Файл: Учебник КСЕ.doc

А. Эйнштейн обобщил этот принцип, сформулировав два постулата специальной теории относительности.

1. Все законы физики должны быть одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, движущихся относительно друг друга поступательно и равномерно (с постоянной скоростью).

2. Скорость всех взаимодействий в природе ограничена скоростью света. Или скорость света одинакова во всех инерциальных системах.

Многие ученые предлагали называть специальную теорию относительности теорией инвариантности, поскольку в ней обосновывается существование двух важнейших инвариантов природы. Первым является постоянная скорость света, вторым – соотношение Е = mc². Таким образом, в специальной теории относительности А. Эйнштейна произведено весьма полное обобщение как принципа относительности, так и принципа инвариантности.

Дополнительность. Принцип дополнительности, несмотря на его исключительную важность в науке, разработан совершенно недостаточно. Иногда этот принцип трактуется либо как синоним соотношений неопределенности, либо как логически и исторически вытекающий из него.

Н. Бор ввел «дополнительность» как принцип, согласно которому некоторые понятия в физике являются несовместимыми и должны восприниматься только как дополняющие друг друга. Соотношение неопределенностей представляет собой количественное выражение этого принципа. Н. Бор сформулировал свою наиболее отточенную формулировку принципа дополнительности: «Как бы далеко не выходили квантовые эффекты за пределы возможностей классической физики, описание экспериментальной установки и регистрации результатов наблюдения всегда должны производиться на обычном языке, дополненном терминологией классической физики. Это есть простое логическое требование, поскольку термин «эксперимент» в сущности, может применяться лишь для обозначения такой ситуации, когда мы можем рассказать другим, что сделали и что узнали в итоге». «Есть два вида истины – тривиальная, отрицать которую нелепо, и глубокая, для которой обратное утверждение – тоже глубокая истина». Можно сформулировать эту мысль иначе: содержательность утверждения проверяется тем, что его можно опровергнуть. Приведем еще одно высказывание Бора: «Никогда не выражайся яснее, чем ты думаешь». Понятие «истина» Бор считал дополнительным понятию «ясность». Он также полагал, что проблема «свободы воли» решается дополнительностью мыслей и чувств. Пытаясь анализировать переживания, мы изменяем их и, наоборот, отдаваясь чувствам, теряем возможность их анализа.

Принцип дополнительности применяется также в биологии, лингвистике и ряде других наук, но главную мысль, обобщающую этот принцип, можно выразить так: природная (сущностная) картина явления и его строгое математическое описание взаимодополнительны. Например, создание физической картины явления требует качественного подхода, пренебрежения деталями и уводит от математической точности. А точное математическое описание настолько усложняет картину, что затрудняет физическое понимание.

---

Очень емкой формулировкой принципа дополнительности является формулировка И. Пригожина, правда в вольной интерпретации: «Мир богаче, чем можно выразить на любом одном языке...».

Ярким методологическим принципом является принцип соответствия, предложенный Н. Бором: «Никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в этой области». Обобщенная формулировка принципа соответствия имеет вид: «Теории, справедливость которых установлена для той или иной предметной области, с появлением новых более общих теорий не устраняются как нечто ложное, но сохраняют свое значение для прежней области как предельная форма и частный случай новых теорий.

Основные подсистемы науки – естественные, общественные и технические. Характерно отсутствие резких граней между науками в настоящее время и междисциплинарные комплексные научные исследования. Наблюдается иерархичность: фундаментальные науки, изучающие основные закономерности развития материи и сознания, и практические науки, применяющие достижения фундаментальных наук на практике. Преобладание эмпирического знания было до начала XX века. Определяющая роль теоретического уровня научного познания – в современную эпоху. Качественное изменение эмпирического уровня на основании новых теоретических конструкций и информационных технологий.

Закономерностью развития естествознания является непрерывно-дискретный характер его развития. Скачкообразный ход развития науки при решении актуальных проблем характеризуется сменой типов научной рациональности.

В истории современного естествознания можно классифицировать глобальные естественнонаучные революции: аристотелевская, ньютоновская, эйнштейновская, пригожинская(?).

Принципиальное раздвоение каждой из фундаментальных научных проблем, как отражение принципа неполноты соответствующих теорий (теорема Гёделя). Усовершенствование первоначальной единой теории как решение альтернативных равноправных начал на примере развития синергетической парадигмы фундаментальности.

8.5.3. Самоорганизация в природе в терминах параметров порядка

Система может быть определена как комплекс взаимодействующих элементов (определение Берталанфи).

Систему можно определить как любую совокупность переменных, которую исследователь выбирает из числа переменных, свойственных реальному объекту (определение У.Р. Эшби).

Системой является произвольная вещь, на которой реализуется какое-то отношение, обладающее произвольно взятым определенным свойством. И двойственная формулировка: системой является произвольная вещь, на которой реализуются какие-то свойства, находящиеся в произвольно взятом определенном отношении (определение Уёмова А.И).

---

Системные исследования продвигаются вперед, имеют успех, несмотря на отсутствие общепринятого общего (абстрактного, для всех случаев справедливого) определения систе­мы.

Выделим для наглядности те характеристики, с которыми, прежде всего, ассоциируется наша интуиция системы: наличие системообразующего фактора (свойства или отношения), который выражает смысл системы; смысл системы часто называют эмерджентным свойством системы, т.е. свойством, которым обладает система, но не обладают какие-либо ее части сами по себе.

Система обладает структурой, посредством которой на определенном субстрате реализуется концепт и благодаря которой система есть то, что она есть, т.е. получает эмерджентное свойство. Структура есть не что иное, как отношения между элементами системы. Система содержит также элементы, которые упорядочены структурными отношениями.

Элементы и структура вторичны по отношению к концепту: концепт определяет, что является элементами системы и каково их структурное взаимоотношение, а не наоборот. Система является определенным единством, целостностью, индивидуальностью. Система как индивидуальность выделена из окружающей среды, отличается от нее. Системы нет без окружающей ее среды. Система имеет непространственную границу, которая отделяет ее от внешней среды. Система имеет каналы связи между системой и внешней средой, называемые входами и выходами системы.

В системных исследованиях очень часто бывает полезно изобразить систему графически. Для этого используются обычно две модели системы: модель черного ящика и модель белого ящика.

Модель черного ящика используется в тех случаях, когда особый интерес для исследователя представляет взаимоотношение системы со средой. Если у системы есть внешняя окружающая среда, то должна быть и связь системы с ней, какое-то взаимное влияние их друг на друга. Между ними должны быть и граница, и каналы связи – это схема модели «черного ящика», показанная на рис. 7.

Рис. 7. Модель «черного ящика» изучаемой системы

Характер связи системы с внешней средой, как правило, далеко не очевиден и часто требует специального изучения. Внешняя среда влияет на систему через каналы связи, называемые входами системы (см. рис. 9

модель «черного ящика»). Это название подчеркивает отсутствие сведений о содержании черного ящика, т.е. о внутренних характеристиках системы. В этой модели задаются, фиксируются только входные и выходные связи системы с внешней средой. Такая модель часто оказывается полезной, несмотря на кажущуюся простоту и бедность.

Если сигналы с выхода системы попадают на вход системы по каналу обратной связи в фазе (сдвиг фаз равен 0⁰, либо 360⁰) то такую обратную связь называют положительной, если сдвиг фаз равен 180⁰, то отрицательной.

Н. Винер связывал суть науки об управлении с организацией и самоорганизацией, которая рассматривалась им как антипод энтропии, фактор, противостоящий тенденции роста мирового хаоса.

---

Под самоорганизацией понимается способность к стабилизации некоторых параметров посредством направленной упорядоченности ее структуры с целью противостоять энтропийным факторам среды. Самоорганизация – это структура в действии.

Для процесса самоорганизации характерны следующие структурные компоненты и свойства:

1. Механизм управления, представленный в том или ином виде и отвечающий за получение, оценку, пе­реработку сигналов, несущих информацию и формулирование программы ответного действия.

2. Канал обратной связи.

К свойствам процесса самоорганизации относятся следующие:

1. Самоорганизующаяся система сохраняет состояние термодинамического равновесия.

2. Негаэнтропийный характер самоорганизующейся системы обеспечивается использованием управляющей информации.

3. Самоорганизующаяся система обладает функциональной активностью, (консерватизмом) выражающейся в противодействии внешним силам.

4. Самоорганизующаяся система обладает выбором линии поведения.

1. Целенаправленность действий.

6. Гомеостаз и связанная с ним адаптивность системы.

Рассмотрим механизм, обеспечивающий организационный процесс. Пусть имеется некоторая система с направленным, на нее внешним воздействием – вход системы. Вместе с вещественно-энергетическим потоком в нее попадает информация, представляющая собой собственную упорядоченность этого потока.

Эта информация оценивается в особом блоке системы – механизме управления, которым может быть система сравнения, или «свой–чужой». Если последняя ломается, то это проявляется в виде «терроризма». Здесь же вырабатывается программа ответного действия, система реагирует на воздействие извне. В выходном вещественно-энергетическом потоке также имеется информационная составляющая. Часть ее по каналу обратной связи (см. рис.2.) поступает на вход системы и снова попадает в механизм оценки и переработки информации. В результате система получает сведения об эффективности ее ответной реакции и изменяет направление и интенсивность действия, если это нужно для самостабилизации.

Таким путем многократного самоконтроля системы получившие название «самоорганизующиеся», настраиваются на внешние факторы, достигают равновесия с условиями среды существования и тем самым сохраняют себя рис.2. Если сигнал с выхода через цепь обратной связи попадает на вход в фазе, то такая обратная связь называется положительной обратной связью, если в противофазе, то – отрицательной обратной связью. Первая способствует раскачке системы (например, качелей), второй вид обратной связи – стабилизации, торможению, детерминизму… Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации систем: гомеостаз, обратная связь, информация.

Гомеостаз. Слово «гомеостаз» произошло от двух греческих слов: homois – подобный, одинаковый, сходный и stasis – неподвижность, состояние. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Понятие «гомеостаз» применяют к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей), в генетике, кибернетике. Таким образом, гомеостаз – то стремление живой системы сохранить стабильность своей организации, рода, популяции.

---

Гомеостаз присущ любому существу, любой живой системе. Стремление к гомеостазу – мощнейший фактор эволюции, открывает прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Разрушение организации живой системы означает ее гибель; живое всегда стремится сохранить свою стабильность – это факт эмпирический. Для неживой материи стремление сохранить свой гомеостаз выражен в принципе Ле Шателье–Брауна (принцип подвижного равновесия), который является следствием закона сохранения. Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нубудь из условий, определяющих равновесие, то равновесие смещается в том направлении, в каком эффект возмущающего воздействия уменьшается.

Устойчивость, доведенная до предела, прекращает свое развитие. Чересчур стабильные системы – тупиковые формы, развитие которых прекращается. Чрезмерная адаптация или специализация столь же опасна для совершенствования, как и его неспособность к адаптации. То есть стремление к гомеостазу должно компенсироваться другими тенденциями, определяющими рост раз­нообразия.

Механизм обратной связи – это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.

Существуют отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие (сохраняют динамическое равновесие) и положительные обратные связи, которые ухудшают стабильность системы и приводят, в конце концов, к возникновению новой структуры. Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как оно компенсируется тенденцией разнообразия. Одна из таких тенденций порождается принципом минимума диссипации энергии (рассеяния энергии). Суть этого принципа: если допустимо не единственное состояние системы, а целая совокупность состояний, согласных с законом сохранения энергии и принципами, а также связями, наложенными на систему, то реализуется то состояние, которому соответствует минимальное рассеяние энергии, или, что тоже самое, минимальный рост энтропии (рыба ищет – где глубже, человек – где лучше, и никто не перетрудиться, так устроена мудрая консервативная природа)

Живые системы – это всегда открытые системы. Живым системам свойствен метаболизм, т.е. обмен энергией и ве­ществом с внешним миром (обмен веществ), без которого они существовать не могут. Одной из ведущих тенденций развития живых систем является стремление к наибольшей степени использовать энергию внешней среды, уменьшая тем самым свою локальную энтропию.

Это является эмпирическим фактом: так же, как и стремление сохранить гомеостаз, живому свойственней стремление так изменить систему, направить эволюционный процесс в такую сторону, чтобы увеличить способность системы усваивать внешнюю энергию и вещество.

---