1.ВЫЗОВЫ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
1.1.Открытые природные, общественные, техноcферные системы
Открытые системы обмениваются с окружающей средой веществом, энергией, информацией. Природные, общественные и техносферные системы необходимо рассматривать как открытые.
Природные системы представляют собой совокупность функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их среды, характеризующуюся определенными закономерностями энергетического состояния и круговорота веществ.
Примеры природных систем высших уровней организации
Популяция Совокупность особей одного вида, более или менее длительно занимающая определённое пространство и воспроизводящая себя в большом числе поколений.
Биогеоценоз Устойчивая саморегулирующаяся экологическая система, в которой органические (животные, растения) и неорганические (вода, почва) компоненты неразрывно связаны между собой в пределах одной территории круговоротом веществ и потоками энергии.
Биосфера Части атмосферы, гидросферы и литосферы, взаимосвязанные сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии.
Геосфера Атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли.
Общественными (гуманитарными) системами называют обособившиеся от природы части материального мира, представляющие исторически развивающиеся формы жизнедеятельности людей, формирующие социальные институты, регулирующие экономические, политические, правовые, нравственные и иные отношения.
Примеры общественных систем
Социосфера Человечество с присущими ему на данном этапе развития производственными и общественными отношениями, а также освоенная человеком часть природной среды.
Территориальная Множество конкретных общественных групп, жизнедеятельность ко- система торых отображается в рамках географического аспекта (поселение,
регион, округ, страна, часть света).
Социально- Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих социальных и экономическая экономических институтов и отношений, рассматриваемая с позиций система распределения и потребления материальных и нематериальных ресурсов, производства, распределения, обмена и потребления товаров и
услуг.
5
Производственная Система, функционирующая с целью изготовления и реализации про- система дукции для получения прибыли, охватывающая средства труда, предметы труда, труд и элементы технической и организационной упоря-
доченности.
Техносферные системы могут рассматриваться как эпицентры техногенных аномалий (химических, тепловых, электромагнитных и др.), оказывающие существенное воздействие на природные системы. Они возникают в результате преобразования людьми регионов биосферы в целях достижения наилучшего соответствия своим материальным и социально-экономическим потребностям прямым или косвенным воздействием технических средств.
Открытые системы сопротивляются анализу путем разложения на части и исследования свойств целого через свойства частей. Неадекватность существующих математических и вычислительных методов исследования открытых систем усугубляют системные иерархии, из-за которых при изменении уровней представления систем меняются их свойства и масштабы. В настоящее время отсутствуют методы, способные преодолеть сложность этих систем. Требуются новые научные идеи, новые математические структуры, новые технологии.
Получение ответов на вызовы природных, общественных и техносферных систем связывают с успехами современной математики, физики и наук о системах. Ключевой вопрос – производство научного знания об открытых системах, применение которого обеспечит научное понимание и рациональное объяснение свойств, состояний и эволюции таких систем в их естественных масштабах и реальной сложности. От успеха на этом направлении исследований зависит решение глобальных проблем будущего:
прогноз и предупреждение опасностей природного, социального и техногенного происхождения (землетрясения; техногенные катастрофы; экономические кризисы; климатические сдвиги; демографические изменения; глобализация; урбанизация);
анализ пространственных и временны́х масштабов влияния новых технологий на качество жизни и структуру мировой экономики (генная инженерия; нанопродукты; композитные материалы; новые виды производства энергии; информационно-коммуникационные технологии);
генерация, интеграция и эксплуатация научного знания о жизни и человеке (геномика; протеомика; метаболомика; лекарственные препараты; нейропсихология; нейробиология; нейрохимия; экология; «биоэкономика»);
6
анализ стратегических рисков стран, регионов, цивилизаций (ценности; смыслы; предпочтения; стратегии; межстрановые политические, экономические и технологические альянсы);
научное предвидение и поддержка усилий в направлении совершенствования и реализации концепции устойчивого развития (доходы стран и граждан; права человека; гражданское общество; общество знания, экономика знания, регионы знания; инновационная экономика; среда выживания);
противодействие угрозам безопасности (производство, хранение, утилиза-
ция и распространений оружия; терроризм; этнические, национальные и конфессиональные претензии).
Открытые природные, гуманитарные и техносферные системы рассматриваются как слабоструктурированные, уникальные, заведомо сложные. Главными особенностями таких систем являются [1]–[3]:
фундаментальная роль необратимости и случайности;
пространственные, временны́е и пространственно-временны́е макроскопические масштабы взаимодействий;
кооперативное поведение;
множественность неустойчивых состояний;
мультиустойчивость;
высокая чувствительность к окружающей среде;
неравновесные ограничения;
равновесия и стационары в условиях неравновесных ограничений;
изменение фазового объема;
производство энтропии.
Для этих систем характерны [1]:
взаимозависимость свойств и организации;
бесперспективность применения линейных аппроксимаций;
возможность возникновения динамического хаоса;
невоспроизводимость поведения по начальным данным;
невыводимость свойств системы как целого из свойств составляющих ее элементов (эмерджентность);
нелинейность динамики, вызываемая неустойчивостью при очень малых возмущениях;
неопределимость и логическая недоказуемость законов причинности;
самоподобие, саморазвитие.
7
Научная парадигма исследования природных, гуманитарных и техносферных систем должна нести в себе идеи целостности и нелинейности, иметь своей главной задачей поиск общих закономерностей, отображающих глубокое понимание единства природы. Такая парадигма должна давать исследователям возможность вплотную подходить к фундаментальному барьеру понимания сложности систем.
Сложность открытых систем тесно связана с ростом их масштабов и гетерогенностью возникающих структур. Взаимозависимость гетерогенных компонентов стала главной проблемой понимания сложности. Нужна технология научного понимания, преодолевающая барьеры сложности, обращенная на реконструкцию глобального системного поведения и объяснение закономерностей формирования системных свойств и состояний.
Организацию и жизнедеятельность природных, общественных (гуманитарных) и техносферных систем определяют фундаментальные законы, пока еще неизвестные науке. Механизмы действия этих законов называют «механизмами сборки» [1]. Свойства системы как единого целого, формируемые механизмами сборки, не выводятся из известных свойств и заданных структур взаимосвязей компонентов системы никакими процедурами, имеющими конечное число шагов. Исследователи открытых систем остро ощущают проблему эмерджентности, истоки которой лежат во взаимодействии компонентов систем. Неадекватность существующих математических и вычислительных методов исследования открытых систем усугубляют системные иерархии, благодаря которым при изменении уровней представления систем меняются их свойства и масштабы.
1.2. Базовое научное знание
Базой для построения общесистемной методологии являются философия, физика и математика. Философия создает учение о мире через абстракт- но-синтетические предельно общие понятия и категории. Физика раскрывает присущие реальному миру общие закономерности конкретно-эмпирических явлений и процессов. Математика строит универсальный конкретносимволический абстрактный мир. Философия формирует высшие универсальные понятия, содержание которых раскрывается через принципы, понятия и законы физики и математики. Физика и математика задают две разные в своей сущности методологии познания мира. Во взаимодействии этих трех наук рождаются все другие науки.
8
Философия. Философская наука категориальна и априорна в своих основаниях, по существу она – воплощенный метод становящегося допарадигмального знания, базирующийся на универсальной онтологии. Философия утверждает, что в основе всего сущего лежат общие начала, выражающие главные смыслы реального мира. Изучение общих принципов природы связано с проникновением в ее внутреннюю лабораторию, где предрешается все многообразие ее явлений, насыщенное гармоническим единством. Все принципы природы связаны между собой, соподчинены и взаимно отражены один
вдругом. Каждый принцип несет в себе способность до конца выразить некое частное единство, индивидуальную субстанцию при всех гармонизирующих обстоятельствах.
Всеобщей закономерностью объектов природы и познания является симметрия, отражающая гармонию на уровне категорий части и целого, проявляющая себя как единство тождества и различия, сохранения и изменения. Процесс познания понимается как открытие все более глубоких и всеобщих симметрий. Восхождение от симметрии одного уровня к другому связано с выявлением элементов диссимметрии и осознанием фактов диссимметрии как источников разнообразия, подчиненных иным более глубоким и общим симметриям.
Системы выступают в качестве формальных образов, способных передавать смыслы явлений, процессов, объектов реального мира. Системы возникают как абстракции, отображающие реальность. Каждые объект, процесс и явление несут в себе множество систем. Объект исследования представляется
всистеме вместе с той частью внешней среды, которая определяет необходимые условия проявления его сущности.
Категориальный аппарат философии определяет логику познания систем и выражения смыслов объектов реальности в наиболее концентрированной и универсальной форме. Предмет познания мыслится как одно целое. В процессе познания раскрывается природа этого целого. Исследование предмета познания осуществляется поэтапно восхождением от самого простого и общего его представления к детальному и всестороннему проявлению его сущности. Процесс познания строится как индуктивный вывод, имеющий своим исходным пунктом единое нерасчлененное представление системы. Конечная цель познания состоит в раскрытии принципов и механизмов самоорганизации систем, глубоком проникновении в общесистемные законы и расшифровке скрытых смыслов явлений реального мира.
9