается некоторым упрощением и форма­лизацией взаимосвязей в системе. Эта формализация может быть осуществлена в виде логических (причинно-следственных) и/или математических (функциональных) отношений.