Структура и структурное исследование

Связь

Пожалуй, наибольшая смысловая нагрузка в ССИ приходится на понятие «связь». Более или менее определенно но понятие употребляется во всех работах, посвященных системному подходу. Вместе с тем следует признать, что столь частое употребление понятия связи отнюдь не сделало его ясным, четко очерченным по своему содержанию. Напротив, как это ни странно, имеющиеся в литературе попытки логико-методологического анализа этой проблемы весьма немногочисленны, а возможная обще-логическая классификация связей вообще не была предметом специального рассмотрения.

Схема 1 — Классификация совокупностей объектов

Очевидно, что вокруг этой категории в значительной мере группируется вся проблематика, специфическая для системного подхода. Можно утверждать, что развитие системных исследований существенно зависит от успехов в логико-методологическом анализе содержания понятия «связь».

В диалектике, как известно, проблема связи является одной из центральных. Учение диалектики о связях охватывает учение о мире как о едином связном целом, о причинности, о единстве и борьбе противоположностей, о взаимоотношении качества и количества, содержания и формы, сущности и явления и т.д., а основным методом исследования является анализ материала конкретных наук в плане разработки обобщающей картины мира.

Предварительно связь предметов можно определить

таким образом: два или более различных предмета связаны, если по наличию или отсутствию некоторых свойств у одних из них мы можем судить о наличии или отсутствии тех или иных свойств у других из них (возникновение и исчезновение предметов можно рассматривать как частный случай). Например, температура и давление данной массы газа связаны так, что с увеличением температуры (при всех прочих постоянных условиях) увеличивается давление. Зная о том, что температура увеличилась, мы можем делать вывод об увеличении давления (если выяснены точные количественные соотношения, то они учтутся и в выводах). Это свойство связей и обусловило особую познавательную ценность их обнаружения. Выявление связей позволяет познавать предметы не непосредственно, а косвенно, через другие предметы, находящиеся с ними в той или иной связи. Не приходится доказывать, насколько это важно для исследования предметов, не поддающихся непосредственному наблюдению, для разработки стандартных методов расчета, избавляющих от необходимости каждый раз ставить эксперимент, и т.п.

Характерным для приведенного определения является наличие в нем ссылок на логическое следование, на вывод одних знаний из других. Весьма возможно, конечно, что такого рода ссылок можно избежать. Но в рассмотренных нами случаях это достигается обычно за счет тавтологии, т.е. за счет ссылок на зависимость, обусловленность и другие понятия, которые сами выступают как синонимы понятия связи, за счет ссылок на частные формы связей (например, на причинность), за счет употребления выражений, которые сами нуждаются в разъяснениях через понятие связи (например, предметы считаются связанными, если изменение одних ведет к изменению других; здесь слово «ведет» создает лишь иллюзию определения, так как при попытке разъяснения его смысла мы будем вынуждены обратиться к данному выше предварительному определению связи.

Наличие в определении связи ссылки на логическое следование заставляет поставить принципиально важный вопрос о том пути, по которому следует идти в решении стоящей проблемы. Поскольку логическое следование характеризует взаимоотношение знаний о предметах, то вполне естественным представляется следующий путь: базируясь на принципе отражения, можно через определенные структуры знаний определять то, что соответствует этим знаниям, что ими отображается в объективной реальности. Например, можно определить отношения предметов как то, что соответствует высказываниям с многоместными предикатами. Аналогично обстоит дело со связями. Определив высказывания о связях как особый тип высказываний, можно определить сами связи как то, что отображается высказываниями этого рода. Подчеркиваем, что вопрос об определении одних факторов путем противопоставления их другим факторам и вопрос о взаимоотношении этих факторов безотносительно к их определению суть различные вопросы. Впрочем, определяя связь как то, что отображается в форме такого-то рода знаний, мы тем самым указываем на связь как на объективный источник знаний в полном соответствии с принципами теории отражения.

Предпринятые в литературе попытки прямо и сразу построить обобщенную концепцию связи обнаружили относительно невысокую эффективность такого способа решения проблемы. Это заставило искать не столь прямых, но, может быть, более обнадеживающих путей анализа понятия связи и его места в современном познании. Одним из таких путей могло бы явиться определение (первоначально чисто эмпирическое) набора основных значений, в которых употребляется понятие связи в научной литературе, т.е. составление сугубо приблизительной эмпирической классификации связей:

1. Связи взаимодействия (координации), среди которых можно различить связи свойства (такие связи фиксируются, например, в формулах физики типа pV = const) и связи объектов (например, гуморальные связи, связи между отдельными нейронами в тех или иных нервно-психических процессах). Особый вид связей взаимодействия составляют связи между отдельными людьми, а также между человеческими коллективами или социальными системами. Специфика этих связей состоит в том, что они опосредуются целями, которые преследует каждая из сторон взаимодействия. В рамках этого типа связей можно различить кооперативные и конфликтные связи. Следует отметить, что связи взаимодействия представляют наиболее широкий класс связей, так или иначе выступающий во всех иных типах связей.
2. Связи порождения (генетические), когда один объект выступает как основание, вызывающие к жизни другой (например, связь типа «А отец В»).
3. Связи преобразования, среди которых можно различить: связи преобразования, реализуемые через определенный объект, обеспечивающий это преобразование (такова функция химических катализаторов), и связи преобразования, реализуемые путем непосредственного взаимодействия двух или более объектов, в процессе которого и благодаря которому эти объекты порознь или совместно переходят из одного состояния в другое (таково, например, взаимодействие организмов и среды в процессе видообразования).
4. Связи строения (их нередко называют структурными). Природа этих связей с достаточной ясностью раскрывается на примере химических связей.
5. Связи функционирования, обеспечивающие реальную жизнедеятельность объекта или его работу, если речь идет о технической системе. Очевидное многообразие функции в объектах различного рода определяет и многообразие видов связей функционирования. Общим для всех этих видов является то, что объекты, объединяемые связью, совместно осуществляют определенную функцию, причем эта функция может характеризовать либо один из этих объектов (в таком случае другой является функционально-производным от первого, как это имеет место в функциональных системах живого организма), либо более широкое целое, по отношению к которому и имеет смысл функциональная связь данных объектов (таковы связи между нейронами при осуществлении тех или иных функций центральной нервной системы). В самом общем виде связи функционирования можно подразделить на связи состояний (когда следующее по времени состояние является функцией от предыдущего) и связи энергетические, трофические, нейронные и т.п. (когда объекты связаны единством реализуемой функции).
6. Связи развития, которые можно рассматривать как модификацию функциональных связей состояний, с той, однако, разницей, что развитие существенно отличается от простой смены состояний. В функционировании более или менее строго определенная последовательность состояний, по существу, выражает основную схему содержания всего процесса. Развитие также описывается обычно как смена состояний развивающегося объекта, однако основное содержание процесса составляют при этом достаточно существенные изменения в строении объекта и в формах его жизни. С функциональной точки зрения функционирование есть движение в состоянии одного и того же уровня, связанное лишь с перераспределением элементов, функций и связей в объекте; при этом каждое последующее состояние либо непосредственно определено предыдущим, либо так или иначе «переформировано» всем строением объекта и не выходит за рамки его истории. Развитие же есть не просто самораскрытие объекта, актуализация уже заложенных в нем потенций, а такая смена состояний, в основе которой лежит невозможность сохранения существующих форм функционирования. Здесь объект как бы оказывается вынужденным выйти на иной уровень функционирования, прежде недоступный и невозможный для него, а условием такого выхода является изменение организации объекта. Весьма существенно, что в точках перехода от одного состояния к другому развивающийся объект обычно располагает относительно большим числом «степеней свободы» и ставится в условия необходимости выбора из некоторого количества возможностей, относящихся к изменению конкретных форм его организации. Все это определяет не только множественность путей и направлений развития, но и то важное обстоятельство, что развивающийся объект как бы сам творит свою историю. Проблема различения функционирования и развития является, как известно, одной из наиболее сложных и запутанных в философской в специально-научной литературе. Поэтому проведенное нами различие связей функционирования и связей развития следует понимать как условное.
7. Связи управления, которые в зависимости от их конкретного вида могут образовывать разновидность либо функциональных связей, либо связей развития. В настоящее время невозможно дать развернутую характеристику связей управления, поскольку само понятие «управление» не имеет достаточно определенного значения. Вместе с тем эти связи принадлежат, по-видимому, к числу самых важных в системном исследовании и поэтому заслуживают особого обсуждения.

Предлагая такую классификацию связей, философы отмечают ее условность, объясняя исключительно сложным характером возможных связей и их спецификой в конкретных системах. Так, военные специалисты предлагают следующие виды связей: существенные и несущественные, частно-, внутри- и межсистемные, соответствующие трем уровням умственной деятельности человека, взаимные и односторонние, противоречивые и непротиворечивые, полезные и вредные, важные, не очень важные и неважные, прямые и обратные, жесткие (в технике) и гибкие (в экономике, живых существах и обществе) и др.

Особое внимание обращаем на следующие три вида связей:

• Рекурсивная связь — необходимая связь между экономическими явлениями и объектами, при которой ясно, где причина и где следствие. Например, затраты в экономике всегда выступают в качестве причины, а их результаты — в качестве следствия. Между затратами и результатами существует рекурсивная связь. Но есть и некоторые исключения в современном НТП.
• Синергетическая связь в ОТС определяется как связь, которая при совместных действиях независимых элементов системы обеспечивает увеличение их общего эффекта до значения, большего, чем сумма эффектов этих элементов, действующих независимо. Следовательно, это усиливающая связь элементов системы. Именно из синергетических связей вытекают интегральные (эмерджентные) свойства, т.е. свойства целостной системы, которые не присущи составляющим ее элементам, рассматриваемым вне системы.
• Циклическая связь — сложная обратная связь, при котором развитие науки двигает производство, а последнее создает основу для расширения научных исследований. В дальнейшем будет показано, как циклическая связь используется в принципиально новом объекте науки — ПЖЦ НТД.

Сделаем вывод: в окружающем нас мире существует очень большое количество разных связей — многомерных, многогранных, многозначных, многоплановых, которые мы должны учиться познавать.

Приведем примеры связей.

Мозг человека развивается и состоит из 14 млрд. нервных клеток. Каждая из них имеет 5000 связей с другими.

Любой закон природы и общества — это есть внутренняя, устойчивая, существенная связь и взаимная обусловленность явлений. Нет закона вне связи!

В химии существуют два вещества: карболид CO(NH₂)₂ — первое искусственно полученное органическое вещество; неорганический цианат аммония NH₄CNO. При одинаковом составе разницу в их свойствах логично объяснить только различием в способе связи элементов между собой, т.е. различием структуры.

Когда в поликлинике у одной женщины удалили зуб, который лечить уже было нельзя, к ней неожиданно вернулось зрение, потерянное так же неожиданно 20 лет назад. После того как улеглась первая радость, она вспомнила, что именно этот зуб за некоторое время до того, как она ослепла, был запломбирован. Действительно — фантастический случай.

В радиоэлектронной аппаратуре, компонуя различные модули (унифицированные изделия — мультивибраторы, блокинг-генераторы, фантастроны, триггеры и др.), можно получить принципиально новые изделия (за счет связей!).

А можно ли связь выразить количественно?

Количество связей, определяемое числом возможных сочетаний между элементами, может быть найдено по формуле

C = n • (n−1),

где n — количество элементов, входящих в систему.

Если система состоит из 7 элементов, то С = 42. Но связи между элементами не однозначны, а многозначны и многоплановы. Если допустить, что их можно представить хотя бы в двух сочетаниях, то число состояний резко возрастет и достигнет астрономической цифры 2⁴². Если разбирать все указанные состояния, то для принятия решения не хватит никакого времени.

Но что же такое структура? Понятие структуры — одно из многозначных понятий. Оно, как и любое другое понятие достаточной степени общности, содержит в себе различные смысловые уровни, соответствующие до некоторой степени этапам его исторического развития в человеческом познании. Проблема состоит в том, чтобы за этой многозначностью усмотреть единое содержание, выявить смысл, объединяющий самые различные и порой противоположные значения этого слова.

Невозможно даже перечислить все значения понятия структуры, в которых оно выступает у разных авторов. Отметим лишь те из этих значений, которые, как нам кажется, характерны для научного объяснения и которые, несмотря на их существенные различия, позволяют выявить в них общее содержание.

Часто структура понимается как рисунок, как некоторая внешняя картина явления или объекта исследования. Ясно, что картина объекта позволяет лишь так или иначе описать его, но сама по себе не дает еще его объяснения. И тем не менее в картине явления или объекта исследования, составленной по определенному принципу, с самого начала может усматриваться некоторая целостность. Структура — это устойчивая картина взаимных отношений элементов целостного объекта.

Исходным элементом в анализе структуры объекта могут быть различные понятия. В частности, в истории философии таким первоначальным понятием было понятие формы, противопоставленной содержанию. Понятие формы исторически предшествует развитому понятию структуры. И тем не менее уже в этом понятии абстрактным образом выражается идея структурного исследования. С современной точки зрения можно сказать, что форма — это структура содержания. Однако такое утверждение может получить определенный смысл только тогда, когда мы знаем, что такое структура, т.е. если структура будет определена независимо от формы.

Наряду с понятием формы анализ понятия структуры объекта может начинаться, например, с понятия системы, которое в познании этой структуры выступает как первоначальное и достаточно общее понятие. Если известна система, то структура предстает как некоторый аспект системы, а именно как единство ее инвариантных свойств. В процессе исследования объект первоначально представляется как некоторая система, а затем выявляется закономерная картина устойчивых отношений элементов в заданной системе. Возможность представления любого объекта в качестве системы опирается, с одной стороны, на факт неисчерпаемого многообразия мира и любого его элемента и, с другой стороны, на свойственную человеческому познанию способность отвлекаться от всей полноты этого многообразия, ограничивать его рамками определенных практических и теоретических задач. Любой объект всегда может быть представлен в качестве системы. Точка в евклидовом пространстве — это система координат x, у, z. Атом — это определенная система элементарных частиц. Живой организм — это система органов, тканей и т.п.

Для того чтобы на первом этапе познания представить объект как систему, необходимо так или иначе расчленить объект, выявить, например, его пространственно ограниченные части или найти другие формы расчленения объекта, а затем констатировать существование отношений этих частей в целостной картине объекта. Представляя объект как систему, мы даем предварительную картину составных частей объекта в их взаимных отношениях. Система часто определяется как некоторая совокупность отношений частей или элементов, и такое определение способствует более определенному формулированию задачи исследования, с тем чтобы в дальнейшем перейти к структурному анализу системы. При этом в зависимости от условий задачи и опираясь на предварительные данные эмпирического знания, можно представить один и тот же объект в качестве самых различных систем. Число способов системного представления объекта не имеет ограничений, как не имеет ограничений само название. Однако, изображая объект как систему, мы лишь получаем возможность подойти к структуре объекта, но еще не знаем действительной картины его структурных отношений. Дальнейший, более глубокий шаг в познании заключается в поисках закономерностей системных отношение целостного объекта.

Первоначально объект предстает как некоторая система свойств, которые характеризуют внешние отношения объекта в его целостных проявлениях. Уже здесь имеет место системное рассмотрение, хотя еще не известна структура объекта, предполагающая прежде всего внутренние отношения элементов. Переход от системы целостных свойств к структуре может быть осуществлен при условии, если найдены элементы и их устойчивые отношения, которые связаны с природой этих свойств, что и позволяет объяснить эти свойства. Этот переход от системы к структуре может быть длительным процессом, в котором элементы системного и структурного анализов переплетены и неотделимы друг от друга. Они могут быть отличимы только на уровне мета-теоретической абстракции. Оставаясь на уровне системного анализа, можно осуществлять поиски элементов системы и их взаимных отношений. Уже здесь открывается возможность поиска внутренних отношений частей объекта в соответствии с теми или иными заданными условиями исследования. Задание этих условий определяется исторически сложившейся системой знания, вытекает из этой системы. Однако, поскольку речь идет о постановке проблемы, это задание не может определяться однозначным образом. Отсюда возникают множественность системного подхода, возможность рассмотрения объекта в качестве самого различного набора систем.

Важно подчеркнуть, что эта множественность не только открывает путь всестороннему анализу, но и заключает в себе возможность произвольной интерпретации объекта познания. В силу этого в научном познании часто возникает такая ситуация, когда объект как некоторая объективная целостность исчезает из рассмотрения и остается лишь предмет исследования, определяемый целиком условиями данной задачи. И хотя сама постановка задачи детерминируется закономерностями познавательной деятельности, тем не менее, поскольку такого рода закономерности, составляя предмет особой области философского знания, не исследуются в рамках данной специальной области науки, объект в его целостности и объективной данности остается вне сферы специальной области научного знания, если исследователь не переходит от системного рассмотрения к познанию структуры. Ибо структурный подход позволяет сформулировать принципы отбора необходимых отношений среди многообразия системных рассмотренний.

Таким образом, системный подход открывает возможность свободных гипотетических построений. Структурные исследования заключают научное познание в рамки строгих закономерностей. В классическом естествознании этим двум различным типам научного исследования соответствовали метод гипотез и метод принципов. Последний получил разработку и систематическое развитие в аксиоматическом методе. Разумеется, не следует превозносить системный поход за счет структурного, как не следует и преувеличивать значение структурных исследований, пренебрегая системным рассмотрением. Структура немыслима вне системы, равно как и система в своей основе всегда структурна.

Собственно структурный анализ системы начинается с выявления определенного состава системы, с детального исследования частей, или, иначе, элементов, с открытия их неделимости в определенном отношении. Это отношение при дальнейшем анализе рассматриваемой системы предстает как структурное отношение. Понятие элемента, строго говоря, не совпадает с понятием системы. Структурный анализ идет от понятия части к понятию элемента. Выявляя первоначально части системы, исследуя ее состав, мы затем уточняем это знание состава и переходим к поискам элементов системы. Тем самым от системного рассмотрения мы начинаем переходить к структурному. Понятие части системы можно рассматривать как первоначальную ступень в процессе формирования понятия элемента структуры. Может оказаться, что часть и элемент — это один и тот же объект и их различие определяется лишь уровнем исследования. Однако, вообще говоря, в реальном научном познании открытие элементов исследуемой системы уточняет понятие части данной системы таким образом, что эти понятия оказываются совершенно различными по содержанию.

Таким образом, структура как понятие, работающее в научном познании, может рассматриваться, как мы уже отмечали, в качестве неизменной стороны системы. Выявляя структуру объекта, мы прежде всего рассматриваем объект как систему, т.е. усматриваем в нем некоторый комплекс частей. Затем выявляем элементность этих частей, и уже эта элементность частей дает первую структурную характеристику системы. Структурные отношения важны не сами по себе, но только в той связи, в какой они характеризуют устойчивость системы, выявляя тем самым еще один ее структурный инвариант. Наконец целостные свойства системы дают в некотором отношении итог исследования. Правда, рассматриваемые в предварительном плане целостные свойства, предстают как внешняя картина объекта. Однако научный анализ дает возможность понять их как результат структуры объекта. Структура, таким образом, есть устойчивое единство элементов, их отношений и целостности системы.

Выявляя в понятии структуры различные его аспекты, мы осуществляем аналитический способ рассмотрения. Расчленение объекта познания на элементы, их отношения и выявление целостных свойств объекта представляют собой характерную черту научного исследования. Однако аналитическое рассмотрение необходимо дополнять синтетическим. Более того, наиболее ценны и действительно новые результаты достигаются на пути последующего синтеза. Аналитически расчлененное понятие структуры синтезируется на основе идеи сохранения или инвариантности в самом широком значении этого последнего термина. Эта идея служит тем объединяющим принципом, который позволяет синтезировать элементы, их отношения и целостные свойства системы в едином понятии структуры. Подобного рода синтетическое соединение различных аспектов в одном понятии на основе какого-либо единого принципа составляет характерную черту многих научных понятий.

Посредством понятия структуры принципы сохранения становятся весьма общими принципами науки. Эти принципы в силу того, что понятие структуры является весьма общим понятием, находят свое применение не только в области физики, но и во всех других областях научного исследования. Понятие структуры в качестве инвариантного аспекта системы приобретает категориальный смысл. Можно сказать, что критерием научного подхода в исследовании выступают именно принципы сохранения, Принимающие в той или иной области науки свои специфические формы. Там, где удается найти структуру объекта, выделив те или иные и инварианты, открывается возможность развитой системы законов, обладающих общностью и необходимостью в данной области исследования.

Можно сказать, что для современного естествознания типичен структурный подход. Современная наука, сохраняя методы причинного анализа, на первый план выдвигает принцип структурного объяснения, который в некотором отношении может быть понят как дальнейшее развитие принципа причинности. Принцип структурности приобретает весьма общее значение и находит свое применение в самых различных областях науки.

Поиски структурных инвариантов, или, иначе, исследование структуры природы, становятся в современной науке не менее вдохновляющей задачей, чем поиски причины явлений. Современное естествознание, прорываясь сквозь причинную сетку явлений, идет дальше к структуре и симметрии природных процессов. Макс Планк говорил, что поиски устойчивого и абсолютного в качестве альтернативы относительного и изменчивого представляются самой прекрасной задачей исследователя. Известны слова А. Эйнштейна о той загадочной гармонии природы, которая находит свое отражение в стремлении ученого к внутреннему совершенству научной теории. Это внутреннее совершенство теоретических построений науки связано с таким фундаментальным понятием всего естествознания, каким является структура.

Итак, определить систему можно, последовательно перебирая один элемент ее за другим и все их возможные пары для установления отношений между ними. Но это невозможно, если число элементов велико. Чтобы представить ТС в целом, вводят понятие структуры — частичное упорядочение элементов или отношений между ними по единому какому-либо признаку. Структура ТС есть уже не отношения элементов, а отношения их отношений, которое образует ступенчатую, иерархическую конструкцию.

Структура ТС — это дальнейшая абстракция. В зависимости от ее познания классифицируют проблемы систем. Если структура ТС известна, то задача исследователя сводится к определению значения переменных, отображающих элементы и их отношения. Если структура известна лишь частично, то проблема слабо структурирована и требует своего решения методами системного анализа (см. ниже). Знание структуры системы — это знание закона, по которому порождаются элементы системы и отношения между ними. Структуры есть устойчивое единство элементов, их отношений и целостности системы!