Введение в систему в естествознании: Понимание основ и ключевых понятий

Система в естествознании представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, образующих целостную структуру, способную выполнять определенные функции и процессы. Эти элементы могут включать физические объекты, биологические организмы или абстрактные концепции, которые взаимодействуют друг с другом согласно определённым законам природы.

Понимание системы позволяет исследовать её поведение и изменения, а также предсказывать реакции на внешние влияния. Система может быть открытой или закрытой, динамической или статической, в зависимости от характера её взаимодействий с окружающей средой и внутренних процессов.

Концепция системности в естествознании

На сегодняшний день наблюдается явная тенденция к синтезу естественных наук с использованием системного подхода. При обсуждении процессов самоорганизации применяется понятие системы и соответствующая терминология. Теория систем возникла в результате решения сложных проблем, требующих совместного применения методов различных научных направлений. Это означает междисциплинарный подход, примером которого являются новые направления исследования, такие как кибернетика и синергетика.

Мы уже отмечали, что синергетика, как наука о самоорганизации, рассматривает как важный фактор развития механизм положительной обратной связи, который увеличивает отклонение от равновесия системы. А принцип работы технических систем регулирования, изучаемых кибернетикой, направлен на поддержание динамической устойчивости путем отрицательной обратной связи, которая подавляет флуктуации управляемых параметров. Это также самоорганизация, но с другим знаком. Поэтому методы теории систем применимы как в кибернетике, так и в синергетике.

При функционировании любой системы важно учитывать как положительную, так и отрицательную обратную связь. Отрицательная обратная связь способствует стабилизации системы и подавлению флуктуаций, в то время как положительная обратная связь усиливает флуктуации и может привести к точке бифуркации.

Современная общая динамическая теория систем базируется на основополагающих принципах синергетики, и в особенности на теории диссипативных структур (неравновесной термодинамики). Это позволяет рассматривать динамику эволюционных процессов на всех уровнях структурной организации материи с новой, более широкой перспективы. Можно утверждать, что формируется новая парадигма, направленная на объяснение широкого круга явлений на междисциплинарном уровне. Применение синергетической парадигмы уже способствует преодолению сложностей, возникающих при описании эволюционных процессов в различных областях, включая биологические, экологические, а также социальные и гуманитарные системы. Особое внимание уделяется поиску ключа к пониманию и объяснению одной из главных загадок природы — возникновению элементарных живых систем из органических макромолекул с применением синергетической парадигмы.

Основные принципы новой научной концепции можно свести к трем идеям: системности, динамизма (глобальному эволюционизму) и самоорганизации. На современном этапе развития научного знания считается, что указанные принципы являются основополагающими закономерностями развития природы.

Системность означает, что научное знание отражает утверждение о том, что Вселенная представляет собой самую крупную из известных систем, состоящую из множества подсистем разной сложности, каждая из которых может быть рассмотрена как отдельная система. Эффект системности проявляется в появлении новых свойств в результате взаимодействия элементов, объединяющихся в систему.

Свойства, которые обычно называют эмерджентными, играют важную роль в определении системы. Еще одной важной особенностью системы является ее иерархическая организация, которая означает включение систем более низкого уровня сложности в последовательность систем более высокого уровня. Такое объединение элементов и систем говорит о их единстве: каждый элемент любой системы связан со всеми элементами систем всех уровней.

Такая связь можно увидеть, например, в цепочке: человек – биосфера – Земля – Солнечная система – Галактика – Метагалактика. Любая подсистема Вселенной выступает как цельное, автономное образование, следующее своим путем развития, но в то же время остается частью системы более высокого уровня. Таким образом должна выглядеть научная модель мира, отражающая его структуру, и таким же образом формируется (эволюционирует) современная наука, отражающая эту модель.

Энергичность и мировоззрение эволюции отражают жизнь Вселенной и всех ее компонентов только в развитии, в ходе эволюции, происходящем для всех уровней иерархии по одному общему алгоритму – на основе самоорганизации структур, образующих системы и подсистемы природы. Эволюционирующая Вселенная является свидетельством единства мира, где каждый процесс является историческим результатом и одновременно частью глобального эволюционного процесса, начало которому было положено Большим взрывом.

Самоорганизация — это неотъемлемая способность материи развиваться путем самоусложнения и увеличения упорядоченности своих структур. Ключевым моментом самоорганизации является внезапный, непредсказуемый переход системы к более высокому уровню упорядоченности. Общий механизм и алгоритм такого перехода не зависят от природы самоорганизующихся систем. Этот процесс сопровождается нарушением первоначальной симметрии (как это обычно происходит при значительных изменениях) и проходит через неустойчивое, хаотичное состояние системы.

Эти принципы организации современного научного знания, отражающие общие закономерности и алгоритм глобальной эволюции как отдельно, так и в целом, позволяют сделать вывод о историчности и принципиальной незавершенности научной картины мира — как существующей, так и любой альтернативной или последующей. Научная картина мира отражает состояние эволюционирующей Вселенной и ее предысторию, и ее изменение должно соответствовать изменению человеческого общества. Следовательно, абсолютное знание в виде истинной научной картины мира недостижимо, и процесс познания бесконечен.

Подход, характерный для синергетической парадигмы, заключается в рассмотрении элементов окружающего мира как части целостной системы. Взаимодействие и взаимосвязь элементов в рамках целого, а также несводимость свойств целого к свойствам составляющих его элементов и подсистем — основные факторы, определяющие систему.

В свою очередь, любая подсистема или элемент системы могут рассматриваться как самостоятельная система, а любая система может быть подсистемой или элементом системы более высокого уровня иерархии. Важно учитывать эмерджентные свойства, присущие системе в целом. Поскольку все реальные системы в природе и обществе являются открытыми, то в рассмотрение включаются и те системы, с которыми данная система взаимодействует как с внешней средой. Обмен информацией играет важную роль, особенно в социально-экономических и гуманитарных системах, где составляет основу созидательной деятельности человечества.

Метод системного исследования базируется на понятиях и моделях, которые применимы для изучения разнообразных явлений. Поэтому необходимо абстрагироваться от конкретного содержания отдельных систем, чтобы выявить общие признаки, характерные для всех систем определенного класса. Одним из основных средств достижения этой цели является математическое моделирование, которое стало эффективным методом исследования сложных систем в период всеобщей компьютеризации. Таким образом, на уровне системных исследований сформировалось единство качественных и количественных методов описания, что характерно для развития научного познания.

С применением системного метода в естествознании и других науках начался новый этап развития науки, связанный с междисциплинарным подходом к решению актуальных проблем, когда традиционные методы исчерпаны или близки к пределу. Системный метод играет основополагающую роль в достижении единства научного знания. Это проявляется во взаимодействии различных научных дисциплин, возникновении новых дисциплин, формировании междисциплинарных направлений исследования. Системный метод также способствует более четкому выявлению единства в рамках отдельной научной дисциплины, позволяя охватить всю совокупность явлений. В целом, процесс познания развивается наиболее успешно в том случае, когда части и целое, анализ и синтез рассматриваются во взаимодействии, дополняя и обогащая друг друга.

Дата публикации: 2015-07-08 ; количество просмотров: 235 Нарушение авторских прав

mybiblioteka.su — 2015-2024 год. (0.007 сек.)

Концепция современного естествознания: теория систем Текст научной статьи по специальности «Прочие социальные науки»

Современное естествознание переходит от физикализма к интегральным подходам, что вызывает проблему теоретико-методологических оснований теории.

Развитие методологии постнеклассической философии основано на духовности, ноосферогенезе и системе координат мира на основе предельных динамических равновесий.

Поиск нового мировоззрения и методологии имеет эвристический потенциал физикализма. Возникают методологические перспективы концептуализации живого в естествознании и философии.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Концепция современного естествознания: теория систем»

Университет Санкт-Петербурга имени Политехнического государства

Идея современной науки: системная теория

Современная наука о природе представляет собой комплекс различных дисциплин, охватывающих не только землю, недра, растения и животных, но также человека и социальную сферу, которая является средой для жизни. Дисциплина "Концепции современного естествознания" объединяет результаты исследований в различных областях природы, которые получены в физике, химии, астрономии, биологии, философии, социологии и других областях. На последних этапах было написано много учебников и учебных пособий по этой дисциплине, где представлена информация из различных областей науки. Однако, несмотря на многообразие сведений и концепций, нет общепринятого представления о современной науке о природе, ее месте и роли в общей системе наук о природе и обществе.

Для обоснования тезисов автора, выраженных в заголовке доклада, давайте кратко рассмотрим развитие представлений о познании природы. В древности существовала общая научно-естественная концепция познания мира, хотя уже тогда появились элементы большинства концепций, которые впоследствии стали различными направлениями, такими как философские и космологические теории.

Тем временем уже в тот период стало явным различие между двумя способами восприятия мира — через ощущения и с помощью разума. Появилось разделение на "логику вещей" и "логику идей".

Первоисточником противоречий в сознании человека, Конец VI — V века до н.э., являются Парменид и Зенон Элейский. Они утверждали, что между двумя представлениями о мире — одним, полученным через органы чувств и наблюдение, а другим, полученным разумом и логикой, возникают противоречия. В результате этого Сократ разрабатывает концепцию разделения миров на идеальный и материальный, вводя понятие "эйдос" — общее понятие или сущность. Платон, в свою очередь, представляет идею как начало вещей, их прототип или модель, а также как начало идеального мира — первопричину всего существующего. Аристотель смещает акцент с идеи Платона на форму и обращает внимание на единое сочетание материи и формы.

В XVIII веке Иммануил Кант предложил концепции "вещи в себе" и "вещи для нас". По Канту идеальное представление о вещи не соответствует самой вещи. Вещь сама по себе, без субъекта, который ее познает, является "вещью в себе" — ноуменом. Она не поддается познанию. "Вещь для нас" представляет собой явление, феномен. Возникло понятие разрыва между представлением о вещи и самой вещью. "Вещь в себе" является трансцендентной. В философии основным вопросом

стал вопрос о первичности материального или идеального мира, материи или сознания.

А для естествознания основным, на мой взгляд, является изучение методов, которые позволили бы приблизить представление о вещи, явлении («вещи в себе») к пониманию этой вещи, явления, т.е. уменьшить различие между ноуменом и феноменом.

Для этого возникали различные подходы и методы. В эпоху Возрождения были сформулированы два основных метода познания: метод индукции Ф. Бэкона и метод рационально-дедуктивный Р. Декарта. Позднее И. Ньютон сформулировал гипотетико-дедуктивный метод.

Ньютон завершил формирование механической концепции естествознания, основы которой были заложены открытиями Н. Коперника и Г. Галилея, и теоретически обосновал эту концепцию. Вместе с Г. Лейбницем он разработал основы интегро-дифференциального исчисления, что способствовало развитию механической концепции и ее превращению в физико-математическую. В конце XIX века Г. Спенсер предложил принцип интеграции и дифференциации, более понятный гуманитариям, чем интегро-дифференциальное исчисление.

Эти подходы являются базой механистического взгляда на познание, который был доминирующим в течение длительного времени в развитии естествознания, получившего название механистического. В XVII веке Блезом Паскалем было осознано различие гуманитарного и формального мышления, что привело к разделению концепций естествознания на две группы: 1) гуманитарные, философские концепции и 2) естественнонаучные и физико-математические концепции.

В XVIII — XIX веке появились концепции, объясняющие процесс развития мира (ламаркизм, теория эволюции Ч. Дарвина, теория эволюционной эмбриологии И.И. Мечникова). С развитием методов естественных наук, открывших все новые явления природы, в XIX- XX веках возникли новые проблемы, такие как разнообразие законов сохранения, обнаружение электромагнетизма, фотоэффекта, радиоактивности, корпускулярно-волнового дуализма, осознание фундаментальных различий между живым и неживым; особенности человека и социально-экономических объектов, самоорганизация в живой и неживой природе; одновременное действие законов сохранения и законов эволюции, экологические проблемы, прогнозы Римского клуба, осознание невозможности линейной схемы развития цивилизации.

Экономика, Статистика и Информатика

Для преодоления этих сложностей стандартная механическая концепция, эволюционировавшая в физико-математическую, оказалась недостаточной.

Диалектическая концепция, развившаяся в это время, объясняла объективность противоречий, их необходимость для существования и развития сложного мира. Однако у нее не было формализованного аппарата, который предпочитала европейская наука. Появились попытки привлечения гуманитарных методов к опыту формальных.

Физикализм получает развитие — распространение физических законов на социальные явления. С помощью физикализма были решены некоторые проблемы, возникшие в период кризиса в естественных науках. Однако к середине XX века стал очевиден кризис физикалистической концепции: выводы А.М.

Бутлеров подчеркнул, что законы органической химии высших порядков не могут быть сведены к законам низших порядков, изучаемым атомной физикой. Это привело к осознанию невозможности применения концепций и методов, применимых для неживой природы, к изучению биологических и социально-экономических объектов. Это также привело к неприменимости методов исследования биологического развития природы для более высокоорганизованных объектов. Поиск интегральных концепций естествознания, объединяющих гуманитарное и формальное мышление, стал результатом кризиса концепции физикализма.

В 1930-е годы была предпринята попытка использовать лингвистические и семиотические методы, такие как структурализм и постструктурализм. Однако эти попытки столкнулись с неизбежными противоречиями в виде синонимии, полисемии и других особенностей естественного языка.

К концу XX века концепции естествознания стали разнообразными по своим подходам и методам, ориентируясь на изучение различных объектов и их аспектов (физические, космологические, химические, биологические и т. д.), что затруднило осмысление возникших в XX веке глобальных проблем. Для более глубокого понимания потребностей и методов современного естествознания необходимо восстановить целостное естественно-научное мировоззрение, что является возможным на основе развития интегральных концепций.

Современное естествознание все больше осознает необходимость в интегральной концепции, включая восстановление взаимоотношений человека и природы. Выделение человека из природы и развитие антропоцентризма играют важную роль в развитии цивилизации, однако в XIX веке антропоцентризм начал играть отрицательную роль.

Противопоставление человека и природы привело к экологическим проблемам и угрозе неконтролируемого научно-технического прогресса и бизнеса для существования земной цивилизации. Поэтому в конце XIX века возникла концепция русского космизма, которая развивала идеи мирового единства человека, человечества и физического космоса. Впоследствии Н.Г. Холодный предложил концепцию антропокосмизма.

Важный вклад в формирование данного направления внес ученый В.И. Вернадский (хотя он не использовал термин "антропокосмизм"). Он разработал концепцию единого мира и единого знания о мире, а также концепцию ноосферы как закономерного развития биосферы. В развитие концепции ноосферы в XX веке большой вклад внесли ученые Н.Н. Моисеев и Л.Н.

Гумилев.

Дальнейшее развитие концепции антропокосмизма осуществляет ученый В.Н. Сагатовский.

Интегральные концепции (кибернетический, системный, синергетический, информационный подходы) исторически возникали из различных потребностей и предпосылок, но направлены на изучение сложных развивающихся объектов. Каждая из них решает определенный спектр проблем. В настоящее время осознается необходимость и возможность их объединения, так как они могут дополнять друг друга, что будет особенно продуктивно для изучения социально-экономических объектов как наивысшего уровня развития цивилизации. Базой для объединения интегральных концепций может служить системный подход и его основа — общая теория систем (ОТС), поскольку кибернетический подход можно рассматривать как частный случай современной ОТС, применимый к техническим объектам и системам управления, а синергетический подход все чаще обращается к использованию понятий теории систем, в частности, понятия открытой системы.

Демонстрация необходимости объединения концепций в области естественных наук на основе системного подхода и ОТС возможно благодаря анализу основных характеристик этих направлений (более подробно см. в книге: Волкова В.Н. Концепции современного естествознания. СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2003).

1..База ОТС — выявление и изучение общесистемных закономерностей: эмерджентность, коммуникативность, иерархичность, эквифинальность, закон «необходимого разнообразия», потенциальная эффективность, историчность, самоорганизация и т.д.

2. В математике и связанных с ней науках традиционный подход заключается в убеждении, что сложная проблема решается путем разбиения на части, и изучение этих частей поможет понять целое. В то время как системный подход и ОТС объясняют поведение, функционирование и развитие объекта как целого, при этом концепция целостности предполагает, что нельзя достичь полного понимания целого, изучая только его части, так как у целого есть свойства и качества, которых нет у отдельных элементов (закономерность целостности или эмерджентность).

Экономика, Статистика и Информатика

3. В классической науке, основанной на механической концепции, системы считались закрытыми, аналогично механике. Л. фон Берталанфи доказал необходимость введения понятия открытой системы для описания живых систем, которые постоянно обмениваются массой (веществом), энергией и информацией с окружающей средой. Открытость системы является основой для ее развития.

4. На основе общесистемных закономерностей в ОТС показано, что развитие системы может обеспечиваться не только открытостью, но и внутренним активным началом, которое инициирует антитенденции энтропии, противостоящие энтропийным процессам. Этот вывод является хорошей основой для объединения ОТС с синергетической моделью И.

При учете особенностей, становление цельной интегральной концепции естествознания, вероятно, может произойти путем объединения системного, синергетического и кибернетического подходов и разработки теории развивающихся систем на основе формализма диалектической логики, предложенного А.А.Денисовым (см. Денисов А.А. Современные проблемы системного анализа. СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2003).

Тема 4. Системность в естествознании

Общей чертой, объединяющей классическое и неклассическое естествознание, является их интерес к простым (замкнутым, изолированным, обратимым во времени) системам как объектам исследования. Мир состоит из множества систем, но лишь некоторые из них можно рассматривать как замкнутые, то есть как "механизмы". В природе таких "закрытых" систем встречается в меньшинстве.

Большинство реальных систем являются открытыми, что означает, что они взаимодействуют с окружающей средой, обмениваясь энергией, веществом и информацией. К открытым системам относятся биологические и социальные системы.

Особенности и классификация систем. В системном подходе ключевое значение имеет понятие "система". Из-за этого различные авторы дают разные определения системы с разной степенью формализации, подчеркивая разные ее аспекты. Мы определяем систему как совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих целостность.

Особенности систем: — целостность — принципиальная несводимость свойств составляющих ее элементов и невыводимость из последних свойств целого, зависимость каждого элемента, свойства и отношения системы от его места внутри целого. Например, ни одна деталь часов отдельно не может показать время, это способна сделать только система взаимодействующих элементов. Появление у системы специфических свойств, не присущих ни одному элементу, называется эмерджентностью;

Структурность — это способность описания системы путем определения ее структуры, то есть сети связей и отношений внутри системы. Она также предполагает, что свойства и поведение системы зависят не только от свойств и поведения ее отдельных элементов, но и от ее структуры;

Взаимосвязь системы и окружающей среды проявляется в том, что система формируется и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, при этом она является основным активным участником этого взаимодействия;

Иерархичность систем означает, что каждый компонент системы в свою очередь может рассматриваться как система, а изучаемая система в конкретном случае является только одним из компонентов более обширной системы;

Познание системы требует создания различных моделей из-за ее сложности, каждая из которых описывает определенный аспект.

Кибернетика – это наука об управлении сложными системами с обратной связью. Она возникла на пересечении математики, техники и нейрофизиологии и изучает класс систем, включая живые и неживые, где существует механизм обратной связи. Уникальность этой науки заключается в том, что она изучает не состав и структуру систем, а их результаты работы, способы взаимодействия и модели управления.

Тема 5. Концепции пространства и времени в современном естествознании

Одной из основ материи является пространство и время. Пространство определяет структуру и размеры материальных объектов, оно Влияет на их взаимодействие. Время определяет продолжительность явлений, скорость процессов и их последовательность. Пространство и время имеют объективную реальность, и они неразрывно связаны с материей, ее движением, а также друг с другом. Они обладают как количественной, так и качественной бесконечностью.

Пространство характеризуется протяженностью, а также непрерывностью и единством. Время же отличается продолжительностью, неповторимостью и необратимостью.

Разработано множество моделей Вселенной, основанных на космологическом уравнении Эйнштейна, описывающем взаимодействие материи и геометрии пространства. В уравнении учитываются параметры, такие как средняя плотность вещества, гравитационная постоянная и космологический коэффициент, которые существенно влияют на структуру мира и её изменение во времени. Некоторые из этих параметров известны с высокой точностью, в то время как другие определены лишь приближенно.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теории относительности А.Эйнштейна, которая переосмыслила реляционную концепцию пространства и времени, предоставив ей научное обоснование.

Теория относительности представляет собой концепцию, согласно которой движение тел происходит по одним и тем же законам в инерциальных системах отсчета. Инерциальные системы отсчета — это системы, движущиеся друг относительно друга равномерно и прямолинейно.

Согласно принципу относительности, отсутствует фундаментальная разница между состоянием покоя и равномерным прямолинейным движением. Единственное отличие заключается в точке зрения.

К примеру, пассажир на корабле может считать, что книга на его столе находится в состоянии покоя. В то же время человек на берегу увидит, что корабль движется, и для него книга также будет двигаться с той же скоростью, что и корабль. Так что же, книга на самом деле двигается или остается в покое? На этот вопрос нельзя дать простой ответ «да» или «нет».

Если раньше законы физики считались неизменными во всех инерциальных системах отсчета по классическому принципу относительности, то в специальной теории относительности этот принцип был распространен и на законы электродинамики, а при общей теории относительности утверждалась неизменность законов природы во всех системах отсчета, включая неинерциальные системы, которые движутся с ускорением или замедлением.

Согласно учению специальной теории относительности, которая объединяет пространство и время в единый четырехмерный пространственно-временной континуум, свойства тел зависят от их скорости движения. При приближении скорости тела к скорости света в вакууме (300 000 км/с) пространственные размеры сжимаются в направлении движения, временные процессы замедляются в быстродвижущихся системах, а масса тела увеличивается. Скорость света является верхним пределом для скорости перемещения любой материи. Концепции пространства и времени, выраженные в теории относительности Эйнштейна, на сегодняшний день считаются наиболее последовательными.

Системный подход в естествознании

Достижение данной цели будет возможно при выполнении следующих задач:

1. Провести тщательный анализ литературы, посвященной проблеме эволюции понятия "система" как ключевого понятия системного подхода, и изучить основные типы систем;

2. Проанализировать основные понятия, описывающие структуру и функционирование систем;

3. Выявить основные свойства системы;

4. Изучить истоки и суть системного подхода в естественных науках.

ВВЕДЕНИЕ 31. ПОНЯТИЕ, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ 51.1 Эволюция понятия "система", виды систем 51.2 Понятия, описывающие структуру и функционирование систем 91.3 Основные свойства системы 142. ВОЗНИКНОВЕНИЕ, СУТЬ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 23

Работа содержит 1 файл

— 116.00 Кб (Скачать)

При создании системы возможно разделение ее на подсистемы. Подсистемы представляют собой более крупные компоненты системы, но в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность разделения системы на подсистемы обусловлена выделением взаимосвязанных элементов, способных выполнять независимые функции для достижения общей цели. Название "подсистема" подчеркивает, что эта часть должна обладать свойствами системы и иметь свою подцель. Это отличает подсистему от простой группы элементов, для которых не определена подцель и не выполняются свойства целостности (такие группы называются компонентами).

Организация. Система может быть описана как набор элементов, которые взаимодействуют между собой, образуя системные свойства, или как "черный ящик" с входами и выходами, взаимодействующими со средой [3]. Однако при изучении объекта необходимо не только отделить его от окружающей среды, но и более подробно выяснить, что именно представляет собой этот объект или процесс, и какие компоненты в нем обеспечивают достижение поставленной цели.

Если для решения проблемы достаточно определить элементы и их связи относительно небольшого количества, то нет необходимости в других понятиях. Однако, как правило, элементов бывает очень много, они разнообразны, и требуется многоступенчатое разделение системы. В этом случае вводится понятие структуры. Структура отражает основные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые остаются неизменными при изменениях в системе и обеспечивают ее существование и основные свойства [1].

В большинстве случаев понятие структуры связано с графическим представлением, однако это не обязательно. Структура может быть представлена В виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Взаимосвязи структуры относительно независимы от элементов и могут оставаться неизменными при переходе от одной системы к другой. Благодаря этому закономерности, выявленные при изучении систем, отображающих объекты одной природы, могут быть применены для изучения систем, отображающих объекты другой природы (при условии, что они закреплены в структуре).

Структуру часто стараются представить в виде иерархии. Термин "иерархия" (или "многоуровневость") определяет порядок компонентов по степени значимости.

Между уровнями иерархической структуры могут существовать отношения строгого подчинения компонентов (узлов) более низкого уровня одному из компонентов более высокого уровня, другими словами, отношения древовидного порядка. Такие иерархии называются сильными или иерархиями типа "дерево".

Взаимосвязи между уровнями иерархической структуры не обязательно должны быть строго древовидными. На одном уровне иерархии могут существовать связи. Один и тот же узел нижележащего уровня иерархии может одновременно быть подчинен нескольким узлам вышележащего уровня. Такие структуры называются иерархическими структурами со слабыми связями [3]. Между уровнями иерархической структуры также могут существовать более сложные взаимоотношения.

Одна и та же система может иметь различные структуры в зависимости от этапа отображения объекта или процесса как системы, от аспекта представления системы, а также от цели ее создания.

Современные знания позволяют представить иерархию природных систем следующим образом: элементарные частицы — атомы — молекулы — клетки — многоклеточные организмы — экосистемы — биосфера — космическое тело — звездная система — галактика – Вселенная [4]. Между этими уровнями иерархии биосистем существует множество промежуточных форм, таких как молекула — макромолекула (полимер) — сложномолекулярный комплекс (вирус) — коацерватная капля — клетка. Важно отметить, что нет четкой границы между отдельным организмом и экосистемой: организм, изолированный от экосистемы, не может долго существовать, также как изолированный орган не может долго сохранять жизнь без тела, в котором он был создан.

Связь — это понятие, которое всегда присутствует в определении системы вместе с элементом, и оно обеспечивает эмерджентное образование и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие одновременно описывает как структуру (статику), так и функционирование (динамику) системы.

Существует разногласие в определении понятий связь и отношение, не решены вопросы достаточности сети связей для того, чтобы систему можно было считать системой. Мы не будем рассматривать различные точки зрения на эти вопросы, не будем также рассматривать подходы к классификации связей, но приведем лишь некоторые, наиболее исследованные способы выделения разновидностей связей, чтобы дать более полное представление об этом понятии.

Существует возможность характеризовать соединение с точки зрения направленности, мощности, и характера (или типа). По первым двум признакам соединения можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру — на соединения подчинения, соединения порождения (или генетические), равноправные (или безразличные), соединения управления [1]. Некоторые из этих типов можно разделить более детально: например, соединения подчинения могут быть — типа «часть – целое», «род – вид», соединения порождения — типа «причина – следствие». Соединения можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные) и по некоторым более частным признакам.

Связи, существующие в определенных системах, могут одновременно обладать несколькими из указанных характеристик. Следовательно, можно выделить столько классов связей, сколько существует возможных комбинаций характеристик, исключая несовместимые комбинации.

Очень важную функцию в системах выполняет концепция обратной связи, которая является основой для саморегуляции и развития систем, их адаптации к изменяющимся условиям существования.

Положительная обратная связь усиливает результаты функционирования, в то время как отрицательная обратная связь их ослабляет [4]. Положительная обратная связь может вызывать неустойчивые состояния, в то время как отрицательная обратная связь обеспечивает стабильность системы. Органические системы поддерживают свою жизнедеятельность с помощью отрицательных обратных связей. Например, тяжелая физическая работа уменьшает уровень кислорода в крови человека, но углубленное дыхание увеличивает его приток в легкие, что пополняет запас кислорода в крови.

Статус. Обычно под понятием состояние подразумевают мгновенные параметры системы — своего рода "снимок" системы, ее остановку в развитии. Его можно определить через входные воздействия и выходные сигналы или через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение). Например, состоянием покоя являются стабильные входные воздействия и выходные сигналы; состоянием равномерного прямолинейного движения — стабильная скорость и т. д.

Поведение. Если система может переходить из одного состояния в другое (например, s1 > s2 > s3), то говорят, что она обладает определенным поведением. Этим термином пользуются, когда закономерности переходов из одного состояния в другое неизвестны. В таком случае говорят, что система обладает определенным поведением, и изучают его закономерности.

Равновесие — это способность системы сохранять свое состояние в отсутствие воздействий. На практике это означает, что система может оставаться в равновесии сколь угодно долго, даже при постоянных или отсутствии внешних воздействий.

Устойчивость — это способность системы возвращаться в равновесное состояние после того, как она была выведена из этого состояния под воздействием внешних возмущений.

Устойчивое состояние равновесия — это состояние, в которое система способна возвращаться, подобно техническим устройствам. Но в сложной системе также могут существовать неустойчивые состояния равновесия, возвращение в которые сопровождается колебательным процессом.

Развитие. Современная наука уделяет большое внимание изучению процесса развития, взаимосвязи процессов развития и устойчивости, а также механизмов, лежащих в их основе.

Понятие развития помогает объяснить сложные динамические и информационные процессы в природе и обществе.

Цель. В зависимости от степени познания объекта и этапа исследования в понятие цели вкладывают различные оттенки — от идеальных устремлений до конкретных целей-результатов, достижимых в пределах некоторого интервала времени. Иногда понятие цели трансформируется, принимая различные оттенки от идеальных устремлений к материальному воплощению. Таким образом, в понятии цели заключено противоречие: необходимость одновременно быть «опережающей идеей» и отражать материальное воплощение этой идеи. В Большой Советской Энциклопедии цель определяется как «заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека».

1.3 Основные свойства системы

Для того чтобы считать объект системой, он должен обладать четырьмя основными свойствами или признаками: целостностью и делимостью, наличием устойчивых связей, организацией и эмерджентностью [1]. Давайте рассмотрим каждый из этих признаков подробнее.

Целостность и делимость. Система представляет собой целостную совокупность элементов. Это означает, что с одной стороны система — целостное образование, а с другой — ее составными элементами могут быть выделены целостные объекты (элементы). Следует отметить, что элементы существуют только в системе.

Вне системы они представляют собой объекты, обладающие системообразующими свойствами. При включении в систему элемент приобретает системно определенное свойство вместо системообразующего [4].

Следовательно, целостность системы предполагает, что все её части и элементы связаны между собой различными видами связей и действуют согласованно для достижения поставленных целей. Важно, чтобы поставленные цели могли быть достигнуты только при совместной работе всех элементов системы. Именно совместная и согласованная работа всех компонентов создаёт так называемый "системный эффект".

Однако наличие системного эффекта является также обязательным условием для существования системы. Этот эффект заключается в том, что из свойств системы невозможно вывести сумму свойств её составляющих элементов, и наоборот, из свойств элементов невозможно вывести свойства всей системы.

Например, организм человека представляет собой огромное количество разнообразных органов, входящих в различные подсистемы (костно-мышечная, сердечно-сосудистая, нервная и т. д.). Каждый орган или подсистема выполняют свои определенные функции. Однако только взаимодействуя вместе, они позволяют человеку как биологической системе передвигаться, мыслить, творить и выполнять физическую работу, создавая сложные технические объекты, музыкальные произведения и шедевры живописи. Ни один орган или подсистема не в состоянии выполнить все это в одиночку.

Существование устойчивых связей является важной характеристикой системы. Когда связи между элементами или их свойствами превышают связи с элементами вне системы, система считается целостным образованием. Также система организована таким образом, что энтропия (степень неопределенности) снижается по сравнению с системоформирующими факторами.

СИСТЕМА

Концепция (по гречески — целое, составленное из частей; связь), общий набор элементов, находящихся в отношениях и взаимосвязях, которые смотрят

сложный, цепь, установка, метод, репертуар вчт., репертуар, структура, система* * *систе́ма ж. с.дублировать систе́му — duplicate a systemотл. смотреть

СИСТЕМА

Система — это упорядоченный, зависящий от правильного, целенаправленного распределения и взаимосвязи частей чего-либо. Если вы хотите узнать больше, пожалуйста, посмотрите здесь

ж. система — система абелевых групп — абсолютная система единиц — абсолютная система отсчета — абсолютно непротиворечивая система — абсолютно неустойчивая система — а. смотреть

Всеобщие законы и концепция системы в естествознании

Земледелие основано на общих физических законах, которые действуют в нашем мире. К таким законам относятся: закон всемирного тяготения Ньютона, законы сохранения массы и энергии, закон Стефана-Больцмана, закон Архимеда, закон Гука, закон Ома и другие.

Важным понятием в естественных науках является понятие "система" — это совокупность элементов, находящихся в определенном взаимоотношении. Все, с чем взаимодействует данная система, называется средой. Географические системы взаимодействуют как территориально, так и функционально. Каждая система состоит из определенного числа элементов. С некоторой условностью географические системы и их окружение могут быть разделены на механические, термодинамические, биокосные, биологические, этнические и социальные (последние три не изучаются в земледелии).

Механические системы — это системы, в которых тела взаимодействуют друг с другом силовыми связями и обладают массой. К ним относятся, например, космические объекты, атмосферные и океанские течения. Такие системы рассматриваются как системы силового равновесия. Если это равновесие нарушается, то система начинает изменяться и в конечном итоге разрушается.

Взаимодействие термодинамических систем связано с перемещением материи, вызванным преобразованием или передачей энергии. В отличие от изолированных систем, изучаемых классической термодинамикой, геосистемы относятся к категории открытых, т.е. обменивающихся материей и энергией с внешней средой. Это очень важное обстоятельство, поскольку открытые системы могут накапливать преобразуемую энергию, поддерживать и совершенствовать свою структуру. Совокупность таких свойств называется самоорганизацией. Благодаря самоорганизации мир географических систем усложняется со временем, совершенствуется (более устойчиво сопротивляется внешним воздействиям) или направленно эволюционирует.

Фигура 4.1. Положение системы: а — устойчивое; б — метаустойчивое; в — неустойчивое (объяснение см. ниже)

Разнообразные циркуляции вещества могут быть термодинамическими системами, если они сопровождаются переходами или потоками энергии. Примером может служить циркуляция воды в природе. При изучении таких систем широко применяется метод балансов (радиационного и теплового). В отдельных случаях можно рассматривать термодинамическую систему как изолированную, игнорируя обмен энергией с окружающей средой (адиабатический процесс в атмосфере).

Биокосной системой называется уникальная совокупность живых и неживых элементов, взаимодействующих друг с другом. Примером такой системы может служить почва, где соединены минеральные вещества (камень, вода, воздух), живые организмы и органические вещества (гумус и другие). Если один из этих компонентов будет удален, почва потеряет свои особенности (особенно плодородие), став другой системой.

Система обладает различными связями, которые делятся на прямые (причинно-следственные, вещественно-энергетические) и обратные (информационно-регулирующие). Систему с обратными связями называют саморегулируемой. Обратные связи делятся на отрицательные и положительные. Отрицательная связь снижает интенсивность процесса в системе при увеличении ее "выхода".

Этот процесс является характерным для систем, которые функционируют нормально, и направлен на поддержание их динамического равновесия, стабильности и неизменности. Положительная обратная связь усиливает процесс, по мере увеличения "выхода" системы, что приводит к всплеску процесса, в результате чего система переходит в новое состояние или разрушается. Чаще всего такие изменения вызваны внешними причинами, но механизм саморазвития заложен в природе системы.

Если интенсивные параметры системы однородны, то такая система находится в состоянии устойчивого равновесия по данным параметрам. Устойчивым называют равновесие, которое самопроизвольно восстанавливается, если систему из него вывести. Систему в устойчивом состоянии можно уподобить шарику, находящемуся в ямке (рис. 4.1, а).

Метастабильность — это состояние, которое является одним из вариантов устойчивости (рис. 4.1, б): шар может занять любое из трех низких положений (7, 2, 3), но только положение 2 абсолютно устойчиво. Неустойчивость — это состояние, при котором малое воздействие выводит систему из равновесия, из которого она не может вернуться (рис. 4.1, в).

Неустойчивость характерна для развивающихся систем. Она увеличивает разнообразие в природе (создаются новые системы), но может иметь и негативные экологические последствия. Системы в неустойчивом состоянии подвержены флуктуациям — хаотическим колебаниям параметров, эффект которых непредсказуем.

Чаще всего географические системы являются открытыми. Они не стремятся к минимуму потенциальной энергии и максимуму энтропии. Такие системы способны уменьшать (или концентрировать) энтропию за счет внешней среды, образуя порядок из хаоса. Этот процесс наблюдается в географической оболочке в процессе её эволюции.

В географической оболочке также существуют системы, имеющие два и более устойчивых состояний, называемых триггерными. К примеру, ледниковое и безледное состояние земной поверхности, функционирование гейзера (покой — выброс). Понятие триггерности важно для оценки возможных экологических последствий: легче удержать явление в определенном состоянии, чем вернуть его в прежнее, если начался переходный процесс.

Системный подход в естествознании

Системный подход в широком смысле означает метод исследования окружающего мира, при котором изучаемые объекты и явления рассматриваются как составные части определенного целого.

Взаимодействуя между собой, эти части формируют новые свойства целого (системы), которые отсутствуют у каждой из них по отдельности. Таким образом, мир предстает перед нами как совокупность систем разного уровня, находящихся в отношениях иерархии.

В основе научных представлений о структуре материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира может быть рассмотрен как сложное образование, состоящее из частей, организованных в целое. В науке для обозначения этого целостного подхода используется термин "система".

Задачи:

— Изучение особенностей системного подхода в естествознании;

— Понимание научной концепции системы. Ее устойчивость и порядок;
— Анализ живых и неживых материальных систем как двух классов;
— Отображение структурных уровней организации материи;
— Рассмотрение микро-, макро-, и мега-миров.

1. Системный подход в естествознании

Современная наука оперирует системным подходом для изучения структуры материального мира. Согласно этому подходу, любой объект материального мира представляет собой сложное образование, состоящее из организованных составных частей. Термин "система" используется для обозначения этой целостности.

В науке система определяется как внутреннее или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, которые проявляют себя как единое целое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

Понятие "элемент" означает минимальную, не разделяемую часть в рамках системы. Все системы имеют более устойчивые, упорядоченные и внутренне необходимые связи между их элементами, чем связи каждого элемента с окружающей средой. Элемент существует только в контексте данной системы, в других контекстах он может быть сложной системой сам по себе. Совокупность связей между элементами формирует структуру системы. В системе существуют два вида связей между элементами: горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные связи — это связи координации между элементами одного уровня в системе. Они имеют коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без изменений в других ее частях.

Вертикальные связи представляют собой отношения субординации, то есть взаимодействия элементов, выражающие сложную внутреннюю структуру системы, в которой некоторые части могут уступать или подчиняться другим по своей значимости.

2. Научное понимание системы. Устойчивость и упорядоченность системы

Понятие система занимает ключевое место в системном подходе. Разные авторы предлагают разнообразные определения системы с разной степенью формализации, выделяя различные аспекты этого понятия. Мы определим систему как группу элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, формирующих определенную целостность.

Вне зависимости от их природы, системы обладают определенным набором свойств:

Целостность означает, что свойства системы не могут быть сведены к свойствам ее элементов, а также что каждый элемент, его свойства и отношения зависят от его места внутри системы, его функций и т.д. Например, только взаимодействие элементов часов позволяет им отображать время, а не отдельные детали. Появление у системы новых свойств, которых нет у отдельных элементов, называется эмерджентностью;

Структурность означает возможность описания системы путем определения ее структуры или, другими словами, сети связей и отношений в системе. Она также подразумевает, что свойства и поведение системы зависят не столько от отдельных элементов, сколько от ее структуры. Примером может служить различие между свойствами алмаза и графита, обусловленное их разной структурой при одинаковом химическом составе;

Взаимозависимость системы и среды означает, что система формируется и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, играя при этом активную роль в этом взаимодействии. Ведь невозможно сказать что-либо о системе, если она не проявляет себя во взаимодействии со средой;

В системах имеет место иерархия, то есть каждый элемент системы можно рассматривать как отдельную систему, а изучаемая система в данном случае является одним из элементов более общей системы. Например, живая клетка в многоклеточных организмах одновременно является частью более общей системы — организма, и сама по себе представляет собой сложную структуру, которую следует признать как сложную систему.

Классификация систем

Существуют разные типы систем. В зависимости от взаимосвязи между ее частями и целым, системы можно разделить на органические и неорганические. Если рассматривать систему с точки зрения движения материи, то они могут быть механическими, химическими, физическими, или физико-химическими. По движению системы они делятся на статические и динамические. По изменениям в системе, они подразделяются на функциональные, нефункциональные и развивающиеся.

В зависимости от обмена с окружающей средой, системы могут быть открытыми или закрытыми, а по уровню организации они могут быть простыми или сложными. Также системы различаются по уровню развития – низшим и высшим, и по происхождению – естественными, искусственными или смешанными. Также системы могут быть прогрессивными или регрессивными.

Структурные уровни материи

Современная наука изучает Вселенную, окружающий мир и человека как разнообразные, но взаимосвязанные генетические системы. Другими словами, Вселенная, окружающий мир и человек представляют собой организованные порядки материи, включающие неорганические, биологические и социальные аспекты. Каждая из этих систем имеет свои уникальные структурные уровни, которые подчиняются специфическим внутренним законам.

Если говорить об неорганической системе, то здесь можно выделить следующие уровни материи:

• Субатомный. Иначе его называют микромир, состоящий из элементарных частиц, полей и атомов
• Суператомный – макромир, охватывающий совокупность твердых, жидких, газообразных тел и процессов
• Мегамир – планетарные образования, звезды, галактики, короче, Вселенная.

Для вещественных форм материи, таких как крупномасштабные и гигантские объекты, характерно обладание массой в состоянии покоя. Невещественные формы материи, такие как электромагнитные, гравитационные, внутриядерные поля и другие, характеризуются массой в движении. Масса в движении — это энергия соответствующих элементарных частиц в процессе их непрерывного взаимопревращения.

Современные научные данные предполагают, что в процессе развития метагалактик в отдельных планетарных системах могут возникнуть условия для появления органической жизни из некоторых неорганических компонентов.

В живой природе можно выделить следующие уровни организации систем:

• Доклеточный — включает в себя ДНК и РНК, вирусы, белки
• Клетка и одноклеточные организмы
• Многоклеточные организмы
• Виды
• Популяции
• Экосистемы
• Живая природа

На определенном этапе развития живой природы возникает группа животных, которая благодаря своей деятельности получает возможность перейти от биологических форм к человеческой форме существования.

Система социального порядка имеет следующие структуры:

• Человек
• Трудовые коллективы
• Род и племя
• Семья
• Нация и этнос
• Социальные слои и классы
• Общество
• Цивилизация
• Ноосфера

Общество может существовать благодаря деятельности людей, которая является особым видом организации материи. Именно производственная деятельность человека является основой общества, позволяя удовлетворить его потребности и обеспечить воспроизводство.

Различные уровни социальной деятельности находятся в взаимосвязи, к примеру, уровень наций и уровень государств. Однако более глубокий анализ показывает, что существуют основополагающие структуры, определяющие главные сферы общественной жизни.

К ним можно отнести различные сферы деятельности, такие как материально-производственная, духовная, социальная и политическая. Каждая из этих сфер имеет собственные законы и структуры, которые объединены в рамках общественно-экономической формации и составляют основу для развития общества.

Таким образом, организация структуры и системность играют ключевую роль в развитии материи и способствуют ее прогрессу.