Общая теория систем и системный анализ

Только системы с самообучающимся блоком управления могут оценить внешнюю ситуацию, правильно оценить значение всего нового, что окружает данную систему и сделать вывод о целесообразности перестройки. Это уже активная целенаправленность, потому что инициатива возникла внутри данной системы, она сама «решила» и никто ей этого «не навязывал». Внешняя среда диктует условия существования систем и она может «заставить» систему принять решение о реорганизации. Но решение о времени и характере реорганизации система принимает сама на основе своего личного опыта и возможностей. Только системы с самообучающимся блоком управления могут иницировать активную целенаправленность, могут быть сознательно самоорганизующимися. Так человек изобрел инструменты труда, усилив возможности своего тела.

При этом следует отметить, что решение о самоорганинизации не указывает на свободу выбора цели системы, а является свободой выбора её действий, для достижения цели, заданной извне. Чтобы лучше выполнить свою цель, например, выжить в таких-то условиях, система принимает решение о реорганизации, чтобы лучше адаптироваться к внешним условиям и поднять свои шансы выжить.

Обмен веществ и виды самоорганизации.

Всё, что было сказано выше, касалось лишь создания новых систем и их развития. Но любые системы постоянно подвергаются различным внешним воздействиям, которые рано или поздно разрушают их. Наш Мир находится в постоянном и беспрерывном движении. Скорости этого движения могут быть различными: где-то события происходят раз в миллионы лет, а где-то - миллионы раз в секунду. Но, по всей видимости, невозможно найти уголок во Вселенной, где бы не происходило какого-либо движения, теплового, электрического, гравитационного и пр. Следовательно, всегда есть процесс отрицательной энтропии. Любые системы всегда реорганизуются за счёт распада более сложных ранее существующих систем, они стареют (дегенерируют). Разрушение - это процесс потери системами своих СФЕ.

Системы минерального мира (кристаллы, любые другие аморфные, но неживые тела, планетарные, звездные и галактические системы) постоянно испытывают различные внешние воздействия и рассыпаются с той или иной скоростью за счёт потерь своих СФЕ. Минеральный мир стареет и изменяется, потому что работает закон энтропии - от более сложного к более простому.

В минеральном мире усложнение (генерация) может быть только при избытке внутренней энергии или при постоянном её притоке извне. Так в термоядерном котле обычных звёзд образовались ядра сложных атомов вплоть до железа. Но для образования более тяжелых ядер энергии таких котлов уже недостаточно. Все остальные более тяжелые ядра образовались при взрывах сверхновых звёзд, при сверхмощных выделениях энергии. Поэтому, образно говоря, наши с вами тела построены из пепла звёзд. Но как только заканчивается энергия термоядерного синтеза, звезда начинает умирать, проходя через определённые фазы. Мы ещё не знаем всех фаз развития и смерти звёзд, но если не «предпринять каких-либо мер», то по истечении очень длительного времени рассыпятся не только звёзды, но даже и атомы и их составляющие - протоны, нейтроны и электроны. Так свободный нейтрон, «незащищенный» внутриядерной системой, распадается на протон, электрон и нейтрино в течение 12 минут. Следовательно, атомарная и внутриядерная система является системой стабилизации нейтрона, предохраняющей атом и его элементы от распада. Но даже такие стабильные и казалось бы вечные звёздные образования, как «чёрные дыры» со временем «испаряются», растрачивая свою массу на гравитационные волны. Если нет притока энергии, то система будет только рассыпаться и терять свои СФЕ. Это однозначно следует из законов термодинамики. Впереди грядёт так называемая «тепловая энтропийная смерть».

Разрушение систем под действием внешней среды - это принудительная энтропийная реорганизация (дегенарция), но не самоорганизация. У объектов минерального мира есть только пассивные средства защиты от разрушения и одним из основных способов защиты является объединение элементов именно в систему (генерация). Следовательно, появление систем и их эволюция в минеральном мире является средством защиты этих элементов от разрушения. Один в поле не воин. Система всегда сильнее одиночек. Образование связей междц элементами и возникновение систем в минеральном мире по типу генерации является пассивным способом защиты элементов против разрушающего действия отрицательной энтропии. Самые слабые тела - это ионные и газовые облака, самые крепкие - кристаллы. Однако все они не могут сколь-угодно долго противостоять против внешних воздействий, потому что реагируют лишь после их появления, и они не могут противостоять энтропии. Вода камень точит.

Следовательно, пассивных средств недостаточно для защиты от разрушения. Какие-бы ни были твердыми и крупными кристаллы, со временем и они рассыпаются. Чтобы сохранить систему от разрушения нужно постоянно восполнять разрушенные части.

Системы растительного, животного и мира человека также испытывают различные внешние воздействия и также рассыпаются (изнашиваются) с той или иной скоростью. И это происходит по той же причине, работает тот же закон отрицательной энтропии - от более сложного к более простому (дегенерация). Но эти системы отличаются от систем минерального мира тем, что активно пытаются противостоять разрушению путём постоянного обновления состава своих СФЕ. Это обновление происходит за счёт постоянной постройки новых СФЕ взамен разрушенных. Этот процесс обновления разрушаемых СФЕ и является структурной регенерацией - целенаправленным обменом веществ. Поэтому обмен веществ живых организмов является активным способом защиты систем от разрушающего действия отрицательной энтропии (от дегенерации).

В минеральном мире также может быть обмен веществ, но он принципиально отличается от обмена веществ любых живых систем. Кристаллы растут из перенасыщенного солями раствора, атмосфера обменивается с морями водой и газами, автомобильные и прочие двигатели внутреннего сгорания потребляют горючее и кислород и выделяют углекислый газ. Но если кристалл вынуть из солевого раствора, он будет только разрушаться и не будет предпринимать никаких мер по сохранению своего состава. Когда в автомобильном двигателе изнашивается распределительный вал, то автомобиль сам ничего не делает для того, чтобы его заменить. Вместо него это делает человек. Любые действия системы, направленные на замещение разрушенных и утеряных СФЕ - это уже самоорганизация, которая в живом мире носит название структурной самореорганизации или обмена веществ. В минеральном мире структурной самореорганизации нет.

Любая живая система, независимо от её сложности, будет предпринимать определённые действия для сохранения своего состава. Причём в живых системах всегда есть два потока веществ - энергетический и «строительный». Энергетический предназначен для того, чтобы обеспечить энергией любые действия систем, в том числе и для структурной самореорганизации, потому что необходимо каждый раз строить новые связи, требующие энергии (регенерация). «Строительный» поток веществ идёт только на структурную регенерацию, т.е., на замену изношенных СФЕ на новые (в данном случае мы не рассматриваем рост системы, т.е., генерацию). Когда мы говорим о самореорганизации, имеем ввиду именно «строительный» поток веществ, хотя без энергии этот поток невозможен.

Миокард человека полностью обновляет (регенерирует) свой молекулярный состав примерно за месяц. Это значит, что его миокардиоциты, вернее их элементы (миофибриллы, саркомеры, органеллы, мембраны и пр.) постоянно изнашиваются и разрушаются, но с той же скоростью постянно строятся вновь [23]. Внешне мы можем видеть одну и ту же миокардиальную клетку, но с течением времени её молекулярный состав полностью обновляется.

На протяжении жизни человека тип организации меняется. В начале жизни происходит организация за счёт включения в свой состав новых дополнительных элементов (генерация, организм растёт и развивается), а с середины жизни преимущественно происходит дегенерация - процесс разрушения (распад ранее существующей более сложной системы). Но это уже частности, связанные с несовершенством реальных живых систем. Для любой системы главная цель - быть в этом Мире, а для этого она должна противодействовать разрушительным воздействиям, и для этого у неё должны быть определённые СФЕ, с помощью которых она действует, которые постоянно разрушаются и которые нужно постоянно обновлять, т.е., заново строить - в регенерации суть самореорганизации с помощью обмена веществ.

Следовательно, живой мир от неживого отличается прежде всего обменом веществ, направленным на сохранение своего состава - структурной регенерацией. В принципе любая реакция любых систем направлена на сохранение самих систем. Об этом заботится блок управления систем, используя для этого все свои возможности - ППС, ОСС и анализаторы для управления СФЕ. Но в минеральном мире есть только пассивные способы защиты. И когда система минерального мира теряет свои СФЕ, она ничего активно не делает, чтобы их заместить. Она посопротивляется внешнему воздействию, но не более того.

В растительном, животном и мире человека системы также не могут пассивно противостоять против разрушительного действия внешней среды, они также разрушаются, но у них уже есть активное средство восстановления разрушенных частей - есть целенаправленный обмен веществ, направленный на замещение потерянных СФЕ (структурная регенерация).

Он использует два механизма так называемой генетической регенерации - размножение самих систем (родитель помрёт, но дети останутся) и размножение элементов систем (регенерация элементов клеток и самих клеток тканей). Эти способы сохранения систем достаточно эффективны. Мы знаем, как трудно избавиться от сорняков на поле. Нам также знакомы секвойи возрастом в несколько тысяч лет.

На уровне отдельных особей вида эта генетическая система проявляет себя как система с простым блоком управления, как простой автомат, потому что у молекулы ДНК нет дистанционных сенсоров, нет анализатора-коррелятора и у неё невозможно выработать условные рефлексы за время жизни одной особи. Но на уровне вида живых систем генетический механизм проявляется себя уже как система с сложным блоком управления, потому что он «знает» о пространстве и у есть коллективная память по типу условных рефлексов и самообучаться может (приспособление видов). Потому и происходит генетическое накопление коллективного опыта, который затем проявляется в виде инстинктов на уровне отдельных особей вида. Этот групповой генетический механизм следит за тем, чтобы помидор был похож на помидор, таракан на таракана, а шимпанзе на шимпанзе и поведение систем было соответствущим.

Мы ещё не знаем всех деталей этого механизма, хотя и построены геномы многих живых организмов, включая человека. Мы знаем, что в генах записана генетическая информация о том, как построить тот или иной белок, но мы пока не знаем, каким образом задаётся, например, форма носа, построенного из этого белка. Мы знаем ген, который отвечает за выработку пигмента, который окрашивает радужную перегородку глаза, но не знаем, каким образом кодируется форма и размер этой перегородки. Возможно, этот механизм реализован на самом ДНК лишь частично, потому что геном насекомого намного больше похож на геном, скажем, человека, чем само насекомое похоже на человека. Мы не знаем, каким образом программируются усики какого-либо насекомого и именно такой-то длины, где записано, что у него должно быть именно восемь ног или один рог на голове. И почему из этих белков, которые запрограммированы в каком-либо гене ДНК, здесь должны собираться конструкции именно в форме усиков, а в другом месте в форме трубочек кишечника.

Молекулы белка являются очень сложными и гигантскими по молекулярным меркам образованиями с очень сложной трёхмерной конфигурацией. Возможно, отдельные молекулы определённых видов белков случайно или неслучайно могут таким образом подходить друг к другу, что из них, как в пазеле, может собираться только определённой формы белковый конгломерат. И таким образом можно объяснить и форму и размеры белковых конструкций. Мы можем также предположить, что случайно собранные неудачные формы были отбракованы эволюцией, а удачные целенаправленно закрепились в генах. Следовательно, различие формы органов, построенных из одинаковых белков, объясняется различием строения молекулы белков? Может быть...

Но почему здесь кератин формируется в виде надкрыльников, а там - в виде рогов, или каких-либо перегородок внутри тела насекомого? ДНК программирует только строительный материал - белки, но не саму конструкцию (форму) - органы, которые построены из этих белков, потому что в ней записано только лишь как построить белки («кирпичи» для постройки здания). Но где записан «чертёж всего здания», где записана его форма? Ответов пока нет.

Таким образом, у живых систем есть целенаправленная генетическая структурная регенерация, назначение которой - постоянное обновление элементов системы. Генетический механизм использует «базу данных», записанную в ДНК и реализуемую с помощью РНК. Если бы не было сбоев в этой системе, то не было бы мутаций и не было бы изменчивости видов.

Однако «сбойный» механизм мутирования слишком подвержен случайностям и не может быть целенаправленным именно в силу случайности (случайная самоорганизация). Половой механизм мутирования позволяет производить отбор уже по каким-либо признакам, а это уже целенаправленная мутация (целенаправленная самоорганизация). Этот механизм может менять свою программу при перекрёстных спариваниях или при смене фаз жизни (личинка>куколка>бабочка), но возможности такой перемены всё равно очень ограничены. У волка никогда не родится тигр и не отрастёт хобот, если он вдруг понадобится, во всяком случае не в течение жизни одного поколения.

Но если мне именно сейчас понадобилось «перестроить», например, руку, чтобы удлинить её и сорвать плод с дерева, тогда что же, мне ждать несколько поколений, чтобы моя рука выросла и удлинилась? Нельзя ли перестроится, не используя обмен веществ?

Можно, если добавить «сознательную» самоорганизацию. У всех живых существ, включая и человека, есть генетическая система случайной самоорганизации и в этом смысле человек является таким же животным, как любое другое животное. Но «сознательный» и целенаправленный тип самоорганизации есть только у человека. Системы с заданными (целевыми) свойствами всегда будут образовываться лишь в том случае, если организация или реорганизация систем целенаправленная. Только блок управления «знает» о цели системы и только он может принимать решения, в том числе о перестройке системы. Но не каждый блок управления подходит для целевой перестройки. Для того, чтобы решить, что «вон ту систему» нужно присоединить к себе, нужно «видеть» эту систему, знать её свойства и определить, подходят ли эти свойства для достижения собственной цели, ещё до начала взаимодействия. А для этого нужно уметь «видеть» и оценить ситуацию вокруг данной системы. Такой анализ могут делать только самообучающиеся системы. Поэтому многие высшие животные могут реорганизовать свое тело, усилив его возможности дополнительными исполнительными элементами. Они используют орудия труда для добывания пищи - камни, палки и т.д. Но, вероятно, эти животные действуют на уровне инстинктов, т.е., на уровне генетической самоорганизации, потому что даже насекомые могут использовать орудия труда.

Истинная «сознательная» самоорганизация есть только у человека, потому, что только у него есть анализаторы-абстракторы соответствующей степени сложности. Только человек смог развить орудия труда до уровня современных технологий, потому что у него есть вторая сигнальная система, которая помогла накопить опыт предыдущих поколений путём его фиксации в абстрактной форме - в виде письма. И только человек, используя этот опыт, осознал, что есть обмен веществ в живом организме, и что можно воздействовать на организм, чтобы его реорганизовать, если в этом появляется необходимость (лечить больной организм).

Структурная регенерация предназначен для сохранения состава систем. Но обмен веществ также не является полной гарантией от разрушения систем. Растения не могут предвидеть предстоящее разрушение, потому что у них нет понятия о пространстве и они не видят ситуацию вокруг них, потому что у них простой блок управления. Огонь подползёт и сожжет растение, животное подойдёт и съест его, а растение будет спокойно ждать своей участи, потому что не видит окружающей ситуации, не знает прогноза и у него нет соответствующих решений на определённые ситуации. Поэтому появились системы с более сложными блоками управления (животные и человек), которые могут предвидеть ситуацию и предохранить себя от разрушения.

Животные знают о пространстве и видят ситуацию вокруг, потому что у них более сложные блоки управления. Они могут весьма эффективно конкурировать с минеральным и растительным мирами. Но конкуренция между видами животных поставила их в новые условия. Уже недостаточно иметь только сложный блок управления и видеть ситуацию вокруг себя. Чтобы выжить нужно не только быстро бегать или быть сильным физически, нужно лучше ориентироваться в пространстве, лучше оценивать ситуацию и уметь делать выводы из своих неудач, если остался жив. Для этого нужно развивать свои блоки управления. Чем сложнее блок управления, тем лучше сохранность. И уже не физическая сила является критерием преимущества, а мыслительные способности, т.е., чем сложнее блок управления (мозг со всей иерархией нервных структур), тем лучше. Знание - сила. При этом цели обмена веществ у животных и у человека те же, что и в растительном мире - размножение самих систем и размножение элементов систем.

Следовательно, по мере продвижения эволюции, для более полной сохранности систем к возможностям регенерации в виде обмена веществ добавляются интеллектуальные возможности блоков управления. Независимо от того, к какому миру принадлежит система, к минеральному, растительному, животному или человека, одна из главных её целей - всегда сохранять себя и свой состав. Но в минеральном мире есть только пассивные способы сохранения, а в живом мире есть уже активные способы - самоорганизация за счёт целенаправленного обмена веществ. Поэтому борьба за еду всегда была основой жизни.

Но только обмена веществ недостаточно. Поэтому у животных к нему добавляются новые активные способы защиты - оценка внешней ситуации и предохранение от разрушающих внешних воздействий (сложные рефлексы, поведенческие реакции). Однако и сложных рефлексов недостаточно, необходимо ещё и учиться новым ситуациям и новым решениям (рефлексы на новые раздражители). Но и их также оказалось недостаточно из-за ограниченности личного опыта. Поэтому к личному опыту добавился коллективный опыт за счёт первой сигнальной системы (условные рефлексы - первая сигнальная система, сложные поведенческие реакции). А так как время жизни каждой системы ограничено, то для того, чтобы передать опыт последующим поколениям, возникла вторая сигнальная система, которая позволяет сохранить личный опыт каждой системы в виде письма, независимо от времени её жизни.

Отсюда, чтобы лучше сохранять свой себя, приходится постоянно менять и усложнять свой состав (эволюция и развитие видов) и, по-видимому, на всякий случай всё же лучше быть посложнее, чем попроще. Поэтому, чтобы лучше противостоять в этой борьбе, нужно постоянно перестраивать себя. Поэтому происходит постоянное усовершенствование живых систем - гонка эволюции.

Таким образом, у системы может быть:

? случайная организация

- генерация (случайное физическое совпадение выходов стимулятора или результата действия одних систем со входами уставки блока управления или входами внешнего воздействия других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

- дегенерация (разрушение, упрощение состава, потеря своих СФЕ под действием внешней среды - других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

? целенаправленная организация

- принудительная генерация (целенапрвленное физическое совмещение выходов стимулятора или результата действия одних систем со входами уставки блока управления или входами внешнего воздействия других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

- принудительная дегенерация (разрушение, упрощение состава, потеря СФЕ системы под целенаправленным действием других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

? самоорганизация

- функциональная регенерация (работа самой системы, включение или выключение функций собственных СФЕ, в зависимости от потребностей ситуации, без изменения своего состава, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

- генетическая структурная регенерация в виде обмена веществ и размножения особей, направленая на сохранение своего состава (может быть у систем с блоками управления, начиная с простых)

- генетическая структурная регенерация в виде безсознательной структурной реорганизации, направленной на усиление возможностей организма путём использования других систем, прямо не входящих в состав данной системы (предметов) (использует «генетическую» память и может быть у систем с блоками управления, начиная с простых)

- сознательная структурная регенерация, направленная на усиление возможностей организма путём использования других систем, прямо не входящих в состав данной системы (предметов) (различные технологии, направлена на усиление возможностей организма, может быть у систем с блоками управления, начиная с сложных со второй сигнальной системой)

Как видим, существует преемственность в данной классификации организации систем, потому что включает в всё, что существует в нашем Мира, начиная с объектов минерального мира и включая деятельность человека в виде промышленных технологий.

§5. Эволюция нашего Мира

Мы всё время говорим, что у объекты (системы) находятся в нашем Мире и в нём они действуют. Поэтому необходимо дать определение понятию «наш Мир».

Нашим Миром мы называем ту наибольшую и всеобъемлющую систему, в которой по закону иерархии и в качестве её подсистем существуют все объекты, которые могут быть в ней не входя в противоречие с законами сохранения и причинно-следственных ограничений. Этими объектами являются целевые объединения системных функциональных единиц (СФЕ, элементов) - группы элементов, взаимодействующих с определённой целью (системы, или, вернее, подсистемы нашего Мира). Это включает как те объекты, которые уже были прежде и не существуют сейчас, так и те, которые существуют сейчас и появятся в будущем, вследствие эволюции.

Абсолютно все объекты нашего Мира имеют ту или иную цель. Мы не знаем этих целей и можем лишь догадываться о них, но они есть у всех систем без исключения. Цель определяет законы существования и архитектуру («анатомию») объектов, ограничивает взаимодействие между ними или между их элементами и определяет иерархию как подцелей, так и подсистем для решения этих подцелей. Но эта архитектура постоянно оказывается недостаточной (ограниченной), потому что определяется законом причинно-следственных ограничений. Это заставляет системы постоянно искать путь преодоления этих ограничений, развивает их и определяет направление эволюции систем. Поэтому системы развиваются (эволюционируют) в сторону их усложнения и увеличения их возможностей. Если бы не было бы ограничений, не было бы смысла в эволюции, потому что, в конечном итоге, целью эволюции всегда является преодоление ограничений.

У всех объектов нашего Мира есть как минимум две основные задачи - быть в этом Мире (сохранить себя) чтобы выполнить цель и иметь максимум возможностей выполнения своих действий для достижения цели. Однако любой объект нашего Мира ограничен в своих возможностях в той или иной степени, потому что действует закон принно-следственных ограничений и, кроме того, так как объекты постоянно подвергаются различным внешним воздействиям, разрушающих их, то системы должны постоянно защищать себя от этого разрушения. Поэтому системы сначала «изобрели» пассивные, а затем и активные способы защиты против этого разрушаещего воздействия. Процесс «изобретения» этих способов защиты и увеличения своих возможностей и является эволюцией объектов нашего Мира. Причём не только эволюцией живых существ, но и всего, что его наполняет. Объединение объектов в группы усиливает их и даёт им возможность целенаправленно взаимодействовать против разрушения. Системы потому и появились, чтобы её элементы могли «выжить», а их усложнение увеличивает их возможности.

Самыми простыми системами являются те, у которых есть только простой блок управления. К таким объектам относятся все объекты минерального мира, а также растения.

У элементарных частиц возможности слишком невелики, да и время жизни у многих из них слишком короткое. Время жизни и возможности электрона, протона или нейтрона уже во много раз больше. Группировка элементов не только увеличивает время их жизни, но и увеличивает их возможности. То, что может электрон (протон, нейтрон), не могут делать составляющие их элеметарные частицы. То, что могут делать атомы, не могут делать протоны, нейтроны и электроны в отдельности. Групировка атомов в молекулы дала уже возможность развитию более сложных систем, вплоть до человека, что невозможно было бы построить из элементарных частиц.

Однако, хотя при дальнейшем объединении атомов и молекул в конгломераты (минеральные объекты - газовые облака, жидкие и твердые тела) и увеличиваются возможности этих объектов, но время их жизни начинает резко уменьшаться, потому что работает закон отрицательной энтропии.

Разрушением является потеря объектом его СФЕ. Есть только два способа предотвращения от разрушения:

? увеличение прочности связей между СФЕ

? восстановление утерянных СФЕ

? предотвращение потерь СФЕ.

Первый из них является пассивным, а вторые два - активными способами защиты.

Увеличение прочности связей между СФЕ (первый способ) является пассивным способм защиты от разрушения. Минеральные тела имеют только эти пассивные средства защиты от разрушающего действия внешней среды. Самыми слабыми из них являются газообразные объекты, самыми крепкими - кристалические. Но даже самый крепкий кристалл может быть разрушен.

Обмен веществ направлен на восстановление утерянных СФЕ (второй способ) и является активным способ защиты систем от разрушения. Он осуществляется за счёт захвата необходимых элементов из внешней среды. У минеральных объектов нет обмена веществ, но он есть у всех живых объектов, включая растения. Следовательно, наш Мир уже можно условно разделить на два подмира - неживой и живой. Критерием раздела является обмен веществ - целенаправленный процесс восстановления утерянных СФЕ. Но для такого процесса система должна содержать соответствующие элементы (органы обмена веществ), которых не имеют объекты минерального неживого мира, но уже есть у растений.

Предотвращение потерь СФЕ (третий способ) также является активным способом защиты систем от их разрушения. Предотвратить системы от разрушения можно за счёт их поведенческих реакций, зависящих от внешней ситуации. Если ситуация угрожающая, то системе нужно выйти из данной ситуации. Но для этого нужно знать об этой ситуации, уметь её видеть, а также иметь органы передвижения, чего нет у систем минерального и растительного миров. Для этого, как минимум, необходимо иметь сложный блок управления.

Следовательно, в живом мире можно выделить ещё два подмира - мир растений и мир животных. Критерием раздела является сложность блока управления и его возможность к поведенческим реакциям. Чем более сложный блок управления, тем выше развитие животного как системы.

Но при этом следует обратить внимание, что развитие систем от растений до животных в основном решало только одну задачу - быть в этом Мире. Смысл существования растений и большинства животных, если не всех, кроме человека, только в обмене веществ. Если система голодна, она действует, если сыта, то бездействует. Да, при усложнении блока управления одновременно происходило и увеличение возможностей систем, но это всё равно преследовало цели обмена веществ. Более приспособленное животное лучше питается. Если же система играет и радуется жизни (эмоциональная окраска поведенческих реакций), то как правило такие реакции всё равно направлены на самообучение систем для лучшей охоты на другие системы. Поэтому такие реакции в основном присущи молодым животным. Более взрослые особи уже не играют.

Следует также заметить, что разделение животных на хищников и травоядных слишком условно, потому что не поедание мяса является отличительной чертой хищника, растения также могут быть плотоядными (например, росянка и ей подобные). Абсолютно все животные, и не только они, но и растения, являются хищниками, так как являются системами, которые поедают другие системы. Даже среди объектов минерального мира можно отметить взаимоотношения типа жертва-хищник. Одни системы (растения и травоядные животные) поедают системы с простыми блоками управления (минеральные объекты и растения), потому что это проще сделать. А другие системы (плотоядные) поедают или стараются съесть системы с сложными блоками управления (других животных), хотя это уже сделать труднее. Поэтому осёл тупее тигра.

Человек отличается от остальных объектов живого мира прежде всего тем, что уже не обмен веществ является главным смыслом жизни, а познание. Да, чем выше знания, тем и питание лучше. Но уже сам процесс познания превалирует над всеми остальными процессами, направленными на обмен веществ. И даже сам обмен веществ возводится в ранг искусства (кулинария).

Таким образом можно также выделить и мир человека, потому что из всех объектов нашего Мира только у человека есть вторая сигнальная система (интеллектуальный блок управления) и есть стремление к познанию.

Следовательно, целью нашего Мира была эволюция, которая и определила развитие систем в направлении усложнения блоков их управления, вплоть до человека. И целью этой эволюции было развить системы до такой степени, чтобы они научились познавать Мир. Мы можем оглянуться назад и увидеть подтверждение этому во всей истории развития нашего Мира вообще и биосферы в частности. Что было до Большого Взрыва мы не знаем, и даже не знаем, насколько правомочна такая постановка вопроса. Но после него во Вселенной происходило только рождение и усложнение систем, причём только за счёт усложнения их блоков управления, потому что их первичные СФЕ (элементарные частицы) с тех пор практически не изменились ни качественно, ни количественно. И мы сами, люди, являемся следствием и доказательством этого развития. Человек является самой сложной системой, вершиной эволюции, которая произошла до сих пор. Опыт этой эволюции показывает, что основным отличительным признаком передового развития на всём протяжении была только цефализация систем [29], другими словами - развитие блоков управления систем.

Мы не знаем целей большинства систем нашего Мира, хотя можем строить множество спекуляций по многим проблемам на эту тему. Например, ядра атомов химических элементов тяжелее железа в тех количествах, которые существуют сейчас в нашей Вселенной, могли получиться только и только при взрывах сверхновых звёзд. Следовательно, целью звёзд с эволюцией по типу сверхновых является продукция ядер атомов тяжелее железа? Возможно это и так, хотя поручиться за это пока невозможно. Но мы можем с уверенностью сказать, что человек в том варианте, который существует сегодня и известен нам, был бы невозможен без элементов с атомным весом тяжелее железа, потому что строение его организма требует наличия таких элементов. Так что оснований для предположения, что звёзды типа сверхновых нужны для развития человека, достаточно. Это странно и необычно звучит, но это факт.

Но мы с уверенностью и без спекуляций знаем цели некоторых из систем Мира, в частности, цели многих систем организма. Мы знаем одну из основных целей любого живого организма - выжить в окружающей среде, и знаем иерархию подцелей, на которую разбивается эта цель. Например, левый желудочек сердца является элементом системы кровообращения, которая является частью системы энергоснабжения организма. Мы даже не знаем, как это получилось, что по мере долгого продвижения по эволюции различные атомы «научились» собираться в такое чрезвычайно сложное образование, как левый желудочек сердца. Но мы совершенно уверены, что его целью является перекачка крови из лёгочного сосудистого бассейна в бассейн Большого Круга кровообращения.

Мы видим, как развиваются на пути эволюции живые системы, видим различие систем, стоящих на разных ступенях эволюционной лестницы и можем объяснить преимущество одних систем над другими. Другими словами, у нас открывается возможность построить классификацию всех систем нашего Мира, включая классификацию живых систем.

Сегодня нет единой классификации всех объектов нашего Мира, а есть отдельные классификации различных групп этих объектов, включая классификации астрономических, геологических, биологических и прочих групп.

Причём, в основе большинства, если не всех этих классификаций, включая классификацию как всего живого мира, так и болезней, сегодня принят органо-морфологический анализ. Но, вероятно, как и классификацию болезней, её также необходимо сменить на классификацию, основанную на системном анализе - анализе целей. И в основу новой классификации положить не внешние различия, типа числа ног или бугорков на зубах, а два основных отличия - отличия по типам блоков управления и по типам элементов исполнения.

Более того, в эту классификацию необходимо включить все объекты нашего Мира - живые и неживые, потому что наш Мир наполняют только системы, которые отличаются друг от друга только степенью развития их блоков управления и способами защиты от разрушения внешней средой. Мир един, потому что сам является системой. Поэтому необходимо создать общую и единую классификацию всех систем нашего Мира. А системами являются любые объекты, включая живые и «неживые». Тогда в нашем Мире можно будет различать четыре мира (подмира) объектов:

? мир минеральный

? мир растений

? мир животных

? мир человека.

Население каждого мира отличается друг от друга, как это уже не раз подчёркивалось, только блоками управления и обменом веществ. У объектов минерального и растительного мира простые блоки управления. Но у объектов минерального мира есть только пассивные способы зашиты от отрицательной энтропии (от разрушения). А у всех живых субъектов, включая и растения, есть уже активные способы защиты от той же отрицательной энтропии - активное замещение разрушаемых СФЕ за счёт обмена веществ. У животных, в отличие от растений, кроме обмена веществ, есть более сложные блоки управления, которые дают возможность поведенческих реакций и таким образом позволяют им контролировать в той или иной степени окружающую ситуацию. А у человека есть самый сложный блок управления, который содержит вторую сигнальную систему и поэтому он способен познавать весь Мир, включая самого себя, а не только то, что находится рядом.

А внутри каждого мира классификация должна продолжаться также по критериям сложности блоков управления, и затем уже по критериям наличия и развитости элементов исполнения, включая число ног или бугорков на зубах. В этом случае классификация будет причинно-следственной и логически обоснованной. Например, к миру растений принадлежат не только сами растения, но и всё то население Земли, которое обладает всего лишь простым блоком управления и обменом веществ. А таковыми являются не только растения и не только многоклеточные. Прокариоты и эукариоты, бактерии, фитопланктон, актинии, кораллы, полипы, грибы, деревья, травы, мхи и лишайники, и многие другие, обладающие хлорофилом и без оного - всё это мир растений. Они просто растут в пространстве и у них нет никакого понятия о нём, потому что они его не «видят». Но некоторые растения, например, деревья или травы, содержат хлорофилл (специфический элемент исполнения), в отличие от коралов, грибов или полипов.

Такая классификация систем имеет одно неоспоримое преимущество: она ставит в один ряд всё то, что наполняет наш Мир - системы. Весь окружающий нас Мир классифицируется по единому масштабу, где единицей отсчёта является только сложность блока управления и используемых им элементов исполнения. Так мы можем легче понять, что же является жизнью.

Может быть неживого нет вообще? Может быть живое отличается от неживого только тем, что «осознало» собственную разрушаемость под влиянием внешней среды и сначало научилось самовосстанавливаться, а затем и предохраняться от разрушений? Тогда прав Пьер Тейяр Де Шарден, утверждая, что эволюция - это процесс пробуждения сознания [29]. Ныне принятые классификации не дают ответа на этот вопрос. Новая классификация систем, основанная на системном целевом анализе, даст возможность понять, где «потолок» развития систем каждого мира и какие его субъекты ещё стоят в начале эволюционной лестницы, а какие уже взобрались на её вершину.

Но эта классификация основана на признании первоочередной роли цели вообще и целенаправленности природы в частности, что пока ещё спорно и не принимается всеми. Поэтому для ХХ века была характерна странная позиция - позиция борьбы с природой, позиция, которая и до сих пор разделяется очень многими. Позиции в корне ошибочной, потому что природа не враг наш, а «родитель», воспитатель и друг. Она нас «породила» и взрастила, дав нам колыбель - Землю, создав на ней тепличные условия на протяжении многих миллионов лет, где колебания температуры не более 100?С и давление около 1-й атмосферы, достаточно места, влаги и энергии, хотя Космос характеризуется диапазоном температур во многие миллионы градусов и давления в миллионы атмосфер. Она нас воспитала и сделала сильными, используя эволюцию и закон конкуренции - «выживает сильнейший». Не «взять у неё наша задача», не бороться с ней, а понять и сотрудничать, потому что она не враг наш, а учитель и партнер. Она сама «знает», что нам нужно и даёт нам это, иначе нас не было бы. И это не ода природе, а констатация факта её целенаправленности.

Могут возразить, что такое сочетание природных условий, которое привело к появлению человека - это чистая случайность, возникшая по закону больших чисел только потому, что Мир очень большой и в нём все варианты возможны. Однако подозрительно много случайностей. Природа постоянно «подкидывает» нам различные задачки, но всегда уровень этих задач почему-то полностью соответствует уровню развития животного или человека. Почему-то атомную бомбу человек «открыл» именно тогда, когда он уже мог осознать могущество этого открытия. Природа не даёт опасных игрушек недорослям. Если бы не было проблем вообще, то не было бы стимула к развитию, и на сегодняшний день Земля была бы населена простейшими системами, если бы она вообще была заселена. А если бы проблемы резко превышали возможности систем, то они просто разрушались бы, и Земля вообще никем не была бы населена, если бы она вообще существовала. И в любом случае не было бы развития вообще. Но мы есть и это факт, с которым надо считаться и который требует объяснения. И объяснение только в целенаправленности Природы.

Глава 2. Системный анализ

Системный анализ - это процесс получения ответа на вопрос: «Почему выполняется (не выполняется) генеральная цель системы?».

Понятие «системный анализ» включает в себя два других понятия - «система» и «анализ». Понятие «система» неразрывно связано с понятием «цель системы». Понятие «анализ» означает разбор по частям и разложение по полочкам (классификация). Следовательно, «системный анализ» - это разбор цели системы на её подцели (классификация или иерархия целей) и разбор самой системы на её подсистемы (классификация или иерархия систем) с намерением выяснить, какие подсистемы и почему могут (не могут) выполнить поставленные перед ними цели (подцели).

Любые системы, в том числе и системы живого организма, работают по принципу: «необходимо и достаточно», который является принципом оптимального управления. Понятие «необходимо» определяет качество цели, а понятие «достаточно» - её количество. Например, для принятия в кровь 100 мл О2 нужно, чтобы в лёгкие была доставлена кровь (необходимо) в количестве в 1.000 мл/мин (достаточно). Если качественные и количественные параметры цели данной системой могут быть выполнены, она достаточна. Если какие-то из этих параметров цели система не может выполнить, она недостаточна. Почему данная система не может выполнить данную цель? На этот вопрос отвечает системный анализ.

Системный анализ может показать, что такой-то объект «состоит из... для..», т.е., показать, для какой цели сделан данный объект, из каких элементов он состоит и какую роль играет каждый элемент для достижения данной цели. Органо-морфологический анализ, в отличие от системного, может показать, что такой-то объект «состоит из...», т.е., только лишь показать из каких элементов состоит данный объект.

Системный анализ производится не произвольно, а по определённым правилам. Основные условия системного анализа - учёт сложности и иерархии целей и систем.

§1. Сложность систем

Необходимо уточнить понятие сложности системы. Выше мы видели, что нарастание сложности систем происходило в основном за счёт нарастания сложности блока управления. Сложность элементов исполнения при этом могла быть самой примитивной, несмотря на то, что блок управления при этом мог быть очень сложным. Система могла содержать только один тип СФЕ и даже всего одну СФЕ, т.е., быть монофункциональной. Но при этом она могла очень точно выполнять свои функции, с учётом внешней ситуации и даже с учётом возможности появления новых ситуаций, если у неё был достаточно сложный блок управления.

Когда анализируют сложность системы с позиций кибернетики, теории связи, информодинамики и т.д., обсуждают сложность именно блока управления, а не сложность системы. Отметим, что независимо от степени сложности системы в ней существует два потока активности - поток информации и поток целевых действий системы. Поток информации проходит через блок управления, а поток целевых действий - через элементы исполнения. Термодинамика рассматривает поток целевых действий, а кибернетика и информодинамика рассматривают только особенности потоков информации, проходящих через блоки управления. В данной книге мы не будем дополнительно рассматривать все вопросы кибернетики и информодинамики, потому что часть этих вопросов мы уже рассмотрели, а остальная часть не имеет отношения к нашей теме. Интересующихся отправим к первоисточникам [20, 24].

Тем не менее, понятие сложности может также касаться и потоков целевых действий систем. Существуют моно- и многофункциональные системы. Нет многоцелевых, а есть только и моноцелевые системы, хотя понятие «многоцелевая система» и используется. Например, говорят, что этот истребитель-бомбардировщик является многоцелевым, потому что он может и бомбить, и другие самолёты сбивать. Но всё равно у этого самолёта есть только одна генеральная цель - уничтожать объекты противника. Только у данного истребителя-бомбардировщика возможностей больше, чем у просто истребителя или просто бомбардировщика. Следовательно, понятие сложности касается только числа и качества действий системы, которые определяются числом уровней её иерархии (см. ниже), но не числа её элементов. Динозавры были гораздо больше млекопитающихся (имели больше элементов), но были гораздо проще устроены.

Простейшей системой является СФЕ. Она очень грубо выполняет свои функции, поскольку срабатывает закон «всё или ничего» и её действия наиболее примитивные.

Любая СФЕ является простейшей неполноценной системой и её неполноценность проявляется в том, что такая система может обеспечить только определённое качество результата действия, но не может обеспечить оптимальное его количество. Различные СФЕ могут различаться по результатам своих действий (разнотипные СФЕ), могут и не различаться (однотипные СФЕ). Но все они работают по закону «всё, или ничего». Т.е., результат её действия не имеет градаций, он либо нулевой (не активная фаза), либо максимальный (активная фаза). СФЕ либо максимально реагирует на внешнее воздействие (результат действия максимальный - всё), либо ожидает внешнее воздействие (результат действия нулевой - ничего) и нет градаций результата действия. Каждый результат действия СФЕ является квантом (неделимой порцией) действия.

Саркомер, лиганда гемоглобина, нефрон почек, ФЕВ системы внешнего газообмена - примеры простейших систем.

Монофункциональные системы обладают только одним видом результата действия, который определяется типом их СФЕ. Они могут содержать любое количество СФЕ, от одного до максимального, но в любом случае это должны быть однотипные СФЕ. Отличие от простейшей системы только в количестве результата действия (отличие количественное). Монофункциональная система уже может выполнять свои функции более точно, поскольку её действия имеют ступеньки градации функций. Точность выполнения функции зависит, величины действия одиночной СФЕ, от глубины ООС и от типа её блока управления, а мощность - от числа СФЕ. Чем «мельче» СФЕ, тем больше возможная точность. Чем больше число СФЕ, тем больше мощность.

Таким образом, если состав исполнительных элементов системы (состав СФЕ) однотипный, то она монофункциональна и является простой системой. Но при этом её блок управления может быть, например, сложным. В этом случае система является простой со сложным блоком управления.

Например, каждый саркомер миоцита - это мышечная СФЕ. Он срабатывает по принципу «всё или ничего», но его результат действия мизерный. В мышце есть много сотен тысяч саркомеров. Соответственно мышца намного сильнее одиночного саркомера и у неё очень много ступенек градаций, настолько много, что практически невозможно заметить эти ступеньки градаций силы сокращения. Но мышца как сократительный элемент является монофункциональной системой, поскольку её основная функция - только сокращение.

Многофункциональная система - это система, которая содержит больше одного типа монофункциональных систем. Она обладает многими видами результата действия и может выполнять несколько различных функций (много функций). Любую сложную систему можно разложить на несколько простых систем, которые мы уже рассмотрели выше. Отличие многофункциональной системы от монофункциональной в том, что монофункциональная система состоит из самой себя и включает в себя однотипные СФЕ, а сложная - из нескольких монофункциональных систем с другими типами СФЕ. Причём этими несколькими простыми системами управляет один общий для них блок управления любой степени сложности.

Например, многофункциональная система обмена метаболических газов (СОМГ) содержит одну монофункциональную подсистему внешнего газообмена (содержит только один тип СФЕ - функциональные единицы вентиляции, ФЕВ) и одну многофункциональную систему кровообращения (содержит несколько типов СФЕ - саркомеры, функциональные единицы перфузии, гемоглобин, бикарбонаты).

При этом, хотя мы и говорим, что СВГ - это монофункциональная система, но по сути она также является многофункциональной, потому что включает в себя множество различных сервисных подсистем, которые обслуживают её основную функцию. Для нормальной вентиляции ФЕВ (лёгких) необходимо очистить и согреть вдыхаемый воздух (привести его в необходимую кондицию), распределить его по соответствующим ФЕВ и т.д. Но без ФЕВ для самой СОМГ все эти сервисные подсистемы не нужны. Именно ФЕВ определяют основную функцию СВГ, в этом смысле СВГ является монофункциональной системой.

Система кровообращения содержит несколько монофункциональных подсистем, каждая из которых содержит свои однотипные СФЕ. Т.е., сложная многофункциональная система всегда состоит из нескольких простых моно-функциональных подсистем, содержащих свои однотипные СФЕ.

Следовательно, есть простейшие, монофункциональные и много-функциональные системы. Отличие между ними в количестве и качестве СФЕ.

Чтобы не путать сложность систем со сложностью их блока управления, проще принять, что есть монофункциональные (простые) и много-функциональные (сложные) системы. В этом случае понятие сложности системы касается только блока управления. У монофункциональной системы блок управления управляет набором собственных СФЕ, независимо от степени его сложности. У многофункциональной системы блок управления любой сложности, управляет несколькими монофункциональными подсистемами, каждая из которых имеет свои СФЕ со своими блоками управления.

Именно сложность блока управления определяет сложность системы, причём не только тип системы, но и саму принадлежность данного объекта к разряду систем. Есть соответствующий блок управления, есть система. Нет (любого) блока управления - нет системы. У систем могут быть блоки управления не ниже, чем простой. Простейший блок управления не может быть у полноценной системы, но есть у СФЕ.

Таким образом, система - это объект определённой степени сложности, который может подстраивать свои функции под нагрузку (под внешнее воздействие). Если в её состав входит более чем одна СФЕ, результат её действия имеет число градаций, равное числу её СФЕ, или, что то же самое, числу квантов действия. Число функций системы определяетсмя числом разнотипных монофункциональных систем, которые входят в состав данной системы.

Отдельные СФЕ можно группировать, получая при этом другие системы, которые могут отличаться от отдельных СФЕ либо по количеству, либо по качеству результата действия. Если вновь полученные системы отличаются от их собственных СФЕ по количеству результата действия, это равносильно появлению новых монофункциональных систем с градуированным результатом действия (см. выше). Это есть развитие систем по горизонтали.

Когда-то развитие жизни шло по пути укрупнения тела животных, что давало какую-то гарантию в биологической конкуренции (количественная конкуренция, различные монстры в эпоху динозавров). Но выйгрыш оказался сомнительным, достоинств оказалось меньше, чем недостатков, поэтому монстры вымерли.

Если они отличаются по качеству, это равносильно появлению новых многофункциональных систем или СФЕ, только на более высоком уровне, и этот процесс мы также рассматривали. Такое построение новых систем есть развитие систем по вертикали.

Примером этому служит усложнение живых организмов по мере эволюции, от простейших одноклеточных к многоклеточным и к человеку. То, что может человек, не может делать рептилия. Но то, что может рептилия, не может делать инфузория (насекомое, медуза, амёба и т.д.). Усложнение живых организмов происходило только с одной кардинальной целью - выжить в любых условиях (видовая конкуренция). Поскольку условия проживания разнообразны, живой организм как система должен быть много-функциональным.