Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Экзамен на «Homo Sapiens – II». От концепций естествознания ХХ века – к естествопониманию

Поляков В. И.,

2.3.3. Основные структурные правила систем

Рассматриваемые далее правила организации и функционирования любых систем даны близко к их изложению в книге Н.Ф. Реймерса [66] и являются их частичной выборкой. Наша задача - продемонстрировать применимость законов, характерных для биологических систем, также и для физических, социальных и прочих. Одно из самых общих правил, позволяющее понять, как устроены системы, сформулировано в виде правила сложения систем много тысячелетий назад и его связывают с именем Цзян Янгин (Zhang Yingging), биоголографический закон:

• Ø «Часть является миниатюрной копией целого и все части одного уровня иерархии систем похожи друг на друга».

Системы строятся по простым законам из более простых систем. Поэтому целевая функция любого организма - «жить» выполняется и дублируется на более низких уровнях систем, обеспечивающих этот процесс жизни, получение и переработку внешней энергии. Почки, печень, сердце и все другие органы человека состоят из подобных клеток и выполняют похожие функции - получение энергии для собственного питания и обеспечение энергией надсистемы - всего организма. В неорганической среде также. Например, атом является подобием по строению звёздной системы, клетка в организме - малая копия по функциям целого органа, ветка - упрощённая копия дерева, в структуре листа видна копия структуры ветки. Все электроны в атоме похожи друг на друга по структуре и массе, но отличаются спинами (направлением вращения) и энергией; все планеты в Солнечной системе тоже похожи, но отличаются по массе, орбите, магнитному полю.

Так из подобных «кирпичиков» складывается новое единство, но эта новая сложная система несёт в себе отпечатки её составляющих и потому в чём-то подобна им. При этом системы более высокого уровня отличаются усложнением структуры и имеют другие задачи, целевые функции. Об этом свидетельствует аксиома эмерджентности (англ.: emergence - возникновение, появление нового):

• Ø «Целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у его частей-подсистем».

Подсистемы, составляющие систему, выполняют каждый свою функцию, но объединённые, они расширяют свои возможности и функции. Свойства системы-человек многократно сложнее свойств систем его кроветворных или мочеполовых органов.

Как формируется новая система из существующих подсистем? Некоторые ответы на это дают следующие правила. Общий принцип дополнительности (Н. Бор):

• Ø «Две взаимосвязанные, но различные материальные системы дополняют друг друга в своем единстве и противоположности».

Подобное правило сформулировал и Гераклит: «В едином всегда сосуществуют противоположные силы, определяя целостность». Два и более одинаковых объектов составляют совокупность, но не систему. Действует закон необходимого разнообразия:

• Ø «Никакая система не может сформироваться из абсолютно идентичных элементов».

Это правило - расширенная интерпретация правила Бора. Действительно, система формируется за счёт действия каких-то сил притяжения между подсистемами. Ядро атома нельзя сложить только из протонов. Хотя протоны близки к нейтронам по массе и другим ядерным свойствам, именно их различие в заряде позволило создать единую систему. Нуклоны тоже, как будет показано (см. 3.2), формируются по определённым законам из двух частиц, отличающихся зарядом: электрона/позитрона (далее также показано, что это одна частица, отличающаяся направлением вращения).

В известных нам системах нижний предел разнообразия, формирующий систему, - два объекта: протон-нейтрон, на уровне живого - это белок и нуклеиновая кислота, на уровне человеческого вида - это муж и жена, но чем сложнее система, тем больше в ней разнообразия. Объединение этих составляющих происходит на условиях некоторой автономии, что также замечено в экологических правилах.

• Ø Правило системного сепаратизма: «Разнокачественные составляющие системы всегда структурно независимы».

Две системы, составляющие единую, каждая должна сохранять свою структуру, обеспечивать её соответствующим питанием для того, чтобы оставаться системой. Отсюда и сепаратизм. Если составляющие системы значительно отличаются, то они образуют подобие автономии, с ослабленной связью с центральной структурой. Возникает очень важный вопрос, сколько надо взять и сложить составляющих, чтобы они могли сформировать жизнеспособную систему? Конечно, при огромном многообразии систем нет единого ответа. Общее правило свидетельствует, что для разных систем требуется оптимальность, определяемая их функциями. Закон полноты составляющих:

• Ø «Число функциональных составляющих системы и связей между ними должно быть оптимальным в зависимости от условий среды и типа системы».

Сложность системы определяется, прежде всего, её функциональной задачей, а для её выполнения требуется определённое количество элементов и необходимое количество организованных взаимосвязей между ними. Именно связи внутри системы (электромагнитные или гравитационные поля, финансовые потоки, доступные пищевые ресурсы, любовь между людьми...) определяют количество составляющих в системе. Например, в Солнечной системе 9 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Следовательно, большее или меньшее число планет не соответствует структурным связям - силам взаимодействия. Есть мощный пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Почти доказано, что эти астероиды - остатки протопланеты, разорванной притяжениями Солнца и увеличившего свою массу Юпитера. Массы планет сформировали соответствующие гравитационные поля на каждой орбите и не позволили существовать «лишней» планеты - Фаэтон.

Число планет в Солнечной системе, число атомов элемента в молекуле, число типов атомов элементов в Природе определяется наличием сил связи. Системы формируются из подобных "кирпичиков", которые складываются до построения законченной структуры. Пример, - таблица Д.И. Менделеева. Из протонов (при наличии в ядре также нейтронов) и соответствующего числа электронов можно сформировать только определённое число элементов. В Природе их 92, а число трансурановых, радиоактивных элементов ограничено именно силами электрической связи, и потому поиск физиками «острова стабильности», вряд ли будет результативен (см. 4.5). У любого типа системных образований существуют определённые границы, что сформулировано в законе периодичности строения системных совокупностей:

• Ø «Природные системы одного подуровня организации составляют периодический ряд аналогичных структур в пределах общесистемных пространственно-временных границ».

Число составляющих подсистем должно быть оптимальным для существования системы, но для поддержания существования должен быть «запас», а для развития - «ростки». Об этом свидетельствует закон избыточности системных элементов:

• Ø «Системы стремятся к избыточности основных своих составляющих при минимуме вариантов организации».

Это означает, что системы строятся с запасом элементов и жизненных ресурсов. Они могут сохранять свои основные свойства и функции после потери каких-то элементов: атом - без нескольких нейтронов, молекула без электрона, дерево - без нескольких веток, человек - без руки или иной части тела. Вторая часть закона говорит о «скупости» природы - всё построено из малого числа подобных «кирпичиков». Эта важная особенность природных систем не усвоена современной физикой, где придуманы сотни частиц, называемых элементарными, где для структуры нуклонов придумано множество различного типа кварков. В Природе системы устроены рационально. Всё многообразие ядер химических элементов построено из протонов и нейтронов, взятых в разном количестве. Все организмы построены из подобных клеток. Вся наследственная информация будущих организмов в молекулах ДНК зашифрована различным сочетанием всего четырёх азотосодержащих оснований: аденин, тимин, цитозин и гуанин.

На этапах эволюции систем отказ от избыточных элементов является законом, обеспечивающим повышение энергетической целесообразности. Об этом свидетельствует правило перехода избыточности в самоограничение:

• Ø «Избыточность системных элементов может быть заменена повышением качества и индивидуальной надежности составляющих или агрегацией в функциональные надсистемы».

Например, сосна по мере роста сбрасывает нижние ветки, которые получают мало солнечной энергии. Избыточные, энергетически не выгодные части системы при изменении внешних ограничивающих условий должны быть отброшены. Для сохранения состояния биосферы планеты необходима оптимизация энергетических связей в ней, ликвидировать избыточность антропогенного производства энергии. Но это невозможно...

Никакая система не может бесконечно увеличивать свою массу, потребление энергии и ресурсов внешней среды. В человеческом организме системы управления ограничивают размножение клеток, а сбой в этой системе в каком-то органе ведёт к онкологическому заболеванию. О важности действия неких сдерживающих развитие систем свидетельствует правило баланса консервативности и изменчивости:

• Ø «Любая саморазвивающаяся система содержит структуры, закрепляющие ее строение и стремящиеся к видоизменению».

Устойчивость систем обеспечивается при преобладании в них сил притяжения, консервативных принципов сохранения целостности и традиций. С другой стороны, способность к приспособлению к изменяющимся условиям окружающей среды и видоизменению - также необходимое условие существования систем. Баланс консервативности и изменчивости в любых системах выражается в сочетании либерализма и централизма в политических структурах, наследственности и изменчивости в биологических структурах, сил притяжения и отталкивания в физических процессах, центробежных и центростремительных сил в круговом движении.

Любая система во времени проходит этапы развития (рост), квазистабильность (в экологии - «климаксовое состояние»), а далее, стагнация и гибель системы. Таков общий закон Природы. Вечное развитие и существование системы невозможно. Это подчёркивает закон оптимальности:

• Ø «Любая система функционирует с наибольшей эффективностью в характерных для нее пространственно-временных пределах».

Это означает, что любая система существует в определённых географических условиях, имеет дату рождения и когда-то должна умереть. Всё рождается и всё умирает, чтобы продолжалось развитие, чтобы рождались новые, улучшенные системы. Периоды функционирования для подобных систем должны быть подобны, а для разнородных систем могут отличаться очень значительно. Например, максимальная продолжительность жизни видов живых организмов может составлять от часов до сотни и более лет (бабочка-однодневка - до 20 дней; пчела - от 1,3 до 9 мес.; мышь, мелкие породы рыб - 1-3 года; змеи, крупные рыбы, мелкие птицы, свиньи, козы, кошки, собаки - 10-30 лет; жабы, крупные птицы и животные - страусы, журавли, лошади, медведи, слоны - 30-70 лет). Для человека как идеально возможный срок жизни примерно в 120 лет подтверждают современные биологические исследования и наблюдаемая статистика. Интересно, что именно такой срок человеческой жизни указан в Библии. После Всемирного потопа Бог установил: «И будет срок жизни Вашей - 120 лет». У всего есть свой срок, и потому обещания некоторых геронтологов продлить жизнь людей до 150 и более лет противоречит законам Природы.