12. Системный подход в современном естествознании. Основные понятия и идеи синергетики.
Особенностью современного естествознания является осознанное внедрение идей системности во все его отрасли. Системность реализуется в рамках системного подхода, т.е. исследований, в основе которых лежит изучение объектов как сложных систем.Под системным подходом в широком смысле понимают метод исследования оружающего мира, при котором интересующие нас предметы и явления рассматриваются как части или элементы определенного целостного образования. Эти части и элементы, взаимодействуя друг с другом, формируют новые свойства целостного образования (системы), отсутствующие у каждого из них в отдельности. Таким образом, мир с точки зрения системного подхода предстает перед нами как совокупность систем разного уровня, находящихся в отношениях иерархии. В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит именно системный подход, согласно которому любой объект материального мира может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целое. Для обозначения этой целостности в науке выработано понятие системы. Система занимает центральное место в системном подходе. Поэтому разные авторы, анализируя это понятие, дают определения системы с различной степенью формализации, подчеркивая разные ее стороны.Определим систему как совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом и образующих некую целостность.
Системам независимо от их природы присущ ряд свойств:
1. Целостность — принципиальная несводимость свойств составляющих ее элементов и невыводимость из последних свойств целого, а также зависимость каждого элемента, свойства и отношения системы от его места внутри целого, функции и т.д. Например, ни одна деталь часов отдельно не может показать время, это способна сделать лишь система взаимодействующих элементов;
2. Структурность — возможность описания системы через установление ее структуры или, проще говоря, сети связей и отношений системы. Структурность также подразумевает обусловленность свойств и поведения системы не столько свойствами и поведением ее отдельных элементов, сколько свойствами ее структуры. Простейший пример: разные свойства алмаза и графита определяются различной структурой при одинаковом химическом составе;
3. Иерархичность систем, т.е. каждый компонент системы в свою очередь может рассматриваться как система, а исследуемая в конкретном случае система представляет собой один из компонентов более широкой системы. Например, живая клетка многоклеточного организма является, с одной стороны, частью более общей системы — многоклеточного организма, а с другой — сама имеет сложное строение и, безусловно, должна быть признана сложной системой;
4. Множественность описания системы, т.е. в силу принципиальной сложности каждой системы ее познание требует построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определенный аспект системы. Например, любое животное имеет части тела, которые могут рассматриваться как его элементы; это животное можно рассмотреть как совокупность скелета, нервной, кровеносной, мышечной и других систем; наконец, его можно проанализировать как совокупность химических элементов.
Термин «синергетика» введен Г. Хакеном для обозначения междисциплинарного направления, в котором, как он и предполагал, результаты его исследований по теории лазеров и неравновесным фазовым переходам смогли дать идейную основу для плодотворного взаимному сотрудничества исследователей из различных областей знания. Синергетика Г. Хакена в нестрогом смысле базируется на ранее выдвинутых теориях, например: Чарлз Скотт Шеррингтон (1857-1952), называвший синергетическим согласованное действие нервной системы при управлении мышечнымидвижениями; Станислав Улам (1909-1984), говоривший о синергии, в форме непрерывного сотрудничества междукомпьютероми оператором и др. Однако притом, что имеетсянеформальнаясвязь явлений, названных «синергетика», по существу содержания предшественники Г. Хакена говорили лишь о частных примерах.
Автором самого термина является Ричард Бакминстер Фуллер (1895-1983) — известный дизайнер, архитектор и изобретатель из США. В течение своей жизни Р.Б. Фуллер задавался вопросом относительно того, есть ли у человечества шанс на долгосрочное и успешное выживание на планетеЗемляи, если да, то каким образом. Считая себя заурядным индивидом без особых денежных средств или учёной степени, он решил посвятить своюжизньэтому вопросу, пытаясь выяснить, что личности вроде него могут сделать для улучшения положения человечества из того, что большие организации, правительства или частные предприятия не могут выполнить в силу своей природы. На протяжении этого эксперимента всей жизни он написал двадцать восемь книг, выработав такиетерминыкак «космический корабль “Земля”», «эфемеризация» и «синергетика».
Практически изначально (от Г. Хакена) синергетика нашла содержание для себя и привнесла новые идеи: в теорию лазеров и термодинамику неравновесных процессов, и теорию нелинейных колебаний и автоволновых процессов; в теорию бифуркации и теорию структурной устойчивости; в теорию катастроф. Претерпело развитиепонятия хаоса, вошел в обиход термин «детерминированный хаос», имеющий конкретный физико-математический смысл. Значительно расширилась область применения синергетики в связи сразвитиемтеориифракталов. 1 В русле синергетики нашлиинтерпретацию и свое решение задачи из областей физики, кинетической химии, биологии, геологии, материаловедения, экономики и др. Следует отметить распространение самим Г. Хакеном идей синергетики на биологические явления: переходы между паттернами (шаблоны, модели, принципы) в биологии и возможности исследования биологической эволюции как процесса самоорганизации в сложной системе. В контексте синергетики проводятся сегодня социальные и гуманитарные исследования.
С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда преподносят, как «глобальный эволюционизм» или «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций подобно тому, как некогда кибернетика определялась, как «универсальная теория управления», одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе и т.д. и т.п. Однако время показало, что всеобщий кибернетический подход оправдал далеко не все возлагавшиеся на него надежды.
Источник
1.3. Системный подход в экологии
Набор концепций, методов, решений принято называть «системным анализом» и правомерно использование его в экологии – науке, являющейся по существу также системной. Рассматриваемый нами предмет «Системная экология» формировался в последние несколько десятков лет как набор различных методов системного анализа, математической логики и дифференциальных уравнений, многомерной статистики, а также методов вычислительной математики и моделирования к анализу биологических систем различного уровня – от клеточно-организменного до экосистемного и биосферы в целом. Как научное направление «системная экология» еще окончательно не сформировалось и поэтому сюда относят все возможные методы исследования биологических систем и их динамики, а также исследования различных проблем и задач, возникающих при изучении биосистем, характеризующихся множеством переменных и параметров. Большой толчок к развитию этого направления дало появление современных быстродействующих компьютеров, позволяющих хранить и обрабатывать большой объем количественной и качественной информации.
Системный анализ включает несколько основных этапов:
постановка задачи и ограничение ее сложности;
установление иерархии целей и задач;
выбор путей решения задачи;
оценка возможных стратегий;
Эффективное становление методологии системного подхода стало возможным только в середине 60-х годов 20 в. В это время в распоряжение экологов поступили мощные ЭВМ и были разработаны методы моделирования сложных динамических систем, главным образом в аэрокосмических и технических исследованиях, которые и получили название системного анализа. Первые работы в этой области были проведены Ляпуновым (1966, 1968), Винбергом, Анисимовым (1966), Полетаевым (1966), а в зарубежных исследованиях Уаттом (1966), Одумом (1967) и др.
С этого времени применение в экологии системного анализа все более расширялось, что сопровождалось не только усовершенствованием моделей и приемов моделирования, но чрезвычайно плодотворным обратным влиянием моделирования на стратегию и тактику экологических исследований и даже на методологические установки экологов. Успехи в моделировании и изучении экосистем, особенно в рамках Международной биологической программы, способствовали окончательному утверждению системной парадигмы, опирающейся на концепцию экосистемы, как основы современной экологии.
Итак, современная экология представляет собой учение об экосистемах, раскрывающее закономерности их состава, структуры, функционирования и эволюции. Однако такая трактовка содержания экологии все еще не стала общепризнанной. Таким образом, именно системная экология имеет в настоящее время смысл. Присоединяясь к Одуму (1975), можно сказать, что задача системной экологии состоит в описании принципов, упрощений и абстракций, к которым необходимо научиться сводить многообразие реального мира природы, прежде чем приступить к построению его математических моделей. В этом случае моделирование следует считать специфическим методом системной экологии, с помощью которого исследуются законы функционирования и развития экосистем во времени и пространстве.
Системный подход к решению проблем, в том числе и экологических, включает следующие этапы:
отыскание возможных вариантов решения;
определение последствий использования каждого из возможных вариантов решения;
применение объективных критериев, которые указывают, является ли одно решение более предпочтительным, чем другие.
При этом не предполагается, что используемые способы выбора решений являются единственными.
Положения, которые необходимо учитывать при системном анализе:
процесс принятия решения должен осуществляться таким образом, чтобы используемые способы выбора решения можно было оценить, улучшить или заменить;
критерии оценки решения должны быть четко сформулированы;
усилия, затраченные на выявление связей между причинами и следствием, должны быть оправданы лучшим пониманием проблемы.
При проведении системного анализа могут возникнуть некоторые трудности, связанные с сведением различных факторов к одному параметру. Описание системы с помощью многих переменных является векторным. Каждая компонента вектора будет меняться при замене одного возможного варианта на другой. Однако при выборе наиболее желательного решения (в данном случае желательность – единственный фактор) используется скалярное описание. Это означает, что необходимо совершить операцию, преобразующую вектор (а1, а2, а3,…,аn) в скаляр Z. Одной из задач системного анализа является четкое определение этой операции.
Экологические сообщества с их бесчисленными и порой едва уловимыми взаимодействиями между отдельными видами ресурсов, особями и популяциями чрезвычайны сложны по своей природе. Даже взаимодействие между хищником и жертвой (простейшая ситуация) является достаточно сложным: необходимо учитывать такие факторы, как степень голодания, поиск, преследование и новая функциональная реакция, пространственное и временное разделение и т.п.
Экологи создают модели сложных экосистем на ЭВМ на допущении разнообразных взаимодействий между компонентами этих систем. Используя фактический материал по влиянию каждого компонента экосистемы на остальные, они пытаются создать, по возможности, реалистические модели экосистем, чтобы можно было предсказывать их реакцию на те или иные воздействия. Поскольку в этом случае системный подход по сути дела является описательным и дедуктивным, сфера его приложений ограничена, т.к. нельзя предсказать точно поведение системы за пределами их состояний, которые имеются в исходных данных по взаимодействию между биотопами. Но, с другой стороны, это позволяет планировать дальнейшие исследования, акцентировать внимание на наиболее важных факторах и особенностях биосистемы.
Источник