Copyright© Крайнюченко И.В., Попов В.П. 2005, All rights reserved

 

5. ОТСС - ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМНЫХ СВЯЗЕЙ

 

С древних философских учений Мир считается взаимосвязанным. Связи есть то, что соединяет объекты в системном процессе. Целостность и связанность Мира означает, что связи существуют между всеми элементами, между системами и подсистемами. «Каждый элемент системы связан с каждым другим элементом непосредственно или опосредованно. Не существует ни одного подмножества элементов системы, не связанного с каждым другим подмножеством элементов». [1].

Понятие «связь» в естественно - научном плане ещё не достаточно проработано. Например, Зиновьев А. А. определяет связь предметов таким образом: «Два или более различных предмета связаны, если по наличию или отсутствию некоторых свойств у одних из них можно судить о наличии или отсутствии тех или иных свойств у других. Например, температура и давление газа связаны так, что одновременно с увеличением температуры  увеличивается давление. Зная о том, что температура увеличилась, можно сделать вывод об увеличении давления» [2]. Однако, - это очень узкое определение, пригодное для сильно связанной системы (газ в сосуде). Но мы уже имели дело с системами где связи или очень слабые, или виртуальные. К таким системам определение Зиновьева А. А. не применимо.

Исходя из допущения, что всё в Мире связано, можно рассчитать максимально возможное количество связей в некоторой системе, состоящей из «n» элементов. Количество связей, может быть найдено по формуле: C = n (n – 1), если между двумя элементами существует только одна связь. Например, если система состоит из 7 элементов, то С = 42. Но уже при двух связях их число возрастёт до астрономической цифры.

Эти расчеты приводят к заключению, что в сложных системах количество связей существенно превышает количество элементов. Например, каждый нейрон мозга имеет десятки тысяч связей. Каждый человек связан с тысячами людей. Биосферные связи также трудно проследить. Реорганизация связей при неизменном элементном составе может привести к радикальным изменениям свойств системы. Сравните свойства алмаза и графита. Они состоят только из атомов углерода, но организованных различными связями.

Если элемент «А» связан с «В», то можно утверждать обратное: «В» связан с «А». Поэтому Садовский [3] напрасно анализирует вариант одностороних связей, их в природе не существует. Существуют взаимосвязи.

·                 В классической механике этот факт выражается законом равенства действия и противодействия. Если вы рукой окажете давление, например, на стену дома, то сразу почувствуете противодействие (мышцы напряглись). При попытке изменить скорость движения тела возникает противоположная сила инерции. Кажется, что реакция наступает мгновенно (почти мгновенно), но точные измерения могут показать, что противодействие возникает не сразу, для ответной реакции всегда требуется некоторое время. Особенно это заметно в реакциях сложных (не механических) систем. Например, если одно государство напало на другое, то ответные военные действия требуют времени на формирование армии, перегруппировку сил, на принятие решений. В сложных системах противодействие может быть не симметричным, не одновременным, скалярным и распределённым в пространстве.

·                 Реакция физико-химической системы на воздействие также не мгновенная и сформулирована в виде принципа Ле - Шателье – Брауна [4]. В данном случае реакция молекулярной системы проявляется не в виде вектора силы, а в форме процессов реорганизации структуры или химического состава среды. Реакция носит скалярный характер. Поэтому к таким системам закон равенства действия и противодействия не применим.

·                 Закон равенства действия и противодействия подразумевает сходство этих процессов. Например, силе тяготения противодействует сила реакции опоры (сила на силу).

·                 Реакции живых объектов отличаются многообразием. Реакция может быть положительной, отрицательной или нейтральной. Чем сложнее объект, тем разнообразнее реакции. Силовое воздействие на скунса (животное) вызывает реакцию в виде неприятного запаха (запах на силу). Можно ли говорить о равенстве запаха и силы? Итак, закон равенства действия и противодействия применим только в простейших механических системах, поэтому его нельзя называть законом.

Взаимодействие является процессом, а не состоянием. Процесс есть движение материи. Движение материи отражается в сознании исследователя как «связь». Раскроем материальную природу связей.

·                 Все связи осуществляются как обмен потоками вещества (В), энергии (Э), информации (И). Однако в природе не существуют потоки «чистой» энергии и информации. Энергетические потоки неразрывно связаны с потоками материи (вещества). Например, электрический ток (электрическая энергия), осуществляется переносом электронов (вещество) в проводнике. Энергия падающей воды - это очевидный поток перемещения материи. Энергия пули – это кинетическая энергия.

·                 Информация также переносится потоками вещества. Телеграф – это прерывистое движение электрического тока. Световой телеграф – это неравномерное движение фотонов. Почтовые отправления и др. - все это ТРИЕДИНЫЕ потоки вещества, энергии, информации (ВЭИ – потоки). Но перемещение вещества всегда сопровождается изменением состояния системы, в которое это вещество входит. Докажем это.

Если какая-нибудь масса перемещается из области А в область В, то это сопровождается уменьшением плотности вещества в области А и увеличением плотности в области В. Как видно, процесс перемещения сопровождается процессом изменения состояния системы «вещество – среда».

Существуют процессы, в которых перемещаются состояния, но не само вещество. Когда мы нагреваем один конец металлического стержня, тепло распространяется вдоль него, но при этом отсутствует перемещение вещества вдоль стержня. Перемещается состояние вещества (температурный фронт), но не само вещество (реально вещество также перемещается, но незначительно). Или, например, перенос информации в воздухе посредством звука не сопровождается переносом частиц воздуха («ветром»).

Рассмотрим процесс, где можно наблюдать и перемещение, и изменение состояния. Если в замкнутый сосуд накачивать воздух, то давление в сосуде будет повышаться. Мы наблюдаем переход процесса перемещения воздуха в процесс изменения его внутреннего состояния в сосуде (рост давления). Эти процессы обратимы. Воздух из сосуда с высоким давлением может выходить (перемещаться) обратно в трубопровод.

Мысленно создадим закрытую систему (граница закрытой системы, по определению, может проводить только энергию). Через границу тепло способно проникать внутрь закрытой системы. Повышение температуры внутренней среды может сопровождаться изменением её фазового состояния. Итак, тепловые движения молекул во внешней среде провоцируют процесс движения молекул во внутренней среде. Два процесса связаны между собой, следовательно, их можно рассматривать как системное единство, как целостность.

Итак, изменение состояния вещества сопровождает все без исключения потоки, поэтому изменение состояния системы можно считать потоком. В логистике (науке рационального управления потоками) интуитивно давно уже не различают поток - перемещения от потока – изменения. На пути движения товара встречаются склады, где перемещение временно как бы останавливается, но логистики правильно считают это состояние разновидностью потока [5]. Из изложенного выше становится понятным, что на складе продолжается процесс изменения состояния товара (вещества). Идет старение, порча, фасовка, упаковка и т.п., т.е. заканчивается поток перемещения и продолжается поток изменения состояния.

Известно, что «широкие» понятия способны объединять большее количество «вещей» и процессов. Например, понятие «предмет» объединяет и человека и стул. Именно такие обобщения искал Богданов в своей «всеобщей организационной науке» (Тектология) [6]. Понятие «ВЭИ поток» обобщает множество системных представлений. Для иллюстрации рассмотрим известные процессы с точки зрения потоковой парадигмы.

·                 Экономическая система функционирует в виде обмена потоками сырья, товаров, денег (информации). Обмен вещества в живых системах (организмах, биоценозах, биосфере) также является потоковым процессом, как и экономика человечества. Очевидно, что экономика - это разновидность природного обмена веществом.

Производство - это процесс преобразования потоков. На вход производственной системы поступает поток В1Э1И1. На выходе производства имеем поток В2Э2И2. Производство, как правило, есть управляемый процесс подведения энергии к предмету труда. Информация (знания рабочего, ЭВМ) управляет потоком энергии, прибавляя к предмету труда новую информацию. Подводимая энергия, сделав свое дело, может превратиться в тепло, но оставшаяся часть вещества и содержащаяся в нем информация приобретает статус нового продукта (товара).

Итак, товар обладает новой атрибутивной информацией. Покупая скульптуру из мрамора, мы платим не столько за мрамор, сколько за образ, форму, т.е. за информацию, воплощенную в куске мрамора. Эстетическая составляющая стоимости товара также имеет информационную природу. Переплачивая большие деньги за редкий товар, мы платим за информацию о его редкости.

Рассмотрим сущность понятия «потребление», исходя из концепции ВЭИ – потоков. Предприятия потребляют потоки сырья. Покупатели (конечные потребители) потребляют пищу, предметы быта. У любой открытой системы обязательно должен быть выход для потока В2Э2И2. Выходные потоки «конечных» потребителей называют отходами, т.к. они попадают в окружающую среду (свалки, стоки, газовые выбросы). Отходы могут стать сырьем для других живых организмов. Городские свалки кормят тысячи ворон, собак, кошек. Если поток отходов не находит своего потребителя, то он превращается в поток-процесс (длительное изменение без перемещения в пространстве: коррозия, растворение, гниение и др.). Как видно, потоковая парадигма естественным образом связывает экономику и экологию. Это чрезвычайно актуально на фоне надвигающейся экологической катастрофы. Намечаются пути избежания катастрофы посредством согласованного управления не только экономическими потоками, но и биосферными потоковыми процессами [7].

Науку о финансах, о движении денег в экономической системе также можно рассматривать с позиций потоковой парадигмы. Обмен веществом (бартер) наиболее древний механизм организации социумов (как животных, так и человеческих). В обменных, бартерных ВЭИ потоках преобладает вещественная (В) компонента. В ходе эволюции обменных процессов человечество изобрело потоки денег - символов вещества. Деньги в любом воплощении (бумажные, монеты, электронные и пр.) остались потоками ВЭИ, но информационная составляющая (И) стала в них доминирующей. Поэтому можно считать, что деньги - это потоки информации о наличии материальных благ в обществе в целом и у отдельных индивидуумов, в частности. Термин «финансовые потоки» давно узаконен в экономике. Деньги выполняют функцию меры стоимости и меры полезности.

Примеры можно приводить и далее, причем не только для «живых» систем, но и для «неживых». Например, В. И. Вернадский исследовал циркуляцию потоков химических элементов в биогеосфере [8]. Но ограничимся приведенными примерами.

В связи с триединством ВЭИ потоков следует считать некорректной классификацию систем, в которой они делятся на изолированные, закрытые и открытые. В классической термодинамике предполагается, что закрытые системы способны обмениваться со средой только энергией, что исключено в связи с тем, что энергия всегда переносится веществом, «чистой» энергии не существует. При плотном соединении горячих и холодных металлических предметов между ним протекает не только тепловой поток, но также осуществляется диффузия атомов (сварка) и электронов. Если перенос вещества можно исключить из внимания без ущерба для решаемой задачи, то только тогда систему условно можно считать закрытой.

Итак, проявляется единый каркас (ВЭИ потоки), на который можно нанизывать многообразные частные проявления науки о системах различной природы (управление, экономика, экология и пр.).

Рассмотрим типы связей. В главе 1 приведена простейшая связь в виде замкнутой петли. Такие связи могут существовать только на элементарных уровнях материи. Исследователи агрегатов материи описывают более сложные связи [3]. Как всегда их классификация осуществляется произвольно.

Связи разделяют на «жёсткие» и «гибкие». Жёсткие связи прочные, устойчивые, консервативные часто встречаются в технических системах. Гибкие связи (лабильные, подвижные, изменчивые) встречаются в биологических, экономических, социальных системах.

В системах управления связи могут быть вертикальные и горизонтальные. Вертикальные (иерархические) связи обеспечивают линейное и функциональное управление. Горизонтальные связи осуществляют функции координации. Рассмотрим одну из классификаций связей [цит. по 3]:

1.      Связи взаимодействия (координации), среди которых можно различить связи каких – либо функций (такие связи фиксируются, например, в формулах F=am) и связи объектов (например, связи между отдельными нейронами в нервно-психических процессах).

Связи взаимодействия могут быть прямыми и обратными. Обратные связи подразделяются на положительные и отрицательные (см. приложение 2).

Обратные связи выполняют в основном функции управления. Обратные связи предполагают некоторое преобразование ВЭИ потока, поступающего по прямой связи, и передачу результатов преобразования обратно на вход одного из предыдущих элементов системы. В обратных связях доминирует информационная составляющая.

Если обратная связь усиливает результат первоначального воздействия, то она называется положительной, если ослабляет – отрицательной. Положительные обратные связи выводят систему из состояния устойчивости, отрицательные – способствуют сохранению устойчивости. Связи взаимодействия могут способствовать консолидации системы (кооперативные связи) или вызывать конфликты (конфликтные связи). Для живых систем конфликты типичны. Вся история человечества построена на разрешении конфликтных ситуаций.

2. Связи порождения (генетические) появляются, когда один объект выступает как основание, вызывающее к жизни другой. Так мать связана с ребенком

В главе 4 рассматривали понятие «виртуальная связь», которая работает только на старте запускаемого процесса, а потом переходит в память системы. Стрельба в цель, наведение оружия - это начало процесса, но во всей конфигурации системы «оружие – пуля – стрелок» заложен алгоритм дальнейшего развития событий. Генетический код эмбриона также является стартовым условием его развития. Иногда такие связи называют необратимыми (рекурсивными).

3. Связи преобразования реализуются посредством действия какого – либо посредника (такова функция химических катализаторов, брокеров, и др.). В микромире глюоны, мезоны, фотоны играют роль материальных посредников, связывающих элементарные частицы. Космические объекты редко сталкиваются благодаря малой плотности среды. Они взаимодействуют преимущественно через гравитационные поля (посредники).

Связи преобразования могут реализоваться и при непосредственном взаимодействии объектов (без посредников). Столкновение шаров, человеческие взаимоотношения, биосферные процессы часто реализуются путем непосредственного взаимодействия предметов. Примером тому могут послужить химические реакции типа «А + В = С».

В зонах высокой плотности вещества (на планетах) механические столкновения становятся более вероятными, чем в космосе и их роль в системообразовании возрастает.

В экономических системах также можно обнаружить два типа взаимодействия. Прямое взаимодействие (производитель – потребитель) и косвенное (производитель – посредник – потребитель). Для общения голосом сначала надо сблизиться на доступное расстояние, затем через волновой процесс (голос) завершить взаимодействие. Однако при наличии телефона можно держать связь на любом расстоянии посредством только волнового процесса.

4. Связи строения (структурные). Природа этих связей наиболее доступно раскрывается на примере химических связей.

5. Связи функционирования обеспечивают деятельность объекта. Многообразие функций в объектах разного рода определяет и многообразие видов связей функционирования. Общим для всех этих видов является то, что объекты, объединяемые связью, совместно осуществляют определённую функцию. Связи функционирования можно подразделить на связи состояний (когда следующее по времени состояние является функцией от предыдущего) и связи ресурсные (ВЭИ).

6. Связи развития можно рассматривать как модификацию связей состояния, с той разницей, что развитие существенно отличается от простой смены состояний. Развитие описывается как необратимая смена состояний развивающегося объекта, при этом происходят существенные изменения в строении объекта и формах его функционирования.

Функционирование есть движение или в пределах аттрактора или между аттракторами. Развитие есть такая смена состояний, в основе которой лежит невозможность сохранения существующих форм функционирования. Объект оказывается вынужденным выйти на иной уровень функционирования посредством изменения своей организации.

7. Связи управления в зависимости от их конкретного вида являются разновидностями либо функциональных связей, либо связей развития.

8. Особое внимание заслуживает синергическая связь, присутствие которой создает эмерджентность, увеличивает эффект системы до значения, большего, чем простая сумма эффектов от её элементов.

Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие. Вероятностная (гибкая) связь определяет стохастическую зависимость между элементами системы.

Система может иметь внутренние и внешние связи. Каждый элемент системы связан со своим окружением непосредственными (А – В) или косвенными (А-Х-В) связями [3]. Непосредственную связь с внешней средой осуществляют внешние связи входных и выходных элементов. Косвенные связи являются внутренними.

Возмущающим воздействиям внешней среды противостоят внутренние связи системы, и чем эти связи прочнее, тем устойчивей система.

Принуждающие связи системы являются ограничениями, налагаемыми внешней средой на её функционирование. Принуждающие связи определяют границу системы и ставят условия, при которых она должна функционировать. Примером может служить властная вертикаль, задающая условия функционирования исполнительным системам.

Для реализации связи (ВЭИ поток) должен существовать материальный канал. ВЭИ поток по каналу может быть односторонним, двухсторонним. Не всегда прямой поток равен обратному потоку. Проводимость канала для ВЭИ потока может быть нелинейной и нулевой по любым составляющим. Потоки могут быть пульсирующими, прерывистыми, осуществляться через один канал, или через множество каналов.

 

5.1. Отношения

 

Общее определение понятия «связь» наталкивается на серьезные трудности. Некоторые учёные предлагают для описания связи использовать термин «отношение». Иногда связь элементов понимается как наличие отношения между ними. Это представляется не совсем корректным из-за неопределённости, расплывчатости его значения. А. И. Уёмов считает, что связь является частным случаем отношения [9]. С точки зрения Сетрова [цит. по 3] понятия «взаимодействие», взаимосвязь, взаимоотношение» в своей сущности совпадают друг с другом

Два связанных элемента могут находиться в некотором множестве отношений, причём элементы могут быть связаны непосредственно или через посредника. Например, каждый гражданин находится в определённых опосредованных отношениях с президентом (имеет право выбирать), но канал связи с президентом имеет множество посредников. В некоторых ситуациях отношения, закреплённые конституцией, могут сохраняться, но связь с президентом перестанет функционировать. Отношения (закреплённые служебными инструкциями) между начальником и подчиненным остаются даже тогда, когда один из них в отпуске. Итак, отношения могут реализовываться через актуальную или виртуальную связь.

Известно, что взаимоотношение между температурой и давлением в газах отображаются в виде отношения РV=RT (V- объем, Р – давление, Т - температура, R - константа) [4]. Исторически это отношение стало известно раньше, чем открылась его истинная природа. Оказалось, что в основе этого отношения лежит кинетическая энергия молекул газа. Повышение скорости движения молекул приводит одновременно к повышению и давления, и температуры.

Иногда встречаются утверждения, что отношения могут существовать без связей, и приводится следующий пример. Если два объекта (один больше другого в 10 раз) поместить в отдельные изолированные камеры, то обмен веществом и энергией между ними происходить не будет, но отношение 1/10 сохранится. К такому ошибочному заключению приходят потому, что не принимают во внимание присутствие наблюдателя, который знает, что объекты различаются в 10 раз. Субъект имел информационную связь с каждым объектом до помещения их в камеры. Поэтому отношения между объектами сложились до момента их изоляции, когда их размеры оценивал наблюдатель. После физической изоляции объектов сохранилась виртуальная связь в памяти наблюдателя.

Итак, отношения без связей – это субъективная оценка существующих, незамеченных, или прошлых информационных связей. Реальные связи сознание описывает через абстрактные отношения.

Если подойти к этому вопросу с точки зрения присутствия наблюдателя, то окажется, что отношение является отражением связи в сознании наблюдателя. Связь первична, отношение – вторично. В сознании материальная основа связей теряется, и от них остаются одни отношения. Когда мы оперируем отношениями, следует помнить, что за ними стоят реальные материальные потоки.

 

5.2. Каналы связей

 

Если все связи представляют собой ВЭИ потоки, то систему, через которую протекают потоки, можно назвать каналом связи. Все потоки можно описывать как процессы изменения состояния каналов. Если канал функционирует посредством перемещений вещества (В), то в нём в большей степени реализуется компонент «В», и в меньшей – «ЭИ», следовательно, имеет место материальный поток (Вэи). Вещественный Вэи поток представляет собой равномерный, однородный поток большой массы, с низкой кинетической энергией. Например, водопровод, конвейер, товарооборот.

Энергетический «вЭи» канал связи пропускает равномерный, однородный поток вещества с высокой кинетической энергией. Например, перегретый пар или водопад. Электрический ток, постоянной частоты является образцовой моделью канала энергетической связи.

Информационный вэИ поток – это поток малой массы, сильно неоднородный по составу, по динамике. Кинетическая энергия особой роли не играет. Например, телефонная или радио связь.

Оптимизация работы системы заключается не только в установлении необходимых связей, но и в оптимизации их ВЭИ конфигурации. Потоки могут быть дискретными, пульсирующими, однородными, непрерывными.

Канал связи характеризуется длиной, целеустремленностью, диссипативностью (потерей своего содержания, наполнение чужим содержанием, шумом), проводимостью, квантованностью, эстафетностью, затуханием по составляющим «В», «Э» и «И».

Правильно организованный ВЭИ поток может оказаться очень эффективным. Например, усилением информационной составляющей ВЭИ потока может экономить энергию (так называемое информационное взаимодействие). Примером являются резонансные явления. Если действия будут ритмичными и своевременными, то достаточно слабых сил ребенка, чтобы раскачать качели.

Любой канал связи можно (при желании) рассматривать как систему, состоящую из передатчика, канала и приёмника ВЭИ. С целью разрушения связи достаточно ликвидировать любой из названных элементов. Почтовый канал связи – это совокупность посредников и транспортных средств. Электрический канал связи (проводной телеграф) имеет источник, проводник (совокупность атомов меди) и приёмник. Обычно медный проводник не рассматривают как систему, но он также состоит из кристаллов атомов меди, электронов и др. Звук в воздухе распространяется от молекулы к молекуле, которые, в свою очередь, тоже являются системой.

·                 Чаще всего канал связи бывает локализованным и направленным (трубопроводы, дороги, электропровода, реки, твердые, жидкие, газообразные среды и пр.). Однако идеальных каналов связи не существует. В сплошной среде ВЭИ потоки «растекаются» во всех направлениях, но есть преимущественное направление, которое и принято называть каналом. Например, поток горячей воды стараются локализовать в объеме трубы (теплоизоляция), но через изоляцию тепло диффузно растекается в окружающую среду. Электрический ток в проводах «просачивается» через изоляцию, теряет энергию через электромагнитное излучение и т.п.

·                 В нелинейных средах можно обеспечить относительную локализацию потоков (тепловая и электрическая изоляция). В изотропных средах растекание потоков происходит по всем направлениям равномерно. Например, электрические, гравитационные и тепловые поля от точечных источников имеют сферическую симметрию.

·                 Движение ВЭИ в каналах может реализовываться в форме колебаний (волны) или в форме потоков (течения). Волна создается возвратно-поступательным движением. Поток – это однонаправленное движение. И волны и потоки протекают в материальных средах. Поэтому для создания эффективного канала связи требуется формирование определённой структуры материальной среды. Например, водопровод представляет собой или желоб, или трубу. Телефонная связь осуществляется по электрическим проводам. Свет можно пустить или по световодам, или в виде луча.

·                 Если канал один, то ВЭИ поток может быть направлен в одну сторону (одновременно прямых и обратных потоков в одном канале не бывает), но может быть прямое и обратное движение, разделённое во времени. Сначала движение направлено в одну сторону, затем в противоположную сторону, как на одноколейной железной дороге.

·                 Если канал плохо структурирован, то эффективность его ухудшается. Например, звук в воздухе распространяется практически во все стороны, его слышат все желающие и нежелающие. Однако нервная система экономно осуществляет адресные связи по нервным волокнам. Начальник может беседовать лично с каждым сотрудником (адресность), или же выступать на собрании всего коллектива.

·                 В связи с изложенными положениями можно предложить характеристику степени организованности объекта. Чем больше локализованных связей в пространстве объекта, тем выше его степень организованности. Назовем эту организованность «диссипативной».

·                 Однако не все локализованные связи эффективно содействуют достижению цели («лебедь, рак, да щука»). Целевая степень организованности может быть охарактеризована долей связей системы, содействующих достижению цели. Взяв за основу изложенную идею, можно формализовать в первом приближении понятие «степень организованности» (О). О=КЛ КЦ. Где Кл– доля локализованных связей; КЦ– доля «целесодействующих» связей. Можно уточнять это уравнение, вводя дополнительно коэффициенты, учитывающие степень участия каждой отдельной связи в достижении целей системы.

Если обнаруживается, что канал связи не удовлетворяет требуемым качествам, то возникает необходимость изменить его организацию. Для этого канал рассматривают как систему, находят «дефекты» и устраняют их. В связанном материальном Мире нельзя ликвидировать канал, проводящий ВЭИ, но можно сделать его малопригодным для целей системы.

Итак, канал связи отличается от понятия «связь» тем, что канал – это материальная система, а связь является процессом, прорекающем в нём.

5.3. Эволюция системных связей

 

Каждый структурный уровень Мира организован своими связями. Принято выделять иерархическую последовательность мировых структур, а именно: кварки, нуклоны, ядра атомов, атомы, молекулы, агрегаты молекул, клетки, ткани, органы, организмы, сообщества организмов, биоценозы, биосфера [10]. В этой же последовательности целесообразно рассмотреть эволюцию связей.

На субатомном уровне действуют сильные и слабые взаимодействия, которые физики представляют как обмен глюонами или мезонами. В ядре атома нуклоны обмениваются мезонами, и это удерживает их от распада. Можно образно представить жонглеров, перебрасывающихся предметами. Процесс переброски обеспечивает их работой и удерживает систему от распада. Обмен предметами происходит через пространство (воздух), которое  зрителем воспринимается как пустота. Физики также считают, что мезоны перемещаются в пустоте. Будем считать, что пустота – это образ еще не понятой материальной среды. Сильные и слабые взаимодействия действуют на расстояниях, соизмеримых с атомными ядрами, и обходятся без «видимых» посредников.

На ядерном уровне действуют также «длинные», но более слабые электромагнитные и гравитационные взаимодействия. Положительно заряженные протоны отталкиваются электрическими силами и притягиваются очень слабыми гравитационными силами.

Атом – это система более крупных размеров, где начинают доминировать электромагнитные взаимодействия, которые могут распространяться на бесконечные расстояния в любой среде, но взаимодействия ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния и диэлектрической проницаемости среды. Их также пытаются объяснить процессами обмена фотонами. Электромагнитные и гравитационные связи самые длинные, диффузные, не имеющие четких каналов распространения в однородных средах.

Кроме электромагнитных сил в атоме присутствуют силы инерции, возникающие при движении тел. Центробежные силы препятствуют «падению» электронов на ядро. Атомное строение уравновешивается взаимодействием сил притяжения и отталкивания. Высокая стабильность такой системы свидетельствует о наличии гомеостазиса, присутствия отрицательных обратных связей.

Атомные агрегаты, молекулы, существуют благодаря электромагнитным взаимодействиям. На молекулярных расстояниях эти связи слабее, чем внутри атома. Молекулы связаны в цепи, как люди в хороводе (см. рис. 2.1.1.В). Так связаны атомы в кристаллах, группы молекул в полимерах, все макроскопические «вещи». Силы трения, силы упругости, химические взаимодействия – всё это проявление эстафетных электромагнитных взаимодействий. Длина связей возрастает за счет эстафетной передачи взаимодействий. Эстафетные связи усматриваются в волновых процессах, где колебания передаются от частицы к частице, почте (на перекладных), эффекте домино, штапельном волокне, в железнодорожном составе и пр.

Усиление электромагнитных связей стало возможным только при возникновении упорядоченных материальных каналов. Диффузное электромагнитное поле (взаимодействие) может стать направленным, канализированным только в сильно нелинейных (гетерогенных) средах. В технике известны магнитопроводы, волноводы, световоды, линии электропередач, водопроводы, газопроводы и пр. Такие каналы можно увидеть и в природе. Реки и потоки лавы в трещинах земной коры, космические ливни заряженных частиц в магнитосфере Земли, ливни электронов в атмосфере (молния), морские и атмосферные течения, маршруты передвижения птиц, рыб, животных (тропы).

В живых организмах в ходе эволюции связи удлинялись, становились адресными. Например, древняя гуморальная система в организмах работает на потоках жидкости (кровь, лимфа). На уровне живой клетки циркулируют потоки белковых молекул, РНК, воды, газа и пр. Потоки несут информацию, которая по каналам достигает всех подсистем. Появление нервной системы создало адресную, экономную эстафету. Так же работают и радиорелейные технические линии.

Взаимодействие более крупных организмов воспринимается сознанием человека преимущественно как перемещение тел, частей тела, хотя в их основе остаются элементарные, фундаментальные взаимодействия.

В макроскопических масштабах роль электромагнитных сил ослабевает и системообразующей силой становится гравитация. При слиянии заряженных частиц образуются макрообъекты, не имеющие заряда (нейтрализация), но масса возрастает, и гравитационные силы увеличиваются.

Можно показать следующие закономерности эволюции связей.

1. Длина каналов связей возрастает по мере укрупнения «вещей». В ядрах атомов «господствуют» короткие связи. В атомарных и молекулярных агрегатах приобретают значимость электромагнитные связи. Удлинение электромагнитных связей в сложных агрегатах осуществляется «эстафетным» способом.

2. По мере усложнения объектов и удлинения связей в составе ВЭИ потоков уменьшается энергетическая составляющая (ВэИ). Чтобы разрушить связь между нуклонами, нужна температура в миллиарды градусов. Чтобы разрушить электромагнитную связь в химических соединениях достаточно температуры до 10000 К. Белковые молекулы деградируют при температуре 600 К. Живой организм может погибнуть от точечного укола. Социальные системы разрушаются из-за внутренних противоречий, но эти процессы нельзя оценивать с энергетической точки зрения. Устойчивость определяется не энергетической прочностью, а информационной, управленческой.

3. В ходе эволюции возрастает степень специализации и организации связей. Количество диффузных связей уменьшается. Вместо них возрастает количество и разнообразие адресных, специализированных связей. Например, электромагнитное поле изолированного заряда (электрона) имеет круговую симметрию. Поле более сложной молекулы может быть ассиметричным, направленным (диполь). Взаимодействие между молекулами стохастично, происходит множество проб и ошибок пока не возникнет комплиментарное взаимоположение. Но гетерогенные катализаторы работают целенаправленно, выбирают нужную молекулу, разворачивают её в нужное положение и «сшивают». Ферменты живых систем еще более уникальны по своей избирательности. Транспортные системы организмов локализованы и доставляют ресурсы (ВЭи) по кровотоку, лимфотоку ко всем клеткам. Более поздние нервные системы становятся адресными (вэИ). В нервных волокнах осуществляются длинные связи эстафетным путем от нейрона к нейрону. Но в мозге большую роль продолжают играть длинные прямые связи нейрона с другими нейронами. Каждый нейрон может иметь около 104 связей. Адресные связи между людьми достигают размера земного шара.

4. Замечательно, что самоорганизация может быть представлена как процесс интеграции связей, которая приводит ко всем выше названным закономерностям. Множество диффузных связей «сливаются» в локализованных каналах. Например, струи дождя занимают весь объем воздуха. На земле вода собирается в ручейки. Ручейки стекают в реки. Реки сходятся в океане. Этот процесс идет самопроизвольно. Ручьи промывают себе желоба, реки – русла, уменьшая вероятность диффузного растекания.

Социальные образования человечества также не избежали процессов канализации связей. Сточные колодцы в селах равномерно рассеяны по территории. В крупных городах стоки от каждой квартиры последовательно интегрируются в системе канализации, моделируя природные водостоки. Производственные потоки, транспортные системы, системы водоснабжения, газоснабжения напоминают фрактальную организацию легочных бронхов, систему кровоснабжения. Внутриклеточные процессы также протекают не хаотично. Самоорганизацию потоков можно видеть и в химических процессах (колебательные реакции Белоусова – Жаботинского) 11] и в конвекционных потоках жидкости (ячейки Бернара) [12].

Интеграция связей имеет место и в обществе. Каждый человек может взаимодействовать с другими людьми большим количеством способов. Более того, отдельный человек одновременно или последовательно может находиться в различных связях со многими людьми.

На производстве люди объединены в группы, коллективы. Коллективные связи обеспечивают только усредненные интересы коллектива, поэтому менее разнообразны. При распаде коллектива, системные связи распадаются на индивидуальные связи, которые интегрируются и дифференцируются в различных комбинациях.

Эволюция живых организмов осуществляется в направлении повышения уровня локализации связей. Например, живая клетка общается со средой через множество пор на всей поверхности мембраны. В многоклеточных организмах проявляется специализация наружных клеток, приводящая к появлению локализованного пищевода, анального отверстия, дыхания. Однако продолжают сохраняться и рудиментарные способы коммуникации с окружающей средой. У человека поры кожи напоминают поры мембран клетки. Некоторые рептилии способны поглощать воду через кожу лап, дышать всей поверхностью кожи и пр.

Итак, сокращение количества связей происходит не в результате их исчезновения (иначе, откуда бы они появились при деструкции системы), а в результате ассоциаций (агрегирования) связей - предшественников. Аналогом может послужить канат, сплетенный из множества волокон. Канат можно сплести и расплести. Свойства каната отличаются от свойств пучка волокон. Вата – это образ хаоса, но ткань, сплетенная из хлопкового волокна, есть символ порядка.

5. Возрастает роль положительных и отрицательных обратных связей. Даже в простых газах молекулы связаны обратными связями. Движение любой молекулы вызывает ВЭИ потоки, которые достигают всех остальных участников движения и в виде «эхо» возвращаются к первоначальному источнику. Однако такие диффузные обратные связи имеют конфигурацию «вЭи».

6. Информационная составляющая потоков возрастает (вэИ). Кибернетики подробно описали действие обратных связей и систем управления в живых организмах. Общество людей также управляемо и охвачено обратными связями всех видов.

7. На фоне специализации происходит иерархизация связей. Например, в газах реализуются все возможные типы связей и они равноценны. В жидкостях минимизируются вращательные движения молекул, ограниченно остаются поступательные и колебательные. В кристаллах остаются только колебательные движения. В организмах возникают иерархические связи управления (вэИ) и горизонтальные связи соподчинения, согласования, координации.

8. В ходе эволюции, с усложнением систем длительность циклов управления возрастает. Биосферные циклы растянуты на сотни миллионов лет. Популяционные волны короче. Клеточные циклы исчисляются минутами. Очевидно, при проектировании систем управления необходимо вести поиск оптимальных ритмов пульсаций ВЭИ потоков в каналах связи.

Поскольку материальный мир является дискретным и энергетически квантованным, то ВЭИ потоки также всегда дискретны, неравномерны. Движение электронов по проводнику сопровождается «дробовым эффектом» (шум, неравномерность потока электронов). В изолированном сосуде давление не постоянно, а наблюдаются флюктуации, вызванные неоднородностью движения молекул. Любой гомеостат работает в колебательном режиме. Инерционность систем управления принуждает вести гомеостатирование импульсами с определенной периодичностью. ВЭИ потоки периодически изменяются количественно и качественно.

9. В ходе эволюции ВЭИ связи приобретают сигнальный характер. Сигнал – это поток конфигурации «вэИ». Для действия сигнальной связи передатчик и приёмник должны иметь память и знания о содержании сигнала. Приёмник должен иметь также запас энергии и вещества для выполнения команды сигнала. Сигнальные связи могут функционировать только в обучаемых системах. Например, красная ракета – это сигнал атаки. Данные сведения бойцы получили заранее. Они имеют боезапас и энергию для передвижения. Сигнальное управление можно отнести к категории синергетического управления. Сигнал воздействует на «параметр порядка». Наездник не учит лошадь переставлять ноги, он действует сигналом (кнут и пряник). Очевидно, что управлять ослом легче, чем молекулой. Осел сам знает, что ему делать.

 

Выводы

 

1. Односторонних воздействий и односторонних связей в природе быть не может, существуют только взаимосвязи.

2. Взаимодействие является процессом, а не состоянием. Процесс есть движение материи, который отражается в сознании исследователя как «связь».

3. Связи (взаимодействия) между объектами реализуются в виде потоков вещества, энергии и информации (ВЭИ). Связь – это триединый поток вещества, энергии и информации (ВЭИ) через структурированный материальный канал.

4. Поток сопровождается изменением состояния канала связи.

5. Изменение состояния вещества сопровождает все без исключения потоки, поэтому изменение состояния системы можно считать потоком.

6. Поток перемещения является частным случаем процесса изменения состояния.

7. Перемещение вещества всегда сопровождается изменением состояния системы «вещество – среда», в которое это вещество входит.

8. Существуют процессы, в которых перемещаются состояния.

9. В связи с триединством ВЭИ потоков следует считать некорректной классификацию систем, в которой они делятся на изолированные, закрытые и открытые системы.

10. Степень организованности системы определятся долей локализованных и целесодействующих связей.

11. Наиболее важными связями являются прямые, обратные, необратимые (рекурсивные), усиливающие (синергетические). В системах управления важными являются вертикальные и горизонтальные связи.

12. Отношения без связей являются субъективной оценкой существующих, незамеченных, или прошлых информационных связей.

 15. Систему, через которую протекают потоки, можно назвать каналом связи, который отличается от понятия «связь» тем, что канал – это материальная система, а связь является процессом, прорекающем в нём.

16. Чем больше локализованных связей в пространстве объекта, тем выше его степень организованности.

17. Целевая степень организованности может быть охарактеризована долей связей системы, содействующих достижению цели. «Степень организованности» О=КЛ КЦ, Где Кл– доля локализованных связей; КЦ– доля «целесодействующих» связей.

18. На субатомном уровне действуют сильные и слабые взаимодействия, обходящиеся без «видимых» посредников. На атомном и молекулярном уровнях действуют самые длинные, электромагнитные и гравитационные связи. В макроскопических масштабах роль электромагнитных сил ослабевает и системообразующей силой становится гравитация.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое связи с позиций философии?

2. К чему приводит реорганизация связей при неизменном элементном составе?

3. Существуют ли в природе односторонние связи?

4. К каким системам и почему не применим закон равенства действия и противодействия?

5. Раскройте материальную природу связей, подтверждая рассуждения соответствующими примерами.

6. Докажите, что перемещение вещества всегда сопровождается изменением состояния системы, в которое это вещество входит.

7. Приведите примеры процессов, в которых перемещается состояние, а не само вещество.

8. Изложите суть потоковой парадигмы.

9. Почему некорректна классификация систем на изолированные, закрытые и открытые системы?

10. Дайте определение связей в соответствии с современной классификацией.

11. Объясните, в чём отличие понятий «связь» и «отношение».

12. Раскройте природу каналов связи.

13. Какими параметрами характеризуется канал связи?

14. От чего зависит эффективность канала связи и степень организованности объекта?

15. Рассмотрите эволюцию системных связей.

 

Литература

 

1.      Акофф Р. О природе систем в сб. «Техническая кибернетика». Известия АНСССР, 1973, №3.

2.       Зиновьев А. А. К определению понятия связи // Вопросы философии, 1960. №8.

3.      Садовский В. Н. Основания общей теории систем. - М.: Знание, 1974.

4.      Витков Л. П. Термодинамика и молекулярная физика.- М.: Просвещение, 1971.

5.      .Сидоров И. И. Логистическая концепция управления предприятием. - СПб.:ДНТП, Общество. «Знание», ИВЭСЭП, 2001.

6.      Богданов А. Л. Тектология. Всеобщая организационная наука. - М.: Экономика, 1983.

7.      Попов В. П., Крайнюченко И. В. Глобальный эволюционизм и синергетика ноосферы. - Ростов – на - Дону. СКНЦВШ, 2003.

8.      Вернадский В. И. Автотрофность человечества. / Владимир Вернадский. – М.: 1993.

9.      Уёмов А. И. О диалектико – материалистическом понимании связей между явлениями // Философские науки, 1958, №1.

10.   Шустров В. Г. Эпистеме Мира. - Н. Новгород, Деколь, 1993.

11.   Жаботинский А. М. Концентрационные автоколебания. - М.: Наука, 1974.

12.  Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания. Под ред. Жукова М. Ф.- Новосибирск. ЮКЭА, 1997.

 

Copyright© Крайнюченко И.В., Попов В.П. 2005, All rights reserved

 



Хостинг от uCoz