Эволюция с позиций синергетики и общей теории систем
Гайдес Марк Аронович
Организация систем.
Вопрос об организации систем из случайных элементов является одним из животрепещущих, но не решенных вопросов современности. Речь идет о процессах самоорганизации – хаотическом возникновении в различных средах упорядоченных структур при наличии подвода к ним энергии, другими словами, о путях и движущей силе эволюции. Этот вопрос имеет большое значение для всех разделов научного знания, и, в частности, для медицины, потому что она изучает наиболее сложную систему – организм человека. Занимаясь лечением больного организма мы постоянно затрагиваем функции его систем, эволюцией которых природа занималась на протяжении многих миллионов лет. Вмешиваясь в процессы, протекающие в организме, мы принимаем на себя ответственность за наши действия и утверждаем, что мы умнее природы, которая не предусмотрела какие-то ситуации, в результате которых произошло поражение или недовосстановление систем организма, из которых организм самостоятельно не в состоянии выбраться. Принимая на себя эту ответственность мы отчасти берем на себя функции творца – улучшить функции пораженных систем, и не важно, был ли творцом Всевышний или природа. Лечение – это всегда реорганизация организма и не зная законов организации систем невозможно ничего эффективно организовать.
Этот вопрос не существует для теософии: Всевышний создал Мир таким, каков он есть и все предопределено его волей. Но такой ответ не устраивает тех, кому претит отстутствие свободы воли у личности и кто занимается изучением Мира научными способами, которые основаны не на вере в чье-то слово, а на вере в факты и на силу логических построений. Теологическим выводам было противопоставлено ничем не обоснованное мнение, что природа не сотворена единожды, хотя "Большой Взрыв" указывает именно на это, она хаотична, хотя в ней и существуют законы природы и, следовательно, она не хаотична, что противоречит одно другому, и существует вечно, все в ней самоорганизуется само собой, в соответствии с законами природы, и в "гипотезе о существовании Бога мы не нуждаемся". Следовательно, в вопросе организации систем существуют две крайне противоположные точки зрения:
1. Сотворение Мира – нет эволюции, а есть заданные Всевышним (целенаправленные) пути раскрытия Мира (принудительная организация материи)
2. Самоорганизация материи из хаоса – не целенаправленная, случайная эволюция материи, которая заключается в организации материальных объектов в системы на основе каких-то внутренних свойствах взаимодействующих объектов (самоорганизация материи).
Решением этого вопроса всегда занимались разработчики общей теории систем (ОТС), например, (1, 2), а в последнее время широкое распространение получила синергетика – наука о самоорганизации систем (14), которая занимается поиском и изучением моделей сложных систем, вопросами возникновения порядка из хаоса и перехода от упорядоченных структур к хаотическим. При этом самоорганизацию ищут везде, и в не живом мире на всех уровнях, вплоть до крупномасштабного строения вселенной (12, 13), и в живом мире, также на всех уровнях, начиная от простейших одноклеточных и кончая уровнем ноосферы (5, 6, 7, 14). Но следует отметить, что дальше общих и малосодержательных определений, типа проментальности, открытых и диссипативных систем, синергетика не продвинулась.
Прежде чем рассматривать вопросы о самоорганизации вспомним, что мы понимаем под понятием "система" и под самоорганизацией:
"Система – это группа целенаправленно взаимодействующих элементов" (3, 4).
Понятие цели является центральным и определяющим в понятии "система" (системообразующий фактор). Нет систем без цели. Мы не всегда знаем кто или что сделало данную систему, но мы всегда можем определить цель этой системы. Целью системы является то, что она может делать, потому что она может это делать постоянно и только это. Любая система отличается тем, что она может выполнять постоянно и качественно однородно. Другими словами у системы всегда постоянное качество генерального результата действия. Он может различаться по количеству, но он всегда одинаковый по качеству. Постоянство качества результата действия является отличительным признаком любой системы, независимо от ее сложности. У систем может быть множество качеств результата действия, но это множество всегда укладывается в иерархию генерального результата действия (3, 4). Симфонический оркестр производит множество звуков, движений музыкантов, визуальных действий и т.д., но генеральным и единственным результатом его действия является исполнение, например, какой-либо симфонии с целью доставить эстетическое наслаждение. Да, есть множество результатов действия, но генеральный результат только один. И производство этого результата является целью-стремлением системы под названием "симфонический оркестр", состоящей из музыкантов и музыкальных инструментов, которые специально собрались именно для этой цели. Следовательно, если есть какая-то цель, то группа элементов тем или иным способом объединяется (организуется) в систему для достижения этой цели.
Любая система состоит из элементов, которые когда-то и по какой-либо причине объединились в систему (организовались). При этом, они могут объединяться или "по собственному желанию" (самоорганизация), или что-то их принуждает к этому (принудительная организация). Если два объекта или системы объединяются и становятся третьей системой – это всего лишь факт организации новой системы. Но это еще не самоорганизация, потому что неизвестна причина (движущая сила) этой организации. Может быть эти системы "сами не хотели" объединяться, или им это было "безразлично", но их "заставили"?
Чтобы две системы объединились необходимо, чтобы у них, как минимум, в принципе была такая способность и чтобы у них была такая возможность (чтобы условия их существования не мешали или даже способствовали этому). Протон и электрон имеют противоположные заряды и в принципе могут образовать атом водорода. Но для этого они должны сблизится на растояние ближе критического и скорости их свободного движения (моменты движения) относительно друг друга не должны превышать критическую. Следовательно, если выполнить все условия, то две простые системы, протон и электрон, образуют третью более сложную систему – атом водорода. Это есть организация третьей системы из двух более простых и для этого обе простые системы совершают определенные активные действия – притягивают друг друга. Но это еще не самоорганизация, потому что несмотря на активные действия этих систем сама "идея" об образовании атома водорода принадлежит не им и они не могут поменять ее. Это принудительная организация, навязанная им кем-то или чем-то извне, что сделало их такими. Им извне, в момент их "сотворения", была задана цель всегда образовывать атом водорода при подходящих условиях, они такими "родились" и они не могут поменять эту "идею". Если бы при подходящих условиях встретились два протона и один из них вдруг "решил" бы поменять свой заряд и смог бы это сделать – это была бы настоящая самоорганизация, потому что инициатива уже исходила бы из самой системы. Следовательно, организация материи может быть двух типов – принудительной (навязанной извне) и самоорганизацией (спонтанной, исходящей из самой системы).
Поэтому всегда, когда мы говорим об организации систем, мы всегда должны четко определять, о чем мы говорим: о принудительной или о самоорганизации? Если мы замечаем, что из хаотически разбросанных элементов вдруг начинают образовываться какие-то другие более сложные структуры, то нельзя сразу говорить, что это самоорганизация. Мы можем заготовить части роботов, забросить их на Луну, где из них путем самосборки возникнут цельные роботы, но это будет не самоорганизация, а принудительная и нами навязанная им организация. Но если роботы могут самообучаться, а условия их существования заставят их менять свою структуру и они смогут самостоятельно принять соответствующее решение на основе собственного опыта и знаний (менталитета) и выполнить его – это уже будет их собственная самоорганизация. Рассмотрим пути организации систем.
Богданов, один из российских основателей ОТС, показал, что существует два способа образования (организации) систем. По первому способу система возникает как минимум из двух объектов любой природы посредством третьей сущности – связи (синтез, генерация). По второму способу система образуется за счёт распада (деструкции, дегенерации) ранее существующей более сложной системы (2). Следовательно, систему можно построить (организовать) из новых элементов (перестроить, реорганизовать) за счёт включения в её состав дополнительных элементов, или путём исключения из её состава ненужных элементов.
По-видимому, существует и третий способ организации систем – замена старых или изношенных частей на новые (структурная регенерация), и четвертый – изменение связей между внутренними элементами системы (функциональная регенерация).
Генерация (первый способ организации, рис. 1) – процесс положительной энтропии (от простого к сложному, усложнение систем). Новая система образуется за счёт увеличения состава её элементов и связей между ними. Поскольку на образование любой связи между элементами всегда должна затрачиваться энергия (4), то генерация требует энергии и притока новых элементов (веществ).
Дегенерация (второй способ организации, рис. 2) – процесс отрицательной энтропии (от сложного к простому, упрощение систем). Новая система образуется за счёт разрыва связей между элементами и выпадения их из состава её элементов. Поэтому в этом процессе выделяется энергия и элементы из состава системы.
Оба способа используются для создания новых систем с новыми целями и новыми свойствами. В первом случае получается усложнение систем, во втором – их упрощение или разрушение.
Структурная регенерация (третий способ организации, рис. 3) используется для замены изношенных элементов, т.е., для сохранения и восстановления состава систем, но при этом система, её цели и свойства не меняются. Так как взамен изношенных элементов возникают новые, которые встраиваются в систему на место разрушенных и при этом образуются их связи с другими элементами, а связи и элементы, образующиеся при разрушении старых связей теряются, то этот процесс требует энергии и потока веществ для восстановления СФЕ (4). Структурная регенерация используется в виде обмена веществ (см. ниже) и только у живых систем.
Функциональная регенерация (четвёртый способ организации) используется для работы самих систем (рис. 4).
Сам принцип функционирования систем напоминает процессы генерации и дегенерации. Любая система состоит из двух типов элементов – исполнительных, так называемых системных функциональных единиц (СФЕ), обладающих определенными свойствами, и управляющих (блока управления), следящих за выполнением цели системы и активирующих системные функциональные единицы через стимуляторы (активаторы) СФЕ. Другими словами любая система существует или сделана для какой-то вполне определенной цели и для этого она обладает определенными свойствами. Цель является системо-образующим фактором (3, 4). Действия для достижения этой цели осуществляют эффекторы системы (СФЕ), которые и вырабатывают определенный результат действия системы, но для их целесообразного действия у системы есть блок управления различной степени сложности, от простого у объектов не живого (минерального) мира и у растений (рис. 4), до сложного у животных и у человека (рис. 5-6).
Простой блок управления (простой автомат) включает в себя рецептор входного внешнего воздействия (рецептор ППС, например, контактный), положительную прямую связь (ППС), рецептор выходного результата действия (рецептор ООС), отрицательную обратную связь (ООС), анализатор-информатор, в состав которого входят "база данных" с описанием параметров внешнего воздействия и результатов действий системы, и блок принятия решений, который принимает решения о включении или выключении эффекторов в зависимости от внешнего воздействия (рис. 4).
Наращивание или снижение функций системы происходит за счет последовательного включения в действие или выключения отдельных СФЕ. Следовательно, при наращивании функций возникает как бы новая система с большим числом действующих элементов – СФЕ (псевдо-генерация, рис. 4В), а при снижении функций – с меньшим числом СФЕ (псевдо-дегенерация, рис. 4А). Но это всё обратимые изменения системы (псевдо-), возникающие в ответ на внешнее воздействие, которые осуществляются за счёт изменения состояния её элементов и оптимального действия блока управления. При этом состав системы как бы меняется в зависимости от цели. У неё появляются активные и пассивные (резервные) СФЕ. Этот процесс требует энергии для работы самих элементов, но сам по себе (первично) не требует потока веществ для восстановления СФЕ. Поток веществ может быть необходим, если результаты действия данной системы "построены" из веществ.
Система всегда работает только если есть внешнее воздействие. Если нет внешнего воздействия, то система будет бездействовать. В ответ на внешнее воздействие система вырабатывает свой результат действия, который получается вследствие срабатывания того или иного количества определенных СФЕ. Для получения результата действия система должна выполнить определенный порядок своих действий. С позиций ОТС циклом является порядок действий системы для достижения поставленной перед ней цели. После достижения цели и получения результата действий все действия системы прекращаются и цикл заканчивается. Следовательно, на однократное внешнее воздействие система отвечает однократным циклом своих действий.
Системами с простым блоком управления являются все объекты не живого (минерального) и растительного миров. Различие между объектами минерального и растительного миров только в наличии или отсутствии обмена веществ (см. далее): в минеральном мире его нет, а в растительном есть (более подробно об этом в (3 и 4)).
Каждая СФЕ обладает определенным качеством действия. Если система содержит только однотипные СФЕ, она является монофункциональной (4), если несколько типов СФЕ – много-функциональной, в зависимости от типов СФЕ.
Любые системы, даже самые простые типа гвоздя или даже отдельного атома, построены и функционируют по этим принципам, несмотря на сложность такого построения систем (анатомии) и видимую внешнюю простоту подобных систем. Этого требует закон сохранения, основной закон нашего Мира (4), который гласит, что ничто не может происходить просто так и для осуществления любого действия должен быть соответствующий механизм. Мы не всегда можем выделить, например, блок управления у гвоздя, но он обязательно присутствует в нем в той или иной форме. У гвоздя есть его собственная цель – держать свою форму, даже если по нему бьют молотком. Если у него достаточно резервов, в понятие которых входит количество и качество его СФЕ, то его блок управления всегда будет следить за тем, чтобы он сохранял свою прямоту, несмотря на изгибающее его внешнее воздействие. Причем он всегда сохраняет силу своего противодействия строго в соответствии с силой удара по нему. Если он будет действовать с большей силой, то он согнется в сторону изгибающей его силы, если его резервов недостаточно чтобы противодействовать изгибающей его силе, то он согнется в том же направлении, что и действующая на него сила. Но гвоздь, как правило, сохраняет свою прямоту, при условии достаточности его резервов. Это значит, что у гвоздя есть цель – сохранять свою форму и если ему это удается, то он как система функционирует нормально, достигая своей цели и используя для этого свой блок управления и СФЕ.
Сложные блоки управления по мере усложнения в дополнение к анализатору-информатору последовательно включают в себя:
· анализатор-классификатор с дистанционными рецепторами внешнего воздействия типа фото- хемо- и прочих таксисов, рождается с готовой "базой знаний" и "базой решений", которые входят в понятие "инстинкт" и которые не пополняются в течение жизни данной системы – есть у всех животных (рис. 5А), включая примитивных, но нет у растений и систем минерального мира. Классифицирует внешние ситуации на основе "базы знаний" и вырабатывает решения о собственных поведенческих реакциях на основе "базы решений".
· анализатор-коррелятор – предназначен для самообучения данной системы (данного животного) путем постоянного пополнения "базы знаний" и "базы решений" за счет собственного опыта, нет у примитивных животных, но есть у животных, уже способных к самообучению, но еще не способных перенимать опыт других систем (рис. 5В). Определяет новизну внешней ситуации и степень корелляции влияния новой ситуации на возможность выполнения собственных целей. Если степень корелляции высокая, заносит описание этой ситуации в свою "базу знаний". Затем выявляет степень корреляции влияния принятого решения о своей поведенческой реакции в ответ на новую ситуацию на достижение цели. Если степень корелляции низкая, меняет свою поведенческую реакцию и так до тех пор, пока степень корелляции влияния поведенческой реакции на возможность выполнения собственных целей не будет высокой. Тогда найденное новое решение заносится в собственную "базу решений".
· анализатор-абстрактор низших порядков – первая сигнальная система, содержит "базу абстракций низшего порядка" – описание действий других систем, которые являются значимыми сигналами, служащих абстрактным символом определенных ситуаций. При "рождении" системы "база абстракций низшего порядка" пустая и заполняется в течение жизни системы на основе самообучения. Предназначен для постоянного пополнения "базы знаний" и "базы решений" данной системы (данного животного) за счет использования опыта других систем. Но "базы знаний" и "базы решений" исчезают со смертью данной системы, есть только у высших животных вплоть до человека (рис. 6А).
· анализатор-абстрактор высших порядков – вторая сигнальная система, содержит "базу абстракций низшего и высшего порядка" – описание действий других систем, а также знаковых сигналов, которые являются значимыми сигналами, служащих абстрактным символом определенных ситуаций и действий . При "рождении" системы "база абстракций низшего и высшего порядка" пустая и заполняется в течение жизни системы на основе самообучения. Предназначен для постоянного пополнения "базы знаний" и "базы решений" данной системы (данного животного) за счет самообучения и опыта других систем, но "базы знаний" и "базы решений" не исчезают со смертью данной системы, а остаются в виде грамоты и символьного описания технологий, есть только у человека (рис. 6В).
Следовательно, не исполнительные элементы (СФЕ) являются критерием классификации объектов нашего Мира, а наличие или отсутствие обмена веществ и сложность блока управления систем. Не количество ножек и бугорков на зубе является критерием классификации животных, а сложность блоков управления животных как систем. Таким образом все объекты (системы) нашего Мира можно разделить на четыре подмира (мира), один из которых – мир минеральный, в котором нет обмена веществ, и еще три мира живых систем, у которых есть обмен веществ, но разные блоки управления (3, 4). Таким образом в нашем Мире есть четыре подмира (мира) систем:
· мир минеральный
(системы с простым блоком управления типа простого автомата и нет обмена веществ),
· мир растений
(системы с простым блоком управления типа простого автомата и есть обмен веществ),
· мир животных
(системы с сложным блоком управления всех уровней, включая инстинкты и первую сигнальную систему)
· мир человека
(системы с сложным блоком управления всех уровней, включая инстинкты, первую и вторую сигнальную систему)
Все существующие на сегодняшний день концепции саморазвития материи пытаются описывать самоорганизацию элементов в основном минерального мира и почти нет описаний самоорганизации мира растений, животных и человека. Вернее, во всех попытках описаниях живых систем нет никакого различия между различными классами систем, будь то системы минерального мира или человек, как будто человек является всего лишь набором определенных минеральных элементов через их группировку в органической и биохимии. Поэтому они являются неполными и не могут претендовать на универсальность и на всеобщность. Вероятно это связано с тем, что до сих пор не было четкого и однозначного определения каждого из этих миров. Здесь же предлагается разделить все объекты нашего Мира на четыре большие группы – мир минеральный, мир растений, мир животных и мир человека, и критерием раздела являются обмен веществ (нет в минеральном мире) и различие сложности блока управления у растений, животных и человека.
В таком случае эволюцией будет развитие объектов как систем (вернее, их блоков управления) каждого мира и последовательный переход этих объектов из более низкого мира в более высокий. Прежде всего эволюционируют не системы, а их блоки управлений, и вместе с ними эволюционируют их СФЕ, чтобы обеспечить выполнение целей данных блоков управления.
Каким же образом происходит организация (построение) систем? Кто или что принимает решение об организации или реорганизации систем? Кто строит блок управления новой или реорганизованной системы? Кто задаёт уставку – задание для системы? Почему петля ООС строится для выполнения именно данного условия? В каких системах возможна самоорганизация и в каких не возможна?
На эту тему сегодня существует множество спекуляций и нет ни одного однозначного ответа. Синергетика предлагает механизм самоорганизации материи, организации изнутри, т.е., материя сама по себе "знает" как ей нужно организовываться и что нужно для этого делать. Этому послужили некоторые факты, неожидаемые, но наблюдаемые при некоторых химических реакциях.
До пятидесятых годов ХХ века считалось, что в реакциях неорганических компонентов периодические явления наблюдаться не могут, хотя первые сведения о наблюдении таких реакций датируются концом XIX века. Современный этап в исследовании колебательных химических реакций начался со случайного открытия, сделанного в 1958 году Б. П. Белоусовым, который заметил, что если растворить лимонную и серную кислоты в воде вместе с броматом и солью церия, то окраска смеси изменяется периодически от бесцветной до бледно-желтой. Систематическое исследование этой реакции провел через несколько лет А. М. Жаботинский (реакция Белоусова-Жаботинского). Он же отметил возникновение в ходе этой реакции различных упорядоченных структур. Сразу после этого было открыто множество вариантов реакции с более быстрыми и более медленными осцилляциями. Более детальное изучение глубинных механизмов реакции было проведено только в семидесятых годах (16).
Для того, чтобы объяснить процессы самоорганизации материи из хаоса современная синергетика использует три основных понятия:
· открытость систем
· нелинейность неравновесных системы
· флюктуации внешних воздействий и результатов действия.
Было предложено множество различных механизмов такого рода реакций и для этого в первую очередь использовалось понятие открытых систем. Открытые системы, в которых наблюдается прирост энтропии, называют диссипативными. В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного хаотического движения, в тепло. Если замкнутая система (гамильтонова система), выведенная из состояния равновесия, всегда стремится вновь придти к максимуму энтропии, то в открытой системе отток энтропии может уравновесить ее рост в самой системе и есть вероятность возникновения стационарного состояния. Если же отток энтропии превысит ее внутренний рост, то возникают и разрастаются до макроскопического уровня крупномасштабные флюктуации, а при определенных условиях в системе начинают происходить самоорганизационные процессы, создание упорядоченных структур (8, 9 ).
Но любые системы являются открытыми (диссипативными), нет полностью закрытых систем, потому что они реагируют с другими системами, разрушаются и в них всегда есть прирост энтропии в той или иной степени. Тем не менее не все системы при встрече образуют новые системы. Процесс отрицательной энтропии – это процесс разрушения за счет потери системой своих СФЕ, которые расходуются на взаимодействие с другими системами. Если система полностью закрыта, она никак не будет реагировать с другими системами нашего Мира, никак себя не проявит и поэтому она для нас не будет существовать. Хотя не все системы реагируют между собой, а лишь только те, которые удовлетворяют условиям гомореактивности входов и выходов этих систем (см. ниже по тексту), но всегда можно найти промежуточные системы, которые будут реагировать с тем системами, которые не могут прямо реагировать между собой. Система всегда реагирует только на внешнее воздействие и без него она бездействует (не функционирует). Внешним воздействием для нее являются результаты действия других систем, а взаимодействие систем – это образование между ними своеобразных связей через их результаты действия, на что всегда затрачивается энергия. При образовании новых связей между системами могут образоваться новые системы с новыми свойствами и новыми целями, в которых данные системы уже выступают в роли элементов новых систем (4). Так как на образование связей расходуется энергия, поэтому взаимодействие систем возможно только лишь при избытке энергии, внутренней или внешней, поэтому и образование новых систем (процесс положительной энтропии) возможно лишь при "потоке" энергии.
И любые системы являются нелинейными, потому что они всегда дают одиночный результат действия, если было одиночное внешнее воздействие (рис. 7В). Величина этого результата действия может быть различной, от нулевой (рис. 7А) до максимальной (рис. 7С), но этот результат действия всегда будет только в ответ на внешнее воздействие и его величина всегда будет в определенной пропорции с величиной этого внешнего воздействия. Причем, величина результата действия в ответ на изменение внешнего воздействия будет менятся не плавно, а скачками (квантами), в зависимости от числа включающихся в функцию СФЕ, вырабатывающих кванты результатов действия, потому что каждая СФЕ функционирует по закону "все или ничего" (4). Если на систему будет оказана серия одиночных внешних воздействий, система выдаст серию одиночных результатов действий, каждое из которых будет пропорционально силе внешнего воздействия. Будет ли это одиночный квант результата действия или же их пакет, но это всегда одиночный пакет независимых квантов действия, которые мы не всегда можем выделить и отдельно измерить.
Поскольку внешним воздействием для любой системы являются результаты действий других систем, а результаты действия всегда квантованы, то и системы реагируют не на любую произвольную величину внешнего воздействия, а на их кванты. Следовательно, и реакция систем на внешние воздействия и их результаты действия всегда квантованы (дискретны). Если система состоит из множества "мелких" СФЕ, то отдельные кванты результатов действия заметить практически невозможно и может создаться впечатление о плавности наращивания функций системы. Невозможно заметить скачок электрического тока в цепи, если в него добавляется один электрон. Но тем не менее прирост электрического тока является дискретным (квантованным), потому что осуществляется за счет попадания в ток дискретных частиц (электронов или "дырок").
Другими словами любые системы являются генераторами одиночного результата действия (в электронике – генераторами одиночного импульса), содержащего один (рис. 7В) или много (пакет) квантов (скачков) результата действия (рис. 7С), в зависимости от величины внешнего воздействия и числа сработавших СФЕ.
Если же внешнее воздействие является продолжительным и непрерывным, то одиночные результаты действия системы (одиночные пакеты квантов) сливаются в один продолжительный и непрерывный и внешне это выглядит как будто системы являются генераторами постоянного результата действия, хотя на самом деле непрерывный постоянный и продолжительный результат действия системы состоит из относительно коротких одиночных результатов действия, каждый из которых может состоять из множества квантов действия (рис. 7D).
Следовательно, мы не всегда "видим" нелинейность систем и линейность в ряде случаев возникает только лишь потому, что мы не всегда различаем отдельные кванты.
Кроме того, любой одиночный результат действия любой системы является независимым от системы его породившей и существующим самостоятельно после того, как он был произведен (рис. 8А). Поэтому он может быть внешним воздействием как для любой другой системы, так и для той же самой системы, которая его породила, если он попадет на ее вход, при условии гомореактивности входа-выхода данной системы (рис. 8В). А так как у любой системы есть микроциклы ее действий (4), то между моментами его рождения и началом его воздействия на вход породившей его системы проходит определенное время, в течение которого система не может реагировать ни на какое внешнее воздействие (фазы относительной и абсолютной рефрактерности) и, следовательно, порождать очередной результат действия. Поэтому между появлениями очередных результатов действия системы появляются промежутки времени и поэтому системы, у которых их результат действия попадает на их же вход и поэтому является внешним воздействием для них же, являются генераторами переменного (прерывистого) результата действия.
Если выстроить системы в последовательный ряд и результат действия последней в ряду системы подать в качестве внешнего воздействия на вход первой системы, то такой ряд также будет своеобразной сверхсистемой (составной системой) – генератором переменного результата действия (рис. 9).
Генераторы постоянного и переменного результатов действия, собственно говоря, являются генераторами одиночного результата действия и их различие заключается только в том, что является для них внешним воздействием и каким образом эти внешние воздействия подаются на их вход. Если на вход системы подается непрерывная серия одиночных импульсов (рис. 7D), исходящих от других систем, данная система генерирует непрерывную серию своих результатов действия (генератор постоянного результата действия). Если на ее вход подаются ее же собственные результаты действия (рис. 8 и 9), то она генерирует прерывистую серию собственных результатов действия (генератор переменного результата действия). Но по своей сути любые системы являются генераторами одиночного результата действия.
Сердечно-сосудистая система также является генератором переменного результата действия. Причем генератором является не только пейсмекерная система коронарного синуса (нормальный синусовый водитель ритма), но и вся сердечно-сосудистая система в целом, потому что результатом действия левого желудочка является его ударный выброс, который войдя в артериальное русло затем, проходя через венозный возврат, правый желудочек и легочное кровообращение, возвращается обратно в левый желудочек. Если сердечно-сосудистая система нормальная, то подобная генераторная функция полностью гасится и кривая сердечного выброса, интегрированная за время превышающее время одиночного сердечного сокращения, будет выглядеть в виде ровной горизонтальной кривой, соответствующей метаболическим потребностям организма. Но при сердечной недостаточности, когда резервов СК не хватает, возникает патологическое так называемое "периодическое" кровобращение, в основе которого, по всей вероятности, лежит периодическое ослабление и усиление сократительной функции миокарда (периодическое уменьшение и увеличение ударного выброса левого желудочка – stroke volume на рис. 10), которое сказывается и на вентиляции легких (периодическое дыхание по типу Чейн-Стокса), и на поглощении кислорода, и на многих других параметрах дыхания и кровообращения (рис. 10).
Такая периодичность функций системы обмена метаболических газов больного организма объясняется только генерацией переменного результата действия, потому что результат действия любых систем, после того, как он появился, является независимым от системы его породившей и уже сам может быть внешним воздействием для данной же системы.
Конечная функция системы обмена метаболических газов организма (VO2) периодически менятся от максимума до минимума, потому что также меняются параметры кровообращения (первичный фактор) и дыхания (вторичный фактор), хотя частота сердечных сокращений (Heart Rate) практически не меняется, что указывает на сохранность пейсмекерной генераторной функции синусового узла.
Следовательно, любые системы все без исключения являются генераторами одиночного импульса, но в зависимости от длительности и источника внешнего воздействия могут быть генераторами постоянного или переменного результата действия. Все зависит от наличия связи между выходом и входом системы. Если система представляет из себя "кольцо", когда ее результат действия попадает на ее же вход, система становится генератором переменного действия. Если построить "кольцо" из множества систем с гомореактивными (см. в последующих главах) парами "выход-вход", то все равно получится генератор переменного результата действия. Странный аттрактор и диссипативные структуры Пригожина (11) как раз и являются такими более сложными системами, построенными из "колец", состоящих из множества более простых гомореактивных систем.
Отсюда вывод, что любую систему можно превратить в генератор переменного результата действия. Для этого нужно лишь соединить ее выход с ее же входом. Примерами генераторов переменного результата действия являются генераторы переменного тока в электронике, маятниковые механизмы в механике, системы, в которых возникают флатерные или кавитационные процессы в аэродинамике или гидравлике, некоторые химические реакции, протекающие по типу брюселяторов, и т.д.
Периодичность некоторых химических реакций и некоторых других систем, описываемых брюсселятором (8), объясняется не нелинейностью диссипативных структур, а выше описанным механизмом генерации переменного результата действия, когда результат действия любых систем сам может быть внешним воздействием для данной же системы. Математическая модель, описывающая поведение брюсселятора, полностью подходит для описания поведения таких генераторов. Поэтому выше указанные периодические реакции и прочие диссипативные системы являются всего лишь системами, генерирующими переменный результат действия.
И нет неравновесных систем. Абсолютно любая система будет покоиться (бездействовать, быть равновесной) до тех пор, пока нет внешнего воздействия (рис. 7А), и только после оказания на нее какого-либо специфичного действия она начнет реагировать (функционировать, действовать), т.е., вырабатывать свой результат действия (рис. 7В-С). Систему, которая начинает свой цикл действий для достижения поставленной перед ней цели и в процессе выполнения этих действий, пока она "вырабатывает" свой результат действия, можно назвать неравновесной, потому что она не покоится, а действует в ответ на внешнее воздействие. Но если она уже сделала свой результат действия в ответ на какое-либо внешнее воздействие и закончила все связанные с этим действия, и если нет последующего внешнего воздействия, то она снова будет покоиться (быть равновесной) до тех пор, пока оно не появится снова. А если снова появится внешнее воздействие, то любая система опять становится неравновесной, потому что начнет действовать, при условии, что внешнее воздействие по силе выше порогового, специфично (гомореактивно, см. ниже по тексту) для данной системы и у нее все исправно, т.е., у нее есть резервы ее исполнительных элементов (СФЕ) и у нее есть запас внутренней энергии, запасенной заранее или привнесенной внешним воздействием. Если внешнее воздействие ниже порогового, не специфично для данной системы, или она находится в рефрактерной фазе (4), то она не будет на него реагирова