ТЕМА-3
к курсу лекций «Природа сознания»
редакция 1-12
Естественные системы
Основой рассмотрения структуры систем является понятие «ранг[1] системы».
ранг системы – это уровень системного образования по отношению к некоему условно избранному уровню отсчёта.
Семантическая часть этой дефиниции отражает особенность структуры систем заключённую в непрерывности иерархической[2] вложенности образований действительности, т.е. то, что существует некоторое множество разного рода вложенных образований[3], образующее ряды вложенных системных уровней[4].
Мы не знаем, где в действительности начинается и где кончается ряд рангов естественных систем, и, вероятно, никогда, во всяком случае, в обозримом будущем, нам этого не узнать. Столь пессимистический прогноз связан не столько с уровнем сегодняшних знаний, который постоянно повышается всё ускоряющимися темпами, но с трудностями поиска возможностей инструментального нахождения признаков системообразования как в микромире, так и в мегамире. Поэтому говорить о ряде рангов системы можно только относительно рассматриваемой системы S, либо произвольно выбранного уровня, заведомо содержащегося в каждой из рассматриваемых систем, например, начиная с уровня системы атома при исследовании систем, все компоненты которых заведомо состоят из атомов. При этом открывается возможность, основываясь на предположении о континуальности[5] действительности, находить однозначное соответствие рангов разных систем, их общей эписистемы[6] и идентичных эндосистем[7].
Обозначим конкретную рассматриваемую систему как Sk.
Ранг r рассматриваемой системы Sk (S-читать далее как греч. Сигма прописная) удобно приравнять к нулю:
r = 0.
Обозначение рассматриваемой системы Sk примет вид:
S0k .
где: верхний индекс указывает значение её относительного ранга,
нижний индекс – символ имени конкретной системы k.
Это позволяет зафиксировать уровень отсчёта в каждом конкретном рассмотрении системы, определяя уровни системной иерархии.
Любая система имеет свой компонентный состав.
компонентный состав – комплекс подсистем, входящих в данную систему непосредственно,
т.е. включает системы, имеющие ранг на единицу более низкий – эндосистемы.
эндосистема – система, входящая в данную систему в качестве её подсистемы, её компонент.
постольку, поскольку любая система образуется и функционирует вследствие взаимодействия всего комплекса её эндосистем, поэтому в рамках системных представлений термин «эндосистема» и термин «компонент» являются синонимами[8].
Ранг r каждого из компонентов по отношению к рассматриваемой системе S0k, оказывается:
r = –1,
тогда показатели всех последовательных рангов эндосистем примут отрицательные значения, убывая по мере увеличения глубины их вложенности:
–1, –2, …, – n, … ,
где: n – число натурального ряда,
и включает в свой состав компоненты – системы на один ранг более низкого ранга – её эндосистемы,
S0k = {Sa–1 @ Sb–1},
где: знак «@» означает наличие системообразующей компонентной
связи, образуемой соответственным взаимодействием её эндокомпонентов.
которые, в свою очередь, являясь системами, имеют свои эндокомпоненты:
Sk–1 = {Si–2 @ Sj–2},
и так далее, а показатели рангов эписистем
эписистема – система, в которую данная система входит в качестве одного из её компонентов
оказываются положительными, возрастая по уровням вложенности в них данной системы:
1, 2, …, m, …
где: m – число натурального ряда
Таким образом, каждая из систем входит в состав системы на один ранг более высокого ранга – эписистемы,– являясь одним из её компонентов, ранг которой по отношению к рассматриваемой системе r1 = 1 (m = 1):
S1K ={S0a @ S0b },
в свою очередь S1K является компонентом эписистемы, ранг которой по отношению к рассматриваемой системе r2 = 2 (m = 2):
S2к = {S1A @ S1B }
Такое обозначение позволяет не только различать и определять системы различных уровней, но и находить связи между совершенно разными системами.
Как было показано ранее, системообразующим фактором любой системы всегда является соответственно взаимодействующие объекты действительности. Взаимодействие объектов действительности происходит по разным основаниям – типам фундаментальных взаимодействий,– по каждому из которых в отдельности реализуется соответствие. Относительно взаимодействий материальных объектов действительности современной науке известен набор из четырёх типов фундаментальных взаимодействий:
- слабые,
- сильные,
- электромагнитные,
- гравитационные,
а все взаимодействия информационных объектов действительности современной наукой совершенно не изучены, не говоря уже об очевидных взаимодействиях между материальными и информационными объектами действительности. В то же время, постоянная практика функционирования информационных объектов свидетельствует наличие таких взаимодействий. Однако отсутствие таких знаний не препятствует рассмотрению естественных систем.
Разные типы фундаментальных взаимодействий проявляются на разных уровнях естественных систем соответственно своей специфике.
Слабые и сильные взаимодействия реализуются только на относительно малых расстояниях и проявляются только в системах, ранг которых не выше ранга систем, образующих атомное ядро. Поскольку этот уровень естественных систем не входит в область систем, имеющих значение для задач нашей тематики, постольку мы выведем их за пределы рассмотрения, тем более, что они в силу малости расстояний взаимодействия, формируя эти системы, непосредственно не создают условий функционирования естественных систем высших рангов.
Такие условия создают электромагнитные и гравитационные взаимодействия в силу неограниченности их реализации пространственными параметрами. Оказывая влияния на компоненты естественных систем, они изменяют их пространственные и энергетические характеристики. В процессе такого перераспределения изменяются и величины взаимных воздействий, вызывающих изменения характеристик естественных систем.
Область рассмотрения естественных систем, охватываемая нашей тематикой, включает микросистемы, начиная от ранга атома, и все макросистемы. При необходимости производится выход за эти границы, но только для соблюдения смысловой непрерывности и определённости изложения.
Электромагнитные и гравитационные взаимодействия, являются дальнодействующими, поэтому материальные системы воздействуют двруг на друга с силой, определяемой в соответствии с эмпирическим[9] законом обратных квадратов[10]. Суммарное воздействие систем друг на друга может меняться в очень широких пределах, зависящих от их пространственных и энергетических характеристик. Количественные значения таких воздействий систем друг на друга могут оказаться сравнимым с количественными значениями взаимодействий компонентов систем. Из этого следует, что на формирование систем и их существование могут оказывать влияние не только взаимодействия компонентов систем – внутренние взаимодействия,– но и воздействия внешних систем.
Этот факт положим в основу определения понятия «условия существования естественных систем»:
интегральные[11] значения взаимных воздействий естественных систем, являющихся внешними по отношению к рассматриваемой системе, являются условиями, в которых существует эта система
Семантическая часть этой дефиниции основана на том, что от пространственного взаиморасположения естественных систем, зависят количественные значения их воздействий на рассматриваемую систему, следующим образом:
- величина соотношения воздействий внешних систем и соответственного взаимодействия компонентов системы определяет возможность образования и существования рассматриваемой системы;
- поскольку от количественных значений взаимодействия естественных систем зависит характер взаимодействия их компонентов, постольку пространственное взаиморасположение систем может оказывать влияние на их внутреннюю структуру – форму существования взаимодействующих систем, т.е. являться внешним условием существования конкретных систем;
- внутренняя структура уединённых естественных систем[12] может существенно отличаться от внутренней структуры тех же систем, объединенных в скопления, настолько, насколько мощным оказывается их множество;
- воздействие внешних систем относительно каждого из фундаментальных взаимодействий определяет соответствующее условие существования конкретной системы,
- воздействие внешних систем относительно всех фундаментальных взаимодействий определяет комплекс условий существования конкретной системы или, как принято выражаться, составляет условия существования системы.
Условия существования естественной системы – количественные значения воздействий окружающих систем – при изменении пространственных характеристик окружающих систем соответственно изменяются. Соответственно изменяются и количественные значения взаимодействий системы её компонентов, т.е. структура рассматриваемой системы изменяется соответственно условиям существования. Следовательно, естественная система под действием окружающих систем непрерывно стремится установить динамическое равновесие взаимодействия своих компонентов настолько, насколько изменятся значения воздействия окружающих систем.
Таким образом, в реальных условиях количественные значения воздействия окружающих систем определяют количественные значения взаимодействия компонентов системы, от которых зависит конкретный вариант формирования её внутренней структуры, обозначим его термином состояние системы,
состояние системы – это реализованный вариант взаимодействия компонентов системы.
Семантическая часть этой дефиниции определяет возможности существования системы:
- условия, в которых существует естественная система, всегда определяют характер взаимодействия её компонентов, позволяя реализацию возможности соответственного их взаимодействия – её состояние можно выразить как соответствующий набор характеристик её компонентов в конкретных условиях;
- естественная система изменяет свои состояния как следствие изменения условий;
- диапазону определённых состояний системы соответствует определённый диапазон условий и наоборот;
- естественная система существует тогда, когда взаимодействия её компонентов являются соответственными;
- наличие потенциальных барьеров, возникающих в процессе связывания компонентов системы при их соответственном взаимодействии, определяет непрерывное стремление системы и её компонентов к минимуму энергии, являющимся устойчивым состоянием системы, и вызывает эффект стремления естественной системы к собственной стабилизации;
- естественная система принимает неустойчивые состояния в тех случаях, когда энергия её компонентов превышает высоту потенциального барьера, возникающего при их соответственном взаимодействии и удерживающего систему в устойчивом состоянии;
- в случае принятия системой неустойчивого состояния, её состояние продолжает изменяться до тех пор, пока не достигнет ближайшего возможного устойчивого состояния, а в случае отсутствия такового – распадается;
- в случае изменения условий до значений, в которых невозможно продолжение соответственного взаимодействия компонентов системы, её компоненты прекращают соответственные взаимодействия и система, распадаясь, прекращает своё существование;
- все естественные системы непрерывно изменяют своё состояние постольку, поскольку изменяются состояния их эндокомпонентов.
Изменение состояния систем в практике европейских языков обозначается несколькими общеупотребимыми терминами, имеющими до того близкие значения, что их семантические поля оказываются недостаточно определёнными. Поэтому их словарные дефиниции не позволяют установить границы их смысловых значений. Для использования их в настоящем изложении уточним их смысл введением специальных дефиниций:
термином –
функционирование[13] системы обозначим любые изменения состояний системы, включая изменения состояний всех её эндокомпонентов;
термином –
процесс[14] обозначим любую последовательность изменения состояний эндокомпонентов системы;
термином –
алгоритм[15] функционирования системы обозначим конкретную последовательность изменения состояний системы, заданную или сложившуюся спонтанно в процессе функционирования системы как способ реализации данной системы в системе действительности.
За счёт функционирования всех уровней эндокомпонентов системы каждая система в каждый момент времени принимает новое состояние. Если существуют промежутки времени, в которые состояние системы не изменяется, либо через которые состояние системы повторяется, то такое состояние системы характеризуется как устойчивое состояние. Оно отличается циклическим[16] изменением характеристик компонентов системы, а такое её функционирование называется периодическим[17].
Если таких промежутков времени не существует, то состояние системы характеризуется как неустойчивое состояние, её функционирование является апериодическим.
В зависимости от условий, в которых данная система может существовать, для каждой системы существует неограниченный набор состояний, среди которых могут находиться и устойчивые состояния. В каждый момент времени каждая система принимает новое состояние, вне зависимости от того, является ли это состояние устойчивым. Набор состояний системы ограничен условиями, сложившимися в конкретный момент времени.
Термином –
возможность обозначим Любое состояние системы, в котором она может существовать.
Как правило, набор устойчивых состояний систем и, в особенности, микросистем имеет дискретный спектр[18] состояний, но в некоторых условиях он может вырождаться в сплошной спектр. Таким образом, при изменении состояния в каждый момент времени каждая система имеет некоторый набор возможностей остаться устойчивой, и неограниченный – перейти в неустойчивое состояние. В зонах сплошных спектров – система имеет неограниченный набор возможностей остаться устойчивой. Вероятность реализации состояний зависит от условий, в которых находится система.
Таким образом, перед каждой системой, в каждый момент времени существует поле возможностей, вероятность реализации которых зависит от условий, в которых она находится, т.е. от характера взаимодействий с другими системами. После реализации любой из возможностей перед системой «открывается» новое поле возможностей.
Функционирование системы – есть последовательность её состояний.
Реализуется всегда наивероятнейшая возможность, т.е. та из возможностей, содержащихся в данном поле возможностей, вероятность которой в момент её реализации равна единице.
На первый взгляд, это утверждение противоречит представлениям квантовой механики. Однако противоречие «снимается», если учесть континуальность[19] последовательности временны;х промежутков, характерных для функционирования всех рангов рассматриваемой системы, и условия в которых они находятся в каждый из этих промежутков времени. Квантовая механика рассматривает процессы без учёта континуальности функционирования рассматриваемых ею систем, полностью игнорируя все промежуточные состояния взаимодействующих систем.
Она рассматривает только начальное и конечное состояние системы в некотором промежутке времени, оставляя между ними разрыв, в течение которого функционирование остаётся «вне наблюдения» за её поведением. Все процессы взаимодействий рассматриваемой системы с другими системами на этом промежутке времени остаются за пределами интересов квантовой механики. Как правило, она рассматривает некие скачкообразные процессы, представляющие сложные переходы систем из одного состояния в другие, но сами процессы перехода, в силу их повышенной сложности и недостаточной изученности, пока остаются вне интересов науки, поскольку получаемые результаты пока удовлетворяют практиков.
В то же время, с точки зрения экзотического наблюдателя очевидно, что в действительности:
- нарушение континуальности процессов невозможно,
- отсутствуют скачкообразные процессы,
- процессы, кажущиеся квантово-механическому наблюдателю скачкообразными, являются непрерывными, но протекают за более короткие промежутки времени в системах низших рангов, а потому труднодоступных (если не недоступных) квантово-механическому наблюдателю,
- система переходит из одного состояния в другое непрерывно на уроне соответствующих этому переходу рангов её подсистем под действием условий, формируемых воздействием внешних систем.
Вообще говоря, представления о континуальности процессов в действительности несовместны с понятием вероятности в квантово-механическом смысле, предполагающей разрыв системы действительности. Говоря о вероятности того или иного события, надо предполагать разрыв, но не системы действительности, а разрыв в наших знаниях о функционировании рассматриваемой системы.
Естественные системы возникают и функционируют под действием фундаментальных взаимодействий непрерывно, образуя континуум процессов действительности, который включает в себя только два компонента:
- возможность – состояние системы, в котором она может существовать;
- реальность[20] – состояние принятое системой.
Из каждого поля возможностей всегда реализуется только одна возможность, и система в каждый момент времени принимает только одно новое состояние. В новом состоянии открывается следующее поле возможностей, из которого снова реализуется только одна, и т.д. Вследствие – из всего многообразия возможностей, существующих в действительности выделяется только одна цепочка реализовавшихся состояний, которую обозначим термином :
траектория[21] реальности в системе действительности.
Все нереализовавшиеся возможности остались виртуальными[22] и их реализация невозможна в силу того, что реализация одной из существовавших возможностей прекращает существование данного поля возможностей в целом.
Поскольку для каждых двух материальных систем всегда можно найти:
- эписистему, включающую рассматриваемые системы в качестве эндосистем некоторых рангов,
- идентичные эндосистемы, от которых можно производить отсчёт рангов рассматриваемых систем (например, приравняв к нулю ранги идентичных эндосистем),
то оказывается, что
вся действительность является единой естественной мегасистемой, функционирующей как реализация фундаментальных взаимодействий на всех уровнях её эндосистем.
Хотя взаимодействия, являющиеся причинами формирования систем низших рангов, пока неизвестны науке, и возможности изучения этих систем и некоторых макроявлений действительности остаются нереализуемыми, с достаточной долей уверенности можно утверждать существование общей тенденции континуальности системы действительности, не допускающей в своей структуре ни материальных, ни процессуальных «разрывов», во всяком случае, вне зон сингулярности[23].
Предположив (и не найдя ни одного аргумента «против») материальную и процессуальную континуальность действительности, определим физический смысл времени системы, распространяя его на общую систему действительности:
время – единая цепь последовательностей изменения состояний эндокомпонентов системы действительности, во всех рангах всех её подсистем.
Откуда вытекает, что системы, функционируя вследствие реализации фундаментальных взаимодействий, не могут принять предыдущих состояний под действием тех же взаимодействий в тех же условиях – не могут запустить обратного процесса. Например, покинувший микросистему квант энергии в виде фотона, не может вернуться назад под действием тех же взаимодействий, приведших её в соответствующее состояние. Однако это не значит, что система не может принять состояние тождественное принимаемому ранее состоянию (принять назад тот же квант), но это может произойти только вследствие действия других причин, в других условиях и в эписистеме, находящейся в состоянии отличном от того, в котором находилась эта система в рассматриваемый момент времени.
Следовательно, континуальность процессов действительности не может быть нарушена ни при каких условиях. Именно континуальность процессов действительности обусловливает необратимость и однонаправленность времени. Это справедливо для всех материальных систем, т.к. каждая их них состоит из подсистем-компонентов, которые также изменяют свои состояния, но уже за более короткие промежутки времени. Чем ниже ранг системы, тем меньше промежуток времени циклического изменения её состояний и состояний её компонентов. Чем ниже ранг системы, тем меньшее влияние на неё оказывает функционирование её эписистем. Реальное время системы складывается из суммы всех этих промежутков, обусловливая его непрерывность и однонаправленность.
Действительность не зависит от наблюдателя, однако, присутствие наблюдателя или его датчиков наблюдения может влиять на параметры наблюдаемой системы постольку, поскольку они включаются в наблюдаемую систему в качестве дополнительных компонентов, образуя новую систему, отличную от исследуемой, передавая сведения о вновь образованной системе.
Изменение состояния системы обусловлено изменением состояний её компонентов, а те, в свою очередь, состояниями их компонентов, и так – «вниз» по рангам систем, вплоть до рангов, на которых осуществляется фундаментальное взаимодействие, на уровне которого происходит воздействие, производящее изменение функционирования рассматриваемой системы.
В процессе взаимодействия систем некоторые из компонентов одной системы могут оказываться соответствующими некоторым компонентам другой системы в пределах адекватности. Такое соответствие открывает возможность формирования систем следующего ранга систем. В случае реализации возможности их соответственного взаимодействия такие системы оказываются связанными, а их функционирование в связанном состоянии вызывает возникновение соответствующих синергизмов в составе эписистемы.
Возможность математического описания естественных – реальных – систем открывается посредством адекватного описания свойств их компонентов, функционирующих под действием фундаментальных взаимодействий. Действие фундаментальных взаимодействий специфично относительно каждого их них, хорошо разработано в составе физических наук, но выходит за рамки настоящей тематики. Учитывая эти обстоятельства в представлении выражения для системы укажем лишь наличие действия каждого из типов фундаментальных взаимодействий посредством их операторов, действие которых зависит от параметров компонентов конкретных систем.
[1] – ранг – [фр. rang – ряд] – отличительное значение или место в иерархическом ряде.
[2] – иерархический – [гр. hieros – священный + arhe – старшинство, власть] – расположение частей целого в порядке от высшего к низшему.
[3] – Например: системе атома, состоящей из ядра и электронной «оболочки», можно произвольно приписать некоторое численное значение ранга; допустим, r = 5, тогда система молекулы, в состав которой входит данный атом, будет иметь ранг r = 6, а система ядра атома – r = 4 (независимо от их сложности, системы любого сорта атомов всегда имеют одинаковый ранг).
[4] – человеческое сознание имеет особенность вычленять только отдельные ноумены реальности и, отграничивая от других, сохранять их, а впоследствии (при необходимости) извлекать из памяти их информационные модели и, безотносительно их реального положения в системе действительности, сравнивать между собой. Это позволяет ставить на один уровень системы, оригиналы которых в действительности не могут быть сопоставлены в силу их разнокачественности, разноуровневости, вызывая стойкие неадекватности представлений, порождающие систематические ошибки.
[5] – континуум – [лат. continuum – непрерывное, сплошное] – непрерывность, неразрывность явлений, процессов.
[6] – эпи- – [гр. epi- на, над, сверх, при, после] – первая составная часть сложных слов, обозначающих расположение поверх чего-либо, следование за чем-либо.
[7] – эндо- – [гр. endon – внутри] – первая составная часть сложных слов, соответствующая по значению слову «внутренний». Здесь – компонент системы любого ранга, включённой в данную систему.
[8] – синонимы – [гр. synonymjs – одноимённый] – слова, тождественные или близкие по значению, выражающие одно и то же понятие.
[9] – эмпирический – [гр. empeiria – опыт] – основанный на опыте.
[10] – на основе которого сформулированы такие эмпирические законы, как закон Кулона, закон Всемирного тяготения Ньютона и т.п.
[11] – интегральный – [лат. integer – целый, единый, незатронутый] – объединённый в единое целое, единый, восстановленный.
[12] – уединённая система – система, внутренняя структура которой практически не изменена влиянием других систем, и зависит только от характера взаимодействий её компонентов.
[13] – функция – [лат. functio – исполнение, совершение] – 1) проявление свойств объекта в данной системе отношений; 2) явление, зависящее от другого и изменяющееся по мере изменения этого другого явления.
[14] – процесс – [лат. рrоcessus продвижение вперед] – ход, развитие явления, последовательная смена состояний в развитии явления.
[15] – алгоритм – [от латинской формы имени среднеазиатского математика Аль Хорезми – Algorithmi] – способ (программа) решения вычислительных и др. задач, точно предписывающий, как и в какой последовательности получить результат, однозначно определяемый исходными данными.
[16] – цикл – [гр. kyklos – круг] – повторяющаяся последовательность состояний системы.
[17] – период – [греч. periodos – чередование, круговращение, цикл] – промежуток времени, в течение которого реализуется явление (начинается, развивается и заканчивается). Периодический – наступающий через определенные промежутки времени, закономерно повторяющийся.
[18] – спектр – [лат. spectrum – видимое, видение] – совокупность всех значений какой-либо величины, характеризующей систему или процесс.
[19] – континуум – [лат. continuum – непрерывное, сплошное] – непрерывность, неразрывность явлений, процессов.
[20] – от реалия – [позднелат. realis – вещественный] – предмет, вещь – то, что существует не только в ощущениях, но и в действительности.
[21] – траектория – [лат. trajectio – перемещение, переход] – линия движения, перемещения объекта.
[22] – виртуальный – [средн.век.лат. virtualis] – возможный; такой, который может или должен появиться при определённых условиях.
[23] – зоны сингулярности от сингулярность – [лат. singularis – отдельный, одиночный, единственный] – зоны пространства, где, в соответствии с современным уровнем знаний, отражённых в теории тяготения, сила воздействия гравитационного поля принимает такие значения, что даже световое излучение не может выйти за их пределы, – Чёрные Дыры,– и некоторые другие.