Общая теория систем – критический обзор (стр. 4 из 13)

Сказанное можно хорошо проиллюстрировать примерами, которые приводит сам Эшби. Предположим, что некоторая вычислительная машина, памяти которой заполнена случайным образом цифрами от 0 до 9, осуществляет умножение; и пусть машина работает таким образом, что цифры все время попарно перемножаются и крайняя правая цифра произведения ставится на место первого сомножителя. Такая машина будет «эволюционировать» в направлении вытеснения четными [c. 37] числами нечетных (поскольку произведения как четного числа на четное, так и четного числа на нечетное дают четные числа), и в конечном счете, так как среди различных четных чисел вероятность появления нулей наибольшая, «выживут» только нули [6, стр. 334 русского издания]. В другом примере Эшби ссылается на десятую теорему Шеннона, гласящую, что если коррекционный канал обладает пропускной способностью H, то количество устраненной неопределенности может быть равно H, но не может быть большим [6, стр. 337 русского издания]. Оба эти примера иллюстрируют функционирование закрытых систем: «эволюция» вычислительной машины идет в направлении устранения дифференциации и установления максимальной гомогенности (аналогично действию второго начала термодинамики в закрытых системах); теорема Шеннона также относится к закрытым системам, где негэнтропия отсутствует. По отношению к информационному содержанию («организации») живого организма вносимые в него вещества (пища и т. д.) несут не информацию, а «шум». Тем не менее их негэнтропия используется для поддержания или даже для увеличения информационного содержания системы. Такое положение вещей, очевидно, не предусмотрено в десятой теореме Шеннона, что вполне естественно, так как он не исследовал передачу информации в открытых системах, где имеет место трансформация вещества.

Живой организм (как и другие бихевиоральные и социальные системы) не является «машиной» в смысле Эшби, поскольку он развивается в направлении увеличения дифференциации и негомогенности и может корректировать «шум» в более высокой степени, чем это имеет место в коммуникационных каналах в неживых системах. Оба эти свойства живого организма являются результатом того, что он представляет собой открытую систему.

Таким образом, в соответствии с высказанными соображениями мы не можем заменить понятие «система» обобщенным понятием «машина», по Эшби. Несмотря на то что последнее понятие является, несомненно, более широким по сравнению с классическим («машина – система с фиксированным порядком частей и процессов»), возражения против «машинной теории» жизни (см. Берталанфи [16, стр. 16–20 и др.]) остаются в силе. [c. 38]

Сделанные замечания не имеют цели дать резкую критику метода Эшби или дедуктивного подхода вообще, они только подчеркивают, что не существует единого пути к общей теории систем. Как и всякая иная область науки, она должна развиваться при взаимодействии эмпирических, интуитивных и дедуктивных методов исследования. Если интуитивный подход оставляет желать многого в смысле своей логической точности и полноты, то дедуктивный подход сталкивается с трудностью правильного выбора основных терминов. Это не специфический недостаток данной теории или тех, кто занимается ею, скорее, это общее явление в истории наук. В качестве примера можно вспомнить долгие дебаты по поводу того, какую величину – силу или энергию – следует рассматривать как константу в физических преобразованиях, пока наконец вопрос не был решен в пользу mv2/2

Автор настоящей статьи мыслит общую теорию систем как рабочую гипотезу; будучи ученым-практиком, он видит главную функцию теоретических моделей в объяснении и предсказании еще не исследованных явлений и управлении ими. Другие авторы могут с равным правом подчеркивать важность аксиоматического подхода и ссылаться на такие примеры, как теория вероятностей, неевклидовы геометрии, а из более близкого времени – на теорию информации и теорию игр, которые первоначально развивались как дедуктивные математические научные области, а позднее были применены в физике или других науках. По этому вопросу не следовало бы спорить. В обоих подходах опасность состоит в слишком поспешном рассмотрении теоретической модели как завершенной и окончательной, – опасность, особенно серьезная в такой области, как общая теория систем, которая все еще ищет свои подлинные основы.

3. Гомеостазис и открытые системы

Среди упомянутых теоретических моделей кибернетическая модель гомеостазиса и модель открытой системы, развиваемая в рамках общей теории систем, претендуют на объяснение многих эмпирических явлений. Поскольку [c. 39] отношение этих двух теорий не всегда хорошо осознают, уместно кратко остановиться на этом вопросе.

Простейшая схема обратной связи может быть представлена в следующем виде (рис. 1). Современные сервомеханизмы и автоматы, точно так же как и многие явления в живом организме, основаны «а действии обратных связей, причем в их гораздо более сложных – по сравнению с простой моделью (рис. 1) – формах, однако последняя является их элементарным прототипом.

Рис. 1. Модель простой обратной связи

В применении к живым организмам схема обратной связи выступает в форме гомеостазиса.

Согласно Кэннону, гомеостазис представляет собой совокупность органических регуляций для поддержания устойчивого состояния организма, причем действие регулирующих механизмов может происходить не в одном и том же, но нередко в разных и даже противоположных направлениях – сообразно соответствующим внешним изменениям, которые подчиняются некоторым физическим законам. Простейшим примером гомеостазиса является гомеотермия. В физической химии по правилу Вант-Гоффа уменьшение температуры ведет к понижению скорости химических реакций. Именно так обстоит дело в обычных физико-химических системах, а также у холоднокровных животных. Однако у теплокровных животных понижение температуры вызывает противоположное действие, а именно увеличение скорости метаболического процесса, в результате чего поддерживается постоянная температура тела на уровне около 37° С. Это обусловлено действием механизма обратной связи. Понижение температуры стимулирует термогенические центры в таламусе мозга, которые «включают» тепло-производящие механизмы тела. Подобную же схему обратной связи можно найти в разнообразных формах физиологических регуляций. Регуляция положения и [c. 40] управление действиями при целеустремленной активности животных и человека точно так же осуществляется механизмом обратной связи.

В отличие от кибернетики, занимающейся анализом механизмов обратной связи, общую теорию систем интересует динамическое взаимодействие внутри систем со многими переменными. Причем для живых организмов наибольшее значение в этой связи имеет исследование понятия открытой системы. Для такой системы характерно, что в нее постоянно вводится извне вещество. Внутри системы вещество подвергается различным реакциям, которые частично дают компоненты более высокой сложности. Именно это мы называем анаболизмом. Одновременно с этим происходит катаболизация вещества и конечные продукты катаболизма выводятся из системы. Простая модель открытой системы изображена на рис. 2.

Рис. 2. Модель простой открытой системы. Компонент А вводится в систему и превращается в результате обратимой реакции в B; одновременно с этим путем необратимой реакции происходит катаболизация и полученный продукт C в конечном счете выводится из системы. K1, K2 – константы ввода и вывода; k1, k2, k3 – константы реакции. Данная модель в общих чертах соответствует, например, протеиновому обмену в живом организме, где A – аминокислоты, B – протеины и C – продукты физиологического выделения.

Некоторые черты открытых, в отличие от закрытых, систем состоят в том, что при соответствующих условиях открытая система достигает состояния подвижного равновесия, в котором ее структура остается постоянной, но в противоположность обычному равновесию это постоянство сохраняется в процессе непрерывного обмена и [c. 41] движения составляющего ее вещества. Подвижное равновесие открытых систем характеризуется принципом эквифинальности, то есть в отличие от состояний равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями, открытая система может достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее исходных условий и определяется исключительно параметрами системы. Более того, в открытых системах проявляются термодинамические закономерности, которые кажутся парадоксальными и противоречат второму началу термодинамики. В соответствии с этим началом общий ход физических событий (в закрытых системах) происходит в направлении увеличения энтропии, элиминирования различий и достижения состояния максимальной неупорядоченности. В то же время в открытых системах, в которых происходит перенос вещества, вполне возможен ввод негэнтропии. Поэтому подобные системы могут сохранять свой высокий уровень и даже развиваться в сторону увеличения порядка и сложности, что действительно является одной из наиболее важных особенностей жизненных процессов (см. Берталанфи [14]).