Логотип Мысленного древа

МЫСЛЕННОЕ ДРЕВО

Мы делаем Украину – українською!

НАУКА

ОБРАЗО
ВАНИЕ

ЛИТЕРА
ТУРА

Письмо на сайт
Версия для печати
Лента новостей (RSS)
Наука / Философия / Теория замкнутой системы / 1. Основные положения,… / 1.2. Основные понятия и зависимости

Теория замкнутой системы

1. Основные положения, понятия и зависимости ТЗС

1.2. Основные понятия и зависимости

Мельников В.И.

1. Объект исследования (или определения) – любая относительно устойчивая в определенном принятом интервале характеристик произвольная часть мира, независимо от природы, вида характеристик или свойств. Это понятие охватывает как область природы, так и области общества и мышления. Единственной характеристикой объекта исследования является его состояние и возможность действия на другие объекты, а отсюда и возможность его обнаружения, описания и исследования. За пределами своего интервала существования объект может преобразовываться в другой относительно устойчивый объект с другим интервалом существования. При этом под интервалом существования объекта понимается диапазон его параметров, позволяющий определять его как этот объект, а не иной. Объектом исследования может быть любой единичный объект или система, а любая система может быть представлена как комплекс подсистем произвольного иерархического уровня и т.д.

Объектом исследования может быть любое материальное образование, определенный параметр или показатель материального объекта или процесса, состояние любого объекта или системы, общее или частное определение, конкретное или абстрактное понятие или категория. В общем, объектом исследования может быть всё, что в какой-то момент времени возникло как объект, и что может меняться или исчезнуть при изменении условий. Непременным условием выделение любого объекта является его взаимосвязь и взаимозависимость от других объектов и систем. Понятие объекта исследования определяется поставленной задачей исследования. В п.п. 2.7; 2.8; 2.9; 4.2 приведены примеры исследования таких общих понятий и состояний материальных объектов и систем как здоровье, счастье, религия, математическое уравнение и другие. Например, если целью исследования является состояние счастья, то объектом исследования необходимо выбрать психо-эмоциональную сферу человека. Если же целью исследования является состояние здоровья человека, то объектом исследования нужно выбрать его анатомо-физиологические системы (см. п.п. 2.7; 2.8).

2. Система – объект исследования состоящий из некоторого множества определенным образом связанных между собой частей, каждая из которых в свою очередь может состоять из другого множества частей произвольного иерархического уровня и которые в своих задачах могут рассматриваться как самостоятельные объекты исследования.

3. Абсолютно замкнутая (закрытая, изолированная) система – это система, не связанная и не взаимодействующая с другими объектами или системами, не изменяющая их и не изменяющаяся сама. АЗС не передает во вне (и не получает извне) энергию, вещество, информацию, не создает внешние поля и т.д. АЗС не обнаруживает себя для других объектов или систем, она для них не существует, она абсолютный нуль. Реальные объекты и системы не могут быть АЗС, т.к. они передают наружу (вовне) информацию о себе и имеют внешние характеристики. Строго говоря, АЗС представляет собой идеальное, абстрактное понятие и не может подвергаться исследованию или рассмотрению, так как невозможно рассматривать ничто. Поэтому неизбежны определенные допущения, например, на получение от системы информации. Для подавляющего числа практических задач с самыми незначительными информационными погрешностями АЗС можно представить как совокупность двух или более объектов или систем, действия которых друг на друга равны и противоположны. АЗС может быть образована из любого объекта или системы путем присоединения к ним всех внешних взаимодействующих с ними частей, объектов или систем. АЗС в данной теории играет примерно ту же роль, как абсолютный нуль температур в термодинамике, нуль и бесконечность в математике и т.д. АЗС является центральной фундаментальной категорией ТЗС и играет роль общего объединяющего универсального принципа, справедливого для всех реальных объектов и систем любой природы. В то же время само понятие АЗС содержит формальное принципиальное внутреннее противоречие, т.к. «система» – это уже какая-то структура, несущая во вне какую-то информацию о себе, т.е. как-то действующая на внешний приемник информации. Но это неизбежное допущение высшего порядка малости, т.к. идеальная АЗС является в полном смысле «ничем» и оперировать ею при описании и исследовании невозможно. АЗС – это формальная, абстрактная категория и, как будет показано ниже, абсолютно необходимая для построения полной точной непротиворечивой картины мира или любой его части. При дальнейшем изложении обозначение АЗС будем использовать, когда пренебрегаем только информационным взаимодействием.

Понятие АЗС или буквально «ничто» тесно связано с известной проблемой бытие – небытие – ничто. Но в данном контексте «ничто» предстает не как антипод бытия, т.е. существования, а как центральное фундаментальное понятие, необходимое для построения и точного количественного описания любой системы мира (или любого существующего объекта), т.е. «ничто» не отрицает бытие, а обосновывает и объясняет его. АЗС – это разновидность системы координат, в которой может быть представлен, описан и исследован любой объект или система объектов, предельно общая и универсальная. Как реальная система она не существует. Это абстрактная всеобщая система отсчета, как и многие другие системы координат. Понятие АЗС при исследованиях имеет гносеологический, в частности, методологический, а не онтологический характер.

4. Условно замкнутая система (УЗС) – система, при рассмотрении которой пренебрегают точно оговоренными внешними взаимодействиями, т.е. принимают определенные допущения. Влияние не учитываемых взаимодействий (допущений) может быть очень незначительным или довольно существенным, но не имеющим определяющего значения при решении данной конкретной задачи. Иногда ряд существенных для данной задачи действующих факторов невозможно учесть чисто технически. В этом случае можно говорить о разновидности УЗС – статистической или вероятностной системе. Все практические по определению замкнутые системы являются, строго говоря, разомкнутыми (открытыми) или УЗС. Добавляя к УЗС неучтенные при рассмотрении допущения, получим АЗС. Обозначение УЗС будем применять в случаях пренебрежения конкретными действующими факторами, несущественными в рамках данной задачи, обозначение ЗС – во всех остальных случаях. Понятие УЗС без специального обозначения или определения интуитивно применяется в подавляющем числе количественных практических задач. Данные необходимые для определения какой-то величины в сочетании с этой величиной будут представлять УЗС. Т.е. УЗС это комплекс «дано» плюс «требуется найти». Моделями УЗС являются также любое математическое уравнение или грамматическое предложение (п.п. 4.2; 4.4).

5. Часть АЗС – любой произвольный элемент АЗС (объект, система и т.д.), имеющий признаки, свойства, характеристики, отличающие его от других элементов этой АЗС.

6. Объект и антиобъект (система и антисистема) – две равные и противоположные по действию части АЗС в совокупности полностью представляющую всю АЗС.

7. Среда – антисистема объекта, не обладающая признаками целостности или определенным количеством определяемых, измеряемых и описываемых частей. Вариантами сред являются, например среда обитания живых существ, среда существования какого-либо предприятия, творческого, религиозного, политического или научного сообщества. Причем речь идет не о пространственно-геометрической среде со всем содержимым, а о среде действия на данный объект.

8. Разделительная зона – условный атрибут взаимодействия объекта и среды, определяющий характер и величину усиления или ослабления взаимодействия. Характеризуется одним показателем: величиной сопротивления взаимодействию. В зависимости от вида и природы объекта и среды может иметь самое разное конкретное наполнение. В общем случае сопротивлением является всё то, что мешает и ослабляет взаимодействие частей системы. В ЗС разделительная зона структурно принадлежит слагающим ЗС объектам и средам, а функционально выделяется в отдельное понятие. В реальных объектах и системах с распределенными параметрами (например, сплошные среды), разделительная зона как бы встроена в объект или среду, т.е. являются их частью. Понятие разделительная зона необходимо при количественном описании и исследовании взаимодействия. В физико-технических приложениях это может быть электрическое, пневматическое или гидравлическое сопротивление, теплоизоляция, защита от электромагнитного излучения, рентгеновских лучей или радиации и т.д. В системе человек – среда сопротивление может быть представлено одеждой, жилищем, средствами защиты и жизнеобеспечения и т.п.

9. Состояние объекта, антиобъекта, системы, среды (С) – количественная и качественная, активная и пассивная характеристики объекта, определяющие способность действовать на другие части их АЗС (в общем случае ЗС). Состояние проявляется в комплексе свойств и в результатах всех видов взаимодействия с другими частями АЗС. Состояние объединяет в себе понятие энергии, вещества, физического поля, информации, энтропии и других источников действия. Объекты с разными комплексами свойств обладают разными состояниями. В абстрактном пределе одинаковое состояние двух или более объектов (включая положение в пространстве) означает одно состояние, не такое же, а это же состояние. Состояние может быть абсолютным и относительным. Абсолютное состояние – способность объекта как части АЗС менять всю оставшуюся часть АЗС. Относительное состояние – способность объекта менять любую произвольную часть данной АЗС. Состояние объекта относительно самого себя равно нулю. Иначе говоря, объект в целом не может взаимодействовать сам с собой. Но отдельные части объекта вследствие различия состояний будут взаимодействовать между собой. Примеры: объем жидкости или газа, находящихся под давлением, электрический заряд с определенной разностью потенциалов, количество энергии, теплоты, определенного вещества и т.д. При этом давление и разность потенциалов является активной частью состояния, а объем жидкости и газа, количество зарядов – пассивной.

10. Изменение состояния – процесс образования, формирования нового, отличного от прежнего состояния. Примеры: изменение температуры, давления, заряда, массы, энергии, структуры, положения в пространстве, состояние человека, общества, идеологии и т.д.

11. Сохранение состояния (равновесие, устойчивость) – понятие противоположное и парное изменению.

12. Действие – причина изменения состояния. Например, действие механической силы, нагрев, обмен веществ, психологическое воздействие, действие информации, абразивное воздействие и т.д.

13. Противодействие – реактивное действие в обратном направлении, понятие парное и противоположное действию.

14. Взаимодействие – одновременное сочетание действия и противодействия, причина одновременного взаимного изменения двух или более связанных частей ЗС. При взаимодействии происходит обмен пассивной и выравнивание активной частей состояний взаимодействующих объектов. В частности обмен веществ является обменом пассивной части взаимодействующего состояния.

Действия и взаимодействие различаются по природе, видам, величине, направлению, длительности и т.д. Количество их видов и разновидностей практически бесконечно.

15. Уровень состояния объекта (U) – степень количественной потенциальной возможности взаимодействия объекта с другим объектом, объектами или средой, основанная на совокупности характеристик состояний взаимодействующих объектов, определяющая комплекс его свойств, степень активности и способность к определенному виду и результату взаимодействия. Уровень – это активная часть состояния. Уровень может быть абсолютным (относительно АЗС) и относительным (относительно каких-либо объектов). Примеры: давление, температура, разница потенциалов, напряжение электрического тока, концентрация раствора, механическая сила, акустическое давление и др.

16. Интенсивность взаимодействия (поток взаимодействия) (I) – реальная величина изменения состояния взаимодействующих объектов (среды) за единицу времени при данном сопротивлении разделительной зоны этому взаимодействию. Примеры: сила тока, расход жидкости, скорость передвижения, скорость передачи информации, интенсивность диффузии, интенсивность теплопередачи, магнитных и радиационных потоков, интенсивность передачи информации, изменения идеологии, состояния человека или общества.

17. Сопротивление (торможение) взаимодействия (R) – причина, тормозящая процесс взаимодействия и изменения состояний взаимодействующих объектов, определяющая отношение потенциальной возможности взаимодействия к его реальной интенсивности. Примеры: электрическое и гидравлическое сопротивление, теплоизоляция, сила трения, защита от действия физических полей, эффективность защиты человека от враждебной окружающей среды и др.

18. Мощность (N) – результат совместного действия всех количественных и качественных составляющих процесса взаимодействия, определяемая как произведение интенсивности (I) и уровня (U) или количество изменения состояния в единицу времени. Примеры: мощность двигателя, мощность потока жидкости, газа, электротока.

19. Уровень равновесия (R0) – величина обратная мощности взаимодействия, характеризующая степень устойчивости, постоянства, сохраняемости, неизменности, относительной замкнутости взаимодействующих объектов или систем. Примеры высокого уровня равновесия: инерциальная система, тепловая равновесная система, система механических взаимно уравновешенных сил, «абсолютное» здоровье человека (п. 2.8), устойчивый баланс военных, политических, экономических и других систем, любая замкнутая система.

Выше приведенные количественные понятия (обозначены буквенными символами) связаны следующими зависимостями.

1. Действие равно противодействию и противоположно по направлению.

2. Внешнее состояние системы (С) при взаимодействии ее частей между собой остается неизменным. Это положение можно трактовать как закон сохранения состояния. Оно является констатацией того очевидного факта, что в систему нельзя произвольно вводить или удалять из нее какие-либо действующие части.

3. Изменение взаимодействующих объектов направлено на сближение относительных уровней их состояний, т.е. при t –> inf; , ΔU12 –> 0, где ΔU12 – разница уровней состояний объектов О1 и О2.

4. Интенсивность взаимодействия объектов возрастает с увеличением относительного уровня состояний и уменьшается с ростом сопротивления разделительной зоны

I = U /R. (1)

5. Мощность взаимодействия объектов возрастает с увеличением относительного уровня их состояний и интенсивности взаимодействия

N = I ·U. (2)

6. Изменение состояния взаимодействующих объектов пропорциональны мощности и длительности взаимодействия

(3)

7. Основные понятия связаны также следующими очевидными производными зависимостями

(4)
(5)
(6)
(7)

Вполне очевидно, что представленные зависимости обобщают многие известные частные зависимости многих естественнонаучных приложений, наполняя их максимально общим содержанием, характеризующим любой объект исследования. Смысл подобного обобщения хорошо иллюстрируется на примере исследования таких далеких от естествознания понятий как здоровье, счастье, религия (п.п. 2.7; 2.8; 2.9).

В зависимости от структуры конкретных ЗС процесс взаимодействия в некоторых элементарных упрощенных вариантах может протекать следующим образом.

1. АЗС состоит из объекта и антиобъекта как структур с сосредоточенными параметрами без разделительной зоны. Поскольку нет сопротивления, то процесс взаимодействия протекает мгновенно, объект и антиобъект мгновенно аннигилируют (самоуничтожаются), АЗС превращается в другое структурное или бесструктурное образование с сохранением внутреннего состояния. Этот пример абстрактный.

2. ЗС состоит из объекта и антиобъекта как структур с сосредоточенными параметрами и разделительной зоны.

Процесс взаимодействия протекает за определенный промежуток времени с постепенным затуханием изменения состояний. Замедление процесса происходит за счет наличия разделительной зоны. Объект и антиобъект изменяются равномерно по всему объему (состоянию).

3. ЗС состоит из объекта и антиобъекта как систем с распределенными параметрами, без разделительной зоны.

Процесс взаимодействия протекает за определенный промежуток времени с постепенным уменьшением интенсивности взаимодействия. Изменение состояний объектов происходит последовательно по слоям с запаздыванием изменений в направлении, противоположном от границы разделения объектов. Функцию разделительной зоны выполняют части и структуры объекта и антиобъекта. Для случая однородных изотропных структур объекта и антиобъекта этот процесс достаточно хорошо изучен в теории сплошных сред на примере тепловых и диффузионных процессов на базе соответствующих уравнений в частных производных.

Для колебательных процессов в аналогичных средах описание производится с помощью волнового уравнения.

4. ЗС состоит из объекта с сосредоточенными параметрами и антиобъекта с распределенными параметрами (средой) без разделительной зоны.

Процесс взаимодействия протекает за определенный промежуток времени с постепенным затуханием за счет выполнения функций торможения средой. Объект меняется весь равномерно, среда – последовательно и послойно, с запаздыванием по мере удаления от объекта.

5. ЗС состоит из объекта с сосредоточенными параметрами и антиобъекта с распределенными параметрами и разделительной зоной.

Процесс взаимодействия протекает в основном по схеме 4, но торможение происходит как за счет разделительной зоны, так и за счет среды.

6. ЗС состоит из объекта и антиобъекта с распределенными параметрами и разделительной зоны. Процесс взаимодействия тормозится за счет послойного изменения объекта и среды, а также изменения разделительной зоны.

Условность выделения элементарной ЗС, достаточная и оправданная в условиях одной задачи, может оказаться недостаточной при решении других более сложных задач. Если взаимодействие происходит за какой-то промежуток времени (а не мгновенно), это означает, что взаимодействие объектов происходит через какую-то материальную разделительную зону, т.к. только она может тормозить процесс взаимодействия. В процессе взаимодействия состояние разделительной зоны относительно ее среды меняется и возникает вторичное взаимодействие между разделительной зоной и ее средой (куда могут входить два объекта и еще какие-то неучтенные части данной АЗС). Возникновение вторичного взаимодействия означает, что меняется основное взаимодействие и закон сохранения состояния должен учитывать не два, а три участвующих объекта.

При этом основной поток взаимодействия будет уменьшаться и будет происходить своего рода его диссипация в разделительную зону, с изменением ее состояния. В частном случае, при взаимодействии двух электрических зарядов через проводник определенного сопротивления или двух тел различной температуры через теплопроводящий слой часть энергии электротока и теплового потока будет теряться на нагрев проводника или теплоизолятора и их сред.

Таким образом, любой процесс взаимодействия, протекающий с конечной скоростью, является диссипативным процессом, происходящим в системе, состоящей из трех объектов, два из которых являются основными, а третий и его среда – участниками вторичного процесса, являющегося диссипативным по отношению к основному. Интенсивность вторичного процесса предполагается существенно меньшей, чем основного.

Это простейшие модели ЗС при исследовании реальных объектов многократно усложняются и требуют для точного описания отдельного исследования.

В качестве примеров, иллюстрирующих приведенные понятия, по необходимости взяты хорошо изученные физические и технические объекты и параметры их процессов. Для более сложных социальных, экономических, производственных и прочих объектов и систем аналогичные понятия еще не разработаны, и сейчас можно назвать только отдельные составляющие интегральных понятий.

Исключения могут составить примеры таких равновесных состояний отдельных систем живых организмов как здоровье (см п. 2.8) и сам процесс жизни. Для частного случая объекта – человека можно еще добавить состояние подвижного равновесия психоэмоциональной сферы человека называемого состоянием счастья (см. п. 2.7).

Насколько нам известно, понятие счастья и здоровья определены как равновесные состояния в данной работе впервые и еще не признаны научным сообществом. Но поскольку это хорошо иллюстрирует смысл и значение предлагаемой системы понятий в данном общем контексте, ссылку на эти примеры можно считать правомерной.

Эти понятия выработала сама жизнь, само существование разумных существ еще задолго до появления первых ученых и соответственно самой науки. И тот факт, что эти жизненно важные и фундаментальные понятия так гармонично вписались в понятийный аппарат ТЗС, говорит о её целесообразности и значимости.

Необходимо отметить, что само понятие существования тоже отражает частный случай равновесного состояния, т.к. существование объекта предполагает сохранение определенного набора более или менее постоянных характеристик объекта, а это возможно только при нахождении объекта в какой-то более или менее постоянной окружающей среде. Действие постоянной среды на постоянный объект является одним из условий подвижного равновесия между объектом и средой. Но это равновесие всего объекта предполагает более широкий диапазон изменения параметров взаимодействия, чем равновесия отдельных частей объекта.

Приведем некоторые примеры представления понятийного аппарата ТЗС с помощью известных «простых» физических, технических, бытовых, биологических понятий и терминов для случая биосоциальной системы «человек – среда».

Итак, объект – человек, антиобъект – среда.

Состояние человека – структура и состав комплекса его систем и подсистем всех уровней, их взаимосвязи, функции и характеристики, состав веществ, масса, температура, объем, форма и т.д.

Состояние среды – физические, химические, биологические, социальные характеристики среды, их динамика, источники всех видов воздействий на человека, включая социальное и производственное окружение.

Сохранение состояния человека – сохранение всех систем, подсистем и их функций и в целом сохранение состояния подвижного равновесия между состоянием человека и средой.

Изменение состояния человека – изменения каких-либо систем, подсистем, их функций, обмена веществ, артериального давления, температуры и т.д.

Действие – действие изменившейся среды на человека в части питания, физических нагрузок, температуры, газовой среды, физических полей, действий других биосистем, изменения социальной среды и т.д.

Противодействие человека окружающей среде – компенсация вредных факторов и создание комфортных условий, активная реализация желаний и достижения целей, перемещение веществ, энергии, перемещение в пространстве.

Уровень состояния – производительные возможности, активность человека по сохранению своей среды обитания (знания, работоспособность, желание и т.д.).

Разделительная зона может включать отдельные элементы среды обитания: одежда, жилище, орудия и средства производства, спортивное снаряжение, медицинские способы и средства, системы питания и т.д. (т.е. все, что тормозит отрицательное действие изменившейся среды на человека).

Для психологической части состояния, в частности, системы ценностей человека, разделительная зона может быть представлена различными видами психологической защиты, включая сознательное и искусственное изменение системы ценностей.

Сопротивление – комплекс характеристик элементов разделительной зоны (теплопроводность одежды, комфортность жилища, совершенство способов и средств производства, рациональность и универсальность спортивного снаряжения, здоровый образ жизни и т.д.).

Интенсивность – активность и производительная деятельность человека, скорость биологической и социальной эволюции человека (скорость увеличения удельной массы мозга, площади коры головного мозга, изменения мышечной массы, структуры и функций систем и т.д.). В общем – скорость приспособления (адаптации) человека к изменяющейся среде.

Мощность – совместное и одновременное действие показателей и элементов уровня состояния и интенсивности взаимодействия.

Подобное определение параметров УЗС человека и его среды с использованием известных понятий других наук неизбежно неточно и позволяет только обозначить и ориентировочно определить суть этих понятий.

Необходимо также отметить, что разделение ЗС на объект, антиобъект и разделительную зону произведено условно с целью четкого разделения функции между ними для простоты и удобства данного рассмотрения. При этом принято, что объект и антиобъект обладают только активной функцией (уровнем), а разделительная зона – только пассивной (сопротивлением). В реальных системах каждая элементарная часть ЗС обладает как свойством активности (т.е. уровнем), так и пассивности (т.е. сопротивлением) и является системой с распределенными параметрами. Но такая постановка задачи – это предмет дальнейших исследований. По условию разработки понятийного аппарата ТЗС природа объектов исследования может быть любой. Поэтому реальная природа приведенных понятий также может быть любой. В простейших физических задачах их природа четко определена и детально исследована. Для сложных комплексных систем выявление и исследование этих понятий на данной стадии развития ТЗС представляют собой отдельную серьезную задачу.

Вместе с тем отдельные общепринятые технические и производственные понятия и термины вполне очевидно коррелируются с соответствующими понятиями ТЗС. Например; производительность (интенсивность), стоимость, емкость (состояние), технический, технологический и кадровый потенциал (уровень), все виды обеспечения, включая информационное (сопротивление), развитие, прогресс (изменения).

Общую интенсивность производственного процесса (производительность) можно рассматривать как сумму всех материальных, финансовых, информационных, энергетических, кадровых и прочих потоков.

Предыдущий раздел | Содержание | Следующий раздел

Понравилась страница? Помогите развитию нашего сайта!

© 1999 – 2019 Группа «Мысленного древа», авторы статей

Перепечатка статей с сайта приветствуется при условии
ссылки (гиперссылки) на наш сайт

Сайт живет на

Число загрузок : 3376

Модифицировано : 18.08.2012

Если вы заметили ошибку набора
на этой странице, выделите
её мышкой и нажмите Ctrl+Enter.