Закономерности процесса в развитии систем как феномена триединства энергетического, информационного и синергетического - основа познания риска

Размещено на http://www.allbest.ru/

Закономерности процесса в развитии систем как феномена триединства энергетического, информационного и синергетического - основа познания риска

Понятие устойчивого развития, стремительно ворвавшееся в нашу жизнь в канун XXI века, заставляет по-новому взглянуть на взаимоотношения человека с природой, а беспрецедентный характер изменений, происходящих в природе и в обществе, убеждает в необходимости осмысления глубинных основ причинно - следственных связей в процессе эволюции природы. Условием этого является постижение единых закономерностей развития систем, из которых соткано мироздание. Данный век открыл обществу истину, что оно состоит не из отдельных элементов, изолированных, способных неограниченно производить действия в свою пользу. Все элементы взаимосвязаны, живут и работают в открытой самоорганизующейся вселенской системе, определяющей их жизнедеятельности.

Имея дело с техногенными и природными катастрофами, социальными нестабильностями, очень важно представлять, что можно и чего нельзя делать на разных уровнях управления. Человечеству было бы важно опереться на науку. При этом следует иметь в виду и высокие технологии, которые несут с собой принципиально новые возможности, и совершенно неожиданные опасности и риски. Поэтому нужно сформулировать первую сверхзадачу: теорию риска и безопасности, которая связана с понятием системы [4].

Система является одним из ключевых понятий естественных, технических и социальных наук. С этим понятием связано и понятие среды.

Система и среда органично связаны и не могут быть поняты друг без друга. Система начинается там, где идет ограничение от окружающей среды. Следует подчеркнуть, что среда - это не просто окружение, а то из этого окружения, что жизненно важно для системы.

Система использует среду в качестве источника, хранилища и средства переработки ресурсов, средства жизни. Система постоянно меняет свои границы по отношению к средам.

Стремление глубже раскрыть природу среды рассмотрим ряд ее концепций [3]:

1. Среда представляет собой окружающий систему хаос, шумы, которые постоянно мешают системе жить, но вместе с тем выступают для нее источниками вещества, энергии и информации. Система в этом случае - очаг организованности в хаосе событий. Главная задача, которая состоит перед системой, сохранить себя перед хаосом.

2. Среда выступает как факторизованное окружение, т. е. в ней содержится не просто хаотические явления, а некоторые их активные результирующие, отличающиеся организованностью. При этом окружающие систему факторы выступают активными причинами, которые оказывают на систему воздействия, заставляют ее приспосабливаться к себе.

3. Окружающая среда видится в виде совокупности равнозначных систем, которые конкурируют с окружающей средой, обмениваются с ней ресурсами, стараясь выжить в этой борьбе посредством разрешения противоречий в свою пользу.

4. Наконец, среда видится некоторой надсистемой, т. е. такой, в которую входит данная система. В этом случае взаимоотношения между ними строятся по принципам структурно - организационных отношений надсистем и определяются противоречиями между ними. Надсистема стремится привести систему - элемент в организационное и функциональное соответствие своей природе, а та, в свою очередь, пытается сохранить независимость, увеличить число степеней свободы.

Каждая из этих концепций отражает определенную долю истины. Отсюда следует, что среда системы представляет собой некоторое единство неупорядоченных процессов, организованных факторов и систем, а также включений данной системы в надсистемы.

Исходя из этого, по отношению к среде, можно выделить несколько важнейших тезисов:

-среда далеко не всегда неорганизованное образование;

- среда отличается различным характером воздействия на систему;

-среда связана с системой сложными обменными процессами, она является необходимым условием существования, прежде всего, открытых систем. Вещество, энергия и информация попадают в систему из среды;

- среда вездесуща, находится не только за пределами системы, но и внутри нее.

Внешняя среда выступает средой обитания системы, а внутренняя - ее жизни. Это означает, что из внешней среды система черпает жизненные ресурсы, а внутренняя выступает организмом системы.

Следует, что одной из важных проблем в определении систем - выяснение сущности сил, объединяющих множество в одну систему. Действительно, как образуются, существуют, функционируют, развиваются системы? Как они сохраняют свою целостность, структуру, форму, ту особенность, которая позволяет отличить одну систему от другой? Почему неупорядоченность, хаос превращаются в организованное образование? Для объяснения этого применяется системообразующий фактор, который формирует систему. Проблема поиска данного фактора является одной из главных проблем науки, поскольку, найдя фактор, мы находим систему.

Необходимо отметить, что важное отличительное свойство системы - это наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями.

В науке просматриваются два направления поисков системообразующих факторов:

первое - заключается в том, что исследуются особенности, специфика, характер системообразующих факторов в каждой анализируемой системе;

второе - характеризуется попытками выявить за спецификой, уникальностью, единичностью конкретных системообразующих факторов закономерность, присущую всем системам без исключения, но проявляющаяся по-разному в разноуровневых системах.

Начиная осваивать идеи теории систем, мы сталкиваемся с проблемой изначальной неопределенности в понятиях. Довольно часто в литературе используются такие понятия как «системный подход», «теория систем», «системный анализ», «принцип системности» и др. При этом их не всегда различают и часто применяют как синонимы.

Одним из основных признаков системы состоит в ее структурированности и в целесообразности связей между ее элементами, т.е. система это любая совокупность взаимодействующих элементов. Данное определение совершенно тривиально, но имеет совершенно нетривиальные следствия.

Прежде всего, любой объект системы может представлять собой также систему. Этот факт имеет глубокое значение для научного познания. Данное направление научной мысли связывают со свойствами ее элементов. Предполагается, что свойства системы можно изучить на основе свойств элементов, ее составляющих. Но оказывается, что все это гораздо сложнее. Прежде всего, обнаруживается, что далеко не для всех свойств системы может быть изучение сведено к свойствам ее отдельных элементов. Некоторые системы как бы определяют свойства своих элементов, исключают некоторые из них, если эти элементы оказываются неспособными выполнять некоторые функции, необходимые для существования стабильности системы. Другими словами, взаимосвязь свойств системы и ее элементов гораздо более глубокая, чем это принято думать. Свойства системы зависят не только от свойств элементов, но и обратно - свойства элементов, составляющих систему, могут зависеть от свойств системы. По мере восхождения по ступеням сложности эта взаимозависимость проявляется все более и более отчетливо.

Можно говорить о «целях» системы, какой бы природы она ни была. В неживых системах это стабильность и развитие, то есть непрерывное усложнение структуры и многообразия элементов. В системах, принадлежащих миру живого, цель элемента - стабильность, которую принято называть гомеостазом. В системах общественной природы возникает целый спектр целей. Поскольку элементы системы, в свою очередь, являются системами, можно говорить и о целях элементов подсистем. Эти цели подсистем не всегда совпадают с целями самой системы. Система не конструирует элементы, а лишь отбраковывает негодные, то есть служит фактором отбора [1].

Следует отметить, что с понятием системы неразрывно связано понятие развития. Говоря о развитии, мы подразумеваем, что развиваться должна система.

Исследование любого явления, в конечном счете, преследует цель развития системы знаний об изучаемом предмете. Данный случай особенный. В нем предметом исследования является сам процесс развития системы. Развиваться способны только открытые стационарные системы.

Процесс развития системы неразрывно связан с ее изменением. В ходе изменения системы происходит смена ее состояний. Иными словами, можно сказать, что изменяются те параметры, которые определяют состояние системы.

Любые преобразования требуют от системы затрат энергии. Таким образом, развитие может трактоваться как процесс накопления и преобразования энергии. Для своего развития любая система должна решить две принципиальные проблемы. Во-первых, должна иметь источник энергии. Во-вторых, она должна быть определенным образом внутренне организована. Эта организация должна обеспечить способность накапливать, закреплять и преобразовывать энергию. Все это, в конечном счете, необходимо для осуществления тех самых необратимых, направленных и закономерных изменений.

Развитие - необратимое, направленное, закономерное изменение материальных и идеальных объектов. Только одновременное наличие трех указанных свойств выделяют процессы развития среди других изменений [3].

То, что может быть познано, наблюдаемо человеком, не может не принадлежать системе, ибо познание может произойти только через взаимодействие, а наблюдатель тоже должен принадлежать системе. Наблюдатель, наблюдая некоторый элемент системы, определенным образом с ним взаимодействует. Действия наблюдателя влияют не только непосредственно на объект наблюдения, но и на систему в целом и изменяют тем самым и состояние объекта, который является частью системы. Если наблюдатель не принадлежит системе, то для него данная система является виртуальной. Такая модель имеет практический смысл, ибо это редукция как раз к той простоте, без которой путь к постижению сложности невозможен. Как указывает акад. Н. Н. Моисеев, в основе любой методологии и научной теории лежат некоторые исходные постулаты (аксиомы) и неопределимые понятия. Они не доказуемые, а понятия не определяемые. Они должны лишь не противоречить практическому опыту активной человеческой деятельности. Так как в науке не может быть догм, то все утверждения должны проверяться оселком человеческого опыта.

Любой процесс - это неизбежное наложение случайности и необходимости, диктуемой законами, проверенными опытом. Описание любого сложного явления должно в своей основе опираться на некоторую достаточно простую и наглядную схему. Для исследователя такое требование означает, что изложение любого научного вопроса должно в минимальной степени использовать новые понятия и предельно опираться на понятия известные и апробированные и усвоенные человеком. При любом описании сложных явлений следует использовать как можно меньше этих «первопонятий». Вводить новые понятия, следует с предельной осторожностью и лишь в тех исключительных случаях, когда одними старыми понятиями обойтись уже невозможно.

В основе любой интерпретации лежит опыт, и мы имеем право говорить только о большем или меньшем его соответствии нашему практическому опыту.

Центральной проблемой теории систем является проблема описания механизма процесса самоорганизации. Для того чтобы описать феномен самоорганизации системы, надо знать три базовых состояния: принцип самоорганизации изучаемого объекта, принцип самоорганизации окружающей среды и принцип взаимодействия, взаимовосприятия состояний объекта и среды. Логика этого процесса может быть увидена, если сумеем найти общий язык для описания процесса самоорганизации для всех этажей мироздания.

В качестве основы описания схемы механизмов самоорганизации, наиболее удобным является использование языка дарвинской триады: «изменчивость», «наследственность» и «отбор»[2].

Проблема изменчивости. Изменчивостью можно считать способность системы изменять свои состояния. Вопрос об изменчивости есть самый трудный, самый принципиальный, возникающий вопрос при анализе механизмов самоорганизации систем, поскольку он затрагивает святая святых современного естествознания - принцип причинности.

Развитие систем, как указывает акад. Н. Н. Моисеев, и их эволюция не могут реализоваться без создания «поля выбора», то есть без возникновения определенного, достаточно большого разнообразия организационных форм или виртуальных возможностей развития, без своеобразного «хаоса возможностей». Поэтому первый вопрос теории развития систем - это вопрос о причинах возникновения необходимого хаоса, без которого невозможно развитие, о механизмах, его рождающих. Описать законы самоорганизации на языке чисто детерминизма представляется невозможным в принципе. Без стохастики и неопределенности невозможно описать разнообразия форм материи и действия людей. Неопределенность и стохастика лежат в глубине вещей.

Проблема наследственности. Наследственность системы это зависимость ее будущего от настоящего и прошлого и является вторым важнейшим фактором, определяющим развитие. Наследственность является тем фактором, который «загоняет» случайные и неопределенные изменения в русло закономерности и устойчивости, не давая процессу стохастичных и вероятностных изменений превратиться в набор хаотических событий, которые невозможно предвидеть. Наследственность - это мостик между прошлым и будущим. Основой наследственности является память системы »[2]. Но степень зависимости от прошлого может быть очень разной. Существуют системы с абсолютной памятью и с полным ее отсутствием.

Проблема «отбора». Имея некоторый набор виртуальных, то есть мысленно возможных, состояний системы, процесс самоорганизации «отбирает» некоторые из них. Простейшими критериями отбора являются законы физики, благодаря которым происходит изменение состояния системы и ее элементов. Нарушить эти законы никаким материальным структурам не дано. Отбор многолик и сохраняет, многообразие, он лишь отсекает нежизнеспособные формы организации материи. Любой изучаемый объект не существует сам по себе, он всегда является частью некоторой системы более высокого уровня. В этом явлении как раз и проявляются те системные законы. Система отбраковывает те варианты развития своих элементов, которые препятствуют ее собственному развитию или сохранению стабильности, резко суживает возможную сферу изменчивости. Одним из таких ограничителей является устойчивость элемента, его соответствия тем функциям, которые он выполняет как элемент системы [1].

Для того чтобы понять происходящие вокруг нас события, необходимо строить различные модели и сопоставлять их с нашими наблюдениями. Каждый данный момент в нашем мозгу происходит сканирование впечатлений, сопоставление наблюдений с уже сформировавшимися образами, что, в конечном счете, приводит к некоторому предварительному заключению. Одна из отличительных особенностей этой процедуры состоит в широком использовании аналогий и прототипов.

Сложность представляет собой понятие, принадлежащее нашему каждодневному словарю. Одна и та же система в разных условиях может выглядеть совершенно по-разному, что поочередно вызывает у нас впечатления «простого» и «сложности». Естественнее говорить о сложном поведении, нежели о сложных системах. Изучение поведения позволяет установить то общее, что имеется между различными классами систем, и дает лучшее понятие сложного.

Эволюция сложных систем происходит таким образом, что в ее процессе увеличивается степень неопределенности и неоднородности системы в целом.

В системах неопределенность проявляется в двух видах - внутренняя связана с характером поведения отдельных подсистем и элементов, их стохастическим характером, сложным динамическим поведением, незнанием исследователем свойств элементов системы и закономерностей их развития и функционирования. Внешняя неопределенность - это неопределенность взаимодействия с внешней по отношению к системе средой. Воздействие внешней среды, как правило, случайный, часто носит непредсказуемый характер. В этих условиях сложная система представляет собой конечное множество относительно самостоятельных и постоянно взаимодействующих подсистем. Их поведение часто не удается описать математически и остается практически аппарат имитационное моделирование.

Следует отметить важное отличительное свойство системы это наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями.

Для реализации механизмов развития система должна обладать чрезвычайно важным блоком - подсистемой информационного управления. Основу этого блока составляет память.

Порядок систем обусловлен двумя основными факторами - наличием энергетического потенциала и информационной упорядоченностью системы. Развитие любой открытой системы, является закон сохранения энергии.

Информационная реальность выполняет широкий спектр различных функций, обеспечивающих существование, взаимосвязь и развитие различных объектов материального мира.

В процессах развития, самоорганизации систем и условиях возникновения порядка, главную роль играет энергия и информация. Энергия обуславливает движущую силу изменений, информация формирует организационную упорядоченность протекающих процессов системы. Информация является одной из наиболее сложных естественно - научных и философских категорий. Фактически к осмыслению ее как фундаментальной природной сущности человечество пришло только в середине ХХ века.

Основой оценки изменений вероятностного состояния системы является энтропия, которая связывает энергию с информацией. Энтропийные показатели способны отразить глубину и сложность природных процессов, которые не способны уловить энергетические показатели. Это объясняется рядом обстоятельств[2]:

1.Во-первых, показатели поступления энергии в систему ровным счетом ничего не говорят об итоговых процессах упорядочения системы. Количественная оценка изменения энергии в системе не характеризует качества происходящих в системе процессов.

2. Во-вторых, даже учет баланса энергии по отдельным ее составляющим не может в полной мере охарактеризовать содержание происходящих процессов в рамках каждой составляющей.

Дело в том, что энергетические показатели отражают лишь способность, потенцию к совершению работы. Чтобы воплотиться в конкретный результат, энергия должна быть соединена с внутренними факторами самой системы.

3.В-третьих, энергетические показатели фиксируют своеобразную статистику состояния, в то время как энтропийные могут отразить и результат ее динамики. Это значит, что неизменной должна оставаться энтропия, то есть в системе должен сохраняться порядок.

Энтропия мера вероятности пребывания системы в данном состоянии: чем больше энтропии, тем более вероятно ее состояние. При полной определенности новая информация отсутствует. Вероятность состояния системы - мост между энтропией и информацией. Со снижением вероятности информация увеличивается, а энтропия снижается. Собственно, энтропия и является мерой беспорядка системы. Как указывает проф. Мельник Л. Г. [2], энтропия, взятая с отрицательным знаком, есть сама по себе мера упорядоченности.

Касаясь процессов разрушения в системе, то следует отметить, что они многообразны. Условно можно выделить три основных направления, по которым идут процессы разрушения в системе:

· Тепловое - когда система снижает эффективность функционирования, не изменяя своей структуры и качества выполняемых функций (увеличиваются энергозатраты на выполнение единицы работы);

· Структурное - когда происходит нарушение структуры, т.е. изменяется структурное построение системы;

· Информационное - когда при сохранении структуры системы нарушаются связи между ее звеньями; в результате ухудшается качество выполнения функций отдельными подсистемами системы.

Метод исследования балансов изменения энергии и энтропии получил название энергоэнтропики. На этом сформулированы пять ключевых законов энергоэнтропики.

1-й закон - закон сохранения энергии : ни одна материальная система не может развиваться или функционировать, не потребляя энергии, которая расходуется на совершение работы, на изменение внутренней энергии системы и на рассеивание тепла в окружающую среду;

2-й закон - закон возрастания энтропии: реальные изолированные макроскопические системы стремятся самопроизвольно перейти из менее вероятного состояния в более вероятное или из более упорядоченного в менее упорядоченное, т. е. их энтропия может только возрастать.

Поскольку энтропия в состоянии равновесия системы, достигнув максимума, больше не изменяется, скорость ее возрастания в этом состоянии равна нулю;

3-й закон - закон уменьшения энтропии открытых систем при прогрессивном развитии: энтропия открытых систем в процессе их прогрессивного развития уменьшается за счет потребления энергии от внешних источников;

4-й закон - закон предельного развития материальных систем: материальные системы при совершенствовании, достигают характерного для каждой совокупности внешних и внутренних условий предела, который можно выразить максимальным значением соответствующего вида так называемой негэнтропии, т.е. показателя энтропии с отрицательным знаком. Это значение отсчитывается от некоторого нулевого или же максимально значения какого-то критерия эффективности развития или функционирования систем;

5-й закон - закон преимущественного развития, или закона конкуренции: в каждом классе материальных систем преимущественное развитие получают те, которые при данной совокупности внутренних и внешних условий достигают максимального значения негэнтропии или максимальной энергетической эффективности.

Построение энергоэнтропийного баланса основывается на анализе изменения величины энтропии системы.

Таким образом, состояние системы зависит от двух факторов: энтропии, производимой внутри системы, и энтропии, обусловленной внешним обменом.

Знак может быть и положительным, и отрицательным, приток энтропии в систему - больше или меньше ее оттока. Соответственно изменение энтропии открытой системы в целом может быть положительным, отрицательным или равным нулю. Граничное состояние системы будет достигаться тогда, когда производство энтропии внутри системы будет в точности компенсироваться оттоком энтропии за счет ее обменной составляющей.

Литература

самоорганизация энергоэнтропийный баланс

1. Моисеев Н.Н. Универсум. Информация. Общество. - М.: Устойчивый мир, 2001, - 200с. ( Библиотека журнала «Экология и жизнь». Серия «Устройство мира»).

2. Мельник Л.Г. Фундаментальные основы развития. - Сумы: ИТД «Университетская книга», 2003. - 288с.

3.Сурмин Ю.П. теория систем и системный анализ: Учеб. пособие. - К.: МАУП, 2003 - 368 с.

4. Малинецкий Г.Г. Начало конца или конец начала? // Компьютера, №2. -2004. http.|| www. Computerra.ru|xterra/32027/.

Размещено на Allbest.ru