Лёвин Гаврилович - Системоведение: Теория. Методология. Практика.

Так, современная биология опирается на теоретико-методологические программы, которые выделяют ряд взаимодействующих аспектов многогранной сущности живого и уточняют системные признаки биологической организации материи. К общим сторонам этой сущности относятся: многоуровневая природа жизни, принадлежность ее к различным типам функционирования во времени, нелинейный, ветвящийся путь генезиса и эволюции живого. Соответственно, объяснение феномена жизни строится с применением всех названных фундаментальных идей, которые рассматриваются как дополняющие и конкретизирующие друг друга. Принцип системности в объяснении жизненных процессов реализуется также через использование синтетических понятии, на базе которых складываются интегральные методы биологического исследования. Примером может служить применение понятия о структурно-генетическом плане формирования отдельного организма, понятия об адаптациогенезисе как особой форме эволюции живых систем и др.

3.2. Системное моделирование в механике

Предлагаемый ниже материал базируется на использовании ранее опубликованной работы автора [1]. Здесь же автор стремится доказать, что истоки системного моделирования можно обнаружить в методологических исследовательских подходах, на которые опирается одна из фундаментальных наук естествознания - механика.

Классические принципы и модели механического исследования были построены на основе трудов Галилея и Ньютона. В них использовалось представление об относительно полном круге обусловленности механических явлений. Эта совокупная обусловленность выражается посредством вычленения тела движения и тела отсчета, с последним связывается трёхмерная сеть ортогональных координат. Наличие механического движения устанавливается относительно координатной сети, которая не может привносить возмущения в механическое движение, поэтому она рассматривается как инерционная.

Тело, в отношении которого изучается механическое движение, может либо перемещаться относительно координат, либо покоиться. Само оно рассматривается как система точек, обладающих механическими свойствами. Описание таких свойств даётся с помощью понятий масса, расстояние, время, сила, энергия, импульс и др. В соотношениях указанных свойств установлены определенные инварианты, которое фиксируются как законы механики.

Методология классической механики неразрывно связана с понятием изолированной системы частиц и применительно к этой системе формулирует три основных закона механики. Одновременно механика предполагает, что в рамках такой системы частицы взаимодействуют друг с другом и это взаимодействие проявляется с некоторой силой, получающей количественное выражение. Для механики характерно рассмотрение силы в качестве причины изменения движения по прямой (например, в качестве причины ускоренного механического движения). Вместе с тем, совокупное действие многих сил, как утверждается в механике, способно породить сложное движение (возвратно-поступательное, винтовое, круговое и т.д.). Причём, подобное совокупное действие не обязательно описывается моделью арифметического или алгебраического сложения сил. Нередко здесь используется модель векторного соединения, выражающая не что иное, как композицию системы действующих сил.

Показательно и другое. В механике система частиц рассматривается в качестве целостности, выделенной из среды. Целостная точка зрения ведёт в данном случае к пониманию системы как образования, на которое не действуют моменты внешних сил. Напротив, механический подход предполагает, что состояние системы полностью определяется законом сохранения внутренних моментов сил и законом сохранения момента импульса. В дополнение к этим законам вводится также положение, согласно которому целостное описание системы связано с учётом её полной энергии. Данное положение обобщается до принципа, утверждающего, что энергию изолированной системы можно преобразовать из одной формы в другую, однако полная энергия в её различных формах не исчезает и не рождается из ничего.

Нетрудно установить, что классический образ предмета механического исследования строится на представлении о сохраняемости системы и устойчивости её фундаментальных параметров и законов. Механика покоится на принципе, что природа одинакова, а механическая материя сохраняет своё бытие во все моменты движения. Утверждается, например, сохраняемость массы, ритма времени, полной энергии.

Ситуация меняется, однако, в релятивистской механике. Здесь принимается во внимание равномерное поступательное движение систем друг относительно друга и устанавливается его соответствие со скоростью движения света в вакууме. Релятивистская механика учитывает, что ряд существенных параметров системы претерпевают изменения в условиях движения, близкого (соизмеримого) со скоростью света. В подобных условиях выявляется зависимость базовых параметров механических систем от пространственно-временной неоднородности материи. Здесь возникают различия между свойствами систем, фиксируемыми в покоящемся и движущемся состояниях. Тем не менее, полное описание системы строится с учетом ряда универсальных законов сохранения (сохранения импульсов, сохранения энергии и др.).

Из постулатов теории относительности зависимость длительности интервалов времени и длин отрезков от выбора инерциальной системы отсчёта. Здесь релятивистский закон сложения скоростей существенно отличается от классического закона сложения скоростей. В классической физике при переходе от одной инерциальной системы (№ 1) к другой (№ 2) время остается тем же: , а пространственная координата изменяется по уравнению В теории относительности применяются так называемые преобразования Лоренца:

В итоге модели описания механических систем существенно модернизируются [2].

Ряд особенностей в моделирование механических систем внесла квантовая механика. Она имеет отношение к описанию поведения микрочастиц или их совокупностей. В этом описании учитывается волновая (колебательная) природа микрообъектов. Вместе с тем, учитываются квантование их свойств и квантовые переходы от одного состояния частиц к другому. Характеристика волновых эффектов в динамике частиц даётся с помощью волнового уравнения Шрёдингера. В состав этого уравнения включается пси-функция, квадрат модуля которой представляет собой плотность вероятности обнаружения частицы в заданной точке. Достоверность обнаружения частицы где-нибудь в пространстве выражается с помощью условия нормирования и записывается формулой, представленной в источнике [3]. Результат определяется интегрированием знаменитой в физике особой пси-функции.