Концептуальная модель развития

Наиболее важный этап процесса разработки модели состоит в выборе структуры модели системы. Вряд ли можно считать целесообразным начинать исследования с подробной математической модели, еще до того, как выдвинутые основные гипотезы и достигнуто более глубокое понимание механизма работы системы. Разработка модели системы начинается с наименее структурированная и широко применяемых понятий, а на их основе аксиоматичным способом развивается дальнейшая математическая модель. Методические аспекты изучения развития сложных систем неотрывны от самой теории развития.

Задача состоит в том, чтобы для определенного класса систем, а именно открытых динамических, таких самоорганизующихся конкретизировать общие закономерности развития, формализовать их, построить модель развития. Идея развития неразрывно связана с концепцией иерархии структурных уровней природы, выступающих в качестве степени, этапы развития природных объектов. Это положение едино для систем различной природы. Согласно схеме иерархической ступенчатой строения материи, отдельные объекты определенного уровня материи, вступая в специфические взаимодействия, служат исходными образованиями в развитии принципиально новых типов объектов с иными свойствами и формами взаимодействия. При этом основным исходным положением является наличие преемственности. Если нет преемственности, то мы будем наблюдать не процесс развития, а лишь хаотические изменения круговоротов. Новое всегда рождается в недрах старого. Развитие неживой и живой природы рассматривается как необратимое изменение структуры объектов природы. Важная проблема в теории развития - выявление объективных критериев прогресса, определяющие переход системы от одного уровня развития к другому, более высокому.

Одной из естественнонаучных конкретизаций принципа развития является принцип возрастания энтропии, отражающий образование новых материальных форм и структурных уровней. Уравнения Больцмана для энтропии часто рассматривают как математическое выражение закона эволюции. Однако эта математическая модель процесса развития имеет такие серьезные недостатки.

Она показывает лишь направление эволюции и не учитывает того факта, что системы, которые развиваются, - это системы открытые, которые могут уменьшать свою энтропию за счет увеличения энтропии во внешней среде. С позиций неравновесной термодинамики развитие трактуется как последовательность переходов иерархии структур возрастающей сложности. Переход на новый уровень развития идет от беспорядка к порядку через неустойчивость. В неравновесных ситуациях появление порядка возможна только при наличии внешних потоков (материально-энергетических или информационных), удерживающих систему далеко от равновесия. При отсутствии этих потоков (изоляции системы) в подобных ситуациях развиваются диссипативные разрушения структуры, рассеяния (диссипация) энергии или информации, в результате чего системы деградируют к равновесному состоянию.

Взаимодействие со средой создает потенциальные возможности для возникновения неустойчивых состояний и появления вслед за неустойчивостью новой, более упорядоченной структуры. Неустойчивость, возникающая в процессе развития, создает возможность скачкообразного перехода системы в новое состояние. Прыжок можно рассматривать как реакцию системы на возмущение с целью его компенсации, только система возвращается не к прежнему состоянию, а переходит к новому, то есть "развитие через неустойчивость" обеспечивает устойчивость на более высоком уровне. При этом саму устойчивость понимают не как устойчивость равновесных структур типа кристаллических образований, а как динамическую устойчивость открытых систем за счет самоорганизации, авторегуляции, оказываемых достаточно сложных систем в основном путем информационного обмена (В. Эбелинг).

Спокойный эволюционный этап развития характеризуется наличием соответствующих механизмов, стабилизирующих данное состояние системы и ликвидируют любое отклонение от него (возвращают систему к этому состоянию). Со временем эти механизмы ослабляются через количественный рост соответствующих параметров или среды системы, в силу чего они уже не могут осуществлять стабилизацию системы. Наступает кризисное состояние. Новое вступает в противоречие со старым, и, как результат этого противоречия, происходит скачкообразный переход системы в новое устойчивого состояния.

Развитие - это прежде всего необратимое изменение. Поэтому слишком устойчива, то есть абсолютно устойчивая система к развитию не способна, так как она подавляет любые отклонения от своего гиперстийкого состояния и при любой флуктуации возвращается в свой равновесное состояние. Для перехода к новому состоянию система должна стать в какой-то момент неустойчивой. Но перманентная неустойчивость - это другая крайность, также вредна для системы, как гиперстийкисть, потому что она исключает "память" системы, адаптивное закрепление полезных для выживания в данной среде характеристик системы.

Таким образом, хотя имеют право на существование только устойчивые системы (неустойчивые сразу элиминируются), но развиваются только те из существующих систем, способных (на некоторое время) становиться неустойчивыми под влиянием соответствующих факторов. Такой тип поведения характерен для открытых систем, которые могут находиться в стационарных состояниях, далеких от равновесия. Такое поведение мы наблюдаем в биологических, экологических, экономических, социальных системах.

В настоящее время основные положения неравновесной термодинамики о развитии сложных систем стали практически общенаучными. Опираясь на такое представление о развитии сложных систем, можно выделить два основных параметра, характеризующих процесс развития. Это устойчивость системы и степень ее организованности.

Развитие - это единый целостный процесс, который может рассматриваться только в отношении системы, так как этот процесс является результатом кооперативной действия элементов системы. Если мы хотим исследовать процесс развития отдельного элемента, то должны изобразить этот элемент в виде системы, проведя разбивания его на элементы и выделив внешнюю среду.

Степени организованности системы может служить энтропия, понимаемая в широком смысле. Состояние системы определяется распределением ее элементов, имеющих данный признак, степени их упорядоченности. Энтропия системы может быть определена д ля различных уровней агрегирования ее элементов.

Из изложенных выше соображений следует, что для определения состояния и тенденций развития системы необходимо знать, в каком состоянии находится система (устойчивом или неустойчивом) и как при этом меняется энтропия системы. Эволюционный этап развития характеризуется устойчивостью системы и увеличением энтропии. Рост энтропии может быть вызвано не только ростом числа элементов, но и нарушением связей, упорядоченности системы. В этом случае нарушение связей может привести к тому, что система перестанет выполнять возложенные на нее функции, она будет способна к этому в силу своей неорганизованности. Таким образом, рост энтропии не всегда свидетельствует о том, что система повышает свой запас устойчивости. Вблизи точки бифуркации случайные флуктуации могут изменить траекторию движения системы.

В зависимости от внешних и внутренних условий система или деградирует, или переходит на новый качественный уровень развития. Период зарождения и формирования новой системы связан с потерей устойчивости и возникновением диссипативной структуры, сохраняется только благодаря обмену энергией, веществом, информацией с внешней средой. Период зарождения новой системы характеризуется увеличением диссипации. При соблюдении определенных условий в системе могут возникнуть процессы упорядочения структуры, в результате чего энтропия будет уменьшаться и система перейдет к новому устойчивому состоянию. На этом один цикл развития заканчивается, начинается следующий - эволюция новой системы.

Деградация системы рассматривается в двух аспектах. В первом случае резко возрастает энтропия, система теряет устойчивость, но переход к новому устойчивому состоянию не происходит. В данном случае отсутствуют регулирующие механизмы (внутренние и внешние), возникает лавинообразный рост энтропии вследствие роста числа новых элементов-признаков и отсутствия когерентной поведения с их стороны. Система дезорганизуется и не может выполнять свои функции.

Во втором случае энтропия уменьшается за счет количественных изменений в системе. Система в силу своей гиперстийкости теряет способность к адаптации и при наличии соответствующих внешних воздействий может разрушиться, то есть устойчивость отдельных подсистем еще не определяет устойчивость системы в целом. Устойчивость систем развивающихся мы связываем со структурной устойчивостью и функционированием системы. В данном случае система, которая не имеет способности к адаптации, не может функционировать в меняющихся внешних условиях (А. К. Айламазян).

В зависимости от значений управляющего параметра система может находиться в большом числе устойчивых и неустойчивых режимов. Траектория развития системы характеризуется чередованием устойчивых участков, где доминируют детерминистические законы, и неустойчивых участков вблизи точек бифуркации, где перед системой открывается возможность выбора одного из нескольких вариантов будущего. И детерминистический характер уравнений, описывающих поведение системы и позволяют вычислить заранее набор возможных состояний, определить их относительную устойчивость, и случайные флуктуации, которые "выбирают" один из нескольких возможных состояний вблизи точки бифуркации, теснейшим образом взаимосвязаны. Эта смесь необходимости и случайности составляет "историю" системы. Модель связывает конкретный этап развития системы со знаком производной энтропии и устойчивостью системы. Модель показывает, что система любой сложности при соответствующих условиях может проходить все этапы развития.

Предлагаемая концептуальная модель развития базируется на одной из основных категорий информатики - энтропии как мере порядка в системе. Такую концепцию развития систем назовем информационной и выдвинем гипотезу о том, что она применима к системам неживой и живой природы, к искусственным, социальных и других систем.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >