Главная > Разное > Динамика и информация
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

51. Иерархические системы

Термин "иерархическая система" напоминает нам нечто из области бюрократии. И в самом деле, именно по принципу иерархической организации построена любая управленческая структура, будь то правление малого предприятия, министерство или государство в целом. Принцип такого построения показан на рис. 38.

Во главе управленческой структуры находится одно лицо М, которое принимает окончательные решения по самым главным вопросам предприятия Между М и находится промежуточный уровень управления (таких уровней может быть несколько). Уровень С отчитывается перед М о принимаемых решениях, воспринимает его указания и управляет подразделениями предприятия чтобы обеспечить его оптимальное функционирование.

Рис. 38. Иерархия управленческой структуры: М — глава организации; С — руководители департаментов; — отделы предприятия.

Рисунок 38, казалось бы, очень далек от обсуждаемых нами физических систем. Однако это не так: в сложных открытых физических системах могут появляться тенденции к их расслоению на информационные и динамические подсистемы по некоторой аналогии с рис. 38.

Рис. 39. Открытая система X получает извне энергию с мощностью Р и может получать вещество с темпом М. Энергия должна поступать в организованной форме, так что вместе с энергией в систему вводится негэнтропия Из системы X во внешнее окружение выбрасываются отходы, которые производят "тепловое загрязнение" среды в виде возрастания внешней энтропии с темпом 5е; в отходы включается и протекающая через систему масса с темпом М.

Поясним, в чем тут дело. Напомним, что открытая физическая система построена по принципу рис. 39. Открытая система X получает извне некоторую упорядоченную энергию с мощностью Р и потоком негэнтропии Если, например, температура системы X равна Т, а поступающая энергия имеет энтропию, которую можно охарактеризовать эффективной температурой то поток негэнтропии равен

Необратимые процессы внутри системы X приводят к рождению энтропии, причем небольшая часть поступающей в систему негэнтропии расходуется на поддержание и совершенствование внутренней структуры системы X. Рожденная в системе X энтропия вместе с избыточной массой выбрасывается наружу в виде отходов.

Если система X имеет не очень сложную внутреннюю структуру, то она может вести себя как однородная динамическая (механическая) система. Например, горная река получает массу (воды) и упорядоченную потенциальную энергию от таяния ледников. С точки зрения гидродинамики, и у нее нет внутренней структуры, обладающей памятью, если мы не интересуемся временным развитием ущелья или долины реки.

Однако в более сложных системах со сложно организованной внутренней структурой возможно расслоение единой системы на две тесно связанные друг с другом подсистемы. Одну из них мы по-прежнему можем называть динамической или силовой, а вторую можно назвать информационной или управляющей подсистемой. Такая возможность появляется в силу большой сложности "фазового портрета" системы. Если описывать систему некоторыми параметрами порядка, т.е. обобщенными координатами то временная эволюция может оказаться очень сложной в силу нелинейных связей между Соответственно, траектория в фазовом пространстве может оказаться очень чувствительной к малым возмущениям, обладая многими точками бифуркации. В этих условиях фазовая точка может легко перебрасываться с одной траектории на другую малыми внешними возмущениями или малыми изменениями в структурных элементах системы.

Те структурные элементы, которые могут сильно влиять на динамику системы сравнительно малыми возмущениями (сигналами), естественно выделяются в структуру управления. Таким образом, сложные динамические системы сами собой могут расслаиваться на два уровня иерархии, как показано на рис. 40.

Рассмотрим, например, систему X. В ней выделены два иерархических уровня: подсистема управления и динамическая подсистема — это тоже динамическая система, но более "деликатная" по сравнению с Блок может "работать" с гораздо более слабыми процессами обмена энергией, т.е.

Рис. 40. Иерархические системы состоят из динамических подсистем и подсистем управления Каждый из "блоков управления", например получает информацию о своей динамической подсистеме и других системах и на основе этой информации формирует сигналы управления С для

фактически с "сигналами". Если подсистема организована достаточно сложно, то она может откликаться не на интенсивности приходящих сигналов, а на их форму, т.е. "смысловую часть". Другими словами, становится информационной системой, а ее сложная внутренняя организация позволяет создать "тезаурус", т.е. набор внутренних архивов, который позволяет производить "процессинг" приходящей информации с выработкой управляющих сигналов, адресованных динамической подсистеме Иерархические системы типа рис. 40 мы условимся называть системами с информационным поведением.

Рассмотрим теперь две системы с информационным поведением как показано на рис. 40. Высокочувствительный блок может воспринимать сигналы не только от своей динамической подсистемы но и от подсистем у второй системы Соответствующие сигналы должны переносить информацию, т.е. необходимая негэнтропия также должна быть поставлена откуда-то извне. Блоки могут при этом либо пользоваться частью той негэнтропии, которая поступает в блоки либо они могут пользоваться другими потоками негэнтропии, которые существуют в неравновесном внешнем мире. Если иметь в виду живые организмы, то источником негэнтропии для подсистем служит пища, а для получения информации может использоваться свет, воспринимаемый органами зрения.

Для любой системы X в качестве второй системы может выступать весь внешний мир. В этом случае речь должна идти о "погружении" данной системы во внешний мир и ее адаптации к энергетическим и информационным потокам неравновесного мира. Именно для систем с информационным поведением важна та взаимосвязь между динамическими и информационными процессами, которая обсуждалась в предыдущих разделах статьи.

Следует отметить, что для информационного поведения сложных физических систем более важной является структурная сложность и структурная иерархия, а не иерархия элементарных уровней (частицы, атомы, молекулы, тела). Элементы информационного поведения появляются даже у микрочастиц в виде коллапсов волновых функций, а по мере укрупнения и усложнения структур к ним добавляются неравновесные коллективные параметры порядка, играющие роль динамических переменных. Коллапсы волновых функций и бифуркации динамических переменных вблизи точек ветвления выглядят как свободные поступки, т.е. как проявление свободы воли. Благодаря этому у Природы в целом появляется возможность свободного развития, которое реализуется в структурном усложнении и развитии ее составных элементов — сложных физических систем.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление