< Попер   ЗМІСТ   Наст >

перша. Основи використання теорії систем в екології

Основні положення загальної теорії систем

Історія розвитку вчення про системи

Поняття системи з'явилося дуже давно. Ще в період античності виникли основні ідеї цілісності світу й окремих його частин, їх розвитку, структури, взаємодії та зв'язку між елементами. Відомі численні спроби вчених Давньої Греції (Анаксимандр, Аристарх, Аристотель, Демокрит, Піфагор, Платон, Фалес та інші) створити єдину систему світобудови. Результати систематизації знань у низці конкретних наук, отримані давньогрецькими вченими, відіграли велику роль у розвитку науки, а в окремих випадках зберігають своє значення дотепер. Серед них – геометрія Евкліда, праці Аристотеля з різних галузей науки (фізика, біологія, логіка й інше), атомізм Демокрита та Епікура тощо. Медичною школою Гіппократа було створено вчення про цілісність людського організму, систему спостереження й вивчення хворих. Платоном і Аристотелем запропоновано перші теорії державного устрою.

У період розквіту Римської імперії Гіппархом та Птолемеєм розроблено, можливо, першу серйозну математичну модель складної системи. Вони розробили математичну теорію, що описує рух Сонця й відомих на той час планет по небосхилу. Книга Птолемея, відома нам в арабському перекладі як "Альмагест", в оригіналі мала заголовок "Математична система". У Давньому Римі сформувалася також система правових норм – так зване "римське право".

Велике значення для формування системних уявлень і підходів у різних галузях знань відіграв перехід найбільш розвинених країн давнього світу від язичества до монотеїстичних релігій – християнства, мусульманства, іудаїзму, буддизму, конфуціанства. З-поміж середньовічних доробок системних уявлень можна назвати геліоцентричну систему М. Коперніка – Т. Браге – Й. Кеплера, дослідження будови й функціонування органів людського тіла А. Везалієм, опис системи кровообігу й серцевої діяльності у тварин, а також дослідження ембріонального розвитку птахів і ссавців У. Гарвеєм.

Провісниками нового етапу розвитку системних уявлень стали відкриття й дослідження клітинної будови живих організмів Р. Гуком (1665), розвиток ідеї біологічної еволюції Г. В. Лейбніцем, Ж. Бюффоном, М. В. Ломоносовим, К. Ф. Вольфом, Е. Жоффруа Сент-Іпером, Ж.-Б. Ламарком та іншими вченими кінця XVII – початку XIX століть. І. Кант (1755) розробив першу наукову теорію утворення й розвитку Сонячної системи Важливим етапом формування системного підходу стала побудова А. М. Ампером класифікації наук (1834– 1843). Він виділив спеціальну науку про управління державою і назвав її кібернетикою. При цьому Ампер розглядав управління державою як приклад управління складною системою взагалі. Його ідеї розвинув Б. Трентовський (1843), який звернув увагу на системний характер великих і малих соціальних груп, обговорював проблему ефективності управління, необхідність виділення цілей та алгоритмізації управлінської діяльності.

У XIX столітті кібернетика як наука про управління складними системами не набула подальшого розвитку. Однак у цей період відбувалося поступове накопичення й узагальнення знань про конкретні природні, технічні й суспільні системи. Велике значення для становлення загальносистемних уявлень мали такі досягнення: теорія еволюції Ч. Дарвіна (1842-1853), що дала змогу виявити закономірності видоутворення в живій природі, ввела поняття адаптації й конкуренції, започаткувала розгляд процесів розгалуження при розвитку складних систем; розвиток фізики і насамперед термодинаміки, що сформулювала поняття відкритих і замкнених систем, проаналізувала роль внутрішніх і зовнішніх факторів у розвитку фізичних систем, увела поняття рівноваги складних систем, розробила методи його вивчення. Були сформульовані в загальній формі основні закони збереження (енергії, імпульсу, моменту імпульсу, маси, заряду), а також принцип Ле-Шательє, що встановлює напрям зміни стану системи при зовнішньому впливі; Д. І. Менделєєв (1869) створив періодичну систему хімічних елементів, яка стала підґрунтям для їх подальшого вивчення і класифікації; Є. С. Федоров довів (1891), що вся різноманітність кристалічних речовин у природі може бути зведена лише до 230 різних типів кристалічних граток. Надалі він узагальнив цей висновок і показав, що різні природні, технічні, суспільні й інші системи реалізуються з невеликої кількості вихідних форм. Він установив також, що головним засобом підвищення життєздатності різних систем є їх здатність до пристосування (життєва рухливість).

Наступний важливий етап у розвитку теорії систем пов'язаний з ім'ям О.О. Богданова (Малиновського). Він дослідив (1911-1925) загальні закономірності організації різних систем, співвідношення стійкості й мінливості, значення зворотних зв'язків, співвідношення цілей різних рівнів організації, особливості відкритих систем. О. О. Богданов розглянув також проблему виникнення криз, що викликають структурні перебудови систем, і підкреслив роль моделювання і математики як потенційних методів дослідження систем різного типу. Його ідеї набули подальшого розвитку в працях радянських дослідників І. І. Шмальгаузена, Π. К. Анохіна, В. М. Беклемішева та істотними для становлення системології були також розвиток математичної теорії стійкості розв'язків диференціальних рівнянь, формулювання основних положень квантової механіки й генетики, становлення нових розділів фізики, зокрема атомної, статистичної, хімічної, біофізики, фізики твердого тіла, астрофізики, фізики океану та атмосфери.

Сформульовані Н. Бором та В. Гейзенбергом у квантовій механіці принципи додатковості та невизначеності мають, як було показано пізніше, більш загальне значення й можуть бути застосованими до систем різної природи. Зокрема, із принципу додатковості випливає неможливість одержати повну інформацію про систему в рамках якогось одного підходу, одного набору понять і параметрів. Для отримання найбільш повної інформації необхідно використовувати різні підходи, що доповнюють один одного. Принцип невизначеності стверджує, що деякі характеристики складної системи неможливо одночасно точно кількісно оцінити. Велике значення для загальної теорії систем мали результати досліджень В. І. Вернадського й інших учених, які показали, що сучасні земна кора й атмосфера є продуктом життєдіяльності тварин і рослин, що вони змінюються з часом і мають власну історію.

Важливу роль відіграли також концепція ноосфери В. І. Вернадського, теорія біоценозів, теорія еволюції Всесвіту, теоретичні розробки, пов'язані зі створенням складних технічних систем – електростанцій, літаків, засобів зв'язку, електронних обчислювальних машин тощо.

Етапною подією в розвитку системних уявлень стала публікація книги Н. Вінера "Кібернетика" (1948). Спочатку він визначив кібернетику як науку про управління та зв'язок у тваринах і машинах. Однак незабаром він показав, що з позицій кібернетики можливий також аналіз процесів, які відбуваються у суспільстві. Сучасне місце кібернетики в системі наукових знань можна зрозуміти з таких визначень: кібернетика – це наука про оптимальне управління складними динамічними системами (А. І. Берг); кібернетика – це наука про системи, що сприймають, зберігають, використовують і переробляють інформацію (А. М. Колмогоров). Кібернетичні методи так само, як методи теорії систем, системного аналізу й математичного моделювання, можуть застосовуватися для дослідження об'єктів, традиційно закріплених за іншими науками. Це потрібно розглядати не як втручання неспеціалістів, а як новий погляд на них, який доповнює результати, що можуть бути отримані при традиційному підході до їх вивчення. При цьому відбувається взаємне збагачення наук. З одного боку, кібернетика, системний аналіз і математичне моделювання одержують можливість розвивати свої концепції та методи. З іншого – отримувані результати дають змогу прояснити багато проблем конкретних наук і сформулювати нові проблеми та завдання. Із кібернетикою пов'язані такі досягнення, як типологізація моделей систем, виявлення особливої ролі зворотних зв'язків у системах, формулювання й застосування принципу оптимальності в управлінні ними та їх синтезі, усвідомлення інформації як загальної властивості систем і розроблення методів кількісного опису, розвиток методологи математичного моделювання та математичного експерименту за допомогою ЕОМ.

Паралельно з кібернетикою розвивалася загальна теорія систем. Загальна теорія систем була запропонована Л. фон Берталанфі в 30-ті роки XX ст. Ідея наявності загальних закономірностей за взаємодії великої, але не нескінченної кількості фізичних, біологічних і соціальних об'єктів уперше була висловлена Берталанфі в 1937 році на семінарі з філософії в Чиказькому університеті. Однак уперше його публікації на цю тему з'явилися лише після війни. Основною ідеєю загальної теорії систем, запропонованої Берталанфі, є визнання ізоморфізму законів, що управляють функціонуванням системних об'єктів.

У 50-70-ті роки XX ст. було запропоновано низку нових підходів до побудови загальної теорії систем такими науковцями, як М. Месарович, Л. Заде, Р. Акофф, Дж. Клір, А. І. Уйомов, Ю. А. Урманцев, Р. Калман, С. Бір, Е. Ласло, Г. П. Мельников та ін. Загальною рисою цих підходів було розроблення логіко-концептуапьного і математичного апарату системних досліджень. Методологія системного мислення, що розробляється в Московському методологічному гуртку Г. П. Щедровицьким, його учнями та співробітниками є подальшим продовженням і розширенням Загальної теорії систем.

Фон Берталанфі також увів поняття і дослідив відкриті системи – системи, що постійно обмінюються речовиною та енергією із зовнішнім середовищем. Один із можливих шляхів у реалізації він вбачав у пошуку структурної подібності законів, установлених у різних конкретних науках. Найважливішими досягненнями Л. фон Берталанфі були узагальнення поняття відкритої системи та усвідомлення значення обміну речовиною, енергією й інформацією між системою та навколишнім середовищем для її розвитку.

У другій половині XX століття серйозні досягнення в розвитку теорії систем були пов'язані зі становленням синергетики, теорії катастроф і термодинаміки нерівноважних процесів. Зокрема, бельгійським фізиком І. Пригожиним та його школою було розкрито основні механізми самоорганізації складних систем. Ними обґрунтовано також ієрархічність рівнів організації нерівноважних систем, незвідність одна до одної закономірностей різних рівнів організації, наявність на кожному рівні як детермінованих, так і недетермінованих процесів. І. Пригожин показав, що матерія не є пасивною субстанцією. Рано чи пізно внаслідок взаємодії з навколишнім середовищем будь-яка система опиняється в нестійкому нерівноважному стані, вихід з якого супроводжується спонтанною активністю системи, що призводить і до внутрішньої перебудови. У такі моменти принципово неможливо визначити, у якому напрямі та як саме зміниться структура системи.

Якщо говорити про першу половину XX століття, то можна назвати одиничні (а не масові) приклади використання елементів методології системного підходу до розв'язання деяких значних економічних, соціальних та політичних завдань, наприклад план ГОЕЛРО. При цьому їх застосовували ніби навмання або наосліп, тому що нова наукова дисципліна, яка оформилась у вигляді методології системного аналізу, з'явилася значно пізніше. Виключно як робочий інструмент розв'язання комплексних проблем з урахуванням подальшої їх перспективи системний аналіз було розроблено кількома науковими закладами США на початку 60-х років XX століття за завданням військових відомств. У колишньому СРСР методологію системного аналізу стали застосовувати фактично відразу ж після її зародження. При Президії АН СРСР уже наприкінці 60-х років було створено Комітет системного аналізу, що об'єднував і координував роботи з його розвитку й використання, вийшли перші наукові монографії, в яких досліджувалися проблеми застосування системного аналізу в різних галузях. Системний аналіз як науковий метод та інструмент пізнання може бути використаний не лише для вивчення глобальних проблем, що стоять перед світом (екологічних, демографічних, продовольчих, транспортних, енергетичних та інших), а й під час вирішення багатьох менш масштабних проблем у рамках однієї країни, регіону, галузі, промислового об'єднання й навіть окремого підприємства.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >