Системный подход. Свойства и структура систем

35. Системный подход. Свойства и структура систем.

Системный подход – путь анализа сложных проблем, в которых проблема рассматривается как система с большим числом внутренних связей, связанная с другими сопутствующими проблемами внешних связей. Такой подход позволяет не только быстро предложить ряд решений, но и выбрать из них оптимальное (например, решение экологических проблем). Системный анализ – это совокупность методов и процедур, направленных на решение сложных комплексных проблем.

Система – это совокупность объектов, объединенных внутренними связями и образующих качественно новое целое и взаимодействующее с внешней средой посредством внешних связей. Система состоит из объектов, названных элементами. Элемент – это наименьшая единица системы. Элементы объединяются в подсистемы. Подсистема – это часть системы, которая обладает определенной автономностью, но в то же время подчиняется системе и управляется ею. Примером системы может служить человек. Связи в системе. 1 тип – связи по горизонтали – связи координации между однопорядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер (когда ни одна часть системы не может измениться без других частей, т.е. корреляция – это взаимозависимость). 2 тип – связи по вертикали (связи субординации, иерархичные связи). Иерархичность – это включение систем нижних уровней в системы более высоких уровней. Системные свойства. Эмерджентность (дословно "возникающие") – это проявление у системы новых свойств, которых нет у составляющих систему элементов и подсистем. Стационарность (стабильность) - неизменность параметров системы во времени под действием внешних факторов. Устойчивость системы – это способность системы возвращаться в исходное состояние после выхода из этого состояния под действием внешних факторов. Пластичность – это способность системы возвращаться в исходное состояние после прекращения действия внешнего фактора. Необходимое разнообразие элементов означает, что система не может состоять из одинаковых элементов. Инерционность – это способность системы пассивно сопротивляться внешним воздействиям, т.е., система не может мгновенно измениться под действием внешних факторов. Классификация систем. Системы бывают открытые, закрытые и изолированные. Открытой является система, которая имеет активные двусторонние связи с внешней средой. Закрытой называется система, если связи являются односторонними, направленными внутрь системы и система не дает отклика на внешние воздействия. Изолированными являются системы при полном отсутствии связей с внешней средой. Типы систем. Системы бывают материальные (из материальных объектов, объективные, т.е. не зависят от ученых) и идеальные (они создаются для изучения материальных систем). Иначе идеальные системы называются концептуальными (научно-теоретическими). Системы бывают определенные и вероятностные. Определенные системы (или детерминистские). Поведение таких систем можно точно и однозначно предсказать. Поведение в вероятностной системе носит вероятностный характер.

38. Термодинамика. Первый, второй, третий законы термодинамики.

Термодинамика – это наука о тепловых явлениях, которая исследует физические процессы, происходящие при преобразовании тепловой энергии.

Первый закон термодинамики: энергия не возникает из ничего и не исчезает в никуда, она лишь может превращаться. Это одно из основных положений термодинамики, являющееся по существу законом сохранения энергии в применении к термодинамическим процессам. Было сформулировано в нач. 19 века.

Второй закон термодинамики: невозможен самопроизвольный переход теплоты от тела более холодного к телу более нагретому без каких-либо других изменений в системе или окружающей среде.

Третий закон термодинамики: нельзя охладить тело до абсолютного нуля (энтропия физической системы при стремлении температуры к абсолютному нулю не зависит от параметров системы и остается неизменной).

Энтропия – это необратимость реакции (например, при сжигании угля в топке паровоза, выделяется дым, обратить дым в уголь невозможно). Энтропия – это функция, составляющая систему, которая характеризует степень беспорядка в системе.

40. Концепция самоорганизации. Синергетика.

Синергетика - это наука о самоорганизации сложных открытых систем. Самоорганизация - процесс формирования в системе все более сложных и сложных подсистем. Этот процесс естественен. Этот процесс вызван не специфическим воздействием извне. Другими словами, самоорганизация в общем понимании - это присущая материи способность к усложнению элементов и созданию все более упорядоченных структур в ходе своего развития; в узком понимании - это скачок, фазовый переход системы из менее в более упорядоченное состояние. В самоорганизации всегда возникает нечто новое, чего раньше не было. Самоорганизация - это междисциплинарная область знания, ведущий принцип всего современного естествознания, применение ко многим предметам, наукам.

В процессе усложнения систем различают два взаимодополняющих механизма: объединение частей и разделение (фракционирование) систем. Механизмы, основанные на этих двух принципах, обнаруживаются на всех уровнях сложности и упорядоченности, начиная с макромира и заканчивая крупномасштабными структурами Вселенной. На разных уровнях сложности системы в основе лежат силы, казалось бы, разной природы, но, в конечном счете все они сводятся к четырем фундаментальным взаимодействиям.

Другая сторона явления самоорганизации - информативность, способность системы любого уровня создавать, накапливать, хранить и использовать информацию, в том числе и о направлении своего развития.

Примеры самоорганизации: торнадо, химические часы, биологические процессы (эволюция), социальные системы (общество), формирование человеческой психики на протяжении жизни.

Необходимые условия самоорганизации:

Открытость системы (взаимодействие с другими системами, с окружающей средой): обмен энергией, обмен веществом, обмен информацией при деградации.

Формирование циклических процессов.

Принцип колыбели. Самоорганизация не происходит везде, а лишь в отдельных, особо сложных частях. Система должна быть погружена в другую систему, более большую ( как бы в колыбели). Нет равноправия. Характер самоорганизации - глобальность деградации и локальность самоорганизации.

Достаточно длительный срок. Системе проще ничего не делать, чем что-то делать. Система обычно находится в состоянии динамического равновесия, т.е. проходят какие-то процессы в системе, но в общем она не изменяется.

Система должна быть достаточно далека от состояния термодинамического равновесия. Иначе больше вероятность деградации, чем самоорганизации.

Уровни самоорганизации в природе:

Космологический - происхождение вещества из вакуума, появление барионной ассиметрии, разделение различных типов фундаментальных взаимодейтсвий, формирование протонов и нейтронов, формирование атомов водорода и гелия, первичный нуклеосинтез, разделение атомов вещеста и электромагнитного излучения.

Астрофизический - формирование галактик, звезд и планетных систем, звездный нуклеосинтез, образование в космосе простейших молекул вплоть до органических.

Геофизический - формирование и эволюция литосферы, гидросферы и атмосферы Земли как благоприятного резервуара для появления сложных органических молекул.

Химический и биохимический - химическая и биохимическая эволюция молекул и молекулярных агрегатов.

Биологический - биологическая эволюция от появления первых клеток до высших животных и человека, формирование и развитие общего в биосфере.

Социальный - социальная эволюция как историческое развитие различных форм человеческих сообществ от первобытных племен до современной всемирной цивилизации.

Психический и интеллектуальный - психическая и интеллектуальная эволюция от появления языка и письменности, мифологии ирелигии до современного состояния единой мировой науки; попытки формирования ноосферы.

Система обязательно когда-нибудь находится в состоянии кризиса, когда любая маленькая деталь может привести к непредсказуемым последствиям, гибели системы. Теория катастроф с математической точки зрения. Катастрофа - это когда при малом взаимодействии система уходит от прежнего динамического состояния и переходит в новое состояние. Система должна пережить катастрофу, чтобы самоорганизоваться.

Бифуркация - разветвление траектории движения тела или дальнейшего пути развития системы в некоторый момент времени. Если предсказание самоорганизации и возможно, то лишь ограниченно, локально, т.к. состояние катастрофы непредсказуемо - бифуркация : либо система "выздоравливает", либо "умирает".