Концепції сучасного природознавства - Бобильов Ю.П. - 4.1. Інформаційна концепція розвитку систем

Поняття розвитку неживої і живої природи розглядається як необоротна спрямована зміна структури об'єктів природи, оскільки структура відбиває рівень організації матерії. Структура – це внутрішня організація системи, що сприяє зв'язку елементів системи і визначає існування її як цілого та її якісні особливості. Структура визначає впорядкованість елементів об'єкта. Елементами виступають будь-які явища, процеси, а також будь-які властивості й відносини, що знаходяться в якому-небудь взаємному зв'язку і співвідношенні один з одним. Структура є впорядкованість (композицій) елементів, що зберігається (інваріантна) стосовно певних змін (перетворень).

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

Найважливіша властивість структури – її відносна стійкість, яку розуміють як збереження в зміні. Однак структура містить певну динамічність, окремі часові моменти, являє собою процес розгортання в часі й 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, уявлення про зміну структур і її послідовність в ході історичного розвитку системи з моменту її виникнення. У той час як зміна структури може бути випадковою і не завжди має спрямований характер, зміна рівня організації відбувається необхідним чином. Системи, що досягли відповідного рівня організації і мають певну структуру, здобувають здатність використовувати інформацію для того, щоб за допомогою керування зберегти незмінним (чи підвищувати) свій рівень організації і сприяти сталості (чи зменшенню) своєї ентропії.

Що таке організація? Посилаючись на основоположників теорії організації Федорова і Богданова, Мойсеєв дає таке визначення: "Організація досліджуваного об'єкта (системи) – це сукупність консервативних характеристик об'єкта, що повільно змінюються (в окремому випадку постійних, незмінних). Для визначення організації потрібно виділити ці характеристики об'єкта (системи)".

Під організацією системи будемо розуміти зміну структури системи, що забезпечує погоджену поведінку або функціонування системи, яке визначається зовнішніми умовами. Якщо під зміною організованості розуміти зміну способу з'єднання (чи зв'язку) підсистем, що утворюють систему, то явище самоорганізації можна визначити як таку неминучу зміну системи і її функцій, яка відбувається поза якими-небудь додатковими впливами, унаслідок взаємодії системи з умовами існування і наближається до деякого відносно стійкого стану.

Під самоорганізацією будемо розуміти зміну структури, що забезпечує погодженість поведінки завдяки наявності внутрішніх зв'язків і зв'язків із зовнішнім середовищем. Самоорганізація – це природничонаукове вираження 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 у визначений момент "руху" складної системи.

Динаміка розвитку систем приводить до послідовної зміни їхніх структур. Закономірна 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 набуттям пристосувань більш загального значення, що дозволяють встановити зв'язки з новими сторонами зовнішнього середовища. Самоорганізація характеризується виникненням внутрішньо погодженого функціонування за рахунок внутрішніх зв'язків і зв'язків із зовнішнім середовищем. Причому поняття функція і структура системи тісно взаємопов'язані; система організується, тобто змінює структуру, заради виконання функції.

Питання про взаємозв'язок структури і функції – одне з найдавніших і традиційних у біології. Аристотель, ставлячи питання "заради чого існує орган?", відповідав: "заради виконання певної мети", тобто функції. Для біологічних об'єктів поняття функції і мети ідентичні. Так, під функцією розуміється, наприклад, фізіологічне відправлення.

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

Рослинний і тваринний світ дає безліч переконливих прикладів такої взаємозумовленості. Так, вихід рослин на сушу ознаменувався набуттям комплексу морфофізіологічних нововведень, захисних покривів, провідної системи, диференціацією тіла на органи і т. д. Завдяки цим змінам, насамперед, було досягнуте зменшення втрати води від випаровування і посилення її руху по рослині. Тут важко сказати, що чому передувало, морфологічні чи фізіологічні зміни. У той же час очевидно, що "замовлення" на зменшення негативних наслідків нестачі води спричинив за собою добір 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 їхній зв'язок 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 з прикладів впливу функціональних перетворень на структуру рослини можуть служити листки і перетворення структури черешка зміною його функції: у листка після тривалого самостійного життя в укоріненому стані перебудовуються історично сформовані функції; при цьому черешок здобуває функції стебла, посилюється його провідна і механічна активність.

Структура і функція – невід'ємні властивості живої природи, вони пов'язані в онто- і філогенезі. Будь-який орган має багато функцій. Якщо з багатьох функцій, наприклад, кореня рослин (проведення речовин або їх запасання, утворення придаткових бруньок, прикріплення, синтез і т. под.) одна виявиться головною, то будова його у філогенезі зміниться згідно з новою функцією. З іншого боку, прояв будь-якої функції рослин того самого виду міняється кількісно, причому відмінності часто спадково обумовлені. На цій основі може відбуватися добір за ступенем вираження даної властивості. Наприклад, в одних рослин за таким принципом посилилася присмоктувальна функція коренів (паразити), в інших – опорні функції.

Взаємозв'язок зміни структури і функції в онто- і філогенезі сприяє підвищенню виживання і конкурентоздатності. Для рослин функція – єдине фізіологічне відправлення, необхідне для виживання і розмноження рослин в 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 визначену біологічну функцію. Функціональна роль біологічних молекул задається їхньою просторовою структурою – розташуванням у просторі атомів, що входять у структуру.

Можна навести безліч інших прикладів. Для вивчення процесу розвитку необхідно знати характер зміни структур у часі, їхні динамічні параметри. Треба також уміти розкривати закономірності взаємозв'язку між структурою і функцією, що виявляється в системі.

Донедавна природознавство й 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 даний час проблеми самоорганізації, досліджувані в синергетиці, здобувають актуальний характер у багатьох науках, починаючи від фізики і кінчаючи екологією. Завдання синергетики – з'ясування законів побудови організації, виникнення упорядкованості. На відміну від кібернетики тут акцент робиться не на процесах керування й обміну інформацією, а на принципах побудови організації, її виникнення, розвитку і самоускладнення (Г. Хакен).

Питання про оптимальну впорядкованість і організацію особливо гостро стоїть при дослідженнях глобальних проблем – енергетичних, екологічних" багатьох інших, вони потребують залучення величезних ресурсів. Філософсько-методологічний аналіз проблем глобального еволюціонізму неминуче приводить до постановки фундаментального питання: чи існують закони еволюційного процесу, що являють собою певну конкретизацію діалектичної концепції розвитку і в той же час загальні для всіх структурних рівнів природної дійсності?

Хоча ця проблема в даний час ще далека від вирішення, усе-таки є певні підстави допускати існування законів і закономірностей прогресивного розвитку в природі, які охоплюють всі основні етапи – космогонічний, геологічний, біологічний, поряд зі специфічними законами і закономірностями, властивими кожному з них.

Це можуть бути, по-перше, закони або закономірності окремих наук, які можна екстраполювати на цілісні процеси еволюції природної дійсності (скажімо, закон зростання ентропії або певні "біоаналогії", що мають досить загальне значення).

По-друге, ідея глобального еволюціонізму одержує підтримку з боку загальнонаукових концепцій. Так, розробка генетичних аспектів загальної теорії систем, що почалася в останні роки, дозволяє припускати, що деякі сформульовані в її рамках закономірності можуть мати дуже широку сферу 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, можна припустити, що існують такі типи досить загальних еволюційних законів і закономірностей, що будуть виявлені на основі комплексного аналізу процесів розвитку в масштабах усієї системи наук про природу.

Поки що, звичайно, передчасно обговорювати питання, чи будуть закони, сформульовані спочатку в рамках загальнонаукової картини світу, включатися далі в таку форму організації теоретичного знання, як теорія (система теорій), чи в іншу, дотепер мало досліджену форму міждисциплінарного і загальнонаукового знання – вчення (прикладом якої може служити вчення В. І. Вернадського про біосферу), чи входити і до складу систем теорій, і до складу вчень різного ступеня спільності. У всякому 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 і їхній зв'язок з еволюційними процесами, очевидно, може розглядатися як одна з природничонаукових конкретизацій загальної теорії розвитку.