Системный подход в естествознании

Системный подход в естествознании

 

1. Истоки редукционизма и холизма  в науке

 

 

 

Наши неудачи в плане понимания  механизмов целесообразности мира есть результат особого стиля мышления, основу которого составляет рассудок. Под рассудком мы будем понимать ту составляющую человеческого аппарата познания, которая оперирует рассуждениями, построенными из особого рода мысленных объектов - стереотипов, абстракций и т.п., каждый из которых является результатом обобщения какого-то повторяющегося класса явлений внешнего мира, поэтому имеет статус аксиомы. Другими словами рассудок является типичной формально-логической системой, которая несет в себе ограниченность, отраженную в теореме Геделя (см. ранее).

 

Обладая определенной стереотипной базой, познающий субъект проецирует на нее любое изначально целостное явление природы, раскладывая его на составляющие, соответствующие отдельным стереотипам (абстракциям). Такой метод работы мыслительного аппарата человека называется анализом. Второй ступенью познания является синтез - из выделенных в процессе анализа абстракций человек синтезирует мысленные конструкции (модели), которые в основных аспектах подобны реальным целостным явлениям.

 

Любая модель повторяет лишь наиболее существенные стороны моделируемого  явления и не учитывает второстепенных. Поэтому описанный алгоритм процесса познания несет в себе вероятность загрубления модели, что во многом разгружает мыслительный аппарат, позволяя добиться четкого понимания некоторых конкретных механизмов реальных явлений. В то же время в модели не находят отражение такие стороны явлений, которым в стереотипной базе человека не нашлось соответствующего аналога. Такая модель верно отражает только часть природы явления, что впоследствии может привести процесс познания в тупик, потому что через неучтенные стороны реальное явление органично связано со всем миром. Пренебрежение этими связями рождает иллюзию изолированности данного явления от своего окружения.

 

В результате в понимании человека формируется так называемая множественная  картина мира, для которого характерно многообразие явлений, событий, объектов, которые кажутся обособленными друг от друга, обладающими собственными характеристиками (например размерами, массой, энергией и т.п.), определенным образом взаимодействующими с другими обособленными явлениями. В качестве вместилища этих объектов человек синтезирует образы пространства и времени.

 

Так был сформирован механистический  стиль мышления, который успешно  вскрывал формальную сторону фундаментальных  законов природы, но не мог понять их сути. Принципы механистического подхода:

 

1) редукционизм - первопричины всех  явлений лежат в поведении  элементов, из которых построено  явление; знание законов микромира  определяет уровень наших знаний  макроявлений;

 

2) экспериментальность - все можно  измерить (дать количественную оценку), неизмеряемым сущностям нет места в науке;

 

3) повторяемость - научным считается  только такой результат, который  может быть повторен в других  научных лабораториях;

 

4) антителеологичность - все, что  кажется целенаправленным можно объяснить действием естественных «слепых» законов.

 

Благодаря механистическому подходу  научные знания всегда славились  своей точностью, однозначностью и  непротиворечивостью. В этом сила науки. Но здесь же лежит и основная ее слабость. Отказ от противоречивости приводит к самообману, так как сама природа изначально противоречива.

 

Особенно явно механистический  подход дал сбой, когда наука вплотную подошла к изучению так называемых «сложных систем», особенность которых  в существенной взаимосвязи их свойств. Поэтому однофакторные эксперименты над ними не эффективны, а многофакторные не позволяют выявить простых законов, которым подчиняются сложные системы. Многие свойства сложных систем оказываются понятными только при рассмотрении системы как единого целого. С ростом сложности структуры системы растет количество факторов, определяющих ее поведение. Особенно наглядно это видно в случае биосистем (живых организмов). Если в плане понимания законов, управляемых «неживой материей» наука достигла определенных успехов, то понимание феномена жизни для нее похоже недостижимо без коренной перестройки самих ее основ.

 

В природе все взаимосвязано. Мир  представляет собой нечто органичное, целостное и неделимое. В этом истоки холизма. Поэтому при изучении любого явления природы успех научного метода оказывается возможен только за счет мысленного разрыва тех связей, которыми данное явление неразрывно вплетено в ткань Вселенной. При этом мы добровольно отказываемся от части истины, хранящейся в этих связях.

 

 

 

2. Понятие системы. Общие принципы системной динамики. Системный подход

 

 

 

Системный подход является одной из попыток  вырваться за пределы однозначности  научных знаний. Это новый этап в развитии методов познания мира, дополнительный к принципам механистического подхода. Он является попыткой оценить по достоинству роль целостности. В основе системности в природе лежит ее свойство быть одновременно единым и неделимым целым и в то же время обладать свойством множественности.

 

Слово «система»  в переводе с греческого означает «целое, составленное из частей». Под системой понимают совокупность явлений, элементов, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность. Различают простые и сложные системы. Можно считать систему сложной, если ее поведение содержит акт решения, определяемый как выбор альтернатив с помощью какого-либо алгоритма, например случайного. Известно, что в свойствах и поведении сложных систем независимо от природы составляющих их элементов прослеживаются четкие аналогии. В конце сороковых годов Берталанфи предложил программу построения «Общей теории систем» (ОТС).

 

Наиболее  общей закономерностью сложных  систем является закон подобия части  и целого: часть является миниатюрной  копией целого, а потому все части одного уровня иерархии систем похожи друг на друга. Этот закон известен из глубины веков. Так «Изумрудная скрижаль» Гермеса Трисмегиста гласит: «Истинно. Несомненно. Действительно. То, что находится внизу, подобно находящемуся наверху, и обратно, то, что находится наверху, подобно находящемуся внизу, ради выполнения чуда единства».

 

Для биосистем  в формулировке Мюллера и Геккеля  закон подобия части и целого известен как биогенетический закон: онтогенез (индивидуальное развитие особи) повторяет филогенез (историческое развитие вида). Ярким подтверждением данного закона является эмбриогенез: развитие эмбриона повторяет формы, через которые данный вид прошел в процессе своей эволюции. Для человека этот закон можно, вероятно, дополнить: ноогенез (формирование мышления) каждого человека повторяет антропогенез, то есть исторический процесс формирования мыслительного аппарата всего человечества. Можно предположить, что формирование человека повторяет весь ход эволюции Вселенной.

 

В более  общей формулировке этот закон читается как системогенетический закон (Н.Ф. Реймерс): все системы в индивидуальном развитии повторяют в сокращенной и нередко в закономерно измененной и обобщенной форме эволюционный путь развития данного вида систем. Этому закону подчиняются, например, минералогические процессы, которые в короткие интервалы времени как бы повторяют общую историю геологического развития Земли (геогенетический закон Рундквиста Д.В.). Именно системогенетический закон рождает как следствие закон последовательности прохождения фаз развития: фазы развития природной системы могут следовать лишь в эволюционно и функционально закрепленном порядке, обычно от относительно простого к сложному, как правило, без выпадения промежуточных этапов, но, возможно, с очень быстрым их прохождением или эволюционно закрепленным отсутствием. Насильно убрать какую-то из фаз развития практически невозможно.

 

Подобие части и целого не означает их идентичности. Наоборот, еще в  античные времена была сформулирована аксиома: целое больше суммы его  частей. Сейчас она читается как аксиома эмерджентности (от английского слова эмердженс - возникновение, появление нового): целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у частей-подсистем и не равно сумме элементов, не объединенных системообразующими связями. Зачастую, исходя из свойств отдельных компонентов системы, невозможно предсказать свойства системы как целого. Например, водород и кислород, соединяясь, дают воду, совершенно непохожую на исходные газы.

 

Особенно сильна эмерджентность в  высокоорганизованных биосистемах, таких  как теплокровные животные. Здесь  появляются такие непостижимые эмерджентные свойства, как образное отражение окружающего мира, психика, разум и т.п. Особенно заметны эмерджентные свойства при исследовании социальных систем, например, муравейник, пчелиный улей, птичья стая, толпа и т.п. Так птицы, объединенные в стаю, теряют частично свою маневренность (стая более массивна и неповоротлива, чем птицы в отдельности). Аналогично человек в толпе теряет часть своей свободы и позволяет увлечь себя «голосу толпы» (для выхода из толпы нужно затратить определенную энергию по преодолению системообразующей силы). Эмерджентность невозможно разложить на составляющие, ее нужно принять как данность, как нечто изначально целостное, неделимое, присущее только всей системе в целом и никакому элементу системы в отдельности. То есть к эмерджентности неприменим принцип редукционизма.

 

Любая система характеризуется  своей «структурой» и «поведением». Структура – это строение и  внутренняя форма организации системы, выступающая как единство устойчивых взаимосвязей между ее элементами, а также законов данных взаимосвязей. Поведение определяет внешнюю сторону системы (текстуру), в соответствии с которой любая система может входить в качестве элемента в состав других систем более высокого уровня. Таким образом, одним из основных свойств систем является их иерархичность (иерархия - расположение ступенчатым рядом), в соответствии с которым любая система сама может являться элементом более общей системы, в то же время каждый элемент системы сам в свою очередь может являться системой. Иерархичность систем обеспечивает их устойчивость и неуязвимость.

 

Современный уровень знаний позволяет  представить иерархию природных  систем в виде следующей цепочки: элементарные частицы - атомы - молекулы - клетки - многоклеточные - экосистемы - биосфера - космическое тело - звездная система - галактика - Вселенная. Между уровнями приведенной иерархии биосистем не существует четких границ или разрывов, здесь обнаруживается масса промежуточных переходных форм, например, молекула - макромолекула (полимер) - сложномолекулярный комплекс (вирус) - коацерватная капля - клетка. По большому счету четкой границы нет даже между отдельным организмом и экосистемой: организм, изолированный от экосистемы, не может жить долго, так же как изолированный орган не может жить долго без тела, в котором он изначально зародился.

 

Принципы системного подхода противопоставлены  принципам механицизма:

 

1) дедуктивность - постулируется  возможность существования явлений,  даже если мы не понимаем  их механики, и уже исходя из  этого выводятся законы, позволяющие существовать таким явлениям;

 

2) рекуррентность – постулируется  возможность существования таких  свойств и связей между элементами  системы, механика которых нам  не понятна (тем самым узаконивается  эмерджентность);

 

3) телеологичность - признается существование феномена целесообразности в поведении сложных систем и их элементов.

 

Системный подход не отгораживается от явных достижений механицизма. Хотя принципы механицизма не присутствуют в приведенном выше списке, их наличие, тем не менее, подразумеваются, но в противоречивой дополнительности со своими же отрицаниями.

 

 

 

3. Принцип гармонии. Понятие живого  организма. Вселенная как живой  организм

 

 

 

Вообще, если какая-то часть (подсистема) не подобна системе в целом, то она входит в дисгармонию с другими подсистемами и с системой в целом. В частности, она не способна поглощать из окружающей среды энергию и информацию для поддержания собственной системной целостности. Такое состояние является неустойчивым, поэтому подсистема либо изменяется (адаптируется), либо разрушается. В экологии данный закон получил название принципа соответствия: форма существования организма всегда соответствует условиям его жизни. Этому способствует закон давления среды на живые организмы (закон естественного отбора Ч. Дарвина).

 

Под гармонией понимается наиболее оптимальное сочетание противоречивых сторон в едином целом. По определению  одного из пифагорейцев, Филолая, гармония есть «согласие разногласного». Это  такое сосуществование нескольких подсистем в рамках единого целого, при котором достигается минимальное количество противоречий (конфликтов, противостояний, напряжений). В физике подобное состояние называется энергетически наиболее выгодным. Это состояние с наименьшей потенциальной энергией взаимодействия подсистем. В экологии это состояние с наименьшим количеством конкурентных отношений.

 

В состоянии гармонии заложена изначальная  противоречивость мира. Многочисленные исследования показывают, что состояние  гармонии достигается, когда соотношение  порядка (предсказуемого, подчинения системным законам) в поведении элементов системы и хаоса (непредсказуемого, свободы выбора) тяготеет к «золотой пропорции» ( = 0,618). «Золотая пропорция» вытекает из принципа подобия части и целого - это есть такое деление единого целого на две части, при котором меньшая часть (ассоциированная со свободой выбора) относится к большей (ассоциированной с системными законами) так же, как большая часть относится к целому (рис.7).

 

Только те элементы системы, которые  несут в себе «золотое» соотношение между «свободой выбора» и закономерностью могут устойчиво существовать длительное время, то есть обладают живучестью. Особенно характерно подчинение закону гармонии для биосистем, которые буквально «напичканы» золотыми пропорциями. Не случайно магическим символом жизни считается пентаграмма (пятиконечная звезда), в которой можно насчитать более двухсот золотых сечений. Вообще пятеричная симметрия характерна для биосистем. Так в неживой природе практически не используются кристаллические структуры с пятеричной симметрией, в то же время вирусы могут кристаллизоваться, и эти кристаллы имеют пятеричную симметрию.