state

Käsite · systeemiajattelu · peruskäsite · systeemin kuvaus hetkellä t

Määritelmä

Tila on systeemin täydellinen kuvaus tietyllä ajanhetkellä — joukko muuttujia, joka yksin riittää määrittämään, missä systeemi kulloinkin on. Kun tunnemme tilan, tiedämme kaiken olennaisen systeemin nykyhetkestä, emmekä tarvitse sen historiaa.

Tila ei ole sama kuin systeemin rakenne. Rakenne on systeemin pysyvä kaava — osat ja niiden väliset suhteet. Tila on rakenteen täyttöaste: kuinka paljon vettä säiliössä on, kuinka kuuma uuni on, kuinka väsynyt ihminen on. Rakenne muuttuu hitaasti, tila voi muuttua nopeasti.

Systeemiajattelussa tilaa kuvataan yleensä seuraavasti:

Tilamuuttujat — ne mitattavissa olevat suureet, jotka yhdessä määrittävät tilan (lämpötila, paine, varaston taso, mieliala).
Tila-avaruus — kaikkien mahdollisten tilojen joukko, jota systeemi voi esiintyä (esimerkiksi kaikki lämpötila–paine-yhdistelmät).
Alkutila — tila ajanhetkellä t=0, josta systeemin kehitys lähtee.
Tasapainotila — tila, jossa systeemi pysyy ilman ulkoista vaikutusta.

Tilan käsite on systeemiajattelun ja säätöteorian ydin. Koko säätöpiirin tehtävä on saattaa systeemin tila haluttuun arvoon ja pitää se siellä, vaikka häiriöt pyrkisivät sitä muuttamaan.

Alkuperä

Modernin tila-kästeen juuret ovat 1800-luvun fysiikassa, erityisesti termodynamiikassa. Tasapainotila tarkoitti alun perin järjestelmää, jossa makroskooppiset muuttujat (lämpötila, paine) eivät enää muutu. 1900-luvun alussa klassinen mekaniikka formalisoi tilan: hiukkasen tila on sen sijainti ja nopeus (tai liikemäärä) — kaikki muu on näistä johdettavissa.

1900-luvun puolivälissä Bertalanffy laajensi tilan käsitteen biologisiin ja sosiaalisiin systeemeihin. Hänelle tila oli dynaaminen, jatkuvasti muuttuva ominaisuus — toisin kuin staattinen rakenne. Norbert Wienerin [[cybernetics|kybernetiikassa]] tila oli kokoelma muuttujia, joita ohjausjärjestelmä vertaa asetusarvoon.

Järjestelmädynamiikassa Forrester ja Meadows käyttivät tilasta nimitystä stock (varasto). Tila muuttuu, kun input-virtaus ylittää output-virtauksen. Tämä yksinkertainen laskuoppi (ΔState = Input − Output) kuvaa kaikkia kumulatiivisia systeemejä säiliöistä väestöön ja talouskasvuun.

Itäisissä perinteissä tilaa vastaavat [[dosha|doṣa]]-tasapaino ayurvedassa ja kapha–pitta–vata-suhde sekä siddhan uyir-elämänvoiman tila. Myös joogan košat ovat tiloja: eri tietoisuuden tasot, joissa ihminen kulloinkin on.

Yhteydet muihin käsitteisiin

input — muuttaa tilaa.
output — riippuu tilasta.
process — kuvaa tilan muutosta ajassa.
behavior — tilojen aikajana.
stocks — tilan kumulatiivinen mitta.
equilibrium — tila, joka ei muutu.
dynamical-equilibrium — tila, joka muuttuu mutta pysyy vakaana.
homeostasis — tilan säilyttämismekanismi.
phase-space — kaikkien mahdollisten tilojen joukko.
attractor — tila, johon systeemi palaa.
bifurcation — tilan äkillinen muutos kriittisessä pisteessä.
phase-transition — tilan laadullinen muutos.

Missä oppitunneissa käsitellään

Tila on keskeinen käsite Systeemiajattelun perusteet -jaksossa, erityisesti kappaleessa systeemin anatomiasta. Syvemmin sitä tarkastellaan virtausmallinnuksen, tasapainon, homeostaasin ja dynaamisen tasapainon yhteydessä. Käytännön tasolla tilan ymmärtäminen on välttämätöntä säätöpiirien ja palautejärjestelmien analyysissa.

Lähteet