М.Л. Калужский
Общая теория систем
Курс лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. – 144с.

Предыдущая

Оглавление

Следующая

Раздел II. Основания Общей теории систем

Лекция 5. Равновесность и открытость

Общая теория систем особенно ценна тем, что она концентрирует свое внимание на аспектах, свойственных проявлениям реальной действительности: неустойчивости, разнообразии, неравномерности и нелинейных взаимодействиях. Представим себе производство, находящееся в чрезвычайно стабильной экономической ситуации: показатели сбыта близки к оптимальным, доходы стабильны и предсказуемы, издержки контролируются, а конкуренция малоощутима.

Небольшое превышение обычной доли прибыли не окажет заметного влияния на стратегию предприятия. Вся система останется в состоянии, близком к равновесному. Но вот за счет технологического прорыва или по другим причинам уровень доходности резко возрос (упал). Тогда система оказывается сдвинутой в состояние, далекое от равновесия, и на первый план выступают нелинейные отношения.

Такие системы ведут себя весьма необычно. Слабые сигналы на входе систем могут порождать значительные изменения и иногда приводить к совершенно неожиданным результатам (своего рода диссонанс). Система ведет себя так, что ее поведение представляется абсолютно непредсказуемым.

Если предположить, что в ходе поступательного экономического развития могут проявляться некие факторы, способствующие самовоспроизводству внутри рассматриваемой надсистемы (скажем, ажиотажный спрос на техническую новинку), то это позволит очень изящно объяснить внутреннюю механику научно-технического прогресса. Перейдя от рассмотрения отдельных экономических структур к их совокупности, становится понятно, почему число диссипативных систем резко возрастает, а сами они трудносопоставимы.

Равновесие в системах

В процессе развития системы могут находиться в состоянии разной степени равновесности. По этому критерию все социальные системы можно разделить на три основных группы:

1) равновесные системы – производство энтропии минимально, а влияние неконтролируемых внешних факторов незначительно (пример – условия совершенной конкуренции);

2) слабонеравновесные системы – влияние неконтролируемых внешних факторов малозначимо, а изменения находятся в почти линейной зависимости от причин (пример – стабильные социальные системы);

3) сильнонеравновесные системы – ведущую роль играют неконтролируемые факторы и нелинейные зависимости, когда несопоставимо слабое воздействие диссонирует с происходящими процессами, приводя к спонтанной перестройке структуры систем.

Однако в реальности мы обычно имеем дело со слабонеравновесным состоянием систем. Абсолютно равновесная система – это «мертвая» система, также как сильнонеравновесная система – это система, революционирующая от равновесности к равновесности.

Весьма любопытно, что в слабонеравновесных социальных системах в результате внешних воздействий происходят те же процессы, что и в классической термодинамике (так называемый «принцип взаимности»). На практике это означает, что система, структурно изменяясь за счет переориентации внутренних ресурсов, приобретает новые возможности по компенсации внешних воздействий.

Следующим результатом линейных слабонеравновесных процессов является безусловное производство энтропии. Выше уже говорилось о потенциальных состояниях систем, экстремумы которых соответствуют показателям равновесия в каждый момент времени.

Для полностью изолированной гипотетической системы таким потенциалом является энтропия (самовоспроизводящиеся ресурсы, как в случае с "вечным двигателем"), для закрытой системы с изначально заданными "внешними" факторами – свободная энергия (невостребованные ресурсы). Потенциалом для открытых слабонеравновесных систем служит сам процесс производства энтропии за счет адаптации к изменяющимся внешним условиям.

Одним из следствий теоремы Пригожина является то, что при линейных взаимоотношениях между противодействующими факторами система эволюционирует к стационарному состоянию, характеризующемуся минимальным производством энтропии, совместимому с существующими связями. Это состояние определяется граничными условиями функционирования системы. К примеру, любое предприятие вынуждено нести расходы по расчетам с бюджетом, содержанию собственной инфраструктуры и т.д.

Стационарное состояние, к которому эволюционирует система, заведомо является неравновесным состоянием, когда диссипативные процессы происходят с ненулевыми скоростями. Но, поскольку это состояние стационарно, то параметры системы перестают зависеть от времени. Пример – застойная экономика (производство ради производства).

В этом смысле равновесное состояние системы соответствует тому частному случаю, когда граничные условия допускают изчезающе малое производство энтропии внутри системы. Однако сравнительная эффективность такой системы вызывает большие сомнения, прежде всего из-за отсутствия стимула к дальнейшей самоорганизации. Коммунистическая схема «каждому – по потребностям, от каждого – по способностям» представляет яркий пример такой стагнации.

Теорема Пригожина отражает своеобразную «инерцию» систем: когда граничные условия мешают им перейти в состояние равновесия, они переходят в состояние минимума производства энтропии, которое настолько близко к состоянию равновесия, насколько позволяют обстоятельства. Здесь мы имеем дело с достаточно предсказуемым поведением систем, стремящихся к минимальному уровню активности, совместимому с потоками ресурсов.[43]

Открытость систем

Однако равновесность состояния зависит не только от внешних факторов, но и от внутренней способности противодействовать их влиянию. Чем более открыта система для внешних воздействий, тем быстрее и с меньшими потерями она адаптируется к изменению окружающей среды.

Как уже говорилось выше, открытость – непременное свойство функционирования любой системы. К открытым системам принадлежат все биологические и социальные системы.

Это означает, что всякая попытка понять законы их функционирования в рамках теории линейных взаимодействий заведомо малопродуктивна. Отсюда определение: Закрытой называется такая система, в которой существующие граничные условия в той или иной степени препятствуют адаптации подсистем к внешним воздействиям.

Любая открытая система воспринимает ресурсы  (энергию) в той мере, в какой их воспринимают ее подсистемы. Процесс адаптации открытых систем служит механизмом, который позволяет установить четкую причинно-следственную связь между интенсивностью ресурсных потоков и уровнем внутренней самоорганизации систем.

Рассмотрим ситуацию, когда в открытой надсистеме образуется закрытая система, поддерживающая свою устойчивость не за счет роста эффективности использования внешних ресурсов, а за счет перераспределения внутренних ресурсов (компенсации внешних воздействий). Неестественность существования такой системы ведет ее к деградации под влиянием следующих факторов:

1) постоянного отставания в адаптации к внешним воздействиям из-за преимущественного расходования ресурсов на поддержание стабильности граничных условий в ущерб внутренней реструктуризации;

2) опережающего роста энтропии, потому что всякое новое отставание накладывается на уже существующее, а отсутствие обратной связи с надсистемой не позволяет реагировать на изменения одновременно с открытыми системами;

3) неспособности обеспечить должную эффективность преобразования энергии по сравнению с системами, естественно реагирующими на изменения в надсистеме;[44]

4) закрытая система при выходе из состояния равновесия может потратить на компенсацию отрицательных внешних воздействий (без ущерба для подсистем) ровно столько ресурсов, сколько не было использовано в равновесных условиях.[45]

Любое дополнительное воздействие на закрытую систему ведет к объективному сокращению возможностей ее самоорганизации. При этом воздействия внешней среды (в соответствии с теоремой Пригожина) сокращают внутренние ресурсы систем, не вызывая при этом необходимых структурных изменений и приближая точку спонтанной бифуркации. Иначе говоря, когда в закрытой системе не хватает ресурсов, чтобы гасить отрицательные воздействия внешней среды – она все равно переходит в состояние открытости, но уже на качественно более низком уровне самоорганизации и в новых граничных рамках.

С замкнутыми системами еще проще. В действительности абсолютно замкнутых систем не существует. Понятие «замкнутая система» вводится, когда можно пренебречь действием внешних факторов при анализе внутрисистемных факторов. Такой подход позволяет рассматривать флуктуационные процессы, вызванные кратковременным воздействием внешних или внутренних факторов.

Разумеется, градация систем по степени открытости (замкнутые – закрытые – открытые) в значительной мере зависит от используемых критериев. Однако раз уж граничные условия для систем определяются общими условиями в надсистеме, мы вправе говорить о сравнительной открытости систем. Из этого утверждения можно вывести закономерности поведения систем в зависимости от степени открытости и равновесности их состояния:

Табл. 6. Взаимосвязь состояний системной открытости и равновесности

Здесь мы видим, что любая система в естественном состоянии настолько закрыта для внешнего воздействия, насколько ее структура не соответствует меняющимся условиям окружающей среды. В равновесном состоянии система воспринимает ровно столько внешней энергии, сколько требуется для приведения ее подсистем в соответствие с новыми граничными условиями, т.е. для обеспечения воспроизводства ресурсов с минимальным переносом энтропии в окружающую среду.

Флуктуации в системах

Главный парадокс Общей теории систем заключается в том, что в окружающих нас явлениях одновременно участвуют предопределенность и случайность, которые великолепно согласуются, дополняя друг друга. Так, под воздействием внешних факторов открытая система непрестанно флуктуирует (изменяется) вокруг эмпирически наблюдаемого средневзвешенного состояния-аттрактора (равновесия).

Иногда отдельная флуктуация или комбинация флуктуаций может стать в результате положительной обратной связи настолько сильной, что существующая структура не выдерживает и разрушается. Случайность подталкивает то, что остается от системы на новый путь развития.

В переломный момент ("точка бифуркации") очень трудно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет состояние системы хаотическим или она перейдет на более упорядоченный уровень. Эти структуры получили название "диссипативных" (так как для их поддержания требуется больше энергии).[46]

После того, как один из множества путей самоорганизации будет выбран, вновь начинают действовать эволюционные законы развития. И так до следующей точки бифуркации.

При этом вблизи точек бифуркации наблюдается очень сильные флуктуации: системы как бы колеблются перед выбором одного из нескольких путей революции. В далеких от равновесия состояниях даже слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру.

Знаменитый закон больших чисел в традиционном его понимании перестает действовать, поскольку в разные периоды времени на систему оказываются разные, отнюдь не равнозначные, внешние воздействия. Небольшое воздействие может послужить началом революционирования системы в совершенно новом направлении, способном резко изменить ее первоначальные характеристики. Все это проливает свет на всевозможные процессы качественного или резкого (не постепенного, не эволюционного) изменения.

Рассматривать флуктуации можно с позиций внешнего и внутреннего наблюдателя. От этого во многом зависит интерпретация происходящего. Вот, к примеру, как будут выглядеть социально-экономические процессы:

А) если наблюдатель находится внутри системы

1) факторы, связанные с внутренними ограничениями (издержки, производственный потенциал и т.д.);

2) факторы, обусловленные состоянием окружающей среды (рынок сбыта, меры государственного регулирования и т.д.);

Б) если рассматривать процессы через анализ равновесия в надсистеме

1) факторы, связанные с внутренними возможностями производственных систем (совокупное предложение);

2) факторы, обусловленные общим состоянием надсистемы (совокупный спрос).

И сами факторы неизбежно разделятся на две группы: внутренние и внешние. Флуктуации в каждой из групп факторов могут иметь как положительное, так и отрицательное значение для поддержания стабильного состояния системы.

При изучении обеих групп факторов в качестве самостоятельных систем (флуктуация которых определяется удельным весом факторов) мы увидим, что их поведение определяется взаимным наложением флуктуаций. Можно даже сказать, что характер влияния на поведение системы противоположных групп факторов (внешних и внутренних) определяется совокупным влиянием каждой группы в сопоставимых показателях.

Это и есть действие «правила подвижного равновесия» сформулированного еще в 1884 году французским химиком Ле Шателье. Это правило гласит: Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий, определяющих состояние равновесия, то равновесие смещается в ту сторону, где эффект воздействия уменьшается.

Иначе говоря, поскольку противоположные факторы проявляются в одной системе отсчета, то рассматривать их следует в совокупности. В условиях экономической конкуренции такое сопоставление позволяет если не предсказать, то, по крайней мере, отследить процесс приближения социальной системы к точке бифуркации.

Схематично это можно представить следующим образом:

Рис. 7. Схема циклического замещения факторов в экономических системах

Мы наблюдаем цикличное замещение факторов причинно-следствен­ного характера. Единица времени в такой системе – срок перехода от одной доминанты к другой.

Влияние внешних факторов вызывает внутренние изменения (чаще – это слабые воздействия, т.к. они компенсируются или усиливаются внутренними факторами). Внутренние флуктуации в системе ведут к коррекции влияния внешних факторов, воздействующих на систему в зависимости от степени ее восприимчивости (обратная связь).

Направления развития систем

Первый принцип термодинамики гласит, что всякое внешнее воздействие на систему сопряжено с граничным энергетическим обменом. Возьмем, к примеру, механизм действия совокупного спроса, где количество внешних ресурсов (платежеспособный спрос) определяет структуру и поведение производственных систем. Если несколько перефразировать законы термодинамики, мы получим два универсальных закона самоорганизации материи:

Закон 1. Использование системой энергии окружающей среды (ресурсов) находится в сопоставимой зависимости от степени её (системы) самоорганизации.

Закон 2. Эффективность использования системой энергии окружающей среды (ресурсов) стремится к максимуму.

Процесс ресурсного обеспечения системной самоорганизации можно свести к взаимодействию двух разнонаправленных групп факторов. В стабильной ситуации их влияние взаимно компенсируется. Если вектор взаимодействия носит отрицательный характер для системы (например, внешние условия ухудшаются), то вследствие бифуркации система переходит на более низкий уровень самоорганизации. Если положительный – тогда происходит прорыв на более высокий уровень.

При этом и сами внешние факторы могут оказывать на систему противоположно направленное действие. Так, в случае, когда действие на систему со стороны одного или нескольких внешних факторов ослабевает, под давлением внутренних факторов происходит взрывная бифуркация и система переходит на качественно новый уровень. Возможны два варианта:

экстенсивный вариант – когда внешние факторы способствуют самовоспроизводству системной структуры;

интенсивный вариант – когда влияние внешних факторов подавляется целенаправленным усилением действия внутренних факторов.

Здесь необходимо отметить, что влияние на систему внешних факторов проявляется через внутренние изменения (флуктуации). Другими словами, изменяясь, система настолько меняет свою структуру, насколько имеющиеся ресурсы позволяют адаптироваться к новым внешним условиям.

Отсюда вытекает любопытное обобщение: в основе циклических процессов в природе и обществе также лежат процессы самоорганизации, т.е. процессы перехода от состояния открытости к состоянию замкнутости и через бифуркацию – вновь к состоянию открытости. Двигателем этих процессов выступает энтропия – процесс расходования ресурсов, вынуждающий систему переходить на новые уровни самоорганизации, характеризующиеся более эффективным их преобразованием.

Теперь уже просто необходимо рассмотреть сущность понятия "ресурсы" – неотъемлемого фактора стабильности любой социальной системы. Одним из основных постулатов общей теории систем служит утверждение, что целью развития всякой структуры является воспроизводство ликвидных ресурсов.

Вводя понятие системных ресурсов, подразумеваем, что наличие ресурсов определяет поведение системы в окружающей среде. При этом ресурсные потоки в равной мере зависят от внутренних и внешних факторов, и непрерывно колеблются под их влиянием.

И хотя в результате бифуркации социальная система переходит на качественно новый уровень адаптации к внешним условиям, это вовсе не означает безусловного улучшения ее положения. Думается, что здесь есть смысл ввести понятие "промежуточной бифуркации", когда при изменении внешних условий в диссонансе с внутренними процессами система переходит на промежуточный уровень самоорганизации – где-то между прежним организованным уровнем и хаотическим.[47]

Чем сложнее структура, чем больше подсистем она включает, тем меньше шансов на то, что в результате отрицательной бифуркации она спонтанно (без промежуточного состояния деградации за счет "сжигания" ресурсов) перейдет в состояние хаоса. Поэтому речь здесь идет о "флуктуирующих во времени бифуркационных процессах".

Весьма любопытные выводы можно получить, экстраполируя постулаты Общей теории систем на закономерности развития конкурентной среды. Так, конкурентная среда изначально стремится к состоянию конкурентного равновесия. Именно поэтому конкурентное равновесие можно считать типичным примером состояния-аттрактора, отражающего равновесное состояние системы.

Каковы бы ни были стартовые условия, открытая рыночная система самопроизвольно стремится к состоянию, когда прямые и обратные воздействия взаимно компенсируют друг друга и дальнейшее развитие приостанавливается в соответствии с соотношением Гульдберга-Вааге:

,

где к'- сумма обратных воздействий;

       к – сумма прямых воздействий;

       К (~ const) – для всех участников рынка.

Разумеется, в таком состоянии стагнации внешние и внутренние факторы по-прежнему взаимодействуют друг с другом. Однако воздействие одних факторов станет уравновешиваться воздействием других факторов.

В результате совокупное воздействие всех факторов способно вызвать лишь малые, короткоживущие флуктуации вблизи равновесного состояния-аттрактора. Поэтому бифуркация как раз и является той критической точкой, возле которой один или несколько факторов подавляют обратное влияние фактора-антагониста.

Факторы-катализаторы

Универсальным катализатором, ускоряющим положительные изменения и замедляющим отрицательные, обычно выступают ресурсы. Говоря о значении катализирующих факторов, следует отметить, что скорость реструктуризации не зависит только от количества и характера их взаимодействия. Существенную роль играют особые факторы (свободные системные ресурсы), также влияющие на адаптацию, но остающиеся пассивной составляющей системного взаимодействия.

Наличие в системе свободных ресурсов способно не только корректировать влияние внешних факторов, но и заставить систему пойти по иному пути реструктуризации. В качестве примера можно привести некоторые явления внутреннего характера, которые служат побудительными мотивами бифуркаций вне прямой зависимости от влияния внешних факторов.

Объединяет факторы-катализаторы то, что они проявляются лишь при отклонении показателей системы от состояния-аттрактора (равновесия). Предсказать результат действия катализаторов практически невозможно, так как они лишь дополняют внешние факторов.

В качестве примеров влияния факторов-катализаторов можно привести, скажем, победу предприятия в инвестиционном конкурсе или переход на более экономичный вид сырья (например, перевод котельных с угля на газ). В обоих случаях производственные структуры получают дополнительные ресурсные возможности для собственного развития.

Рис. 8. Реакционная петля

Графически влияние факторов-катализаторов можно представить в виде "реакционной петли", где:

А – состояние в начальный момент времени;

Х – направление необратимых изменений;

В₁, В₂ – действие доминирующих факторов.

На практике это явление наблюдается при необратимых изменениях в социально-экономиче­ских системах, осуществляемых с целью их регулируемого перевода на качественно новый уровень. Сначала происходит временное ухудшение качественного состояния систем (отрицательная бифуркация). Но затем под влиянием новых факторов система переходит на более высокий системный уровень.

Весьма важным типом описываемых явлений служит "автокаталитическая реструктуризация" рынка, когда для самоподдерживающегося расширения рынка сбыта продукции первоначально требуются некоторые затраты ресурсов на его завоевание. Иначе говоря, чтобы вывести новый товар на рынок, необходимо спровоцировать совокупный спрос на него. Так, очень часто при освоении нового вида продукции не только перестраивается работа всего предприятия, но и осуществляются на первом этапе существенные ресурсные затраты на рекламную поддержку и маркетинговые исследования.

Катализатором рынка здесь выступает неудовлетворенный платежеспособный спрос в виде более высокой оборачиваемости денежных средств (внешние факторы) или же более низких издержек в пересчете на единицу товара. Это ведет к росту сравнительной рентабельности предприятия (воспроизводству ресурсов). Хотя нельзя забывать, что факторы-катализаторы способны оказывать как положительное, так и отрицательное влияние, подавляя или усиливая флуктуации в системах.

Факты, обнаруженные и понятые в результате изучения сильно неравновесных состояний и нелинейных процессов в социальных системах, ведут к формированию совершенно нового подхода. Такой подход позволяет установить взаимосвязь фундаментальных наук с чисто «периферийными» дисциплинами и формирует принципиально новый взгляд не только на биологические, но и на многие социально-экономические явления.

Рекомендуемая литература:

1.  Василькова В.В. Порядок и хаос в развитии социальных систем: Синергетика и теория социальной самоорганизации. – СПб.: Лань, 1999.

2.  Калужский М.Л. Методологические основы анализа системных противоречий общественного развития. – Омск: ОмГАУ, 2000.

3.  Могилевский В.Д. Методология систем: вербальный подход. – М.: Экономика, 1999.

---

Предыдущая

Оглавление

Следующая