Пока же мы подытожим основные понятия и принципы теории систем:
• Система – совокупность взаимодействующих элементов, обладающая свойством целостности;
• Каждая система обладает свойствами, которые не присущи ни одному из его элементов;
• Каждый элемент системы обладает свойствами, которые он теряет, будучи отделенным от системы;
• Изменение любого из элементов системы отражается на состоянии других элементов системы;
• В сложных системах возникает эффект самоорганизации.
Глава 2. Живые системы
Что дает сложным системам возможность приспосабливаться к различным изменениям окружающей среды? Почему одни системы способны перестраиваться при изменениях во внешней среде, а другие нет? Иными словами, что делает системы адаптивными? Что необходимо для того, чтобы система была адаптивной?
Вопросы эти не просты и, вероятно, на них можно дать только целый ряд взаимосвязанных ответов.
Во-первых, чтобы система могла самостоятельно меняться, не сваливаясь в хаос и не разрушаясь, она должна быть самоорганизующейся. И феномен самоорганизации, присущий как живым, так и неживым – физико-химическим и кибернетическим – системам, является необходимым условием для возникновения адаптивности. Необходимым, но не достаточным: не каждая система, в которой возникает самоорганизация, может называться адаптивной.
Поэтому обсуждение условий для возникновения адаптивности в системах необходимо начать с того, что же такое самоорганизация. И далее уже задаться вопросом о том, при каких условиях у самоорганизующихся систем возникает свойство адаптивности.
Впервые о самоорганизации заговорили специалисты по кибернетике и сам термин пришел именно от них. В кибернетических системах возникновение самоорганизации можно наблюдать в результате задания ограниченного набора простых правил взаимодействия элементов.
Одна из первых и наиболее известных демонстраций возникновения самоорганизации при задании одного лишь простого правила взаимодействия появилась в кибернетике в 50-е годы.
Суть эксперимента заключалась в следующем: была собрана поверхность, состоящая из большого числа маленьких лампочек с логическими переключателями, и задано простое правило: каждая лампочка может находиться в положение «включено» только если определенное количество смежных с ней лампочек в данный момент горят, а в противном случае лампочка должна выключаться.
В начальный момент эксперимента некая доля лампочек в случайном порядке включалась экспериментаторами. После этого лампочки в соответствии с заданным правилом начинали загораться или гаснуть, что приводило к беспорядочной смене картинки.
Но далее, после короткого периода хаотичного мерцания, возникали упорядоченные состояния: по сети лампочек проходили волны или же наблюдались повторяющиеся картинки. Таким образом на месте изначального хаоса возникал порядок – и все это в результате задания одного-единственного правила взаимодействия.
Другой пример возникновения самоорганизации при задании небольшого количества правил взаимодействия был реализован армией США при проведении съемок местности на Ближнем Востоке. Первоначально для осуществления съемок пытались запускать группу дронов, каждый из которых двигался по своему заданному маршруту, но при этом столкнулись с проблемой: если часть дронов сбивали, то на карте съемки оставались белые пятна.
Решить данную проблему удалось после того, как вместо заданных траекторий движения для дронов установили 2 простых правила:
• Лететь и снимать ближайшую еще не снятую область (информация о том, какие области засняты, а какие нет получалась каждым дроном в режиме реального времени);
• Не приближаться к другим дронам менее чем на X метров.
После реализации управления на основе данных правил удалось получать сплошную съемку местности даже в ситуациях, когда часть дронов оказывалась сбитой. Задание двух простых правил позволило системе дронов самоорганизовываться и достигать поставленных целей.
Но наблюдаться «невооруженным глазом» самоорганизация может не только в кибернетических системах, но и в физико-химических.
В физике и физической химии самоорганизация связана с понятием диссипативных структур, введенным в научный обиход бельгийским физико-химиком, лауреатом Нобелевской премии Ильей Пригожиным.
Понятие диссипативных структур было введено им для описания поведения энергетически открытых физических и химических систем, находящихся вдали от состояния термодинамического равновесия: речь шла о системах, которые не являются замкнутыми и обмениваются веществом и энергией с окружающей средой.
Было установлено, что в таких системах могут спонтанно (без внешнего целенаправленного воздействия) возникать упорядоченные структуры, устойчивость которых обусловлена притоком энергии извне и способностью к ее диссипации (рассеиванию в окружающую среду).
Простой и впечатляющий пример возникновения упорядоченных структур – возникновение ячеек Бенара в нагреваемых жидкостях.