Основной состав систем.

Чтобы выполнять целенаправленные действия система должна иметь соответствующие элементы. Это является следствием закона сохранения и причинно-следственных ограничений, потому что ничего само собой не происходит. Поэтому любые системы являются многокомпонентными объектами и их состав не случаен. Именно состав систем во многом определяет их возможности выполнения определённых действий. Например, система составленная из кирпичей может быть домом, но не может быть компьютером. Но не только состав определяет возможности систем. Необходимо ещё также и строго определённое взаимодействие между ними, которое определяется их взаимоотношением. Двумя руками можно сделать то, что невозможно сделать одной или одиночными руками, если можно так выразиться. Рука обезьяны содержит те же пять пальцев, что и рука человека. Но рука человека вместе с его мозгом преобразовала мир на Земле.

Таким образом, два существенных признака определяют качество и количество результатов действия любых систем – состав элементов и их взаимоотношения.

Любой объект имеет только две основные характеристики: что и сколько он может сделать. Рассмотрим обе характеристики результата действия (что и сколько?) и попробуем выяснить, от чего зависят качество и количество результата действия.

Качество результата действия.

Что может делать данный объект? Рассмотрим этот вопрос на примере группы элементов, состоящей из трёх плоскостей (рис. 3А), свободно парящих в каком-либо пространстве и посмотрим на их взаимодействие между собой и пробным шаром.

А В

C D E

Рис. 3. Различные взаимодействия элементов.

(А) – группа свободных элементов. (В) – группа взаимодействующих элементов. В обоих случаях при условии L> D группы получается одинаковый результат действия – толкание шара, но без лишения его свободы движения. При случайном уменьшении размера выхода полости по отношению к диаметру шара (С) возникает ловушка для шара, но при его движении плоскости вновь могут разойтись и шар не лишается свободы движения (D). При постоянной фиксации выхода полости (перемычка M, рис. D) шар вообще лишается свободы движения. При этом группа элементов из трёх плоскостей становится ловушкой для шара, т.е., у этой группы появляется цель – лишить шар свободы движения.

Предположим, что у каждой из плоскостей возможны три результата действия:

· независимое движение в пространстве

· толкание других предметов

· соединение с другой плоскостью

А у шара есть только два возможных результата действия:

· независимое движение в пространстве

· толкание других предметов

Все три плоскости являются элементами группы и имеют совершенно одинаковые свойства (качества результата действия). Шар не принадлежит данной группе и мы его запускаем в игру только с одной целью – посмотреть, на что способна данная группа и каждый её элемент в отдельности по отношению к шару?

Шар и плоскости свободно двигаются в пространстве и толкают друг друга. При этом неважно, сколько плоскостей имеется в данном пространстве, одна или три, их количество не меняет их качества результатов действия. Все элементы сохраняют свои свойства и шар сохраняет свою способность свободно двигаться в пространстве. Все элементы группы взаимодействуют между собой. Суммарный результат их совместного действия и результат действия каждой отдельной плоскости всегда сохраняется один и тот же – толкание друг друга. В этом случае данная группа элементов не является системой, а является набором случайных отдельных элементов, поскольку как группа элементов, так и каждый из них в отдельности обладают одинаковыми результатами действия – толканием.

Изменим условия эксперимента и заставим плоскости взаимодействовать таким образом, чтобы их края, рёбра плоскостей, сцепились друг с другом (рис. 3В). В результате такого взаимодействия одно из свойств плоскостей было нейтрализовано (независимость движения), они стали двигаться в пространстве уже зависимо друг от друга и появилось новое пространство (полость), ограниченное плоскостями. Поместим внутрь его пробный шар и посмотрим, что с ним происходит?

Если размеры входа (выхода) новой полости больше диаметра шара (L > D, рис. 3В), то опять качественно ничего не изменилось, пробный шар по прежнему сохраняет свои результаты действия (может свободно двигаться). Но если размер выхода полости становится меньше диаметра шара (L < D, рис. 3С), то появляется качественно новое свойство – система из трёх взаимодействующих элементов превращается в ловушку для пробного шара, который лишается одного из своих свойств – свободно двигаться в пространстве. Свойством ловушки не обладает ни один отдельно взятый элемент группы. Таким свойством не обладают и взаимодействующие элементы, при условии L > D. Только постоянное выполнение условия L < D влечёт за собой появление нового качества – появления свойства ловушки у группы из трёх элементов (плоскостей). Причём случайное и однократное выполнение данного условия (L < D) не вызывает появления нового качества (рис. 3С), поскольку при движении шар раздвинет плоскости и уйдёт в пространство (рис. 3D). Только постоянное выполнение условия L < D превращает данную группу из простого набора элементов в группу с качественно новым признаком (рис. 3Е).

Новое качество может быть только у группы определённым образом взаимодействующих элементов. Определённый – значит целевой. Определённым образом взаимодействующих – это значит имеющих определённую цель, построенных определённым образом и действующих определённым образом для достижения данной цели. Его не может быть у отдельно взятых элементов, и у случайно взаимодействующих элементов. До выполнения этого условия группа элементов была бесцельно парящей в пространстве случайной группой плоскостей. После выполнения данного условия эта группа превратилась в новый элемент – ловушку для шара.

В результате определённого взаимодействия элементов часть их свойств нейтрализуется, а другая часть используется для достижения цели. Превращение одних форм материи в другие происходит именно за счёт нейтрализации каких-то свойств этих форм материи. А нейтрализация происходит за счёт изменения каких-либо связей между элементами объекта, потому что эти связи определяют форму объекта. Поэтому «нейтрализуется», но не «уничтожается», потому что ничто в этом мире не исчезает и не появляется (закон сохранения). Весь мир состоит всего лишь из трёх элементов – протонов, нейтронов и электронов, но мы видим различные объекты, которые различаются по цвету, консистенции, вкусу, запаху, форме, молекулярному и атомарному содержанию и т.д. Это значит, что при определённом взаимодействии протонов, нейтронов и электронов появляются определённые межэлементные связи. При этом одни из их свойств нейтрализуются, а другие сохраняются или даже складываются и усиливаются таким образом, что возникает всё многообразие нашего мира.

Целью любой системы является выполнение заданного (определённого) условия, достижение заданного результата действия (цели). Если заданный результат действия получился случайно, то в следующий момент он уже может не выполняться и заданный результат исчезнет. Но если для чего-то необходимо, чтобы результат действия всегда (постоянно) был именно такой, а не какой-либо иной (задание цели), необходимо, чтобы группа взаимодействующих элементов постоянно сохраняла этот новый результат действия. Для этого данная группа элементов должна постоянно стремиться сохранять заданное условие (выполнение цели). В примере с плоскостями и пробным шаром этим условием является соблюдение неравенства L < D, которое выполняется, например, перемычкой М (рис. 3Е), или соединив расходящиеся края плоскостей.

Таким образом, группа элементов из трёх плоскостей может быть системой для захвата пробного шара или любого другого тела подходящего размера только в том случае, если она может выполнить заданное условие (выполняет заданную цель). В данном случае, если целью группы из трёх плоскостей является захват какого-либо тела и эта группа может это сделать, она является системой.

Вывод: качество действия системы определяется определённым взаимодействием её исполнительных элементов.

Простая системная функциональная единица.

Система может состоять из любого количества исполнительных элементов, при условии, что каждый из них может участвовать (содействовать) достижению цели и их достаточно для реализации этой цели. Рассмотрим это на примере системы-ловушки для червячка (рис. 4).

Если какая-либо группа элементов состоит из «m» элементов, причём только «n» из них взаимодействут, или в потенции могут взаимодействовать для достижения цели (элементы «a»), то только эти «n» элементов составляют систему. Остальные же элементы («b») не входят в состав данной системы и их присутствие не влияет на достижение цели.

Если убрать эти элементы («b») из данной группы, то функции системы не изменятся и не исчезнут (рис. 4С), потому что они не входят в состав данной системы.

Начнём убирать по одному элементы системы типа «a» из группы состава «n». По мере убывания возможны два варианта следствий:

· заданный результат действия системы уменьшится (изменение количественное)

· заданный результат действия системы исчезнет (изменение качественное)

А В С

Рис. 4. Элементы системы-ловушки.

В некой группе есть два типа элементов – квадратные («a») и круглые плоскости («b») (А). Цель системы – быть ловушкой для червячка (В). Цели системы соответствуют только элементы типа «а». Стрелками указаны взаимодействия между элементами, которые приводят к достижению цели. Элементы типа «b» не содействуют заданной цели и не являются элементами данной системы.

Будем убирать элементы из системы до тех пор, пока будет лишь уменьшение количества результата действия, но чтобы качество системы сохранилось. Получим систему (группу элементов) состава «k» с минимальным числом элементов, при котором новое отличительное качество (свойство ловушки) ещё сохраняется (рис. 5В). Если убрать ещё хотя бы один элемент из состава «k», то у группы взаимодействующих элементов качество ловушки исчезнет (рис. 5С).

А В

С

Отсюда, минимальной системой является такая группа из «k» элементов, которая при удалении из её состава хотя бы одного любого элемента, теряет качество, присущее данной группе элементов, но отсутствующее у любого из данных «k» элементов. Цель группы элементов, например, быть ловушкой для червячка. В данном примере (рис. 5В) удаление любой плоскости лишает эту группу элементов качества, которое отсутствует у каждого элемента группы в отдельности – удерживать одного червячка.

Такая группа из минимального количества элементов, которая ещё может выполнять заданное действие, является простой системной функциональной единицей (простая СФЕ, но не составная, см. далее) – минимальной простейшей системой, которая имеет какой-либо признак (способность совершать действие), которого нет у любого её элемента в отдельности.

Любая СФЕ реагирует на внешнее воздействие по закону «всё, или ничего». Этот закон следует из определения простой СФЕ – удаление любого её элемента прекращает её функцию как системы, и из дискретности её состава – любой из её элементов может либо быть, либо не быть в составе простой СФЕ. А поскольку простая СФЕ по определению состоит из конечного и минимального набора исполнительных элементов и все они должны быть в составе СФЕ и функционировать (действовать), то прекращение функции любого из них прекращает функцию всей СФЕ как системы. Независимо от силы внешнего воздействия, но при условии его превышения определённого порога, её результат действия будет максимальным («всё»). Если нет внешнего воздействия, то СФЕ никак не проявляет себя (не реагирует, «ничего»).

Простые СФЕ, несмотря на своё название, могут быть сколь угодно сложными – от простейших минимальных СФЕ до максимально сложных. Молекула любого вещества состоит из нескольких атомов. Удаление любого атома превращает эту молекулу из одного вещества в другое. И даже каждый атом является очень сложным образованием. Удаление любого его элемента превращает его в ион, другой атом или другой изотоп.

Солдат является простой СФЕ системы под названием «армия». Солдат – это тело человека плюс полное снаряжение солдата. Тело человека – чрезвычайно сложный объект, но удаление любой его части делает из солдата инвалида. Да и солдатское снаряжение также многокомпонентно. Но снаряжение не может стрелять без человека, а человек не может стрелять без снаряжения. Только вместе они могут выполнять функции, присущие СФЕ под названием «солдат».

Несмотря на внутреннюю сложность, которая может быть сколь угодно большой, простая СФЕ является отдельным элементом, который выглядит как целое с определённым единичным свойством (качеством) – совершать одно элементарное по отношению ко всей системе определённое действие – захватывать шар, молекулу, толкать порцию крови, развивать усилие в 0.003 грамма, обеспечивать условия проживания животному (например, одна удельная единица площади леса) или человеку (квартира), делать один выстрел и т.д. Любая СФЕ будучи разделена на части уже перестаёт быть СФЕ для заданной цели. Только во взаимодействии частей группа элементов может проявить себя как СФЕ.

Гемоглобин является элементом системы кровообращения и служит для захвата и последующей отдачи кислорода. Следовательно, молекулы гемоглобина являются СФЕ эритроцитов. Лиганды молекулы гемоглобина являются СФЕ гемоглобина, поскольку каждая из них может служить ловушкой для молекул кислорода. Но дальнейшее деление лиганды уже прекращает функцию удержания молекул кислорода.

Саркомер миокарда является элементом миокардиоцитов (клеток сердечной мышцы) и служит для сокращения желудочков сердца. Однако для его нормальной работы требуются элементы (органеллы) миокардиоцитов. Следовательно, миокардиоциты являются СФЕ желудочков сердца, а саркомеры – СФЕ миоцитов. И т.д.

Аналогами СФЕ в неживом мире являются, например, все материальные частицы, обладающие способностью при делении терять свои свойства – элементарные частицы (?), атомы, молекулы и т.д.

Аналогом СФЕ в живом мире являются, например, так называемые системные функциональные единицы вентиляции (ФЕВ, в лёгких) и перфузии (ФЕП, тканевые и лёгочные сосудистые модули, состоящие из групп капилляров, одновременно включающихся в перфузию или отключающихся от неё) у различных животных. Гены являются системными функциональными единицами наследственности (ФЕН), а ДНК – функциональными единицами видовой принадлежности (ФЕВП). Клетки тканей являются их СФЕ. Как появились клетки и молекулы ДНК пока неизвестно. Возможно, сначала образовались полимерные молекулы типа ДНК в глинистых слоях или даже в межпланетной пыли или на кометах, по типу автокаталитической реакции Бутлерова – синтеза различных сахаров, в том числе и рибозы, из формальдегида в присутствии ионов Ca и Mg, а рибоза является основой для создания РНК и ДНК, и только затем уже появились клеточные структуры.

Эти примеры различных конкретных СФЕ показывают, что СФЕ не является чем то неделимым, поскольку любая из них многокомпонентна и потому может быть разделена на части. Только внутриатомные элементарные частицы (истинные) претендуют на роль истинных СФЕ, лежащих в основе всей материи нашего Мира, потому что пока не удаётся разделить их на части. Потому они и называются элементарными. Возможно они также очень сложно устроены, но не из элементов физического мира, а чего-либо другого, и они являются результатом действия систем не физического мира, вернее, не нашего Мира форм. На это указывает существование парных виртуальных частиц, например, позитрона и электрона, появляющихся как-бы из пустоты, из вакуума и туда же исчезающих. Мы не можем резать бумагу ножницами, сделанными из той же бумаги. Вероятно, мы не можем также «разрезать» и элементарные частицы «ножницами», сделанными из этой же материи.

Выводы:

· качество действия любой системы определяют первичные функциональные ячейки – системные функциональные единицы (СФЕ)

· результат действия любой СФЕ является неделимым квантом действия, потому что СФЕ действуют по закону «всё, или ничего».

Простейший блок управления (прямая положительная связь).

Чтобы любая СФЕ могла действовать, она должна содержать определённые элементы для осуществления своих действий согласно закону сохранения и причинно-следственных ограничений. Для выполнения целевых действий система должна содержать элементы исполнения, а для того, чтобы взаимодействие элементов исполнения было целевым, система должна содержать элементы (блок) управления.

Элементы исполнения (эффекторы) выполняют само определённое (целевое) действие системы, чтобы получался заданный результат действия. Сам собой результат действия не получится. Для его получения необходимо действие определённых объектов. Такими элементами на примере плоскостей с пробным шаром являются сами плоскости.

Но он (элемент исполнения) существует сам по себе и производит собственные результаты действия в ответ на внешние по отношению к нему определённые воздействия. Если на него что-то подействует, он прореагирует, не подействует – не прореагирует. Взаимодействие с другими элементами его касается постольку, поскольку результаты действия других элементов являются внешним воздействием для него самого и могут вызвать его реакцию в ответ на эти воздействия. Эта реакция проявится уже в виде его собственного результата действия, который также будет внешним воздействием для других элементов системы, но не больше. Ни один результат действия любого элемента системы не может быть результатом действия самой системы по определению. Выполнилось ли заданное условие (цель системы) случайно или не случайно, получился ли у данной группы элементов качественно новый заданный результат действия, или что-то помешало этому, для любого отдельно взятого элемента исполнения это совершенно безразлично. На «самочувствии» элементов исполнения, т.е., на их собственных функциях это никак не отражается и никакое их внутреннее свойство не заставит их следить за выполнением генеральной цели системы. Они просто не «умеют» этого делать.

Элементы управления (блок управления) необходимы для того, чтобы получался именно заданный, а не какой-либо иной результат действия. Так как целью является реакция в ответ на специфическое внешнее воздействие, то сначала нужно выполнить различные действия – почувствовать его (рецепция), выделить его из множества других неспецифических внешних воздействий (селекция), принять решение о каких-либо специфических действиях (принятие решения) и только после этого начать действовать (реализовать действие). Из всех этих действий только реализацию действия выполняют элементы исполнения. Все остальные действия выполняет блок управления.

Если, например, СФЕ реагирует на давление, то она должна уметь «чувствовать» (рецепция) именно давление, а не температуру или что-либо другое. Для этого у неё должен быть специальный орган (рецептор), который не только чувствует внешнее воздействие (рецепция), но и выделяет специфичность его из всех остальных внешних воздействий, которые действуют на неё (селекция). Для этого у неё должен быть специальный орган (селектор, или анализатор), который умеет выделять нужный сигнал из массы других. Далее, почувствовав и выделив внешнее воздействие она должна принять решение о том, что нужно действовать (принятие решения). Для этого у неё должен быть специальный орган для принятия решений, который может принимать решения. Затем она должна реализовать это решение, т.е., заставить элементы исполнения действовать (реализация решения). Для этого у неё должны быть элементы (стимуляторы), с помощью которых можно передать решение на элементы исполнения.

Следовательно, чтобы прореагировать на определённое внешнее воздействие и получить необходимый результат действия необходимо выполнить следующую цепочку управляющих действий:

рецепция → селекция → принятие решения → реализация решения (стимуляция)

Какие элементы должны выполнять эту цепочку действий управления? Элементы исполнения (например, плоскости) этого делать не могут, потому что выполняют само действие, например, захвата, но не действия управления. Поэтому они и называются элементами исполнения. Но вместе с перемычкой «М» они могут выполнять функцию блока управления.