книги / Системный подход в современной науке
..pdf1) специальную форму этого уравнения для рассматриваемого слу чая; 2) начальные и граничные условия в данной системе.
Берталанфи показывает, что общее уравнение открытой системы может иметь три вида решений: 1) когда Q/ неограниченно увеличи вается; 2) когда достигается не зависящее от времени состояние по движного равновесия; 3) когда происходят периодические колебания. Во втором случае мы имеем дело с уравнением:
7/ + Р/ = О (А * 0).
В этом случае общее уравнение открытой системы имеет вид:
Qj = Qjf (х, у, z) + Qi2 (х, у, z, t).
Это уравнение решается обычными методами интегрирования9. Анализируя математический формализм, с помощью которого описываются открытые системы, Берталанфи обнаружил такие ха рактеристики этого формализма, которые при его биологической ин терпретации оказываются сходными со свойствами организмов, на
ходящихся в состоянии подвижного равновесия.
Возьмем для примера свойство эквифинальности, т. е. способность живых организмов достигать заранее определенного конечного со стояния независимо от нарушения начальных условий (из различных начальных состояний и различными путями). В закрытых системах их конечные состояния (например, распределение концентраций вещест ва) полностью зависит от начальных состояний, что и находит свое вы ражение в соответствующем «механистическом» формализме.
Иное дело — живой организм. Его конечные состояния не опре деляются характером начапьных условий, а детерминируются его
структурными, целостными свойствами, и независимо от модифика ций начальных состояний (в определенных пределах) организм по ис течении некоторого времени приобретает конечное состояние, «пре допределенное» его структурой. Организм как бы стремится к неко торому конечному состоянию (как правило, наиболее для него благо приятному). Именно эти свойства живого организма и выражает фор мальный аппарат теории открытых систем. С его помощью удается описать постоянное сохранение субстрата организма при изменяю щихся условиях, динамическую упорядоченность его процессов, вос становление динамического равновесия, эквифинальность и т. п.
При этом весь этот анализ проходит в контексте строгого термо динамического исследования, освобождающего биологию от витали стических интерпретаций и дающего научное объяснение «телеоло гическим» свойствам живых систем.
Термодинамическая сущность теории открытых систем — осно вание ее позитивных результатов и одновременно причина ее неко торой ограниченности. В этой связи важно подчеркнуть следующий момент. Как правильно заметил А. Рапопорт, в теории Берталанфи достаточно строгое определение дано лишь понятию «закрытая си стема». Открытая система определяется им как нечто дополнитель ное по отношению к закрытой системе, т. е. как система которая не является закрытой10. При этом Берталанфи по сути дела рассмат ривает лишь особый класс открытых систем. В качестве такового у него выступают открытые системы, стремящиеся к состоянию по движного равновесия (эквифинальные системы — частный вид та ких систем).
Каждая система такого вида имеет некоторое начальное состоя ние, которое может варьировать в значительных пределах, опреде ленный структурный механизм и конечное состояние, которое для каждой системы является постоянным. Согласно принятой теорети ческой позиции, структура системы определяет ее поведение и раз витие, но в рамках теории открытых систем структура и механизм ее воздействия на систему не анализируются11. Теория просто не рас полагает средствами для этого. Она может лишь — исходя из посто янного и известного в каждом конкретном случае значения конечно го состояния — выразить поведение системы как «стремление» к это му конечному состоянию.
Эту задачу в теории открытых систем выполняют так называемые телеологические уравнения. В таких уравнениях изменения системы выражаются не в понятиях актуальных условий, а в понятиях удален ности системы от состояния равновесия. Иначе говоря, анализируе мые системы описываются таким образом, как будто бы актуальные изменения зависят от конечного состояния, которое будет достигну то только в будущем12.
На основании сказанного и учитывая дальнейшую эволюцию тео ретических взглядов Берталанфи, можно сделать следующий вывод: теория открытых систем, в разработке которой он принял самое ак тивное участие, явилась важным шагом к построению общей теории систем. Хотя теория открытых систем еще не давала возможности
проводить структурный анализ систем13, она нашла широкое применение в самых различных областях научного исследования. В ряде своих работ Берталанфи подробно проанализировал примеры ус пешного применения теории открытых систем — в анализе организ ма, клетки и многих других биологических единиц, исследовании ре акций в фотосинтезе, в решении некоторых проблем радиационной биологии, в анализе проблем роста, обмена веществ, динамики по пуляций, многих проблем психологии, прикладной биологии, напри мер биологии рыб, при исследовании вопросов, встающих в совре менной химии, биохимии, геоморфологии и т. д.14
«Общая теории систем» Л. фон Берталанфи
Впервые основные идеи «общей теории систем» были изложены Л. фон Берталанфи в лекциях, прочитанных в 1937-1938 гг. в Чикаг ском университете15, а первые публикации по этому поводу относят ся только к послевоенному периоду — к 1947-1950 гг.16
Причину этой задержки сам Берталанфи объяснял неподходящим интеллектуальным климатом, господствовавшим в науке в 30-е годы, прежде всего неприязнью к теоретическим построениям, к обобщен ному анализу объектов. Ситуация резко изменилась в ходе и особен но после Второй мировой войны, когда «общая теория систем» была благосклонно принята научной общественностью17.
Концепция «общей теории систем» возникла у Берталанфи как обобщение принципов теории открытых систем. Модели, применяе мые в теории открытых систем, а также используемый для их пост роения аппарат, давали возможность анализировать — уже в момент создания теории — не только биологические объекты, но и явления физической химии, психологии, социологии и некоторых других дис циплин. Развитие теории открытых систем в 30-40-е годы обнаружи ло дополнительные свидетельства в пользу обобщенного характера ее моделей и аппарата. Возникла необходимость осознанного и раз вернутого изложения этой общности.
По замыслу Берталанфи, «общая теория систем» представляет собой выражение существенных изменений в понятийной картине мира, которые принес с собой XX в. При этом он опирается на У. Уи вера18, различавшего три этапа развития предметов научного анали
за: на первом рассматривалась организованная простота (мир клас сической механики), на втором — неорганизованная сложность (мир классической статистической физики), на третьем, в который вступи ла наука XX в., — организованная сложность.
Выдвижение организованной сложности, организации систем
в качестве предмета исследования повлекло за собой постановку но вой познавательной задачи. Построение теории организации требу ет, согласно Берталанфи, решения проблем со многими переменны ми, что означает необходимость введения новых понятийных средств. Характерное для XIX в. стремление свести все уровни реальности к физическому сменилось пониманием мира как множества разно родных сфер реальности, хотя и теснейшим образом связанных друг с другом, но не сводимых друг к другу. Наконец, в противоположность
редукционизму возникла идея построения единой науки на пути перспективизма. Эта концепция исходит из факта глубокой дифферен циации современного научного знания и невозможности построения унифицированной науки на основе физики19. В основании перспективизма лежит мысль о том, что общие категории мышления сходны
всамых различных отраслях современной науки; отсюда возникает возможность построить единую науку на базе изоморфизма законов
вее различных областях. Это означает, что можно говорить о струк
турном сходстве теоретических моделей, которые применяются в различных научных дисциплинах.
Таким образом, основными задачами «общей теории систем» Л. фон Берталанфи являются: 1) формулирование общих принципов и законов систем независимо от их специального вида, природы со ставляющих их элементов и отношений между ними; 2) установление путем анализа биологических, социальных и бихевиоральных объек тов как систем особого типа точных и строгих законов в нефизичес ких областях знания; 3) создание основы для синтеза современного научного знания в результате выявления изоморфизма законов, от носящихся к различным сферам реальности20.
Рассмотрим теперь пути решения задач «общей теории систем»21. Исходным здесь является понимание системы как комплекса взаимо действующих элементов рь рг,..., Рп, которые характеризуются коли чественными мерами Oi, Ог,..., OnВзаимодействие между элемен тами означает, что между ними имеет место некоторое отношение Я/. Понимаемая таким образом система может быть описана с помощью дифференциальных уравнений.
В простейшем случае система описывается семейством диффе ренциальных уравнений:
dQj/ dt = fj (QI ,Q2,---, Qn) t ^ O', i = 1, 2, ..., n.
При этом абстрагируются от реальных пространственных и вре менных условий в системе и возможной зависимости актуального функционирования системы от ее предшествующей истории.
Если в системе в некоторое время t прекращаются все изменения, то f1=f2=...=fn=0; это означает, что в качестве решения указанной си стемы дифференциальных уравнений выступают константы и что си стема достигла стационарного состояния.
В каждой системе, которая движется в направлении к стационар ному состоянию, актуальные изменения могут описываться как от клонения от ожидаемого состояния равновесия, к которому система стремится (свойство эквифинальности).
Для характеристики и описания систем Берталанфи использует также следующие формальные системные свойства.
Целостность — изменение любого элемента оказывает воздейст вие на все другие элементы системы и ведет к изменению всей сис темы, и, наоборот, изменение любого элемента зависит от всех дру гих элементов системы.
Суммативность — изменение любого элемента зависит только от него самого, и изменение всей системы является суммой изменений независящих друг от друга ее элементов (взаимодействие в этом слу чае равно нулю).
Механизация — процесс перехода системы от состояния целост ности к состоянию суммативности. При этом коэффициенты взаимо действия каждого отдельного элемента системы уменьшаются и при t — °о приближаются к нулю.
Централизация — процесс увеличения коэффициентов взаимо действия у части или отдельного элемента системы. В результате не значительные изменения этой части (ведущая часть системы) приво дят к существенным изменениям всей системы.
Иерархическая организация системы — отдельные элементы си стемы представляют собой системы низшего порядка и (или) рас сматриваемая система выступает в качестве элемента системы бо лее высокого порядка.
Приведенные определения и способы описания систем дают воз можность ввести понятия закрытой и открытой систем. Вполне ес тественно, что эти понятия в рамках «общей теории систем» исполь зуются в том значении, которое им придано в теории открытых си стем.
Следует подчеркнуть, что различие между закрытыми и открыты ми системами относительно. Так, организм является типичным при мером открытой системы, однако организм совместно с соответст вующей ему средой может рассматриваться как закрытая система.
Внастоящее время детально разработанной теории термодина мических свойств открытых систем и состояний подвижного равно весия еще не создано. Однако имеющиеся представления на этот счет достаточны для формулирования ряда закономерностей откры тых систем и нахождения изоморфизма законов, управляющих пове дением таких систем в разных областях реальности.
Врамках «общей теории систем» обобщенные принципы кинети ки применяются в равной мере к популяциям молекул и биологичес ких организмов, т. е. к физико-химическим и экологическим систе мам; уравнения диффузии, сформулированные в физической химии, используются также в социологии для анализа процесса распростра нения слухов. Другими примерами изоморфизмов являются аллометрический анализ биологических и социальных систем, применение понятия подвижного равновесия и моделей статистической механи ки к транспортным потокам22.
Одной из важных проблем «общей теории систем» является клас сификация систем. Акцентируя свое внимание главным образом на
открытых системах, Берталанфи предложил различать следующие типы систем:
1)системы, основанные на динамическом взаимодействии час тей (эквифинальные системы);
2)системы, в основании которых лежит схема обратной связи;
3)системы типа гомеостата У. Росс Эшби23.
По Берталанфи, задачей «общей теории систем» является иссле дование общих законов организации закрытых и открытых систем, а кибернетическая схема обратной связи характеризует только опре деленный вид открытых систем. «Обратная связь, — пишет он, — ба зируется на круговой причинной цепи и механизмах, управляемых по средством информации, фиксирующей отклонение от состояния, ко торого нужно достичь, или от цели, которой нужно добиться»24.
В этом описании схемы обратной связи легко узнать общий механизм действия «телеологических» уравнений Берталанфи.
Схема обратной связи, подчеркивает Л. фон Берталанфи, носит довольно специальный характер. В живых организмах существует много регуляций другой природы: это те регуляции, которые связа ны с динамическим взаимодействием процессов. Сюда относятся, например, эмбрионные регуляции, когда целое восстанавливается из частей в эквифинальном процессе (опыты Дриша). Берталанфи считает, что первичные регуляции в органических системах (т. е. те регуляции, которые наиболее важны и в эмбриональном развитии, и в эволюции) имеют как раз природу динамического взаимодейст вия. Позднее на них накладываются вторичные регуляции, контро лирующие поведение посредством некоторого фиксированного ус тройства. К ним, в частности, относится и обратная связь. Это по ложение дел — следствие общего принципа организации. Понача лу биологические, нейрофизиологические и психологические систе мы управляются динамическим взаимодействием их компонентов, позднее возникает некоторое фиксированное «устройство» и на кладываются определенные принудительные условия, которые де лают систему и ее части более эффективными, но одновременно постепенно уменьшают и в конце концов сводят на нет ее эквифинальность25.
Динамическое взаимодействие оказывается, таким образом, ос новополагающим признаком открытых систем, исследуемых Берта ланфи. Схема обратной связи рассматривается им как производная от динамического взаимодействия, и она реализуется лишь в ходе процесса динамического взаимодействия системы.
Берталанфи все время подчеркивает определенное родство схе мы обратной связи с машинным представлением организма, харак терным для XIX и первой половины XX в.26 «Хотя модель гомеоста зиса, — пишет он, — выходит за рамки старых механистических мо делей благодаря тому, что учитывает направленность в саморегули рующихся круговых процессах, она все еще опирается на машинную теорию организма»27. В этой модели он усматривает сильное влия ние утилитаристских концепций конца XIX в. и понимание организма только как реактивной системы.
В своих более поздних работах, опубликованных в 60-х годах, Бер таланфи более детально развивает эту мысль. В основании представ ления об организме как машине лежит, по его мнению, концепция ро
бота — понимание психофизического организма только как реактив ного по отношению к биологическим стимулам, сведение высших функций к первичным биологическим факторам и попытка объясне ния сложного поведения как комбинации элементарных биологичес ких «единиц». Несостоятельность этой точки зрения применительно к психологии человека была убедительно доказана психологией раз вития и генетической эпистемологией Ж. Пиаже, а также различны ми теориями личности. В результате удалось установить, что схема гомеостазиса неприменима: 1) к динамическим регуляциям; 2) к спон танной деятельности организма; 3) к процессам роста, развития, творчества и т. д., т. е. к тем формам активности, которые имеют не только одну биологическую ценность28.
Общий вывод, к которому приходит Берталанфи, формулируется им следующим образом: ...В развитии и эволюции динамическое взаимодействие (открытая система), по-видимому, предшествует ме ханизации (структурным механизмам главным образом типа обрат ной связи). В этой связи общая теория систем логически может рас сматриваться как более общая теория: она включает системы с об ратной связью как особый случай, но это утверждение не является истинным vice versa»29.
Таким образом, основной акцент в «общей теории систем» Берта ланфи сделал на анализе открытых систем и динамического взаимо действия внутри системы: это проявляется в его определении систе мы, в предложенной им классификации систем и т. д.
Основной способ построения «общей теории систем», согласно Берталанфи, состоит в установлении изоморфизма законов, дейст вующих в различных областях. Именно вокруг этого пункта вот уже несколько десятилетий не стихает острая дискуссия.
Уже в 1951 г. К. Гемпель — один из лидеров американской анали тической философии науки — заметил: «Я не считаю... что призна ние изоморфизма законов добавляет что-либо новое или углубляет наши теоретические представления о явлениях в двух рассматривае мых областях»30. Позднее, в 1956 г., Р. Бак, критикуя работы по тео рии систем Дж. Миллера и других, выступил против установления изоморфизма с аргументом: «Ну и что? Что следует из того факта, что установлен изоморфизм законов в тех или иных областях на уки?»31. И, наконец, на втором симпозиуме по теории систем в Кейсовском технологическом институте (лето 1963 г.) один из создате лей исследования операций Р. Акофф, подробно анализируя концеп
цию Берталанфи, говорил: «...Мне совершенно неясно, чему можно научиться, наблюдая подобный изоморфизм»32.
Берталанфи неоднократно пытался ответить на эту критику. Уже в своей работе 1949 г. «Das biologische Weltbild»33 он построил тео рию различных ступеней описания явлений. Согласно этой теории, первой ступенью описания является установление аналогий, т. е. внешнего сходства свойств исследуемых объектов. Вторая ступень состоит в выявлении логических гомологий (изоморфизма), т. е. в констатации формально одинаковых законов, управляющих функ ционированием материально различных явлений. Только третья сту пень представляет собой собственно объяснение, т. е. указание ус ловий развития отдельных явлений и специальных закономерностей, по которым протекают эти процессы. Отрицая существенную науч ную ценность аналогий, Берталанфи настаивает на большом научном значении логических гомологий, исследование которых представля ет собой основное содержание «общей теории систем»34. Установле ние гомологии он называет объяснением в принципе и утверждает, что «объяснение в принципе лучше, чем отсутствие объяснения»35.
Берталанфи подчеркивает то обстоятельство, что установление изоморфизма дает возможность вскрыть «определенные общие принципы», приложимые к системам36, что целью «общей теории си стем» является не выявление «более или менее неопределенных ана логий, а установление принципов, пригодных для объяснения явле ний, не учитываемых обычной традиционной наукой»37. Обнаружение гомологии дает возможность сформулировать некоторый общий структурный принцип, который может оказаться полезным в дальней шем исследовании и, кроме того, сам может подвергаться анализу, например, математическому. Берталанфи особо обращает внимание на то, что любой общий закон по сути дела подразумевает опреде ленную аналогию между объектами, подпадающими под его дейст вие, и использование оправданных аналогий представляет собой один из фундаментальных методов науки38. Следует, однако, отме тить, что ответы Берталанфи на критику не во всем достаточно убе дительны.
Конечно, суждение об изоморфизме законов в некоторых научных областях не может быть априорным. Установление подобного изо морфизма требует эмпирического исследования и играет важную эв ристическую роль. Во-первых, благодаря этому возрастает ценность аналогии между объектами: достаточно выявить такие аналогии,
и принципиальный факт возможности изоморфизма определяет вы бор направления дальнейших исследований. Во-вторых, установлен ный изоморфизм законов и понятий дает возможность избегать дуб лирования — детализированные следствия для исследуемой облас ти объектов могут быть получены с большой вероятностью путем пе реноса с соответствующей модели. И, наконец, в-третьих, суждения теоретика систем о совокупности вскрытых им изоморфизмов харак теризуют некоторый концептуальный каркас современной науки (на достаточно высоком уровне абстракции), что, несомненно, также об ладает эвристической ценностью.
Вместе с тем необходимо признать, что сами по себе установлен ные изоморфизмы дают немного в понимании системного и структур ного строения объектов исследования. Описывая в лучшем случае макроструктуру определенных фрагментов мира, они по существу ничего не говорят относительно микроструктуры и системных свойств рассматриваемых объектов. Именно этот принципиальный недостаток «общей теории систем» Берталанфи отмечался в 1960 г. в нашей с В.А. Лекторским статье39: степень проникновения в «суще ство дела» зависит не от установленных изморфизмов, а определя ется совершенно другими логическими требованиями. Иначе говоря, собственно системный анализ требует более разветвленных и совер шенных средств исследования, чем принцип изоморфизма законов и аппарат телеологических уравнений, которыми располагает «об щая теория систем» Берталанфи.
Аналогичное утверждение справедливо и для системной концеп ции У. Росс Эшби, выраженной, в частности, в его статье «Общая тео рия систем как новая научная дисциплина»40. Эшби вместе с Берта ланфи и другими сторонниками общей теории систем считает ее ос новной задачей анализ систем как некоторых целостностей. Эшби пытается решить эту задачу в рамках кибернетического способа ис следования. В силу этого он отдает предпочтение дедуктивному ме тоду анализа систем и выдвигает концепцию системы как «черного ящика»41. В полном соответствии с указанным тезисом Эшби рассма тривает общую теорию систем как дисциплину, идущую в русле ки бернетических исследований42.
Однако в этом случае возникает ряд вопросов. Главный из них за ключается в следующем: является ли исследование «черного ящика» достаточным способом познания сложных целостных систем? Конеч но, нет, ибо в противном случае мы вынуждены ограничить наше зна