Järjestelmä (holismi)
Järjestelmä eli systeemi (kr. "sýstēma" 'yhdistäminen' < "synhistánai" 'yhdistää') on tiettyjen periaatteiden mukainen (toiminnallinen) kokonaisuus.
Systeemi (myös "järjestelmä") koostuu osista ja osien välisistä suhteista, jotka muodostavat kokonaisuuden. Systeemille syntyy uusia ominaisuuksia, joita sen osilla ei ole, sillä kokonaisuus on enemmän kuin osiensa summa. Maailma koostuu systeemeistä. Emergenssi on systeemin syntyessä syntyvät uudet ominaisuudet. Systeemin osien väliset vaikutussuhteet ovat systeemin rakenne, organisaatio.
Systeemi käyttää hallintaa (dominance) osiinsa liittyen ja osat ja niiden oikeat suhteet luovat systeemeitä emergenssin avulla.
Osista muodostuva systeemi on siis mikä tahansa organisaatio, kone, solu tai niistä muodostuva seuraava tai sitä seuraava taso. Esimerkiksi kvarkki, alkeishiukkanen, atomi, molekyyli, monimutkainen proteiinimolekyyli, solu, ihmisen elimet, ihminen, ihmisryhmä (perhe), suurempi ihmisryhmä (heimo), vielä suurempi ihmisryhmä (valtio) ja lopulta ihmiskunta, globalisaatio. Tai työkalu, kone, järjestelmä, järjestelmien järjestelmä. Tai puolijohtavan aineen rajapinta, transistori, yhden bitin muistiyksikkö tai vastaava, mikropiirin toiminnallinen yksikkö, mikropiiri, piirilevy, tietokone, tietokoneverkko ja verkkojen verkko, internet.
Järjestelmät voidaan jakaa luonnollisiin ja keinotekoisiin eli ihmisen suunnittelemiin järjestelmiin. Jako voidaan tehdä myös esimerkiksi toiminnallisten ja abstraktien järjestelmien välillä. Ihmisen suunnittelemilla järjestelmillä on yleensä jokin tavoite tai tavoitteita, eli kyseessä ovat tarkoitukselliset järjestelmät. Luonnollisilla järjestelmillä ei katsota olevan tavoitetta samassa mielessä.
Järjestelmä on systeemiteorian peruskäsite ja eräs ajattelutapa. Järjestelmä määritellään rajaamalla se ympäristöstään, joka voi myös koostua järjestelmistä. Järjestelmä voidaan myös sisäisesti jakaa alijärjestelmiin. Avoin järjestelmä on vuorovaikutussuhteessa joidenkin ympäristönsä elementtien kanssa, kun taas suljettu järjestelmä on eristetty ympäristöstään.
Olemassaolon yleinen pienin systeemimalli muodostuu, kun olemassaolosta (Systeemi, Yksi) otetaan irti sen osa, tarkasteltava yksikkö. Olemassaolo käyttää edellisen mukaan hallintaa sen osaan ja olemassaolon osat luovat emergenssin kautta olemassaoloa, uutta sisältöä, uusia tasoja olemassaoloon. Olemassaolo ja sen osat muokkaavat toisiaan, yleisemmin siis systeemi ja sen osat.
Filosofi Hegelin mukaan kyse on myös määrän ja laadun tärkeästä suhteesta: Määrä luo tietyn rajan jälkeen laatua, uutta, emergenttiä ilmiötä olemassaoloon. Suuri määrä oikeassa suhteessa olevia osia luo uuden systeemisen ominaisuuden, jota ei ole osissa. Vertaa solut ja tietoisuus alla.
Tämä pienin olemassaolon systeemimalli on visuaalisesti ja filosofisesti hyvin lähellä kiinalaista "Jin ja jang"- käsitettä. Systeemisesti tulkittuna "Jin ja jang"- ilmiössä on kyse osan ja kokonaisuuden ("vastakohtien") harmonisesta, toisiaan muokkaavasta ja toisiaan luovista suhteista.
Tämä olemassaolon pienin malli kertoo muun muassa, että:
Edellisen perusteella on kaksi perusnäkemystä systeemiin: sisäinen (A) ja ulkoinen (ei-A). Ensin on ymmärrettävä systeemin sisäinen rakenne:
Toiseksi on ymmärrettävä systeemin liittyminen muuhun olemassaoloonsa, ympäristöönsä:
Tämä kaksinainen näkemys voidaan nähdä myös tieteellisen ajattelun perusprosessina. Mitkä ovat tutkittavan ongelman osat ja miten tutkittava ongelma liittyy (vaikuttaa) muuhun olemassaoloon?
Ihmiseen liittyen voidaan siis kysyä:
Systeemiluokkia ovat edellisen perussysteemin (A ja ei-A) lisäksi
Suljettu systeemi noudattaa termodymaniikan toista pääsääntöä ja pyrkii kohti suurempaa entropiaa, energian tasaantumista ja epäjärjestystä. Avoin systeemi vaihtaa ainetta, energiaa tai/ja tietoa ympäristönsä kanssa ja pyrkii sisäiseen tasapainoon, soluissa esim. homeostaasiin. Avoin systeemi luo sisäistä järjestystä ulkomaailman kustannuksella.
Matematiikka käsittelee matemaattisia systeemejä, osia ja niiden välisiä suhteita. Matemaattinen yhtälö on em. mielessä systeemi, sehän kuvaa systeemin rakenteen. Siinä on systeemin osat (muuttujat) ja systeemin osien, muuttujien väliset suhteet (matemattiset ym. operaattorit).
Kybernetiikka käsittelee tietoa käsitteleviä systeemejä, eläviä tai konemaisia. Kybernetiikan peruselementit ovat sensori, päätöksenteko, toimielin ja takaisinkytkentä.
Tekniikka käsittelee teknisiä systeemejä ja niiden välisiä suhteita, esim. kitka, vääntö, paine, sähkö ja magnetismi. Tekniikan systeemien tasoja ovat työkalut, koneet, järjestelmät ja järjestelmien järjestelmät. Yhä tärkeämpi jako tulee tietokonetekniikasta: kovo (laite) ja pehmo (ohjelmistot).
Biologia käsittelee eläviä, autopoiettisiä, itseään uudestaan luovia systeemejä.
Kemia käsittelee kemiallisia systeemejä, aineen perusosia (atomit ja molekyylit) ja niiden välisiä suhteita (reaktiot, tasapainot).
Fysiikka käsittelee fysikaalisia systeemejä eri tasoilla: kvanttifysiikka, hiukkasfysiikka, atomifysiikka ja niiden välisiä suhteita (voimat).
Kosmologia käsittelee kosmisia systeemejä: tähtiä, planeettoja, galakseja ja niiden välisiä suhteita (painovoima). Jne.
Systeemi voi olla myös fyysinen, esim. teknologiset systeemit tai käsitteellinen, esim. hankintaprosessin systeemikuvaus. Jälkimmäistä voidaan käyttää fyysisen systeemin mallintamiseen.
Voidaankin kysyä, onko olemassaolossa (ontologia) muita yksiköitä kuin systeemejä?
Koneet, esim. auto on esimerkki suhteiden merkityksestä. Meillä voi olla kaikki auton osat, esim. huollon tai koulutuksen yhteydessä täydellisesti purettuna huolto- tai koulutushalliin. Purettu auto ei ole auto, vaan suuri määrä auton osia, kaikki auton osat. Vasta kuin osien suhde on oikea, osista tulee systeemi, joka on enemmän kuin osiensa summa. Määrästä tulee laatua. Kun osien suhde on oikea, muodostuu auto. Perusosiinsa purettu auto ilman ennakkotietoa auton kokonaisuudesta antaa myös käsitystä siitä, miten vaikeaa kokonaisuuden hahmottaminen osista käsin voi olla.
Auton osat on organisoitu systeemiksi, jolla on ominaisuuksia, joita osilla ei ole yksinään. Sen jälkeen auto, auton idea, hallitsee osia, osat voivat tehdä vain asioita, joita auton kokonaisidea sallii: esim. ventiilit toimivat vain tietyssä tahdissa ja suhteessa toisiinsa ja auton kokonaisuuteen: auto muodostaa siis systeemin. Samalla tavalla kaikki tekniset järjestelmät muodostavat systeemeitä. Olleellista filosofisesti on se, että ensin on idea. Vertaa useamman filosofin metafysiikka ja siellä fyysisen aineen ja idean maailmat.
Keskeinen uusi asia kaikkien tarpeellisten osien jälkeen on tieto, tieto osien välisistä oikeista suhteista. Siis idea tai visio ja kokonaisnäkemys systeemin osista, niiden merkitystä toisilleen ja näkemys uuden kokonaisuuden uusista mahdollisuuksista, uusista ominaisuuksista. Ihminen pyrkii rakentamaan tekniset ym. systeeminsä pitkälti tietoisen, ylätason näkemyksen perusteella. Luonto luo systeeminsä taas varioinnin, valinnan, kilpailun, yhteistoiminnan ja lähes rajattomasti käytössä olevan ajan avulla itseorganisoitumisen periaatteella. Kompleksisissa systeemeissä kuten yhteiskunnissa tai taloudessa ihmisen kyky rakentaa tietoisesti tavoitteen mukaisesti toimivia systeemeitä on kuitenkin rajallinen.
1000 kilolla auton osia ei voi ajaa, mutta 1000 kiloa oikeassa suhteessa olevia auton osia mahdollistaa uuden asian, ajamisen. Auton osat ovat myös siinä mielessä hyvä esimerkki, että auton osat voidaan yhdistää (ja jättää yhdistämättä) lukemattomilla tavoilla, joista vain muutama toimii, kuten moni autoilija epäonnekseen ja huoltofirmojen onneksi on havainnut. Usein auton osat on myös rakennettu niin, että yhdistäminen on mahdollista vain yhdellä, oikealla tavalla.
Luonto toimii samalla tavalla. Sen osia voi yhdistellä lukemattomilla tavoilla, mutta vain yksi tai muutama kyseisistä tavoista toimii. Systeemin rajat ovat siis hyvin tiukat, esim. ihmisen ruumiin lämpötila. Luontoa ei voi siis ymmärtää osista, vaan kokonaisuuksista lähtien. Filosofi Heinz R. Pagels näkee tässä jopa tieteen uuden paradigman, eli siirtymisen osien tutkimuksesta kokonaisuuksien tutkimiseen, kompleksisuuteen.
Auto on myös hyvä esimerkki systeemin (auto) ja muun olemassaolon (tiet, huolto, liikennemerkit, tieliikennelainsäädäntö, autokoulut) välisestä suhteesta. Jos ei ole teitä, harvasta autosta on laajemmin hyötyä ja jos ei ole autojen huoltoa, harvasta autosta on hyötyä pidempään.
Olemassaolon systeemit (kvarkit, atomit, molekyylit, solut, monisoluiset, monisoluisten yhteisöt) muodostavat systeemeitä, joista muodostuu toisiaan rakentavia systeemeitä, integroivia tasoja (integrative levels) itseorganisoitumisen kautta.
Käsitteen "Integroivat tasot" ovat esittäneet mm. filosofit Auguste Comte ja Herbert Spencer ("First Principles") sekä biokemisti ja tieteen historioitsija Joseph Needham. Vielä aiemmin asian on esittänyt filosofi Georg Wilhelm Friedrich Hegel. Hänen mukaansa määrällinen muutos johtaa jossain vaiheessa laadulliseen muutokseen, uuteen ilmiöön.
Suurempia systeemejä syntyy pienemmistä itseorganisoitumisen kautta. Sen keskeinen, uutta synnyttävä prosessi on emergenssi.
Integroivien tasojen yhteisiä ominaisuuksia eri sovellutuksissa ovat:
Toisiaan luovat tasot näkyvät esim.:
Thomas Kuhnin tieteen paradigma on tasomuutos, jossa tiede siirtyy seuraavalle selitystasolle, kun uusia havaintoja ja niitä tukevia teorioita on syntynyt kriittinen määrä.
Systeemiä ei voi tarkastella ilman sen ympäristöä, kontekstia. Tämä oli yksi brittiläisen monialaisen tiedemiehen Gregory Batesonin keskeisiä ajatuksia, jota hän sovelsi menestyksekkäästi monella alalla.
Ihminen muokkaa yhteiskuntaa, mutta yhteiskunta myös ihmistä (ihmisen). Molemmat muuttuvat jatkuvassa vaikutussuhteessa. Ilman sosiaalista ympäristöä ihmisestä ei tule (kulttuurista) ihmistä. Mm. susilapset osoittavat tämän ihmisen muokkautumisen riippuvuuden ympäristöstään.
Autoa ei ole mielekästä tarkastella ilman tiestöä, polttoainejakelua, huoltamoita, kuljettajia, kuljetettavia, autotehtaita, siis ilman auton kontekstia, ympäristöä. Ja vaikka nämä ovat ajateltavissa kun mietimme autoa uutena järjestelmänä, niin onko auton vaikutus ihmisten pariutumisrituaaleihin itsestäänselvyys? Järjestelmät aikaansaavat ennalta-arvaamattomiakin emergenssejä.
Jared Diamond toteaa kirjassaan "Tykit, taudit ja teräs" ympäristön ja systeemin vuorovaikutuksesta seuraavasti: "Historia on kulkenut eri kansoille eri teitä, koska kansojen ympäristöt ovat erilaisia, ei sen takia, että kansat ovat biologisesti erilaisia". Vrt esim. Ruotsi, Suomi ja Viro. Vertaa edellä kuva: Maailman pienin systeemi. A = Yhteiskunta, Ei-A = Sen ympäristö, muu olemassaolo.
Systeemin tieto voidaan jakaa periaatteessa neljään osaan:
Ensin on siis systeemin toiminnan tarvitsema input- tieto. Tämä on "tulkittavaa" tietoa systeemin sisältä ja sen ulkopuolelta. Esim. tieto käden asennosta sekä käden ja kahvikupin välisestä etäisyydestä. Tulkittavaa tietoa saadaan systeemiin aisteilla (eliö) tai sensoreilla (kone). Input- tieto on myös, fyysistä, ulkopuolista tietoa.
Toiseksi systeemi tarvitsee edellä mainittua input- tietoa tulkitsevan systeemitiedon, ymmärryksen, mitä input- tieto systeemissä merkitsee:"Kahvikuppi on tartuttavissa tästä tuolilta". Systeemi tieto on "tulkitsevaa" tietoa, käytännössä systeemin rakenne. Tulkitseva tieto on moninaista: geneettistä tai elämän aikana moninaisesti opittua tai koettua. Tulkitsevan tiedon osia ovat ihmisellä aivojen rakenne, kieli, kulttuuri, koulutus, ystävien, tuttujen ja työtovereiden vaikutus jne. Tulkitsevaa tietoa ovat siis aivot (eliö), tietokoneen rakenne (fyysinen ja ohjelmallinen käyttöjärjestelmä) ja geneettisen tiedon (DNA) osalta solu. Systeemitieto on ihmisellä mentaalista, hiljaista (tacit) tietoa.
Input- ja systeemitiedosta syntyy output- tieto systeemiin ja systeemin ulkopuolelle. Se on "tulkittua" tietoa. Esim. päätös ojentaa käsi ja tarttua kahvikuppiin. Tai avata tietokoneessa tietty väylä, aktivoida solussa tietyn proteiinin valmistus.
Ymmärtämällä systeemin rakenne, sen systeemitieto ja pystymällä toimittamaan systeemille haluttua input- tietoa, systeemi toimii refleksiivisen kontrollin idean mukaisesti tiedon toimittajan haluamalla tavalla. Tämä on informaatiosodankäynnin ydintä.
Neljänneksi tarvitaan know-how- tieto, osaaminen tehdä päätetty asia. Vertaa vaikka vastasyntyneen tavoittelurefleksit ja aikuisen ihmisen kahvin juonti. Tämä on osa tulkitsevaa tietoa, siis systeemin rakenne.
Systeemi käyttäytyminen riippuu sen ominaisuuksista (sisäisestä rakenteesta), tilasta jossa se alkutilanteessa on ja ympäristön vaikutuksesta systeemiin. Systeemin käyttäytyminen näkyy erilaisina systeemin tiloina ja siirtymisinä niiden välillä. Systeemin rakenne määrittää miten ja mistä tiloista siirrytään mihinkin toisiin tiloihin.
Ihmisellä systeeminä voi olla erilaisia tunnetiloja, valveilla olon ja tarkaavaisuuden tiloja jne. Ihmisellä on biologisena ja kehittyvänä systeeminä "normaalijaksossa" mm. vastasyntyneen, lapsen, aikuisen ja vanhuksen tilat.
Auton venttiilit käyvät läpi tietyn säännöllisen ja muuttumattoman tilasarjan yhden polttojakson aikana. Tähden elämässä on tietyt tilavaiheet ja ehdot siirtymiselle tiloista toiseen jne.
Uuden systeemitason oleellisia kysymyksiä ovat rajat. Mistä ne muodostuvat? Ne suojaavat systeemiä ja säännöstelevät sen ja ympäristön välisiä tieto-, energia- ja materiaalivirtoja. Vain rajojensa sisällä, suojaamana integroidut prosessit ovat mahdollisia häiriöttä. Vertaa esim. solukalvo, mikropiirin ja laitteen kotelo, ihmisen iho ja valtion raja, tai tietyn matemaattisen alan aksioomat. Luonnonlakien vaikutusetäisyydet ovat tietyllä tavalla myös rajoja. Painovoima on tässä ilmeisesti erityisasemassa.
Uuden systeemitason olellisia kysymyksiä ovat edelleen "petturien" ja "vapaamatkustajien" kontrolli. Ilman niitä uusi systeemi tuskin jää evoluutiossa henkiin. Esimerkkejä "vapaamatkustaja"- ongelman hallinnasta ovat ihmisen immuunijärjestelmä tai valtion poliisi ja asevoimat. Tämä antaa mielenkiintoisia ajatuksia esim. internetin tulevaisuuteen. Oleellista on systeemin kannalta sille vaarallisten "vapaamatkustajien" tunnistaminen. "Vapaamatkustajat" voivat johtaa myös yhteistyöhön, symbioosiin.
Systeemillä on edelleen tietyillä elementeillä ja tietyssä ympäristössä tietty koon maksimi. Koon kasvattaminen siitä edellyttää uutta systeemitasoa, uudenlaista järjestystä. Vertaa atomit, molekyylit, solut, monisoluiset ja monisoluisten yhteisöt. Usein tämä uusi taso edellyttää myös uutta tapaa siirtää, tallentaa ja käsitellä tietoa.
Uusi taso perustuu osiensa erikoistuneeseen työnjakoon ja edellyttää jonkinlaista keskitettyä kontrollia tai johtoa, vertaa dominanssi edellä. Ihmisyhteisöjen koon kasvaessa tämän hierarkian, dominanssin syntyminen on ollut oleellinen kasvun edellytys. Siis metsästysjoukon johtaja, heimopäälliköt, kuninkaat ja keisarit jne.
Luonnon osalta keskitetyn kontrollin voi korvata äärettömyys, ääretön määrä aikaa kokeilla (kaikkea). Työjaon tehoa tulee siitä, että erikoistumattomat osat voivat erikoistua ja jättää siis pois toiminnastaan monia osia, joita ne tarvitsisivat yksinään toimiessaan. Esimerkki vaikka globalisaatio ja sokerin viljely Suomessa, Ranskassa ja Mosambikissa. Niissä on kertaluokan tehoero (tonnia/hehtaari) siirryttäessä aina etelämmäksi.
Koska systeemin toiminta perustuu yhteistyöhön, erikoistumiseen ja työnjakoon, uudet osat tarvitsevat systeemin, jolla ne voivat välittää erikoistumisen edellyttämää tietoa toisilleen. Uuden systeemitason oleellinen edellytys on siis (usein) uudenlainen tiedonvälitysjärjestelmä. Kyseinen tiedonvälitysjärjestelmä ja sen käyttö ei saa kuluttaa enempää energiaa kuin on erikoistumisesta saatava hyöty.
Uuden tiedonvälityssysteemin on myös oltava ominaisuuksiltaan sellainen, että tiedonvälitysjärjestelmän ominaisuudet mahdollistavat systeemin toiminnan systeeminä, siis esim. nopeuden, kapasiteetin ja muiden ominaisuuksien osalta. Globaali systeemi (työnjako) vaatii globaalia tiedonvälityssysteemiä (internet, globaalit mobiiliverkot). Uusi tiedonvälitysjärjestelmä on aivan keskeinen muuttuja systemitasojen synnyssä.
Uusien systeemitasojen ominaisuus näyttäisi olevan, että vain uuden, suuremman systeemin osana alemmilla osilla on mahdollisuus henkiinjäämiseen ja kehittymiseen. Systeemi käyttää siis kontrollia osiinsa nähden. Monisoluisen erikoistuneet solut voivat menestyä vain osana monisoluisia tai osana niille tärkeää struktuuria. Vertaa edellinen kappale (Esim: erikoistuneet solut ovat siis luopuneet solutasoisesta lisääntymisestä).
Edellinen koskee uutta systeemitasoa, erikoistuneiden osien yhteistoiminnasta syntyviä uusia systeemejä. Joka tasolle jää valtaosa vanhoista systeemeistä pysyvästi kyseiselle tasolle. Siis vaikka osa molekyyleistä "erikoistuu" elämän molekyyleiksi, valtaosa olevista molekyyleistä jää aiemmalle tasolle, elämän ulkopuolelle. Vertaa myös bakteerit ja muut yksisoluiset.
Uusien systeemitasojen oleellinen ominaisuus on kyky sopeutua muuttuviin olosuhteisiin, kehittyä ja oppia. Tähän hermosolut, refleksit, laajemmat hermoverkot, aivot, oppiminen, ajattelu, mielikuvitus ja ihmisten kulttuuri sekä globaali yhteisö antavat uusia kasvavia ja nopeita mahdollisuuksia.
Uuden systeemitason ominaisuus on myös se, että se on aina suurempi osa olemassaoloa. Se voi siis vaikuttaa olemassaoloon enemmän, selvitä olemassaolon suuremmista muutoksista. Vertaa vaikka SARS ja globaali yhteistoiminta sen lyömisessä.
Uudessa systeemissä on aina kaikki alemmat osat olemassa. Esim. ihmisessä on seuraavat tasot: alkeishiukkaset, atomit, molekyylit, solut, elimet ja kokonaisuutta mallintavat aivot. Mm. siksi ihmistä voidaan hoitaa kemiallisesti tai sädehoidolla vaikka ihmisessä on ylimpänä tasona on "abstrakti" tietoisuus.