Книга: ЧЕЛОВЕК И НООСФЕРА

Механизм обратной связи и понятие «организация»

Механизм обратной связи

и понятие «организация»

При описании процессов физической природы понятием «организация» или «структура» системы обычно не пользуются. Для этого, оказывается, достаточно понятия «состояние». Однако по мере усложнения изучаемых систем, особенно при переходе к исследованию проблем самоорганизации сложных многомерных динамических систем, понятия «состояние» оказывается недостаточно. Возникает потребность в общих интегральных характеристиках. Одной из таких и является понятие организации структуры внутренних связей системы прежде всего. При изучении объектов биологической или общественной природы без понятий «организация» или «структура» обойтись уже невозможно.

Потребности в изучении структурных свойств системы различной физической природы привели к возникновению даже специальной дисциплины — Теории организации. Она существует уже довольно давно и обладает собственными принципами и методами описания. Возникновение этой дисциплины можно связать с именами известного кристаллографа, члена Российской академии Е. Федорова и врача, физиолога и известного общественного деятеля А. Богданова.

Первый из них обратил внимание на то, что разнообразие архитектурных форм существования вещества значительно беднее разнообразия материала, участвующего в природных процессах. Этот факт, имеющий глубокий философский смысл, сделал содержательным выделение структуры вещества как самостоятельного объекта исследования. Такое исследование Е. Федоров провел на кристаллах. Оказалось, что независимо от химического состава вещества, способного к кристаллизации, существует лишь определенный набор кристаллических структур, которые могут существовать в природе. Е. Федоров дал его описание (закон Федорова).

Если для нас сегодня описание кристаллических структур является не более чем наглядной иллюстрацией некоторого общего свойства материального мира, то для Е. Федорова соображения философского и общесистемного характера были продуктом побочным — его интересовали именно кристаллы. Тем не менее теория Федорова заложила основы статики в Теории организации, то есть изучения стабильных структурных форм материи.

Двумя десятилетиями позднее проблемами организации стал заниматься А. Богданов. Он стремился изучать прежде всего общие принципы организации материального мира и, в частности, динамику организационных форм, то есть изучать характер их изменения под действием внешних и внутренних факторов. Иными словами, если Е. Федоров рассматривал организацию как неизменное свойство, присущее данному объекту, то А. Богданов на обширном материале из различных областей естествознания и обществоведения демонстрировал существование общих закономерностей в изучении организационных структур явлений самой разной природы.

Несмотря на то, что понятие «организация» используется весьма широко, его четкое определение отсутствует. Его не дали и создатели новой дисциплины. Мне представляется, что А. Богданов относил понятие «организация» к числу первопонятий, не отделимых от понятия «материя»: любой материальный объект обладает определенной организационной структурой, любой процесс протекает в рамках определенной организации, а само по себе понятие «организация» не имеет смысла, оно всегда должно быть связано с тем или иным материальным носителем.

С конца прошлого века математики начали заниматься проблемами, которые по своему существу очень близки к Теории организации. Это проблемы топологии и качественной теории дифференциальных уравнений. Я думаю, что благодаря усилиям математиков, работающих в этих областях, уже начал формироваться специальный инструментарий Теории организации. Начало подобным качественным исследованиям было положено А. Пуанкаре.

Значение математических методов и математической интерпретации в теории организации стало особенно наглядным в последнее десятилетие, когда были обнаружены удивительные свойства универсальности систем различной природы, испытавших многократные бифуркации. Изученные сначала на относительно простых явлениях, таких, например, как отображение отрезка в себе, они, как оказалось, свойственны и процессам более сложной природы (см. подробнее: Пуанкаре. О кривых, определяемых дифференциальными уравнениями. М., 1953; Вул Е., Синай Я. Г., Ханин К. М. Универсальность Фейгенбаума и термодинамический формализм. «Успехи математических наук», М., 1984, № 3).

Кажется бессмысленным говорить об организации, не называя ее материального носителя. И тем не менее нам приходится это делать. Ведь нечто подобное случилось с понятием пространства после создания общей теории относительности, когда стали очевидными связь и единство пространства, времени и распределения материи. Теперь мы знаем, что «чистое» пространство — это некоторая фикция, некоторая абстракция. Но это вовсе не означает, что нельзя изучать свойства и особенности того же пространства, той же организации самих по себе. Изучение подобных абстракций чрезвычайно важно для науки и составляет основу многочисленных дисциплин. В конечном счете теоретическая наука в отличие от эмпирии всегда имеет дело с идеализациями реальных объектов. И не только наука. Ведь изучаем же мы законы архитектуры, не вдаваясь в изучение подробностей физических свойств тех материалов, из которых построены разнообразные шедевры зодчества, и изучаем и архитектурные формы, мало беспокоясь о том, как используются здания.

Подобный путь формирования и использования абстракций традиционен для науки — это важнейший способ познания. И Теория организации Богданова является одной из таких теоретических схем. И в таком качестве ее вполне оправданно считать фундаментом современной теории систем. В самом деле, целостное представление о системе требует прежде всего изучения ее организации. И чтобы добиться такого представления, надо сначала ответить на вопрос о том, что такое организация. Во всяком случае, объяснить тот смысл, который мы собираемся вложить в это слово. Общеинтуитивных соображений по этому поводу уже недостаточно.

Любой процесс может быть описан в терминах состояний. Это могут быть фазовые переменные, относящиеся к конечномерным объектам, или функции (в том числе и функции распределения). К числу характеристик состояния можно иногда относить и функционалы, то есть числа, зависящие от переменных состояний. Все переменные состояния так или иначе изменяются во времени. И в каждом конкретном случае можно говорить о характерных временах их изменения, как это принято в физике или технике, измеренных в некотором временноподобном масштабе времени.

Описание процесса изменения состояний — это и есть, с точки зрения математика и физика, описание эволюции (или развития) изучаемого процесса. И в таком контексте понятие «организация» кажется, вообще говоря, ненужно — без него вроде бы можно и обойтись. Однако, проводя исследование того или иного объекта, мы, как правило, обнаруживаем, что характерные времена изменения некоторых переменных его состояния значительно больше соответствующих времён других переменных. Вот эти первые переменные состояния мы и условимся относить к элементам организации.

Другими словами, организация изучаемого объекта (системы) — это совокупность консервативных, медленно изменяющихся (в частном случае — постоянных, неизменных) характеристик объекта. У кристаллов это их геометрия — взаимное расположение вершин, ребер, граней. В турбулентном потоке это средние характеристики давления, пульсации скоростей и т. д. В теории динамических систем под организацией естественно понимать топологию ее фазовых траекторий, структуру аттракторов и т. п.

В процессе исследования мы следим за изменением организации системы, изучаем условия ее коренной перестройки. С помощью использования подобных терминов часто оказывается возможным описать более наглядно те или иные свойства механизмов бифуркационного типа, поскольку именно в точках катастрофы и происходит резкое изменение организации структуры системы.

С этих же физикалистских позиций можно изучать организацию и живого мира, и общественных структур, определяя каждый раз те характеристики эволюционного процесса, которые мы будем относить к организации. Однако, как мы это увидим ниже, введенное определение организации при переходе к высшим уровням организации материи должно быть существенно дополнено.

Используя понятие организации, мы можем представить основное содержание синергизма — процесса самоорганизации материи — как изменение ее организации, описать процессы развития системы последовательностью переходов от одних квазистабильных состояний, характеризуемых определенными параметрами организации, к другим. Предлагаемый подход отвечает тому представлению о роли временных масштабов при изучении процессов, протекающих в окружающей среде, которые мы находим в многочисленных публикациях В. И. Вернадского.

Заметим, что такое представление лежит, по существу, в основе инструментария современного системного анализа. В самом деле, в каждом конкретном исследовании всегда тем или иным образом определяется (фиксируется) временной интервал, в пределах которого изучается тот или иной объект — например, глубина прогноза погоды или количество жизненных циклов популяции. Величина подобного интервала является важнейшей характеристикой исследования, определяющей цель исследователя.

Но если в любом исследовании всегда существует некоторый характерный интервал времени, то по отношению к нему мы можем провести (и всегда проводим) некоторое ранжирование или классификацию отдельных процессов: быстрые, медленные и т. д. Например, в ряде случаев можно изучать функционирование системы, считая ее организацию неизменной, как в задаче об изучении механических свойств кристалла. Это позволяет нам построить один вариант асимптотической теории. В других случаях можно игнорировать детали некоторых быстропротекающих явлений — получим другой тип асимптотических теорий. Поясним сказанное на примере анализа изменения характеристики климатических процессов.

Говоря о погоде, мы имеем в виду характерные времена порядка нескольких дней. И для ее изучения важнее всего структура атмосферной циркуляции — распределение атмосферных фронтов, характер движения циклонов и т. д. На фоне этой видимой «организации» погоды мы изучаем ее детали, нас интересующие: где и когда выпадут осадки, каков будет суточный ход температуры, чему будет равна максимальная скорость ветра и т. д.

Если же речь пойдет об анализе долговременного климатического процесса, о его зависимости от астрономических факторов, то, например, динамика отдельных циклонов нас уже не будет особенно интересовать. Зато станут значительными новые характеристики: особенности динамики океанических масс, структура энергообмена океан — атмосфера, изменение альбедо земной поверхности и ряд других, которые в «чисто погодных» исследованиях считались постоянными.

Таким образом, наши рассуждения общего характера приводят в конце концов к вполне конкретным методическим рекомендациям в анализе процессов самоорганизации. Одновременно мы видим, что понятие организации достаточно условно, что многое зависит от требований, предъявляемых к анализу. То, что в одних условиях мы можем считать параметрами функционального характера, в других можно отнести к элементам организации.

При переходе к описанию живых, а тем более общественных систем мы должны усложнить понятие организации, поскольку значительно усложняются связи между характером функционирования и структурой системы. Поэтому, говоря об организации систем живой и общественной природы, мы будем иметь в виду не только их консервативные характеристики, но и все те особенности, которые существенным образом влияют на их жизнедеятельность.

Организация систем в живом мире рождает совершенно новый тип механизмов развития, неизвестных в мире неживой материи. Это механизмы обратной связи.

Любому живому существу, любой живой системе свойственно стремление сохранить стабильность своей организации (своего гомеостазиса). Разрушение организации живой системы означает ее гибель. Эти системы способны в определенных пределах изменять свое состояние.

Механизмы, определяющие изменения состояния, которые являются реакцией на внешние воздействия и ими определяются, условимся называть механизмами обратной связи. Можно говорить об отрицательных обратных связях, поддерживающих гомеостазис, то есть компенсирующих внешние воздействия, и о положительных, которые ухудшают стабильность системы.

Многие считают, и я долго разделял эту точку зрения, что отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостазис, как раз и есть та главная особенность, которая отличает все живое от неживого: живое всегда стремится сохранить свою стабильность. Это факт эмпирический.

Но, видимо, это распространенное мнение не вполне точно. В самом деле, с одной стороны, принцип Ле-Шателье, справедливый для неживой материи (он является следствием законов сохранения), можно трактовать как «стремление» сохранить гомеостазис, С другой — некоторые прокариоты и вирусоподобные существа, которых мы традиционно относим к живому миру, по-видимому, лишены способности формировать петли обратной связи. Не вдаваясь здесь в обсуждение этих трудных и сложных вопросов, мы тем не менее можем утверждать, что стремление к гомеостазису, сохранению собственной стабильности, стабильности рода, популяции всегда было одним из мощнейших факторов эволюции, фактором, который открывал прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Но диалектика развития непрерывно демонстрирует нам неоднозначность результатов любых конкретных тенденций и противоречивый характер любых категорических утверждений типа «только так и не иначе».

Устойчивость, доведенная до своего предела, прекращает любое развитие. Она тормозит реализацию принципа изменчивости. Чересчур стабильные формы — это тупиковые формы, эволюция которых прекращается.

Чрезмерная адаптация или специализация столь же опасна для совершенствования вида, как и его неспособность к адаптации. Стремление к гомеостазису должно компенсироваться другими тенденциями, определяющими рост разнообразия. А такие тенденции неизбежно должны будут формировать механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей. Одна из таких тенденций порождается, видимо, принципом минимума диссипации энергии, о котором я уже говорил.

Было уже отмечено, что этот важнейший принцип отбора может быть распространен и на живые системы, и я предложил его расширенную формулировку. Обобщенный принцип минимума диссипации — это такое же эмпирическое обобщение, как и принцип сохранения гомеостазиса.

Живые системы всегда открытые системы. Им свойствен метаболизм, то есть обмен энергией и веществом с окружающим миром, без этого они не могут существовать. И одной из ведущих тенденций их развития является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды, уменьшая тем самым свою локальную энтропию.

Этот факт тоже эмпирический: стремление так изменить систему, в такую сторону направить эволюционный процесс, чтобы увеличить ее способность усваивать внешнюю энергию и вещество, столь же свойственно живому, как и стремление сохранить гомеостазис. Эти тенденции в известных условиях могут оказаться противоречивыми, что особенно хорошо видно при анализе общественных форм организации.

В результате непрерывно совершающихся компромиссов между этими тенденциями возникают быстро развивающиеся «прогрессивные» формы эволюции. К таким относятся, например, Человек и формы более стабильные, развивающиеся значительно медленнее и даже практически остановившиеся в своем развитии, вроде термитов и муравьев.

Примечание. Термиты, конечно, продолжают развиваться, адаптироваться к изменяющимся условиям. Но, появившись около 400 миллионов лет тому назад, эти родные братья тараканов не столь уж и отличаются от их бесконечно далеких предков.

Таким образом, одной из важнейших особенностей любого эволюционного процесса, протекающего в живом мире, является противоречивое взаимодействие тенденций двух противоположных типов — тенденции к стабильности (сохранению гомеостазиса), нуждающиеся в укреплении отрицательных обратных связей, и тенденции поиска новых, более рациональных способов использования внешней энергии и вещества, требующих формирования положительных обратных связей.

Способы разрешения этих противоречий, то есть структуры возникающих компромиссов, могут быть самыми различными. И это обстоятельство тоже в значительной степени ответственно за разнообразие организационных форм материального мира.

Изучение в этом плане развития общества представляет специальный интерес для анализа современных общественных отношений глобального характера, и мы еще вернемся к этому вопросу.