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.
Erilaisia järjestelmiä
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 pienin systeemi
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: Olemassaolo vaikuttaa osaansa ja osa muuhun olemassaoloon. Molemmat muokkaavat toisiaan, toki kokonsa ja vaikutuskykynsä mukaisesti. Kaikilla olemassaolon osilla on siis edellä mainitut ominaisuudet. Esim: Diktaattori ei ole koskaan "kaikkivoipa", vaan häneen vaikuttaa muu olemassaolo (avustajat, kansan mielipiteet, muut valtiot...) ja hän vaikuttaa muuhun olemassaoloon. Olemassaolon osaa, tarkasteltavaa systeemiä ei voi tarkastella ilman sen kontekstia, muuta olemassaoloa, systeemin ympäristöä. Kuvittelu osien ymmärtämisestä seuraavasta kokonaisuuden ymmärtämisestä on yksi keskeisimpiä länsimaisen ajattelun virheitä. Asioita voi ymmärtää vain ymmärtämällä niiden konteksti, yhteydet muuhun olemassaoloon. Muokkausnopeudet riippuvat vaikutussuhteen ominaisuuksista. Kahdesta erisuuntaisesta vaikutussuhteesta muodostuu palautesilmukka, joka on esim. kybernetiikan ja oppimisen keskeinen termi. Mitä suurempi osa kokonaisuutta osa on, sitä enemmän se voi vaikuttaa kokonaisuuteen. Kokonaisuus dominoi. Osat ovat olemassa vain kokonaisuuden ehdoilla. Esim. auringossa ei voi olla sen lämpötilasta johtuen elämää. Ihmisen ymmärtämisessä ihmisenä ei ole oleellista solut, ihmisen osat, vaan tietoisuus, kokonaisuuden uusi ominaisuus. Vain osa voi kadota olemassaolosta, ei olemassaolo. Osastakin katoaa vain sen ylätason rakenne, esim. ihmisestä elämä ja yksilöllinen tietoisuus, ei osan peruselementit, esim. ihmisestä atomit. Tämä on tärkeä havainto kaikille olemassaolon osille, esim. ihmiskunnalle.
Kaksi perusnäkemystä systeemiin
Edellisen perusteella on kaksi perusnäkemystä systeemiin: sisäinen (A) ja ulkoinen (ei-A). Ensin on ymmärrettävä systeemin sisäinen rakenne: mistä osista systeemi muodostuu? mitkä ovat systeemin osien väliset vuorovaikutukset? ja mitä uusia (emergenttejä) ominaisuuksia systeemiin syntyy osien ja niiden vuorovaikutuksen seurauksena?
Toiseksi on ymmärrettävä systeemin liittyminen muuhun olemassaoloonsa, ympäristöönsä: mitkä osat systeemistä liittyvät ulkopuoliseen todellisuuteen? miten ne siihen liittyvät? miten olemassaolo ja systeemi muokkaavat toisiaan, mitä uusia ominaisuuksia olemassaolon syntyy systeemin ja sen ympäristön vuorovaikutuksena?
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: mistä osista ihminen muodostuu? mitkä ovat osien väliset vaikutussuhteet? mitä uusia kokonaisvaltaisia ominaisuuksia systeemiin nimeltä "ihminen" syntyy sen osien ja niiden vuorovaikutusten seurauksena? Mikä on ihminen kokonaisuutena? mitkä osat ihmisessä liittyvät muuhun olemassaoloon? miten em. osat liittyvät muuhun olemassaoloon? miten ihminen muokkaa muuta olemassaoloa ja muu olemassaolo ihmistä? Mikä ihminen on olemassolon osana?
Avoin ja suljettu systeemi
Systeemiluokkia ovat edellisen perussysteemin (A ja ei-A) lisäksi suljettu systeemi ja avoin systeemi.
Suljettu systeemi noudattaa termodynamiikan 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.
Muita systeemejä
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 (matemaattiset 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?
Systeemin osien välisestä suhteesta
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.
Systeemien toisiaan luovat tasot Käsitteestä
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.
Toisiaan luovien tasojen yleisiä ominaisuuksia
Integroivien tasojen yhteisiä ominaisuuksia eri sovellutuksissa ovat: