Со времён древних философских учений Мир считается взаимосвязанным как в пространстве, так и во времени. Связи соединяют объекты в организации, целостность. Наше сознание способно «видеть» и выделять объекты на фоне континуума, но в природе, чаще всего, связи невидимы особенно связи с прошлым. В технических системах связи детерминированы благодаря творчеству людей.

Без связей моделировать реальность невозможно, хотя понятие «связь» в естественно-научном плане ещё не достаточно проработано. Их присутствие угадывается по функциям организованностей. Демокрит в своей атомарной модели вещества не учитывал взаимодействия между атомами. Л. Больцман, выводя понятие «энтропия», также не учитывал взаимодействие между молекулами газа, поэтому пришёл к ошибочному выводу о тепловой смерти Вселенной. Непонимание связанности Мира привело к тому, что энтропию абсурдно стали применять даже к биологическим объектам, которые функционируют только благодаря сложным связям [1].Таким образом «Теория систем» не мыслима без концепции связанности [2].

«Системой называется некоторая совокупность связанных элементов» [2]. Каждая часть системы также может быть раскрыта как совокупность элементов и связей. Углубляясь вглубь материи, мы каждый раз будем открывать более мелкие элементы и связи. В пределе вещество предстаёт как клубок связей [3]. Графически изображая структуру, связи обозначают чёрточками. При этом механизм функционирования связи раскрывается не всегда. Разнообразие связей определяет разнообразие Мира. Связь – это не материя, а процесс, протекающий в материальном канале. Выясним природу связей, природу процессов в каналах связей.

Все виды энергии проявяются как процессы движения материи. В замкнутых системах движение должно быть обратимым. Колебания – это наиболее понятный пример обратимости движения. Течение реки, испарение воды и дождь также являются примером обратимости движения воды, но с длинным циклом. Можно постулировать, что все связи осуществляются как обмен потоками вещества (В), энергии (Э), информации (И). В природе не существуют «чистой» энергии и информации. Энергетические потоки неразрывно связаны с потоками материи (вещества). Например, электрический ток (электрическая энергия), осуществляется переносом электронов (вещество) в проводнике. Энергия падающей воды, энергия пули - это очевидный поток перемещения вещества.

Информация также переносится потоками вещества. Телеграф – это прерывистое движение электрического тока. Световой телеграф – это прерывистое движение фотонов. Почтовые отправления - все это ТРИЕДИНЫЕ потоки вещества, энергии, информации (ВЭИ – потоки). Понятие «ВЭИ поток» способно обобщить множество природных явлений. Необходимо раскрыть сущность понятия «поток».

Если какая-нибудь масса перемещается из области А в область В, то плотность вещества в области А уменьшается, но увеличивается в области В. При любом перемещении совершаются процессы разрыва одних и образования других связей. Как видно, перемещение сопровождается изменением системы «вещество – среда».

Существуют процессы, в которых перемещается состояние вещества, но не само вещество. Когда нагревается один конец металлического стержня, вдоль него перемещается температурный фронт, но вещество вдоль стержня не перемещается. Перенос информации в воздухе посредством звука также не сопровождается переносом частиц воздуха («ветром»). Поток есть организованная комбинация различных форм движения вещества.

Функционирование экономической системы осуществляется в виде потоков сырья, товаров, денег (информации). Обмен веществом в живых системах (организмах, биоценозах, биосфере) также является потоковым процессом, как и экономика человечества.

Производство - это процесс преобразования потоков. На вход производственной системы поступает поток В₁Э₁И₁. На выходе имеем поток В₂Э₂И₂. Производство есть управляемый процесс подведения энергии к предмету труда. Информация (знания рабочего, ЭВМ) управляет потоком энергии, прибавляя к предмету новую информацию. Подводимая энергия, сделав свое дело, может превратиться в тепло, но оставшаяся часть вещества и содержащаяся в нем информация приобретает статус нового продукта (товара).

Понятие ВЭИ поток можно применять к любым системам. Метеорология изучает атмосферные потоки, несущие тепло. Вернадский В.И. исследовал циркуляцию химических элементов в биогеосфере [4]. Элементарные частицы непосредственно обмениваются потоками кварков, мезонов, фотонов. На макроуровне обмен превращается в сложный, разветвлённый процесс.

Любой процесс разворачивается в пространстве и времени. У него есть прошлое, настоящее и будущее. Таким образом, связи всегда функционируют в четырёх измерениях. Однако графическое изображение связей (чёрточки) исключает временную координату. Покажем, что это сильно искажает представления о реальности.

Если все связи представляют собой ВЭИ потоки, то материальную систему, через которую протекают потоки, можно назвать каналом связи. Все потоки можно описывать как процессы изменения состояния каналов. Если канал функционирует посредством перемещения вещества (В), то в нём в большей степени реализуется компонент «В», и в меньшей – «эи», следовательно, имеет место материальный поток (Вэи). Вещественный Вэи поток представляет собой равномерный, однородный поток большой массы с низкой кинетической энергией. Например, водопровод, конвейер, товарооборот.

Энергетический «вЭи» канал связи пропускает равномерный, однородный поток вещества с высокой кинетической энергией. Например, перегретый пар или водопад. Электрический ток является образцовой моделью канала энергетической связи. Бывают ВЭИ процессы, когда колебания в канале переносят не вещество, а только энергию и информацию (например, звук). Но вещество неизбежно участвует и в колебательном процессе.

Информационный вэИ поток – это поток малой массы, сильно неоднородный по составу, по динамике. Кинетическая энергия в этом потоке особой роли не играет. Например, телефонная или радио связь.

В нелинейных средах можно обеспечить относительную локализацию потоков (тепловая и электрическая изоляция). Созданы переговорные устройства, которые направляют звук в определённом направлении (рупор, слуховые трубки, фонендоскоп и др.). В изотропных средах растекание потоков происходит по всем направлениям равномерно. Например, электрические, гравитационные и тепловые поля от точечных источников имеют сферическую симметрию. Иногда каналы (потоки) имеют чёткие границы (реки, провода, трубопроводы и пр.). Иногда их границы размыты (дождь, атмосферные вихри, космические лучи и пр.). Вибрация поплавка на воде создаёт круговые волны. Но в глубинах океана существуют акустические волноводы, по которым звук может обогнуть весь земной шар.

Таким образом, связи могут быть адресными и диффузными. Диффузия в некотором количестве присутствует всегда. Для обслуживания общества каналы делают локализованными и направленными (трубопроводы, дороги, электропровода и пр.). В природе - это реки, морские течения, разряды молний. Телефонные провода и почта обеспечивают адресное, эстафетное движение информации к абоненту. Но оратор с трибуны адресует информацию всем слушателям.

На рис.1 приводится схема, объясняющая механизм сетевого, ненаправленного (диффузного) взаимодействия. Пусть два деревянных предмета А и В плавают в бассейне. Если погрузить предмет «В», то уровень воды С в бассейне поднимется и всплывёт не только предмет «А», но и любые другие плавающие предметы. Взаимодействия в воздухе и даже в вакууме происходят аналогичным образом, но они существенно слабее, поэтому исследователи часто их игнорируют.

Рис. 1. Пример сетевого взаимодействия.

Связь предметов А и В графически можно обозначить одной линией. Но в реальности действует бесчисленное количество контактов. Например, гамак, связывающий два столба, реализует свою активность через множество (сеть) отдельных шнуров. В данном случае имеет место постоянное множество связей. Но чаще наблюдается множество стохастических связей.

Например, в паровой машине поршень перемещается в результате столкновения с миллиардами молекул пара. В каждый момент времени возникает приблизительно одинаковое количество соударений молекул с поршнем, которые для упрощения обозначаются вектором силы. Но в реальности одни связи возникают, а другие непредсказуемо разрываются. Наука нашла способы статистического усреднения процессов, которые невозможно отследить в деталях. Но усреднение затушёвывает многие важные процессы. В данных примерах свойства целого определяются кооперативным поведением условно равнозначных частей, т.к. состояние науки ещё не позволяет их дифференцировать по значимости. Вопрос об асимметрии внутриатомных связей не ставился.

В теории систем не рассматриваются кооперативные взаимодействия, но эмерджентность является следствием именно таких взаимодействий [2]. Свойство целого не равно сумме свойств его частей. Например, свойства звезды зависят от количества ядер химических элементов. Свойства атомов зависят от количества нуклонов в ядрах. Свойства нуклонов зависят от комбинации трёх разных кварков и т.п.

Давление газа на стенки сосуда зависит от количества атомов в единице объёма. Подведение энергии (нагрев) увеличивает кинетическую энергию движения атомов , которые статистически суммируют воздействия на стенки сосуда, повышая давление. Группа людей, толкая вагон, суммирует усилия, если вектора сил направлены в одну сторону, но может быть вариант типа «лебедь, рак да щука».

В макромире длинные связи осуществляются гравитационными и электромагнитными полями. ВЭИ потоки передаются эстафетным способом. Передающих звеньев может быть несколько. Почтовая связь содержит множество посредников (почта на перекладных). Глюоны, мезоны, фотоны играют роль посредников, связывающих элементарные частицы. В экономических системах посредники объёдиняют покупателей и продавцов.

Эстафета может осуществляться без заметного изменения ВЭИ потока (телефон, почта, ретранслятор и пр.) или с его преобразованием, например в трофических цепях (свет – растения – пища – животные и т.д.). В последнем случае ВЭИ поток на каждом этапе эстафеты задерживается, преобразуется, включается в содержание памяти организации, оказывает влияние на функционирование ретранслятора.

Процессы самоорганизации каналов связей в природе могут протекать в виде дивергенции и конвергенции. Например, струи дождя сливаются в ручейки, реки, водоёмы (конвергенция). Но при течении воды по каналу, часть воды впитывается в почву, потребляется растениями, испаряется (дивергенция). Дивергенция присутствует даже в самых защищённых каналах, т.к. нет полностью изолированных систем. В технических системах преобладает конвергенция. Дивергенция – конвергенция есть инвариант вселенской паутины связей.

Таким образом, канал связи характеризуется длиной, целеустремленностью, диссипативностью (потерей своего содержания, наполнение чужим содержанием, шумом), проводимостью, эстафетностью, затуханием по составляющим «В», «Э» и «И». Проводимость канала для ВЭИ потока может быть нелинейной и нулевой по любым составляющим. Потоки могут протекать через один или множество каналов.

Любой канал связи можно рассматривать как систему, состоящую из передатчика, канала и приёмника ВЭИ. Разрушить эстафетную связь легко, достаточно заблокировать любое звено цепи. Почтовый канал связи – это совокупность посредников и транспортных средств. Электрический канал связи (проводной телеграф) имеет источник, проводник (совокупность атомов меди) и приёмник. Обычно медный проводник не рассматривают как систему, но он также состоит из кристаллов меди, свободных электронов и др. Звук в воздухе распространяется от молекулы к молекуле, которые, в свою очередь, тоже являются системами.

Информационные сигналы «читаются» приёмником в том случае, если приёмник знает, как их декодировать. Язык несёт информацию, если у приёмника в памяти имеется «словарь». Сначала приёмник должен научиться, а только потом понимать информацию.

Инвариантным свойством потоков является их дискретность, развёртка по оси времени. На элементарном уровне потоки квантованы. В системах управления распоряжение начальника и его исполнение разнесены во времени. Управляющие сигналы следуют с некоторыми интервалами (команда 1 – наблюдение – обратная связь – команда 2). Потоки воды (реки) согласно сезону изменяют скорость течение. Солнечное излучение пульсирует. Оптимизация работы системы заключается не только в установлении необходимых связей, но и в оптимизации их ВЭИ конфигурации. Потоки могут пульсировать в разнообразных упорядоченных или стохастических ритмах.

Обмен ВЭИ может осуществляться множеством способов. Принцип «ты мне, а я – тебе» не означает эквивалентный, симметричный обмен. Взаимообмен может способствовать развитию процесса (положительная обратная связь), но может вызывать сопротивление, затухание (отрицательная обратная связь).

В классической механике действие равно противодействию. Если вы рукой окажете давление, например, на стену дома, то сразу почувствуете противодействие (мышцы напряглись). При попытке изменить скорость движения тела возникает противоположная сила инерции. Кажется, что реакция наступает мгновенно (почти мгновенно), но точные измерения могут показать, что противодействие возникает не сразу, для ответной реакции всегда требуется некоторое время. Особенно это заметно в реакциях сложных (не механических) систем. Например, если одно государство напало на другое, то ответные военные действия требуют времени на формирование армии, перегруппировку сил, на принятие решений. В сложных системах противодействие может быть несимметричным, не одновременным, векторным или скалярным. Процессы запаздывания противодействия почти не изучены.

Реакция физико-химической системы на воздействие также не мгновенная и сформулирована в виде принципа Ле - Шателье – Брауна. Если подогреть химический реактор (воздействие), то реакция молекулярной системы проявляется не в виде силы, а как реорганизации химического состава среды. Реакция носит скалярный характер.

Реакции живых объектов отличаются многообразием. Реакция может быть положительной, отрицательной или нейтральной. Если «преёмник» не способен оценить значение принимаемого сигнала, то его реакция будет не адекватной, или реакции не будет. Чем сложнее объект, тем разнообразнее реакции. Силовое воздействие на скунса (животное) вызывает реакцию в виде неприятного запаха (запах на силу). Можно ли говорить о равенстве запаха и силы? Итак, закон равенства действия и противодействия применим только в простейших механических системах, поэтому его нельзя называть всемирным законом.

Системы существуют не благодаря противодействию, а благодаря СОдействию. Не всякий обмен ВЭИ способствует содействию. В теории управления декларируется, что действие персонала должно быть направлено на достижение общей цели организации. При правильной организации движение к общей цели должно удовлетворять и некоторые личные цели СОтрудников. Чем больше целей совпадает, тем выше синергия.

Прочность связи характеризуется усилиями, способными её разрушить («прочные, средние, слабые»). Прочные связи обеспечивают устойчивость, жёсткость, детерминированность соединения. Например, атом в кристалле окружен постоянными соседями. Мощность связи характеризуется количеством ВЭИ, передаваемых в единицу времени. Прочные связи более распространены в микромире. Живые системы обеспечены лабильными и регенеративными связями.

Устойчивость непрочных связей обеспечивается постоянной регенерацией, восстанавливающей разрушенные связи. Стохастические связи (гибкие, лабильные, вероятностные) многократно разрушаются и образуются вновь. Такие связи имеют место в биологических, экономических, социальных системах, а также в жидких и газообразных средах.

Правильно организованный ВЭИ поток может стать более эффективным. Например, усилением информационной составляющей ВЭИ потока может экономить энергию. Примером может быть резонанс. Если действия ритмичны, то достаточно слабых сил ребенка, чтобы раскачать качели.

Если канал один, то взаимодействие может осуществляться прямыми и обратными ВЭИ потоками, разделёнными во времени. Сначала движение направлено в одну сторону, затем в противоположную сторону, как на одноколейной железной дороге. Если канал осуществляет передачу волнового движения, то возможно одновременное противоположное движение на разных частотах (телефонные разговоры, радиосвязь и пр.).

Очевидно, чем больше локализованных связей в пространстве объекта, тем выше степень его организованности. Однако не все локализованные связи эффективно содействуют достижению цели организации («лебедь, рак, да щука»). Целевая степень организованности может быть охарактеризована долей связей системы, содействующих достижению цели. Взяв за основу изложенную идею, можно формализовать понятие «степень организованности» (О). О=К_Л К_Ц. Где К_л – доля локализованных связей; К_Ц – доля «целесодействующих» связей. Можно уточнять это уравнение, вводя дополнительно коэффициенты, учитывающие степень участия каждой отдельной связи в достижении целей системы.

В связанном материальном Мире нельзя ликвидировать канал, проводящий ВЭИ, но можно сделать его малопригодным для целей системы. Богданов А. писал, что «отдельность комплексов» (отсутствие связей) означает «перерыв активностей». Выключатель разрывает электрический контакт, прекращает течение электрического тока. С физической точки зрения в электрический канал вводится изолятор (воздух, стекло, пластмасса и пр.), не проводящий ток. Полностью разорвать материальную связь невозможно, даже вакуум является материальной средой (это не пустота).

За всю свою историю человечество предпочитало использовать несимметричное взаимодействие как основу власти (начальник – подчинённый). Обычно этот принцип характеризует передачу информации в определенном направлении (сверху вниз или снизу вверх) от данного уровня к следующему.

Анархия – это псевдо симметричное взаимодействие частей организации и все проблемы решаются на основе консенсуса. Если можно выделить часть, оказывающую доминирующее влияние на целое, то такие организации можно считать иерархическими. В звёздных системах центральное светило (Солнце) является доминантой, т.к. в значительной мере определяет рождение, свойства и орбиты планет. Мозг человека также может считаться иерархом. Вожак стаи животных определяет поведение стаи. Некоторые доминантные группы атомов в молекуле определяют кислотные, щелочные, окислительные и другие свойства.

Биосферу, в целом, считают организацией анархического типа. Хотя биологи доминирующую роль отдают тому виду, который производит большее количество биомассы, от которого зависит жизнь других организмов (например, растения). В современной биосфере человечество также начинает претендовать на доминирующую роль.

В предыдущем разделе мы соприкоснулись с асимметричностью взаимодействия, необходимостью эстафеты и системной память. Системная память играет определяющую роль. Например, практически не связанные между собой часы, показывают одинаковое время, т.к. они «помнят» инструкцию, полученную при запуске. Гироскоп (вращающийся волчок) сохраняет направление оси вращения и сопротивляется попыткам её изменить. Тело, движущееся по инерции, помнит направление и скорость своего движения, сопротивляется любым его изменениям. Железная дорога организует движение поезда по рельсам. Структурная память системы «железная дорога – поезд» не даёт проявиться другим траекториям движения.

Память – это информация, «зашитая» в структуре вещества и материи. Годовые кольца на пеньке дерева хранят информацию о бывших погодных условиях. Морские донные отложения являются геологической и палеонтологической летописью.

Программы действия, заложенные в прошлом, продолжают работать в настоящем, следовательно, между прошлым и настоящим существует связь. Назовём её виртуальной. Под виртуальной связью понимается длительное «последействие» прерванной актуальной связи.

На рис. 2 приводится схема, поясняющая один из механизмов образования виртуальных связей.

Рис. 2. Вариант создания системной памяти от источника сигналов.

Источник сигналов влияет на функционирование приёмника и одновременно сигналы запоминаются в блоке памяти. Вентили (В) могут изолировать приёмник от источника. Но сигналы из блока памяти способны поддерживать функционирование в прежнем режиме. Актуальная связь прервалась, но её заменила виртуальная связь. По сути, внешний источник воздействия (управления) переместился внутрь приёмника. Покажем, что механизм рис. 2 широко распространён в природе.

Обычно в автоматических системах управления управляющий сигнал перемежается паузами, в которых объект управления действует по памяти. Любой гомеостат работает в колебательном (пульсирующем) режиме. В паузах «работает» виртуальная связь. Наличие пауз во взаимодействиях является инвариантом. В паузах работает память и виртуальные взаимодействия. Продолжим примеры.

Компьютер питается энергией от сети. Прекращение подачи энергии может компенсироваться питанием от аккумулятора (память). Складские запасы играют роль памяти и обеспечивает бесперебойную работу производства в условиях неравномерных поставок ресурсов. Автопилот освобождает летчика от необходимости держать штурвал. Работник, получивший инструкции, может трудиться в отсутствии мастера. Вирус впрыскивает в чужую клетку свою ДНК, которая начинает управлять клеткой, производя копии вируса.

В эволюционной последовательности событий доминирующую роль играют «предки». Предшественник направляет последователя в коридор развития, поэтому является «организатором». Актуальный предшественник может исчезнуть, но виртуально сохраниться в составе последователя в виде системной памяти. В организациях - последователях могут образоваться новые доминанты, которые ослабляют влияние памяти предшественника, но не полностью.

Механизм трансляции информации из прошлого в будущее осуществляется потоками ВЭИ. Фрагменты «предка» являются материалом для строительства «потомка». Вместе с фрагментами передаётся структурная память. Например, память ДНК передаётся из поколения в поколение. Условия, создавшие первую ДНК, уже не существуют, а уверенные шаги жизни продолжаются. Традиции, обряды, обычаи, возникшие тысячи лет назад, продолжают руководить деятельностью людей. Структурная информация атомов сливается в структурную память молекул.

В биологии известно явление сукцессии, в которой одни виды растений закономерно сменяются другими. Например, последовательность: озеро – болото – луг – кустарник – лес. Память организации задаёт коридор развития. Путем последовательной смены ряда состояний эволюционируют не только биоценозы. Последовательные стадии роста приводят к образованию кристаллов, звезд, планет, галактик, формированию живых организмов, химических соединений, всей Вселенной. Повторяемость этих процессов доказывает существование алгоритмов развития, хранящихся в структурной памяти природных организаций.

В монографии Гринченко С.Н. «Системная память живого» [5] на языке кибернетики доказывается, что программы будущего развития берут начало в прошлом, и всё новое содержит в себе память о прошлом. К этому можно добавить, что памятью обладает не только живое вещество, но и неживое (см. примеры выше).

Как может показаться с первого взгляда, виртуальные связи порождения (родители - дети) являются односторонним потоком ВЭИ от предка к потомку. Но поскольку связи – это всегда взаимодействие, то обязательно должна быть обратная реакция (принцип Ле - Шателье), хотя, может быть, с некоторым запаздыванием. Рассмотрим примеры.

В кибернетических системах обратная связь (следствие) появляется не сразу, а после распознавания отклонения от цели, передачи этого сигнала механизмам и исполнения действия.

Солнце образуется при сжатии газа. При сжатии выделяется тепло, нагрев газа запускает процессы ядерного синтеза новых химических элементов. Причина (сжатие) породила следствие (нагрев). Нагретое Солнце отреагировало «тепловым ударом» по атомам газовой плазмы, вызвав реакции ядерного синтеза.

Земля породила биосферу и оказывает доминантное влияние на её развитие, но и биосфера преобразует земную кору, создаёт новые минералы, насыщает атмосферу кислородом, поглощает углекислый газ, влияет на климат.

Молекулы кристалла, помещённого в растворитель, диффундируют в жидкую фазу. Спустя некоторое время, начинается обратный процесс высаждения молекул на поверхность кристалла, наступает фазовое равновесие.

Некоторая причина может запустить длительный эстафетный процесс превращений. Процесс будет развиваться до той поры, пока не появится очередная организация, способная замкнуть цепь положительной обратной связи, и тогда вся система начинает генерировать новое качество. Например, длинная эволюционная цепь событий (кристаллы - белковые молекулы – клетки - организмы - человек) завершилась тем, что человек научился изменять структуру кристаллов кремния, которые превратились в транзисторы, микрочипы, ЭВМ. Возникли техногенные интеллектуальные системы. На рис. 3 схематически изображён такой процесс.

Рис.3. Цепной процесс с положительной обратной связью.

На фоне приведенных примеров растёт убеждение, что Вселенная развивается по программе, заданной структурной памятью протовещества, протоматерии. Физика пока не знает её структуры, поэтому моделирует безликим эфиром или пустотой (Эйнштейн).

При анализе систем следует обращать внимание не только на положение связей в пространстве, но и на их «историю», генезис. Игнорирование этого требования создаёт мировоззренческую слепоту. Например, извечный спор, что появилось раньше яйцо или курица легко разрешается, если осуществить экскурс в прошлое. Птицы (курица) появились 120 млн. лет назад [6]. До них Землю населяли рептилии, которые также размножались яйцами. Птиц ещё не было, а яйца были. Таким образом, яйцо первично, а курица вторична.

Таким образом, наше исследование показало, что виртуальные взаимодействия с прошлым настолько широко распространены в живой и неживой природе, что их не замечают, как воздух, которым дышат.

Литература

1. Кузнецов Б.Г. К истории применения термодинамики в биологии. // Биология и информация, 1965.
2. Крайнючнко И.В., Попов В.П. Системное мировоззрение. Теория и анализ. Пятигорск. ИНЭУ, 2005. (Holism.narod. ru).
3. Попов В.П. Организация. Тектология ХХ1. Пятигорск: Издательство технологический университет. 2006. (Holism.narod. ru).
4. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М.: Наука, 1994.
5. Гринченко С.Н. Системная память живого. М.: Мир. 2004.
6. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Под ред. Жукова М.Ф. Новосибирск. ЮКЭА., 1997.