Принципы динамической организации

ВВЕДЕНИЕ Чрезвычайно важным обстоятельством является то, что почти во всех работах по общей теории систем рассматриваются именно вопросы описания поведения систем, при котором остаётся в тени источник движения и развития системы, то есть осуществляется, если можно так сказать, кинематический подход. В методологическом отношении более важной представляется именно эта сторона, игнорированная общей теорией систем.Если верно, что все коллизии бытия системы заключены в её внутреннем и внешнем взаимодействии, то естественно положить в основу общей теории систем некоторую совокупность феноменологических положений, отражающих причинно-следственные отношения систем, то есть представляющих основные моменты поведения систем в их внутреннем и внешнем взаимодействии.

Иными словами, не следует ли создать общую теорию систем по образу динамики Ньютона, устанавливающей в своих исходных положениях совокупность причинно-следственных механических отношений тел, на основе которых прочно покоится “теория механических систем” . Но тогда общая теория систем в общую теорию динамики, на основе которой можно рассмотреть динамическую организацию вообще и её различные принципы.

Путь в динамику систем проходит через понятие структуры. Говоря полнее, исследование динамики системы непосредственно связано, а точнее - предполагает знание одной из важнейшей её сторон - структуры.Вместе с тем, проблема структуры и вне связи с общей динамикой систем имеет большое значение для всех наук в связи с развитием структурно-системного метода исследования. В последние годы проблема структуры привлекает к себе внимание широкого круга исследователей.

Первым моментом, требующим определения, является понятие состояния системы или понятие состояния движения системы. Под термином состояние системы везде ниже будем понимать состояние движения (внутреннего и внешнего) системы.Некоторые учёные считают, что поиск определения понятия состояния в общем его выражении, пригодном для всех систем, есть задача трудная, а возможно даже невыполнимая. В этом суждении есть резон.

Но без понятия состояния, как известно, не обходится ни одна из специальных наук. Дадим определение: состояние движения системы представляется величинами некоторого набора характеристик, отражающих субстанциональную и структурную сторону системы.Динамическое состояние (состояние движения) материальной точки, например, при известной действующей силе задаётся значениями трёх координат и трёх импульсов (или скоростей) в данный момент времени. Состояние микросистемы (ядра, атома, молекулы) задаётся набором собственных значений квантово-механических переменных, то есть известной совокупности квантовых чисел.

Состояние однородной уравновешенной термодинамической системы описывается двумя независимыми параметрами (давлением и температурой или объёмом и энтропией и т.д.) . Сложнее вычленить независимые переменные в таких системах, как организм, общество и т.д но основные элементы, играющие решающую роль в определении состояния, могут быть указаны и здесь.

Известно, например, что состояние общественной системы определяется уровнем развития производительных сил и характером производственных отношений. Более глубокое расчленение, детализация и конкретное количественное и качественное описание этих элементов будут точнее представлять состояние общественной системы. В общем случае можно сказать, по-видимому, что состояние движения системы есть её бытиё в данный момент времени.Это определение, однако, не решает проблемы состояния, ибо в последующем должны быть изысканы средства для конкретного описания и количественного представления бытия системы в каждый момент времени, а именно этот аспект и несёт в себе главную трудность.

Теперь можно сформулировать некоторые общие принципы динамической организации справедливые для широкого круга систем (начиная от атомных ядер) , и которые в качестве независимых постулатов следует положить в основу аксиоматики общей динамики.Принцип первый . Всякая система имеет состояние, характеризующееся тождественным внутренним обменом движущейся материи, к которому стремится в условиях равновесной окружающей среды.

Возьмём микросистему - атом, молекулу.В условиях термодинамического равновесия окружающей среды микросистема осуществляет периодический (некоторому случайному закону) нетождественный внутренний и внешний обмен, поглощая и излучая фотоны. состояние системы испытывает изменения (возбуждения и переходы в основное состояние) , колеблющиеся возле некоторого среднего значения, определяемого конкретными условиями термодинамического равновесия.

Система оказывается уравновешенной в среднем. Внутренний и внешний обмен стационарны и тождественны в среднем значении их характеристик. Можно поэтому сказать, что микросистема, находящаяся в составе термостата, стремится к своему в среднем равновесному состоянию.Теперь рассмотрим предельный случай внешнего равновесия, когда во внешнем обмене микросистемы отсутствует положительная составляющая, то есть когда система не получает движущейся материи извне.

Иначе говоря, этот случай предельного внешнего равновесия системы характерен отсутствием окружающих частиц и других форм материи, способных возбудить микросистему. Неуравновешенная микросистема (радиоактивное ядро, возбуждённый атом или молекула) в этих условиях стремится к основному стационарному состоянию с минимумом энергии.Этот процесс сопровождается отрицательной составляющей нетождественного обмена - излучением фотона (при высвечивании ядра атома или молекулы) или выбросом других частиц (в случае радиоактивного распада ядра) . Конечное основное состояние характерно стационарным тождественным внутренним обменом.

Внешний обмен в таких условиях обращается тождественно в нуль. Макросистема в термодинамически равновесной среде также уравновешивается сама с собой и с окружающей средой.Этот процесс происходит под действием нетождественного в общем случае внешнего и внутреннего обмена.

Начальные условия определяют изменение энтропии системы, которое может быть как положительным так и отрицательным (нагретое тело, помещённое в термостат с более низкой температурой, например, стремится к равновесию через уменьшение собственной энтропии) . Предельный случай равновесного окружения с отсутствующей положительной составляющей внешнего обмена в макромире - замкнутая система.Как известно из второго начала термодинамики, замкнутая система под действием нетождественного внутреннего обмена (перераспределения материи) стремится к равновесному состоянию с максимумом энтропии и характеризующемуся стационарным тождественным внутренним обменом.

Очевидно, что рассматриваемый принцип справедлив и по отношению к организму и более сложным системам, ибо ни организм, ни другая сложная система не способны к функционированию в условиях детального равновесия среды, поскольку сами уравновешиваются.В обычных условиях, обеспечивающих жизнедеятельность организма, окружающая среда не уравновешена.

В среде, окружающей организм, имеется ряд веществ (белки, жиры, углеводы и пр.) , обладающих сложной структурой и пониженным содержанием энтропии, за счёт разрушения которых организм поддерживает в самом себе внутреннюю и внешнюю уравновешенность. Если уберите из окружающей среды неуравновешенные вещества, привести её в детальное равновесие, как сразу же в равновесное состояние придёт и организм, тогда его глубоко дифференцированная структура распадётся. Правомерность первого принципа динамической организации можно продемонстрировать и в динамике.

Тело, движущееся с некоторой начальной скоростью в равновесной окружающей среде, преодолевает силы трения и осуществляет нетождественный обмен, передавая в окружающую среду материю, связанную с его импульсом и кинетической энергией.Этот процесс завершается, как известно, полной остановкой тела, уравновешиванием его с окружающей средой и обращением нетождественного обмена в стационарный тождественный.

В заключение рассмотрения первого принципа динамической организации можно дать ему вторую, совершенно очевидную формулировку.Равновесная среда уравновешивает любую находящуюся в ней систему, то есть обращает внутренний и внешний обмен системы в усреднено стационарный тождественный (в общем случае) . И третья формулировка для частного предельного случая внешнего равновесия: внутренний обмен системы, находящейся в равновесном окружении и лишённой положительной составляющей внешнего обмена в его суммарном значении (это условие означает, что система находится под действием только внутренних неуравновешенных в общем случае сил, то есть внутреннего обмена, внешние силы уравновешены) , ведёт систему к внутреннему равновесию и обращается в стационарный тождественный. Принцип второй . Система сохраняет состояние неизменным, пока её обмен движущейся материи (внутренний и внешний) тождествен.

С точки зрения законов сохранения материи и движения этот принцип совершенно очевиден: система, осуществляющая тождественный обмен, абсолютно “прозрачна” для потока падающей на неё материи, вследствие чего проходящая через систему материя не оставляет в ней (системе) никакой следовой реакции.

Иллюстрируем правомерность этого принцип в примерами из различных отраслей природы. В механике.Реальное инерциальное движение в той мере, в какой оно вообще имеет место (падение, например, шарика в вязкой жидкости под действием постоянной силы тяжести) , обязано не отсутствию сил, а их равновесию, то есть выступает как результат тождественности некоего специфического обмена.

В этом обмене шарик получает движущуюся материю у ускоряющего поля и отдаёт её окружающей вещественной среде (вязкой жидкости) . В термодинамике.Термодинамическая система, уравновешенная в изотермических условиях (газ в цилиндре под поршнем, например, или чёрное излучение в закрытой полости) , сохраняет (если пренебречь исчезающими малыми флюктуациями) равновесное состояние не в силу отсутствия взаимодействия, а в результате тождественного обмена частицами, излучением и пр. В микромире.

Микрочастицы (молекулы, атомы, ядра и элементарные частицы) сохраняют основное стационарное состояние неизменным, если отсутствует возмущающее воздействие извне в виде фотонов и других частиц. Это состояние сохраняется также в результате (в конечном итоге) акта присоединения - отчуждения фотона, например, ибо этот акт является тождественным обменом в его среднем значении в системе центра масс (фотон присоединяется, фотон отчуждается - атом возвращается в исходное основное состояние) . Хотя в процессе обмена состояние атома изменялось, но в конце этих событий, когда обмен за счёт обратимости микропроцессов оказался сбалансированным в тождественный, атом вновь оказался в том же исходном основном состоянии.

Рассмотрим предельный частный случай тождественного внешнего обмена, когда все его компоненты равны нулю (полный реальный обмен в нуль не обращается из-за того, что всякая материальная система обладает внутренним движением, то есть внутренним обменом, не обращающимся в нуль) . В этом случае меняется формулировка второго принципа динамической организации: замкнутая система, осуществляющая тождественный внутренний обмен, сохраняет состояние неизменным (замкнутость системы означает отсутствие внешнего обмена) . В механике материальной точки, не имеющей внутреннего состояния (можно сказать, обладающей тождественно нулевым внутренним обменом - идеализация) , последняя формулировка по содержанию совпадает с законом инерции: отсутствие сил - отсутствие обмена - отсутствие изменения состояния.

В термодинамике этот случай характеризуется равновесием замкнутой системы, а формулировка второго принципа динамической организации воспроизводит постулат о сохранении равновесия. По отношению к микросистемам эта формулировка совпадает с известным в квантовой механике положением об устойчивости основного квантового состояния.

Таким образом второй принцип является обобщением трёх положений из различных областей (или сторон) природы: закона инерции - из механики ; постулата о сохранении равновесия замкнутой макросистемы - из термодинамики ; постулата об устойчивости стационарности основного состояния микросистем - из квантовой механики.

Поэтому второй принцип динамической организации может быть назван обобщённым законом инерции. Принцип третий.Динамическое состояние системы изменяется только в результате нетождественного (внутреннего и внешнего, внутреннего или внешнего) обмена движущейся материи.

Простейший случай - механика, здесь динамическое состояние свободного тела изменяется лишь при отличной от нуля производной импульса оп времени (равной действующей силе) , то есть при появлении ускорения, но при ускоренном движении наращиваются (или убывают) значения таких величин как энергия, масса, импульс, которые являются неотъемлемыми характеристиками субстанциональной стороны материи.Поэтому при ускоренном движении тел можно говорить о накоплении материи как субстанции, которое является прямым изменением состояния тела, с одной стороны, а с другой - прямым результатом не тождественности обмена на входе над мощностью обмена на выходе или наоборот. Из этого следует, что третий принцип динамической организации в механике является обобщением второго закона динамики Ньютона.

В термодинамике макросистема изменяет состояние либо в результате.