Структурні рівні організації матерії

Аруцев Олександр Артемович, Єрмолаєв Борис Валерійович, Кутателадзе Іраклій Отарович, Слуцький Михайло Семенович

Розвиток - це необоротне, спрямована, закономірна зміна матерії і свідомості, їх універсальна властивість; в результаті розвитку виникає новий якісний стан об'єкта - його складу або структури. Розвиток - загальний принцип пояснення природи, суспільства і пізнання, як історично протікають подій.

Розрізняють два форми розвитку, між якими існує діалектична зв'язок: еволюційну, пов'язану з поступовими кількісними змінами об'єкта (еволюція), і революційну, що характеризується якісними змінами в структурі об'єкту (революція). Виділяють прогресивну, висхідну лінію розвитку (прогрес) і регресивну, спадну лінію (регрес). Прогрес - спрямований розвиток, для якого характерний перехід від нижчого до вищого, від менш досконалого до більш вдосконаленого.

Розвиток, як б повторює вже пройдені ступені, але повторює їх інакше, на вищій базі, так би мовити, по спіралі, а не по прямій лінії; розвиток стрибкоподібне, катастрофічне, революційне перетворення кількості в якість; внутрішні імпульси до розвитку, що даються суперечністю, зіштовхнення різних сил і тенденцій, що діють на даний тіло або в межах даного явища; безперервна зв'язок всіх сторін кожного явища, зв'язок, що дає єдиний, закономірний світовий процес руху, - такі є деякі риси діалектики, як більш змістовного вчення про розвиток (А. К. Айламазян, Е. В. Стась).

Основний особливістю, що відрізняє розвиток від інших динамічних процесів, наприклад, від процесу зростання, є якісна зміна у часі змінних, характеризують стан системи, що розвивається (для процесу зростання зазвичай говорять лише про кількісний зміну цих змінних). Причому якісне зміна носить стрибкоподібне характер. Поступове монотонне зміна деякого параметра протягом помітного часу супроводжується відповідним поступовою зміною стану системи, але в певний момент відбувається розрив поступовості: стан системи змінюється стрибком, система переходить на новий якісний рівень, кількість переходить у якість. Потім повторюється все заново, але вже на новому якісному рівні (А. І. Яблонський).

У вивченні розвитку матерії сучасною наукою зроблені такі серйозні кроки, що зараз можна з повним правом говорити про перетворення ідеї розвитку, еволюції в норму наукового мислення для цілого ряду галузей знань.

Термін "еволюція" має кілька значень, однак найчастіше він використовується як синонім розвитку. Так, І. І. Шмальгаузен визначає еволюцію як закономірний процес історичного розвитку організму. Іноді термін "еволюція" використовують в більш вузькому значенні, розуміючи її як одну з форм розвитку, що протиставляється революції.

Еволюція і революція розглядаються як взаємообумовлені сторони розвитку, виступаючи проти абсолютизації будь-якої з них. У будь-яких процесах розвитку природно наявність чергуються дільниць: еволюційних і революційних.

Еволюція в широкому сенсі - уявлення про зміни в природі і в суспільстві, їх спрямованості, порядку, закономірності; певний стан будь-якої системи розглядається як результат більш-менш тривалих змін її передував стану; в більш вузькому сенсі - уявлення про повільний поступове кількісній зміні.

Еволюція в біології - це необоротний історичний розвиток живої природи. Визначається мінливістю, спадковістю і природним відбором організмів. Супроводжується пристосуванням їх до умов існування, освітою видів, перетворенням біогеоценозів і біосфери в цілому.

Еволюційна ідея зародилася й розвинулася в XIX ст. в якості опозиції поданням про незмінності світу, але свого апогею вона досягла в нашому столітті, і її прийняття можна вважати досягненням XX ст.

У минулому столітті ідея незмінність органічного світу знайшла своє яскраве вираження в особі Ж. Кюв'є. Кюв'є виходив зі своєї теорії сталості і незмінності видів і її двох основних принципів - принципу кореляцій та принципу умов існування. Незмінність виду входила, згідно Кюв'є, в організованість, впорядкованість природи. Його теорію катастроф, або зміну фауни і флори, в даній органічної області можна назвати теорією еволюції при незмінності видів, теорією порушення гармонії природи тільки в результаті катастрофічних подій общеземного масштабу.

Теорія типів, теорія гармонії природи та теорія незмінності видів чудово узгоджувалося один з одним і складали фундамент природознавства першої половини XIX ст.

Пізнавальна цінність цих уявлень про стійкість органічного світу була величезна. Уявлення про незмінність видів лягли в основу їх класифікації. Теорія типів дозволяла робити прогнози. Геніальна еволюційна ідея Ламарка, на півстоліття випередив свій час, не знайшла відгуку почасти тому, що, озброївшись на сталість виду, він направив свою полеміку і проти його реальності.

Ч. Дарвін вперше обгрунтував еволюцію і переконав своїх сучасників саме тому, що він поєднував визнання реальності виду з науковою теорією його змінності.

У XX ст. ідею гармонії природи змінила ідея еволюції. Принцип гармонії природи, теорія типів і уявлення про стійкість виду відсунулися у свідомості людей на задній план, а багатьом здавалися спростованими. З часом, однак, повне обгрунтування еволюційної ідеї породило свою протилежність. У науці XX ст. знову відродилася ідея стійкості. І з тим же благородним завзяттям, з яким людська думка руйнувала теорію типів і теорію незмінності видів, вона кинулася на пошуки механізмів підтримки стійкості.

В. І. Вернадський зумів розкрити на рівні біосфери в цілому взаємодію еволюційного процесу та ідеї стійкості живої природи. У 1928 р. В. І. Вернадський писав: "В геохімічному аспекті, входячи як частину в мало що змінюється, що коливається близько незмінного середнього стану біосферу, життя, узята як ціле, є стійкою і незмінною в геологічному часі. У складній організованості біосфери відбувались в межах живої речовини тільки перегрупування хімічних елементів, а не корінні зміни їх складу та кількості - Перегрупування, не відбивалися на сталості і незмінності геологічних - В даному випадку геохімічних процесів, в яких ці живі речовини брали участь.

Стійкість видових форм протягом мільйонів років, мільйонів поколінь, може, навіть становить саму характерну рису живих форм ".

За що склався спільної думки, вершиною творчості Вернадського є вчення про біосферу і про еволюційному переході її під впливом людського розуму в новий стан -- ноосферу: "Маса живої речовини, його енергія і ступінь організованості в геологічної історії Землі безперервно еволюціонували, ніколи не повертаючись до свого попереднього стану. Перетворення в поверхневій оболонці планети під впливом діяльності людини стали природним етапом цієї еволюції. Вся біосфера, змінившись корінним чином, повинна перейти в новий якісний стан, сферу дії людського розуму ".

Перекладаючи теорію Дарвіна на мову кібернетики, І. І. Шмальгаузен показав, що саме перетворення органічних форм закономірно здійснюється в рамках відносно стабільного механізму, що лежить на біогеоценотіческом рівні організації життя і що діє за статистичним принципом. Це і є вищий синтез ідеї еволюції органічних форм з ідеєю стійкості і ідеєю сталості геохімічної функції життя в біосфері. Так воєдино виявилися злитими і разом з тим піднятими на новий сучасний рівень концепції Кюв'є, Дарвіна, Вернадського.

Основні напрямки пошуку в еволюційної теорії - це розробка цілісних концепцій, більш адекватно відображають системний характер досліджуваних явищ.

Загальновизнаним є теза про рух як атрибут матерії, і постає питання, чи можна вважати атрибутом матерії розвиток. Ці проблеми жваво дискутують, і на сьогодні загальновизнаної точки зору немає. Існує точка зору, що рух - Більш загальний момент, а розвиток - окремий випадок руху, тобто розвиток не є атрибутом матерії. Інша точка зору наполягає на атрибутивної характер розвитку. Вирішення питання про атрибутивної характер розвитку пов'язано з тим змістом, який вкладається в поняття "розвиток". Зазвичай виділяють три підходи:

- розвиток як кругообіг;

- розвиток як необоротне якісна зміна;

- розвиток як нескінченне рух від нижчого до вищого.

Ці підходи справедливі, коли мова йде не про матерії взагалі, а про який-небудь матеріальному освіті.

До матерії в цілому, матерії як такої поняття розвитку можливість застосувати, але не в тому сенсі, в якому ми говоримо про розвиток окремих предметних областей. Матерія як об'єктивна реальність - це саме вся сукупність речей і явищ оточуючого нас світу. Вона безперервно розвивається, і цей розвиток не означає нічого іншого, крім безперервного розвитку всіх її конкретних проявів. Матерія є гранично загальна філософська категорія, а природознавство завжди мало і буде мати справу з "матерією на даному рівні проникнення в неї". Єдино відомої нам матерії ми сьогодні можемо приписувати розвиток не тільки на підставі загально філософських міркувань, а й на основі досить апробованих природничо-наукових теорій.

Теза про розвитку як атрибут матерії до недавнього часу важко було узгодити з даними природознавства, де єдиний закон, що включає спрямованість змін, що відбуваються, - це другий початок термодинаміки, що говорить скоріше про тенденції до деградації. Другий закон є одним з природничих виразів принципу розвитку, що визначає еволюцію матерії. Оскільки принцип збільшення ентропії відображає незворотність всіх реальних процесів і тим самим означає необоротне зміна всіх відомих форм матерії, тобто їх перехід у якісь інші форми, для яких вже будуть недійсні існуючих законів, то його можна вважати природничо вираженням філософського принципу розвитку.

Другий закон має той самий статус, що і перше начало (закон збереження енергії), і його дія не суперечить розвитку Всесвіту. Навпаки, сам принцип розвитку знаходить своє природничо обгрунтування в другому початку термодинаміки. Принцип зростання ентропії розглядається як одна з природничих конкретизації принципу розвитку, що відображає утворення нових матеріальних форм і структурних рівнів у неорганічної природи.

Однією з фундаментальних рис сучасного природознавства і разом з тим напрямів його діалектізаціі є все більш глибоке й органічне проникнення в систему наук про природу еволюційних ідей, які нерозривно пов'язані з концепцією ієрархії якісно своєрідних структурних рівнів матеріальної організації, що виступають як сходинки, етапи еволюції природних об'єктів. Якщо всього лише кілька десятиліть тому дослідження еволюційних процесів в різних областях природознавства були досить слабо пов'язані між собою, то зараз ситуація змінилося радикальним чином: виявляються контури єдиного (в різноманітті своїх конкретних проявів) процесу еволюції охоплених дослідженнями областей природи.

Практика сучасної науково-дослідної діяльності висуває нові завдання в розумінні еволюційних процесів, тому формується якийсь шар знань, не має статусу окремої науки, але що становить важливий компонент культури мислення сучасного вченого. Цей шар знання є ніби проміжним між філософією, діалектикою як загальною теорією розвитку і конкретно-науковими еволюційними концепціями, що відображають специфічні закономірності еволюції живих організмів, хімічних систем, земної кори, планет і зірок.

Можна, мабуть, говорити про декілька взаємопов'язаних і супідрядних поняттях еволюції в рамках природничо-наукової картини світу. Найбільш загальним з них і застосовним практично в межах всієї доступної дослідженню області природи, неживої і живий, слід вважати поняття еволюції як незворотного зміни структури природних об'єктів.

У класичному природознавстві, і, перш за все в природознавстві минулого століття, вчення про принципах структурної організації матерії було представлено класичним атомізму. Саме на атомізму замикалися теоретичні узагальнення, що беруть початок у кожній з наук. Ідеї атомізму служили основою для синтезу знань та його своєрідною точкою опори. В наші дні під впливом бурхливого розвитку всіх областей природознавства класичний атомізм піддається інтенсивним перетворень. Найбільш істотними і широко значними змінами в наших уявленнях про принципи структурної організації матерії є ті зміни, що виражаються у нинішнього розвитку системних уявлень.

Загальна схема ієрархічного ступеневої будови матерії, пов'язана з визнанням існування відносно самостійних і стійких рівнів, вузлових точок в ряду поділів матерії, зберігає свою силу і евристичні значення. Згідно цією схемою дискретні об'єкти певного рівня матерії, вступаючи в специфічні взаємодії, служать вихідними при утворенні і розвитку принципово нових типів об'єктів з іншими властивостями і формами взаємодії. При цьому велика стійкість і самостійність вихідних, щодо елементарних об'єктів обумовлює повторювані і зберігаються властивості, відносини і закономірності об'єктів більш високого рівня.

Це положення єдине для систем різної природи.

Будь-яка складна система, що виникла в процесі еволюції за методом проб і помилок, повинна мати ієрархічну організацію. Дійсно, не маючи можливості перебрати всі мислимі з'єднання з декількох елементів, а знайшовши наукову комбінацію, розмножує її і використовує - як ціле - як елемент, який можна повністю пов'язати з невеликим числом інших таких же елементів. Так виникає ієрархія. Це поняття відіграє величезну роль. Фактично будь-яка складна система, як виникла природно, так і створена людиною, може вважатися організованою, тільки якщо вона заснована на певній ієрархії або переплетенні декількох ієрархій. Ми не знаємо організованих систем, влаштованих інакше.

Концептуальні форми вираження ідеї структурних рівнів матерії різноманітні. Певний розвиток ідея рівнів отримала в ході аналізу концептуального апарату фундаментальних, щодо завершених фізичних теорій, теорії еволюції живих організмів.

Одна з актуальних проблем, яку ставить вивчення ієрархії структурних рівнів природи, полягає в пошуках меж цієї ієрархії як в мегасвіті, так і в мікросвіті. Ієрархічність рівнів відбивається в ієрархічності класифікаційних понять, характерних для описових теорій різних наук. З наявністю певних рівнів матерії пов'язане існування низки самостійних наукових дисциплін.

Рівні стають такими спіралями тільки при всебічному розвитку наступності, без якої можуть бути лише хаотичні зміни кругообігів змін. Тому "розвиток розвитку" можливе тільки на основі збагачення форм наступності, яка дозволяє в тій чи іншій мірі зберігати досягнуті перетворення, щоб включати їх в лінії процесів еволюції, а також онтогенезу. Виникнення нового без наступності приречене було б кожен раз починати розвиток з "самого початку".

У ході прогресу число взаємопов'язаних рівнів зростає і об'єкти стають все більше багаторівневими. Об'єкти кожному наступному рівні виникають і розвиваються в результаті об'єднання і диференціації визначених множин об'єктів попередньої ступені. Системи стають все більш багаторівневими. Складність системи зростає не тільки тому, що зростає число рівнів. Істотне значення набуває розвиток нових взаємозв'язокїй між рівнями і з середовищем, загальної для таких об'єктів і об'єднань. У цих взаємозв'язках все більше значення набуває інформація.

1. Інформаційна концепція розвитку систем

Поняття розвитку неживої і живої природи розглядається як необоротне спрямоване зміна структури об'єктів природи, оскільки структура відображає рівень організації матерії.

Структура - це внутрішня організація системи, яка сприяє зв'язку що складають систему елементів, що визначає існування її як цілого і її якісні особливості. Структура визначає впорядкованість елементів об'єкта. Елементами є будь-які явища, процеси, а також будь-які властивості і відносини, що знаходяться в будь-якій взаємного зв'язку і співвідношенні один з одним.

Структура є впорядкованість (композицій) елементів, що зберігається (інваріантна) щодо певних змін (перетворень).

Структура - це відносно стійкий, упорядкований спосіб зв'язку елементів, що надає їх взаємодії в рамках внутрішньо розчленованого об'єкта цілісний характер.

Найважливіше властивість структури - її відносна стійкість, що розуміється як збереження в зміну. Однак структура містить певну динамічність, окремі тимчасові моменти, являє собою процес розгортання в часі і в просторі нових властивостей елементів.

Структура - це загальний, якісно визначений і відносно стійкий порядок внутрішніх відносин між підсистемами тієї чи іншої системи. Поняття "рівень організації "на відміну від поняття" структура "включає, крім того, подання про зміну структур та її послідовності в ході історичного розвитку системи з моменту її виникнення. У той час як зміна структури може бути випадковим і не завжди має спрямований характер, зміна рівня організації відбувається необхідним чином. Системи, які досягли відповідного рівня організації і мають певну структуру, набувають здатність використовувати інформацію для того, щоб шляхом управління зберегти незмінним (або підвищувати) свій рівень організації і сприяти сталості (або зменшення) своєї ентропії.

Що таке організація? Посилаючись на основоположників теорії організації Федорова і Богданова, Моісеєв дає таке визначення: "Організація досліджуваного об'єкта (системи) - це сукупність консервативних, повільно змінюються (в приватному випадку постійних, незмінних) характеристик об'єкта.

Для визначення організації потрібно виділити ці характеристики об'єкта (системи) ".

Під організацією системи будемо розуміти зміна структури системи, яке забезпечує узгоджена поведінка, або функціонування системи, яке визначається зовнішніми умовами.

Якщо під зміною організованості розуміти зміна способу з'єднання (або зв'язку) підсистем, що утворюють систему, то явище самоорганізації можна визначити як таке неминуча зміна системи та її функцій, яке відбувається поза будь-яких додаткових впливів, внаслідок взаємодії системи з умовами існування і наближається до деякого щодо сталого станом.

Під самоорганізацією будемо розуміти зміна структури, що забезпечує узгодженість поведінки завдяки наявності внутрішніх зв'язків та зв'язків з зовнішнім середовищем.

Самоорганізація - Це природничо вираз процесу саморуху матерії. Здатністю до самоорганізації володіють системи живої і неживої природи, а також штучні системи. Конкретна конфігурація структури існує тільки в строго визначених умовах і в певний момент "руху" складної системи. Динаміка розвитку систем призводить до послідовного зміни їхніх структур.

Закономірне зміна структури системи відповідно до історичних змін співвідношень із зовнішнім середовищем і називається еволюцією.

Зміна структури складної системи в процесі її взаємодії з навколишнім середовищем -- це прояв властивості відкритості як зростання можливостей виходу до нового. З іншого боку, зміна структури складної системи забезпечує розширення життєвих умов, пов'язане з ускладненням організації та підвищенням життєдіяльності, тобто придбанням пристосувань більш загального значення, що дозволяють встановити зв'язки з новими сторонами зовнішнього середовища.

Самоорганізація характеризується виникненням внутрішньо узгодженого функціонування за рахунок внутрішніх зв'язків та зв'язків із зовнішнім середовищем. Причому поняття функція і структура системи тісно взаємопов'язані; система організовується, тобто змінює структуру ради виконання функції.

Питання про взаємовідносини структури і функції - один із стародавніх і традиційних у біології. Арістотель, задаючи питання "заради чого існує орган?", відповідав: "заради виконання певної мети", тобто функції. Для біологічних об'єктів поняття функції і цілі ідентичні. Так, під функцією розуміється, наприклад, фізіологічне відправлення.

Розглядаючи структуру і функцію, перевагу віддають первинність у зміні функції. Проте найбільш правильно розглядати діалектичну взаємозв'язок і взаємозумовленість їх змін в процесі еволюції (зміна середовища вимагає зміни функції; а вона, у свою чергу, впливає на зміну структури).

Рослинна і тваринний світ дає безліч переконливих прикладів такої взаємообумовленості.

Так, вихід рослин на сушу ознаменувався придбанням комплексу морфофізіологічні нововведень, захисних покривів, провідної системи, диференціацією тіла на органи і т.д. Завдяки цим змінам, перш за все, було досягнуто зменшення втрати води від випаровування і посилення її руху по рослині. Тут важко сказати, що чому передувало, морфологічні або фізіологічні зміни. У той же час очевидно, що "замовлення" на зменшення негативних наслідків нестачі води спричинив за собою відбір рослин на розвиток захисних покривів і провідної системи в наземних умовах.

У даному випадку мова йде про процес самоорганізації, де можна виділити причину і наслідок, вказати зв'язку їх із зовнішнім середовищем: зовнішнє середовище змінює функцію, функція змінює структуру. В міру ускладнення внутрішньої організації функціональні можливості організмів посилюються.

Функціональні особливості змінюються трохи швидше, ніж структурні. Одним із прикладів впливу функціональних перетворень на структуру рослини можуть служити листя і перетворення структури черешка зміною його функції: у листа після тривалої самостійного життя в вкоріненим стані перебудовуються історично сформовані функції; при цьому держак набуває функції стебла, посилюється його проводить і механічна активність.

Структура і функція - невід'ємні властивості живої природи, вони пов'язані в онто-і філогенезі. Будь-який орган має множинністю функцій. Якщо з множин функцій, наприклад, коріння рослин (проведення речовин або їх запасені, освіта придаткових бруньок, прикріплення, синтез і т.п.) один виявиться головною, то будова його в філогенезі зміниться згідно нової функції. З іншого боку, прояв будь-якої функції рослин одного і того ж виду змінюється кількісно, причому розходження часто спадково обумовлені. На цій основі може відбуватися відбір за ступенем вираження даного властивості. Наприклад, у одних рослин за таким принципом посилилася присмоктуються функція коренів (паразити), в інших - опорні функції.

Взаємозв'язок зміни структури і функції в онто-і філогенезі сприяє підвищенню виживаності та конкурентоспроможності. Для рослин функція - єдине фізіологічне відправлення, необхідне для виживання та розмноження рослин у онтогенезі (наприклад, фотосинтез, дихання, рух). Добір спрямований на пошуки найбільш ефективних механізмів, що реалізують необхідну функцію, тобто на пошуки архітектур системи.

Саме в структурі біологічно активної речовини еволюція закодувала його здатність виконувати строго певну біологічну функцію.

Функціональна роль біологічних молекул задається їх просторової структурою -- розташуванням у просторі входять до структури атомів. Можна навести безліч інших прикладів.

Для вивчення процесу розвитку необхідно знати характер зміни структур в часі, їх динамічні параметри. Треба також вміти розкривати закономірності взаємозв'язку між структурою і проявляється системою функцією.

До недавнього часу природознавство і інші науки могли обходитися без цілісного, системного підходу до своїх об'єктів вивчення, без урахування колективних ефектів і дослідження процесів утворення стійких структур і самоорганізації. У цей час проблеми самоорганізації, що вивчаються в синергетики, набувають актуальний характер в багатьох науках, починаючи від фізики і кінчаючи екологією.

Завдання синергетики - з'ясування законів побудови організації, виникнення впорядкованості. На відміну від кібернетики тут акцент робиться не на процесах управління та обміну інформацією, а на принципах побудови організації, її виникнення, розвитку та самоусложненія (Г. Хакен).

Питання про оптимальної упорядкованості та організації особливо гостро стоїть при дослідженнях глобальних проблем - енергетичних, екологічних, багатьох інших, які потребують залучення величезних ресурсів.

Філософсько-методологічний аналіз проблем глобального еволюціонізму неминуче призводить до постановки фундаментального питання: чи існують закони еволюційного процесу, що представляють собою певну конкретизацію діалектичної концепцій розвитку і в той же час загальні для всіх структурних рівнів природного дійсності?

Хоча ця проблема в даний час ще далека від вирішення, все ж є певні підстави припускати існування законів і закономірностей прогресивного розвитку в природі, що охоплюють всі основні етапи - космогонічний, геологічний, біологічний, поряд зі специфічними законами і закономірностями, властивими кожному з них. Це можуть бути, по-перше, частнонаучние закони або закономірності, які можливо екстраполювати на цілісні процеси еволюції природного дійсності (скажімо, закон зростання ентропії або певні "біоаналогіі", що мають досить загальне значення).

По-друге, ідея глобального еволюціонізму отримує підтримку з боку загальнонаукових концепцій. Так, що почалася в останні роки розробка генетичних аспектів загальної теорії систем дозволяє припускати, що деякі сформульовані в її рамках закономірності можуть мати досить широкою сферою застосування, зокрема, охоплювати певні риси еволюції всієї досліджуваної природної дійсності. Вивченню процесів еволюції неживої і живої природи, а також прогресу суспільства може сприяти подальша розробка концепції самоорганізації.

Нарешті, по-третє, можливо припустити, що існують такі типи досить загальних еволюційних законів і закономірностей, які будуть виявлені на основі комплексного аналізу процесів розвитку в масштабах всієї системи наук про природі. Поки що, звичайно, передчасно обговорювати питання, чи будуть закони, сформульовані спочатку в рамках загальнонаукової картини світу, включатися далі в таку форму організації теоретичного знання, якою є теорія (система теорій), або в іншу, до цих пір мало досліджену форму міждисциплінарного та загальнонаукового знання - учення (прикладом якої може служити вчення В. І. Вернадського про біосферу), або ж входить і до складу систем теорій, і в склад навчань різного ступеня спільності. В усякому разі, очевидно, що потреби як теоретичного, так і світоглядного плану будуть стимулювати подальше обгрунтування ідеї глобального еволюціонізму.

Інформаційна концепція розвитку систем будь-якої природи, в основі якої лежать категорії інформатики - інформація, ентропія, інформаційні процеси та їх зв'язок з еволюційними процесами, очевидно, може розглядатися як один з природничих конкретизації загальної теорії розвитку.

2. Особливості опису складних систем

Ті практичні завдання, які сьогодні вирішуються, вимагають глибокого вивчення окремих об'єктів і явищ природи. Велика кількість задач пов'язано з дослідженням складних систем, таких, які включають безліч елементів, кожен з яких представляє собою досить складну систему, і ці системи тісно взаємопов'язані із зовнішнім середовищем. Вивчення таких систем в природних умовах обмежено їх складністю, а іноді буває неможливим з огляду на те, що не можна провести натурний експеримент або повторити той чи інший експеримент. У цих умовах часом єдиним можливим методом дослідження є моделювання (фізичне, логічне, математична). Без моделі немає пізнання. Будь-яка гіпотеза - це модель. І правильність гіпотези про майбутній стан об'єкта залежить від того, наскільки правильно визначили параметри досліджуваного об'єкта і їх взаємозв'язку між собою і зовнішнім середовищем. Однак науковий опис ніколи не охоплює всіх деталей, воно завжди виділяє суттєві елементи структур і зв'язків. Тому таке опис містить узагальнену модель явищ. В даний час термін "загальна теорія систем" за пропозицією Л. Берталанфі трактується в широкому та вузькому сенсі. Загальна теорія систем, що розуміється в широкому сенсі, охоплює комплекс математичних та інженерних дисциплін, починаючи з кібернетики і закінчуючи інженерної психологією. Більш вузьке тлумачення терміну пов'язане з вибором класу математичних моделей для опису систем та рівня їх абстрактного опису.

Аналогічна ситуація складається і з теорією розвитку складних систем. Її також можна розуміти в широкому та вузькому сенсі. У широкому сенсі теорія розвитку складних систем - це природничо-конкретизація загальної теорії розвитку -- матеріалістичної діалектики. У рамках цієї ж теорії повинні бути об'єднані основні положення про поведінку складних систем, розроблені в різних областях наукового знання, в результаті чого може бути побудована концептуальна модель процесів розвитку складних систем різної природи. Більш вузьке розуміння теорії розвитку передбачає побудову математичних моделей розвитку конкретних систем (біологічних, екологічних, економічних, соціальних і т.п.). У цьому випадку об'єкт дослідження виділяється і аналізується конкретної наукової дисципліною.

Особливість простих систем - в практично взаємної незалежності їх властивостей, що дозволяє дослідити кожне з них окремо в умовах класичного лабораторного експерименту; особливість складних систем полягає в істотному взаємозв'язку їх властивостей (іноді вона навіть застосовується як визначення складної системи).

Будемо вважати систему складною, якщо вона складається з великої кількості взаємопов'язаних і взаємодіючих між собою елементів, кожен з яких може бути представлений у вигляді системи. В якості змісту теорії розвитку складних систем можна розглядати сукупність методологічних підходів, що дозволяють будувати моделі процесів розвитку складних систем, використовуючи досягнення різних наук, а також методи аналізу отримуваних моделей.

Звичайне для теорії простих систем вимогу адекватності моделі оригіналу для моделей складних систем призводить до непомірного зростання їх розмірності, що приводить до їх нездійсненності. Ситуація для побудови теорії здається безнадійною, вона дійсно виявляється такою, якщо не справити деякого розумного відступу від непомірних вимог адекватності теорії і разом з тим не відступати від вимог її об'єктивності.

Математичні моделі будь-яких систем можуть бути двох типів - емпіричні і теоретичні. Емпіричні моделі - це математичні вирази, апроксимуючих (з використанням тих чи інших критеріїв наближення) експериментальні дані про залежності параметрів стану системи від значень параметрів що впливають на них факторів. Для емпіричних математичних моделей не потрібно отримання жодних уявлень про будову і внутрішній механізм зв'язків у системі. Разом з тим завдання про знаходження математичного выражения емпіричної моделі по заданому масиву спостережень в межах обраної точності опису явища не однозначна. Існує нескінченна безліч математичних виразів, апроксимуючих в межах даної точності одні й ті ж досвідчені дані про залежності параметрів.

Теоретичні моделі систем будуються на основі синтезу узагальнених уявлень про окремих складових їх процеси та явища, грунтуючись на фундаментальних законах, що описують поведінку речовини, енергії, інформації. Теоретична модель описує абстрактну систему, і для початкового виведення її співвідношень не потрібно даних про спостереження за параметрами конкретної системи. Модель будується на основі узагальнення апріорних уявлень про структуру системи і механізму зв'язків між її складових елементами.

Поряд з емпіричними і теоретичними використовуються і напівемпіричні моделі. Для них математичні вирази виходять теоретичним шляхом з точністю до емпірично одержуваних констант, або в загальній системі співвідношень моделей поряд з теоретичними виразами використовуються і емпіричні.

Побудова емпіричних моделей - єдино можливий спосіб моделювання тих елементів системи, для яких не можна побудувати в даний час теоретичних моделей через відсутність відомостей про їх внутрішній механізм. Питання, пов'язані з побудовою емпіричних моделей, що відносяться до галузі обробки спостережень або, точніше, до математичної теорії планування експерименту.

Для деяких систем єдина можливість оцінити правильність теоретичної моделі полягає в проведенні чисельних експериментів з використанням математичних моделей. Поведінка моделі не повинно суперечити загальним уявленням про закономірності поведінки процесів.

Теоретична модель описує не конкретну систему, а клас систем. Тому перевірка теоретичної моделі можлива при дослідженні конкретних частково або повністю спостережуваних систем. Потім перевірену таким чином теоретичну модель можна застосовувати для опису і вивчення конкретних неспостережний систем, що відносяться до того ж або до більш вузького класу.

Строго обгрунтувати вираз "моделі відносяться до одного і того ж класу" наскільки важко. Ми будемо розглядати клас систем, що розвиваються, до якого можуть ставитися системи штучні, живої і неживої природи, соціальні і т.п.

Між емпіричними, напівемпіричні і теоретичними моделями не існує різкої кордону. Будь-які математичні моделі, в кінцевому рахунку, виражаються через параметри, що визначаються експериментальним шляхом. Усі відмінності між трьома згаданими типами моделей зводяться до ступеня спільності уявлень, що відносяться до даної моделі, а саме: або вони відносяться безпосередньо до вивчається конкретного об'єкта, або пов'язані з класом таких об'єктів, або ж, нарешті, пов'язані з класом явищ, що спостерігаються в природі

Більшість процесів настільки складне