ТЕМА 3. Понятие системы

Виды систем

Дать единое определение системы, которое было бы принято во всех областях знания, использующих данное понятие, достаточно сложно. В самом общем виде можно сказать, что система представляет собой комплекс элементов, объединенных строго определенными связями и функционирующих как единое целое. Слово «система» (σύστημα) греческого происхождения, оно переводится как «целое, состоящее из частей; единство множественного». Данная категория претерпела длительную эволюцию и в настоящее время является одной из ключевых для самых различных областей знания. Начиная от атомов и элементарных частиц и заканчивая Вселенной в целом мы можем рассматривать объекты познания как системы. Неживая материя, живая клетка, человек, галактика — все это системы различной степени сложности или, как говорят ученые, различных уровней организации.

Существуют два основных подхода к изучению систем. При первом из них считается, что определяющим фактором для функционирования системы являются элементы, при втором таким фактором считаются отношения между элементами. Первый подход, таким образом, получил название концепции элементов,второй — концепции отношений.

Концепция элементов восходит к античным натурфилософским представлениям о мире как о совокупности определенного числа первооснов. Различными авторами называются различные первоэлементы, однако в большинстве случаев это огонь, вода, воздух, земля и некоторые другие. Мир при таком подходе предстает дискретным, состоящим из отдельных частиц. Ярчайшим примером концепции элементов является атомистическая теория Левкиппа-Демокрита, когда бытие представляется состоящим из отдельных частиц — атомов, между которыми находятся участки небытия — пустота. В наиболее завершенном виде античную концепцию элементов представил Аристотель.

Данный подход оказал значительное влияние на развитие естествознания. Классическая механика, рассматривая механические системы, выделяет в качестве их основных характеристик массу и скорость, т.е. функционирование системы, с точки зрения механики, определяют свойства элементов. Отношения между ними являются производной функцией от их свойств. Такой подход привел к появлению в естествознании принципиально нового понятия — материальной точки.Материальная точка — это идеальный механический объект, обладающий массой, но не обладающий протяженностью. Свойства систем, состоящих из материальных точек, зависят от их механических характеристик — массы, скорости, ускорения и т.д.

Термодинамика оперирует таким понятием, как идеальный газ, который состоит из молекул, являющихся материальными точками. Для расчетов многих формул и уравнений термодинамики применяется универсальная формула идеального газа.

Электростатика и электродинамика используют понятие заряда, которое также восходит к материальной точке. Электростатические системы рассматриваются как совокупность зарядов, взаимодействующих между собой, причем способы этого взаимодействия зависят от свойств заряда.

В квантовой физике концепция элементов представлена корпускулярной теорией света. Световой луч рассматривается в данном случае как поток отдельных частиц — фотонов, или квантов света.

Концепция элементов оказала значительное влияние и на развитие гуманитарных наук. Например, теории естественного права и «общественного договора» основаны на представлении о человеке, как единичном носителе человеческих свойств; общество выступает при таком подходе как совокупность отдельно взятых элементов, отношения между которыми зависят от свойств и качеств каждого человека.

Вторая концепция изучения систем — концепция отношений — также восходит к античности. В ней подчеркивается приоритет отношений между элементами для определения функционирования системы. В произведениях таких философов, как Пифагор и Парменид, указывается на невозможность дискретного существования отдельных частиц. Пифагор, рассматривая свойства чисел, приходит к выводу об их взаимосвязанности. Первое число — единица — выступает не как дискретная, множественная единица, а в виде тождества, как непрерывная и положительная сущность. Мир, отсюда, воспринимается как изначально синтетическое понятие, которое затем превращается в дискретную систему только в восприятии человека. Парменид утверждает о завершенности, целостности мира, как непрерывного, вечного и неизменного бытия. Ученик Парменида Зенон Элейский для доказательства правоты своего учителя составил ряд логических конструкций, которые известны нам какапории Зенона. Наиболее известной является апория «Ахиллес и черепаха», в которой утверждается, что «быстроногий Ахиллес» никогда не догонит черепаху, поскольку для преодоления расстояния, изначально их разделяющего, Ахиллесу понадобится какое-то время, за которое черепаха уползет на определенное расстояние, для преодоления этого расстояния потребуется еще какое-то время, и так до бесконечности. Расстояние между ними, таким образом, будет постоянно сокращаться до бесконечно малых величин, но никогда не станет равным нулю. Отсюда Зенон делает вывод о невозможности движения в принципе, если мы рассматриваем мир как бесконечно дискретную систему.

В общем виде концепцию отношений выразил величайший античный мыслитель Платон. Он утверждает, что определяющим качеством любых объектов является их соотнесенность друг с другом. Не существует единицы без двойки, не существует одного человека без другого и т.д. Наиболее ярким примером проявления целостности являются математические системы, в которых отдельные объекты обладают какими-либо свойствами только при включении их в определенные отношения с другими объектами. Любая математическая величина не обладает своей отдельно взятой сущностью, она получает свои свойства только по отношению к другим величинам. Так, говоря об отрицательном числе, мы подразумеваем, что оно располагается на числовой оси левее нуля, т.е. выводим его свойства через отношение к другому числу. При таком подходе система мыслится как совокупность отношений, которые позволяют элементам, входящим в нее, приобретать определенные качества — «сущности», как называет их Платон. Этот принцип получил дальнейшее развитие в естествознании и в гуманитарных науках и сейчас известен нам как принцип относительности. В физике этот принцип оказал огромное влияние на становление неклассической картины мира. Вселенная при таком подходе понимается не как дискретный набор элементов, а как пространственно-временной континуум, т.е. система, обладающая своими собственными взаимосвязанными свойствами, в первую очередь — пространственными и временными характеристиками. Такой подход предполагает существование универсальных законов, работающих во всех областях нашего мира. К числу таких законов относится, например, закон сохранения энергии. Понимание Вселенной как протяженности с неизбежностью приводит к выводу о зависимости свойств и качеств отдельных объектов материального мира от свойств и отношений целостной системы, в которую эти объекты включены.

Механистическая картина мира во многом опиралась на принцип относительности, автором которого в естествознании считается Галилей. В первую очередь это относится к относительности состояний движения и покоя. Если один объект движется в какой-либо системе, то это еще не означает, что он движется и в других системах, и наоборот — покоящийся по отношению к какой-либо системе объект может находиться в движении по отношению к другим системам. В качестве примера можно указать на человека в поезде — по отношению к поезду он может находиться в покое, однако по отношению к земле он движется.

В квантовой физике концепция отношений привела к появлению волновой теории света. Объяснить некоторые явления, такие, как дифракция и интерференция света, оказалось возможным, только представив свет не в виде потока частиц, а в виде волны, обладающей определенными характеристиками — длиной и частотой. Однако при таком рассмотрении необъясненными оказывались некоторые другие свойства света. В частности, если свет является волной, т.е. чистой энергией, не имеющей массы, то на него не должны воздействовать силы гравитации. Однако опытным путем было установлено, что световые лучи искривляются при прохождении вблизи объектов, обладающих значительной массой и, соответственно, сильным гравитационным полем. Отсюда был сделан вывод о присутствии у света свойств как потока частиц, так и волны. Эта концепция получила название теории корпускулярно-волнового дуализма.

В гуманитарных науках концепция отношений нашла свое выражение в различных теориях общества, в первую очередь — в теории общественно-экономических формаций Маркса. Такой подход выводит качества отдельного человека из целостной системы отношений, складывающейся в социуме. Большинство современных психологических и социологических теорий, начиная от Ж. Пиаже и М. Вебера, используют именно эту концепцию.

Все системы, независимо от подхода к их изучению, могут быть разделены на определенное количество групп по нескольким различным критериям. В первую очередь системы делятся на открытые и закрытые.

Открытой системой называется система, обменивающаяся с окружающей средой веществом, энергией или информацией. В закрытых системах такого обмена не происходит.

Системы, реально существующие в окружающем мире, являются открытыми. Исходя из представления о целостности нашей Вселенной, можно сказать, что любые системы в ней являются подсистемами, связанными друг с другом. Любой физический объект включен в пространственно-временной континуум, которым является наш мир, он связан с другими объектами определенными отношениями, которые могут проявляться только в виде какого-либо обмена с ними. Человек, общество, звездные системы, атомы, молекулы — все это примеры подсистем, которые могут существовать только во взаимосвязи друг с другом. Замкнутой системой можно считать нашу Вселенную в целом, однако в свете современных представлений и это утверждение представляется сомнительным. Возможно, существуют вселенные, отличающиеся от нашей по каким-то параметрам, тогда наш мир будет всего лишь подсистемой, обменивающейся с другими подсистемами веществом, энергией или информацией. В частности, некоторые ученые предполагают, что так называемые черные дыры — космические объекты, обладающие настолько большой массой, что сила тяготения вокруг них не позволяет вырваться за ее пределы никаким другим объектам окружающего мира, даже световым лучам, — представляют собой своеобразные тоннели, ведущие из нашего мира в миры, обладающие иными физическими характеристиками. Закрытые системы, таким образом, могут быть созданы лишь искусственно.

По состоянию в каждый момент времени системы могут подразделяться на статические и динамические. Статическая система — это система, в которой в данный момент времени элементы обладают неизменными свойствами и отношения между ними также неизменны. В динамических системах свойства элементов и отношения между ними меняются с течением времени.

По структуре организации системы делятся на физические (механические, термодинамические, электромагнитные и т.д.), биологические, социальные.

По уровню организации можно выделить системы микро-, макро— и мегауровня.

Среди открытых важнейшую роль играют самоорганизующиеся или диссипативные системы, способные самостоятельно повышать уровень своей организации.