Синергетика и сложноорганизованные системы. Рузавин Г.И.

В статье раскрыты закономерности поведения сложных систем с точки зрения синергетики.

1513

Граничные условия системы и её сложность

Понятие сложности систем чаще всего, как мы видели, связывают с особой спецификой её аттракторов. Точнее говоря, характер поведения системы рассматривают в зависимости от того, какое влияние аттрактор оказывает на траектории эволюции систем
относительно заданных начальных условий.

Существует, однако, и другой, как нам кажется – более ясный и конструктивный, способ оценки сложности систем. Он связан с
анализом граничных условий функционирования системы.

Согласно этому способу, сложность любой физической системы зависит не столько от объективных законов её функционирования, сколько от тех конкретных условий, которые определяют границы их применения. В качестве простого и наглядного примера можно рассмотреть работу машины, которая действует на основе определенных физических законов, но специфический характер её функционирования зависит от сконструированных её создателем особенностей расположения и взаимодействия частей. Именно эта особая конструкция частей определяет границы возможностей действия машины, основанной на использовании соответствующих физических законов. Хотя законы могут оставаться теми же самыми, но характер их применения к конкретным условиям существенно зависит от расположения и взаимодействия частей машины. Другими словами, такое расположение и взаимодействие частей можно рассматривать как граничные условия функционирования. Таким образом, простота или сложность системы при таком подходе определяется именно характером её граничных условий.

По аналогии с машиной живой организм можно рассматривать как систему, существование и деятельность которой зависит, во-первых, от тех известных физико-химических законов, на которых основана эта деятельность; во-вторых, она определяется граничными условиями, характеризующими возможности применения таких законов. Граничные условия представляют собой обусловленный комплекс природных явлении, которые определяют дальнейшее развитие системы. Следовательно, они служат важнейшей характеристикой живых систем. Если мы можем понять эти граничные условия и их развитие с течением времени, тогда мы будем в состоянии понять сложные системы и их развитие.

Однако эта аналогия нуждается в существенном уточнении.

Если план построения машины и программа её работы проектируется конструктором, то программа построения и дальнейшей деятельности живой системы содержится в самом организме. Как известно, такая программа содержится в молекулах ДНК, служащих носителями и передатчиками наследственной информации. Следовательно, программа построения живого организма является частью самого организма, которая и определяет поэтапную её реализацию и дальнейшее функционирование. Если молекула ДНК окажется в подходящих физико-химических условиях, например будет помещена в яйцеклетку, то вся информация о плане построения организма, содержащаяся в ней, будет считана и реализована шаг за шагом в материальные структуры. Таким образом, молекула ДНК может рассматриваться как первичное фаничное условие, которое определяет все другие граничные условия.

На этом основании её можно назвать начальным условием. Все физические и химические процессы в организме, в конечном счете, определяются структурой молекулы ДНК, являющейся в физическом смысле подлинным граничным условием.

Однако граничные условия сложных систем, в первую очередь систем живых, существенно отличаются от простых физических
систем тем, что малейшее изменение в граничных условиях живых систем может привести к их неустойчивости. Так, например,
изменение отдельного нуклеотида в структуре молекулы ДНК может привести к неустойчивости и гибели живого организма.

В простых физических системах изменение граничных условий не влияет существенным образом на поведение системы. Следовательно, в таких системах выбор граничных условий допускает известную произвольность или случайность. Например, произвольный выбор начального состояния свободно падающего тела не влияет на его траекторию и пройденный путь.

В связи с этим Кюпперс в цитированной статье предлагает различать простые и сложные системы по характеру их граничных условий. В простых системах изменение некоторых из них, относительный произвол и случайность в их выборе существенно не сказываются на поведении системы. Напротив, в сложных системах, к которым, несомненно, относятся системы живые, такая случайность исключается. Согласно определению Кюпперса, «сложность системы будет характеризоваться степенью неслучайности её граничных условий» .

Есть основания предполагать, что такой подход к определению сложности вызван не оправдавшимися надеждами открыть новые, более сложные физико-химические законы для описания поведения сложноорганизованных, в том числе и биологических, систем. Поскольку надежда на открытие таких законов постепенно исчезала, постольку все внимание было сосредоточено на анализе граничных условий применения существующих законов. Но здесь возникает ряд других проблем, касающихся, в частности, разграничения степени неслучайности граничных условий, их отношения к законам функционирования и эволюции систем, и другие, которые требуют своего разрешения.