超越贝尔塔兰菲广义系统理论的大胆构想--三维系统模型的构建与应用_耗散结构论文

超越贝塔朗菲一般系统论的大胆构想——3D系统模型的构建和应用,本文主要内容关键词为:系统论论文,模型论文,大胆论文,贝塔论文,系统论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。

中图分类号:B017文献标识码:A文章编号:1008-2646(2009)02-11-10

贝塔朗菲认为,必须把有机体当作一个整体或系统来研究,才能发现不同层次上的组织原理。并认为,不论系统的具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系如何,存在着适用于综合系统或子系统的一般模式、原则和规律。因此,他在一般系统论中提出了系统的四个属性:即整体性、关联性、层次性与统一性。[1]然而,如果我们的研究对象是大自然,在感官限制的条件下,如何辨别大自然中的哪些要素应该属于同一个系统,哪些要素应该属于不同的系统?哪些系统是横向的组合性关系,哪些系统是纵向的层次性关系?如果连局部与整体之间的关系都分不清,谈何系统结构和功能的分析?

显然,这些具体问题在一般系统论中肯定是找不到答案的。于是,有人开始怀疑这个世界上到底有没有贝塔朗菲所说的那种“工具”,并逐渐地将一般系统论进行肢解。将“系统”两个字当作一顶漂亮的帽子分别戴在各个学科的头上。问题是,如果只是在看得见、摸得着的事物上进行所谓的系统分析,这样的系统分析与典故中的瞎子们分别对大象的尾巴和鼻子进行系统分析有何两样?从某种意义上说,这是对一般系统论思想的歪曲。

其实,一般系统论的根本问题不在于错误,而在于不完善。就像有些学者所批评的那样:“一般系统论仍具有描述实证之科学经验的特点,而未臻分析抽象之科学规律的佳境。它虽然已经令人信服地说明了系统观点的必要,但并未深入透彻地揭示出系统生成、发育的机制。”[2]本文试图构建一种新的系统模型即3D系统模型,以解决这一难题。不可否认的是,任何新生事物都难免是脆弱、幼稚的,本文所构建的3D系统模型难免也会挂一漏万,存在许多不足之处,希望有关专家斧正。

一般系统论的是与非

贝塔朗菲在他的一般系统论中提出了系统的四个属性,它们是整体性、关联性、层次性和统一性。其中,层次性应当特别引起我们的注意。因为其它的属性均能在生命系统中找到确凿的依据,唯有层次性超出了我们的视觉范围。如果这个属性能够成立的话,那么,根据这四个系统属性可以推导出这样一些结论:

①系统内的各个子系统是一种相生相克的组合性结构。理由:如果系统内部的子系统之间必须是一种“1+1大于2”的组合,那就意味着子系统之间必须相互配套才能生存,而相互配套则意味着彼此至少在规模和功能上相互制约。②系统是一种相对的结构。理由:如果每个系统都必须既是系统又是子系统,则系统必然是一种相对的结构。③系统的宏观和微观都是无限的。理由:如果每个系统都必须既是系统又是子系统,则系统的宏观和微观必然是无限的。④系统与子系统之间承上启下、互为因果。理由:如果系统与子系统同构并且相互作用、相互依存,则系统与子系统之间必然承上启下、互为因果。⑤已经存在的系统规律无法改变。理由:如果系统的宏观与微观是一种互为因果的关系,则系统的任何变化都必然会导致宏观和微观的变化。然而,由于系统的宏观和微观都是无限的,不可能随着局部变化而变化,所以在系统的宏观和微观之间已经存在的规律必然是无法改变的。

可以说,这是一个令人惊讶的结论。也许这个由系统属性推导出来的结论,连贝塔朗菲都未曾意识到。如果这个结论能够成立的话,意味着宇宙就应该是一个不可分割的整体。而宇宙如果的确是一个不可分割的整体,那么,宇宙就既不可能无序,也不可能混沌。如此一来,相关宇宙起源以及生命起源的现代理论都将重新改写。

这个时候,也许任何人都会怀疑是不是贝塔朗菲所提出的“层次性”这个系统属性有问题?然而,无独有偶,根据普里高津的耗散结构理论也能够推导出同样的结论。

难道普里高津是在模仿贝塔朗菲的观点?我们有理由认为不是。因为,耗散结构理论与一般系统论分析问题的角度不同,而且据说普里高津本人并不认为他的耗散结构理论应该属于系统科学。普里高津认为“有序”是由“无序”经过“混沌”演变而来的。[3]按照他的理论推断,宇宙应该是支离破碎的。

普里高津的耗散结构理论认为,生命体是一种稳定而有序的耗散结构(开放系统),而形成有序结构的三个必要条件是:

①系统必须是开放性质的。耗散结构理论认为,对于孤立系统来说,“熵”是增加的,总过程是从有序到无序;而对于开放系统来说,由于通过与外界交换物质和能量,可以从外界获取负熵用来抵消自身熵的增加,从而使系统实现从无序到有序、从简单到复杂的演化。所以,系统开放是产生有序结构的首要条件。

②系统必须处于远离平衡态的环境中。耗散结构理论认为,远离平衡态中的外部力量可以加大开放系统的开放程度。随着外部力量对系统的影响逐渐变强,有可能会将系统逐渐从近平衡区推向远离平衡的非线性区,最终形成有序的结构。

③系统中必须有非线性相互作用。所谓非线性相互作用指的是组成系统的子系统之间的非线性动力学过程或者组合性机制。耗散结构论认为,这些非线性的相互作用一般不会满足于叠加原理。所以,微观的子系统之间便有可能产生协同效应,使彼此由杂乱无章变为井然有序,从而形成稳定而有序的体系。[4]

如果我们将耗散结构外部的远离平衡态环境视为宏观,而将耗散结构内部的非线性机制视为微观,并将我们的目光朝着耗散结构的宏观和微观继续延伸下去,便会发现这三个必要条件实际上与一般系统论中系统属性的中心思想如出一辙。

首先,两种理论的立足点都放在了生命体系上。贝塔朗菲认为,必须把有机体当作一个整体或系统来研究,才能发现不同层次上的组织原理。普里高津认为,生命体是一种稳定而有序的耗散结构。因此,贝塔朗菲依照有机体提出了系统的四个属性。普里高津围绕着生命体系提出了形成有序结构的三个必要条件。

其次,贝塔朗菲的系统属性和普里高津的有序结构必要条件都体现了生命体系的纵向关系和横向关系,只不过表达不同。

在横向关系上,贝塔朗菲认为系统的局部与局部之间是一种组合性机制,[5]而普里高津则认为系统的局部与局部之间是一种非线性机制。其实两种机制所表达的均是一个意思。如果用亚里士多德的话来说,那就是能够产生1+1大于2功能的机制。

在纵向关系上,贝塔朗菲认为每个系统都必须承担既是系统又是子系统的角色,而普里高津则认为有序结构的宏观必须是远离平衡态的环境,微观必须有非线性机制。但是,根据这一观点推导出来的结论是,有序结构必须既是微观非线性机制的整体,又是宏观非线性机制的一个部分。也就是说,有序结构存在的前提必须是其宏观和微观都是互为因果的有序结构。显然,在这个问题上贝塔朗菲与普里高津的观点完全一致。具体推理过程如下:

1.有序结构与宏观的因果关系

既然耗散结构理论承认,如果宏观环境中没有持续的外部力量就不可能产生稳定而有序的耗散结构,那就等于承认了有序结构与宏观环境之间的因果关系。如果以为“耗散结构只是在形成的过程中会受宏观环境的影响,而一旦形成就与宏观环境无关”那就违背了最基本的科学道理。因此,既然宏观环境中的外力会对耗散结构产生正面影响,就完全会对耗散结构产生负面影响。如果宏观环境极不稳定,则耗散结构必然无法维持。而如果宏观环境是一种开放性质的混沌结构,也绝不可能稳定。所以,耗散结构存在的前提必须是它的宏观环境也是稳定的耗散结构。由于宏观环境的宏观环境是没有尽头的,所以耗散结构存在的前提必须是无限的宏观环境都是耗散结构。

2.有序结构与微观的因果关系

既然耗散结构理论承认,稳定而有序的耗散结构必须依靠非线性机制来支撑,那就等于承认了有序结构与微观之间的因果关系。也就是说,如果耗散结构内部的非线性机制不稳定,则耗散结构也不可能稳定。然而,非线性机制不可能是一个空中楼阁。如果组成非线性机制的各个局部没有相应的微观机制来支撑,也就不可能在非线性机制中持续地发挥应有的作用。如果各个局部的微观是混沌结构,那么各个局部必然不稳定。如果各个局部不稳定,则非线性机制和由非线性机制组成的耗散结构都无法稳定。因此,耗散结构存在的前提必须是“组成非线性机制的各个局部也是由非线性机制支撑的耗散结构”。由于局部的局部也是没有尽头的,所以,耗散结构存在的前提必须是无限微观的局部都是耗散结构。

此外,根据普里高津的耗散结构理论中“形成有序结构的三个必要条件”还可以推导出这样一些结论:①耗散结构必须依靠微观的非线性机制支撑并在宏观中承担非线性机制的部分责任;②耗散结构在宏观中无限大,在微观中无限小;③耗散结构是一种相对的结构;④宏观中的耗散结构与微观中的耗散结构必须承上启下、互为因果;⑤宏观与微观之间已经存在的规律无法改变。

相比之下,这些结论与根据一般系统论中“系统的四个属性”所推导出来的结论也几乎是完全一样的。如果我们对这些结论仍然感到有些不放心,不妨一起到客观世界里去寻找一些实证。

宏观耗散结构的证据:

虽然宏观和微观都是我们用肉眼无法看到的地方,但是根据耗散结构理论可知:开放系统与非开放系统之间的区别在于系统状态的趋势,而耗散结构与开放系统之间最明显的区别就在于系统结构是否稳定。因此,我们完全可以根据这两个特点来判断视觉范围以外的地方是否存在耗散结构。

天文学上至少可以为宇宙中的开放系统或者耗散结构提供三个方面的证据:

第一、温度。根据热力学第二定律可知:如果宇宙是一个孤立系统或者封闭系统,那么宇宙间的温差应该越来越小。就像一杯热水倒入一盆冷水里,会变成一盆温水一样。但是,科学家们发现宇宙经过140亿年到现在其背景辐射场的温度已降到2.7K,而一般恒星内部的温度却高达几百万K,两者的温差越来越大。现实中的宇宙在有序的膨胀过程中内部的温差不仅没有变小却反而在不断拉大,这一事实说明,宇宙绝不是在朝着平衡态方向发展,而是正朝着相反的方向进行。如果宇宙是一种混沌结构,那么温差应该变化无常。而温差持续地变大,说明宇宙极有可能是一个稳定而有序的耗散结构。

第二、黑洞。阿西莫夫曾经说过:“在黑洞里,热力学第二定律被颠倒过来了,因而尽管宇宙的大多数区域是在衰亡,但黑洞里却在逐渐复兴。”我们知道,热力学第二定律是“从有序向无序发展”的规律,如果将其颠倒过来那就成了“从无序向有序发展”的规律。而从无序向有序发展的规律正是有序结构的特点。此外,有不少学者认为,在黑洞中集结起来的能量不一定是束缚能,而是可能转化和重新活动起来并释放出去的自由能。从外部供给黑洞的可以是高熵的质能,而黑洞的吸积和质能转化却可以把它们变成低熵的质能。如果这个观点能够被证实的话,那就说明黑洞并非是宇宙中的一个无底洞,而是一个类似于“加工厂”性质的耗散结构。

第三、恒星上的氢和氦比例。赫罗图被认为是20世纪天文学上最重大的成就之一,它所揭示的是恒星演化规律。简要地说,赫罗图显示的恒星变化规律是:主序星-红巨星-白矮星。

一般以为,恒星之所以会发光、发热是因为它在不停地进行核反应。当恒星内部的氢耗尽之后,核反应会一个接着一个地由氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫等,最后全部变成铁。因此,按理主序星与白矮星相比,氢、氦的比例应该有着相当大的差距才对。然而,根据光谱分析,主序星和白矮星的氢、氦比例十分相近(大约在3比1左右)。尽管有学者认为,恒星物质的分布不均匀,当核心的氢已耗尽时,核心外的物质仍然大致保有3∶1的氢氦比。但是,缺乏充分的依据。即便真是这样,那也存在恒星表面的氢、氦比例何以相对固定的问题。[6]

显然,关于恒星氢、氦比例的问题只有一个答案,那就是恒星可以源源不断地从外界获得核反应中所需要的氢。可是,源源不断的氢又是从哪里来的?如果说恒星能够主动地从宇宙中获取暗物质并将其转化为氢。那么,恒星便应该是一个稳定的开放系统-耗散结构。如果说恒星仅仅是被动地从宇宙中获取氢,那么,在恒星以外的地方必然有一个更大的耗散结构在维护它。

微观耗散结构的证据:

微观也是一个用肉眼看不到的世界。但是,我们可以从微观的自组织现象上找到相应的证据。自组织现象一般是指:一个系统的内部由无序变为有序使其中大量分子按一定的规律运动的现象。

人们在日常生活中能够观察到的自组织现象有:从天而降的雪花,凝结在窗户玻璃上的冰凌以及松花蛋上的松花等等。科学家们在实验室条件下发现的自组织现象有:贝纳德对流、激光现象以及B-Z反应等等。“贝纳德对流”指的是液体对流的有序现象,“激光现象”指的是光场系统有序的现象,而所谓“B-Z反应”则是指在化学实验中体现出来的有序现象。[7]

那么,参与自组织现象的微观究竟是怎样的结构?如果说参与自组织现象的微观均是无序的或者是混沌的结构,那么自组织现象就应该是一种不确定的、无法重复的现象,即:时有时无、可以这样也可以那样。然而事实却是:同样的实验所产生的自组织现象都是相同的。这充分说明,自组织现象是在特定的条件下产生的必然结果,而产生必然结果的前提必须是参与自组织现象的微观均为稳定而有序的结构。因此,自组织现象完全可以成为微观中存在耗散结构的证据。

我们之所以要花费这么多的笔墨,从各个角度上来论证一般系统论中的系统属性,是为了解决这样一个根本问题:即宇宙到底是不是一个不可分割的整体?这也是一个世界观的问题。如果问题的答案是否定的,那么,一般系统论的目的就是一个永远也不可能实现的梦想。因为,支离破碎的宇宙中不可能存在系统的共同规律。相反,如果问题的答案是肯定的,那么,宇宙中就不可能存在完全孤立的或者纯粹偶然的事件,我们就有理由去寻找宇宙中必然存在的系统共同规律,并根据系统的共同规律去构建可以实用的系统模型。令人欣慰的是,我们已经得到了肯定的答案。

现在,我们所要面对的问题是系统的共同规律在哪里?其实,从一般系统论的系统属性中推导出来的结论已经在纵向上体现了系统共同规律,只是在横向上尚有不足。在系统的横向关系中,一般系统论(包括耗散结构理论)只提供了一个“1+1大于2”的概念,却未指出“1+1大于2”的规律。因此,我们只要能解决“1+1大于2”这个焦点问题,其它的问题也许就迎刃而解了。

系统的横向共同规律

假设在自然条件下生成“1+1大于2”的结构是电脑,那么,大自然应该具备哪些条件呢?首先,必须有一个能够生成电脑的特定环境。其次,在这个环境中必须存在两种力量,一种力量是使各类物质自动聚集在一起;另一种力量是限制各类物质聚集的量。如果这两种力量能够相互作用,则各类物质就有可能聚集成各类电脑原件,然后再聚集成电脑。如果认为,当以上条件都具备时,大自然完全可以自动生成电脑。那就说明,在自然条件下能够生成“1+1大于2”结构的必要条件应该是:特定环境、聚集力和限制聚集量的力。

但是,自然界里是否有可能存在这三个条件呢?答案是肯定的。其实,所谓的“聚集力与限制聚集量的力”就是化学上的“亲和力与饱和度”,而“特定环境”则是与“亲和力与饱和度”互为因果的,也可以说是“亲和力与饱和度”处于相对稳定的状态。

由于任何分子之间都存在亲和力与饱和度,而任何物质又都是由分子或者原子组成的(原子也有亲和力与饱和度)。所以,我们完全有理由将“亲和力与饱和度”视为任何“1+1大于2”机制的要素,并认为“亲和力”与“饱和度”以及“由亲和力与饱和度所构成的状态”之间的相互作用就是“1+1大于2”机制的共同规律。

至此,可以说系统在纵向关系中和横向关系中的共同规律都已经体现出来了,剩下的问题就是如何根据系统的这些共同规律来构建一个能够超越人类感官限制的系统模型。由于以往人们所构建的系统模型大多是平面的,而我们所需要的系统模型必须是立体的,所以在系统模型的前面加上了3D,以便区分。

超越感官限制的3D系统模型

1.3D系统模型的基本原则

特定的系统(或者特定的物质)是特定环境下的产物。反之,特定的环境必须依靠特定的环境下的产物来支撑。依据:从一般系统论的“系统属性”以及耗散结构理论之“形成有序结构的三个必要条件”中推导出来的结论。

2.3D系统模型的基本要素

3D系统模型中共有三个要素:制衡、亲和力、饱和度。

(1)制衡。“制”指的是调控,“衡”指的是状态。“制衡”指的是两个以上个体因相互制约或者相互牵制而产生的综合效应。相互制约的作用是维护组合性机制的稳定,而组合性机制的综合作用则是维护系统环境的稳定和对系统环境外做功。由于系统是组合性整体而不是加和性整体,所以系统必须依靠某种稳定的组合性机制来支撑。如果系统的宏观环境中没有相应的制衡,系统就会因为宏观环境的不稳定而造成系统微观的组合性机制也不稳定。反之,如果系统的微观环境中没有相应的制衡,则系统组合性机制的运行状态必然无法稳定。而系统如果没有稳定的组合性机制来支撑,则系统本身也就不可能存在。因此,制衡的作用是维持系统宏观环境和微观环境的稳定。任何系统要想维持自身的存在,都必须同时扮演两种角色:①制衡系统微观的组合性机制;②承担系统在宏观中相应的制衡责任。由于必须是两个以上的个体才能形成制衡,所以任何系统都不可能孤立地存在。换句话说,任何系统存在的前提都必须是:系统的宏观和微观均制衡。

(2)亲和力。亲和力指的是物质之间相互聚合的倾向性。物质之间的亲和力越强就越容易聚合,反之就越不容易聚合。亲和力是在特定环境中产生的,是系统(或物质)在特定环境中能够形成特定成份的根本原因。例如,在甲、乙、丙三种物质中,如果甲与乙的亲和力最强,甲与丙的亲和力次之。那么,甲只会跟乙聚合,而不会去跟丙聚合,即便是乙与丙已经聚合了,甲也会将丙置换出来。因此,在特定的环境中“甲与乙的聚合物”便成为了系统的特定成份。

(3)饱和度。饱和度指的是物质之间相互聚合的限量。物质之间的饱和度越大,聚合的量也就越大。反之,聚合的量就越小。饱和度是在特定环境中产生的,是系统(或者物质)在特定的环境中能够形成特定结构的根本原因。例如,在甲、乙、丙三种物质中,虽然甲与乙的亲和力最强,甲与丙的亲和力次之。但是,当甲与乙聚合的量已经达到饱和时,甲与乙的亲和力就会因“饱和”而下降甚至消失,转而与丙聚合。当甲与丙的聚合也达到饱和时,“甲与乙的聚合物”和“甲与丙的聚合物”之间便形成了一定的比例,从而构成了特定的系统结构。

3.3D系统模型的基本要素之间的关系

制衡是亲和力与饱和度作用的总和,与亲和力、饱和度之间是相辅相成的关系。没有制衡的特定环境,就不可能有特定的亲和力与饱和度。没有特定的亲和力与饱和度,就不可能有特定的组合性机制。而如果没有特定的组合性机制,也就不可能有制衡的特定环境。

换句话说,“制衡”相对于“亲和力”与“饱和度”来说是条件,“饱和度”相对于“亲和力”来说是一种制约力。“亲和力”的作用是选择,“饱和度”的作用则是限制其所选择的量。而制衡又是在亲和力与饱和度的共同作用下产生的。例如,在特定的条件下,如果一个氧原子和两个氢原子相遇必然会组成一个水分子。其中,亲和力决定了水分子里氢和氧的成份,饱和度决定了水分子里氢和氧的比例,而制衡则是氢和氧之间相辅相成的状态。

4.3D系统模型的几何模式与线性模式

3D系统模型的几何模式是由一系列相邻的直角等腰三角形所组成,每个直角等腰三角形都代表一个系统。在几何模式中,任意两个相邻的直角等腰三角形都可以共同组成一个更大的直角等腰三角形,而每个直角等腰三角形又都可以一分为二地分割成两个更小的直角等腰三角形。这表示3D系统模型的宏观和微观都是无限的。

如果我们将所有的直角等腰三角形(或者说系统)分别用诸如A、B、C这样的符号来代替,并用线条将它们连接起来,这就形成了3D系统模型的线性模式。

3D系统模型的几何模式是为了便于空间想象,而3D系统模型的线性模式则是为了便于分析。3D系统模型的几何图示和线性图示如下:

5.3D系统模型的结构特点

从一般系统论的系统属性中推导出来的结论是:①系统内的各个子系统是一种相生相克的组合性结构;②系统是一种相对的结构;③系统的宏观和微观都是无限的;④系统与子系统之间承上启下、互为因果;⑤已经存在的系统规律无法改变。

从耗散结构理论之“形成有序结构的三个必要条件”中推导出来结论是:①耗散结构必须依靠微观的非线性机制支撑并在宏观中承担非线性机制的部分责任;②耗散结构在宏观中无限大,在微观中无限小;③耗散结构是一种相对的结构;④宏观中的耗散结构与微观中的耗散结构必须承上启下、互为因果;⑤宏观与微观之间已经存在的规律无法改变。

如果将以上两组结论的主旨反应在具体的3D系统模型上,那就是3D系统模型的五个特点:①宏观和微观无限;②组合结构相对;③宏观组合与微观组合之间承上启下、互为因果;④任何相对结构的宏观和微观都必须有相应的制衡;⑤宏观与微观之间已经存在的规律无法改变。

3D系统模型特点的推理过程:

(1)由于特定的系统(或者特定的物质)是特定环境下的产物。反之,特定的环境必须依靠特定的组合性结构来支撑。所以,A如果没有特定的环境,就不会有A这个产物。C如果没有特定的组合性结构,就不会有C这个产物。而环境的环境是无限的,结构的结构也是无限的。因此,系统的宏观和微观都是无限的。

(2)由于A是B1和B2组成的,而B1又是由C1和C2组成的。所以,B1相对于B2来说是一个整体,而相对于A来说则是整体中的一个部分。C1相对于C2来说是一个整体,而相对于B1来说则又是整体中的一个部分。又由于A的宏观和C的微观都是无限的,所以,任何组合都是相对的结构。

(3)A是B1和B2组成的,B1是由C1和C2组成的。相对于B1来说,A是宏观,C1和C2是微观。如果没有宏观的A,则不可能有B和微观的C。反之,如果没有微观的C1或者C2,B1就不可能成立。如果没有B1,宏观中的A也不可能成立。因此,A、B、C,以及A以上无限宏观的组合和C以下无限微观的组合之间都是承上启下、互为因果的。

(4)根据系统规则,C的存在有赖于B的特定环境,B的存在有赖于A的特定环境。反之,A的特定环境有赖于B构成的组合性机制,B的特定环境有赖于C构成的组合性机制。因此,系统模型中的A、B、C,以及A以上无限宏观的组合和C以下无限微观的组合都必须同时扮演两种角色:一是为微观提供相对稳定的特定环境,二是承担宏观组合性机制中相应的责任。简要地说,就是任何相对结构的宏观和微观都必须有相应的制衡。

(5)由于A、B、C之间的关系是承上启下、互为因果的,而A以上和C以下又都是无限的。所以,要想改变A、B、C之间的关系,除非无限的宏观和微观都随之改变。因此,宏观与微观之间已经存在的系统规则都将是无法改变的。

6.3D系统模型的结构分析

(1)纵向关系

3D系统模型结构的纵向关系,指的是宏观系统结构与微观系统结构之间的垂直关系。在3D系统模型结构的纵向关系中,主要牵涉到这样一些问题:a.系统结构的维持;b.系统结构的解体;c.系统结构的产生;d.系统结构的寿命。

1)3D系统模型结构的维持

如果A是系统,那么B1和B2必然是一种组合性的、可以向外做功的结构。可是做功是要付出代价的,否则能量就无法守恒。如果由于A不断地向外做功,导致B1在数量上或者性质上发生了变化,而这些变化又得不到及时的纠正。那么,A必然无法维持。因此,A如果既要维持自己的组合性机制又要不停地对外做功,就必须不断地纠正B1在数量上或者性质上所发生的变化。而这个纠正的过程就是在亲和力与饱和度的相互作用下完成的。

我们知道,由于亲和力的因素,A只能是由B1和B2所组成的。由于饱和度的因素,B1和B2的比例始终是一个常数。如果B1在数量上或者性质上发生了变化,B1和B2的比例必然发生变化。这个时候,要想让B1和B2之间的比例回到常数,有两种办法:一是补充新的B1或者是用新的B1来替换变了质的B1,二是相应地减少B2的数量。因此,纠正B1和B2在数量上或者性质上所发生的变化存在着两种方式:一是吐故,二是吐故纳新。

假设,在A做功的过程中,使得某两个B1的性质改变成两个N,而B1和B2之间的饱和度为2比1。在A无法纳新的情况下,只有将两个N和一个B2一起吐故掉。否则,B1和B2之间的常数便无法维持。而如果A能够同时纳入四个新的B1和一个新的B2,则不仅两个N便会因亲和力比B1低的缘故而被置换出来并吐故掉,而且B1和B2的数量也会有所增加。

可是,到哪里才能找到现成的B1或者B2呢?显然,只能是携带B1或者B2的其它系统。因此,系统吐故纳新的过程,必然是一个系统对另一个系统进行掠夺的过程。也就是说,任何一个系统都必须依靠对其它系统的掠夺来维持自己。如果掠夺得充分,则不仅能够抵消做功的消耗,而且还能使系统规模逐渐地庞大起来。反之,系统规模就会逐渐变小,甚至无法维持下去。

结论:①吐故纳新是系统维持的基本功能,而这项基本功能是在亲和力与饱和度的相互作用中产生的;②吐故是为了维持系统结构制衡,纳新是为了弥补系统做功的消耗以及满足系统结构膨胀的需求;③系统为了能不断地吐故纳新,就不得不持续地对其它相关系统实施以掠夺为目的的功。

2)3D系统模型结构的解体

由于3D系统模型是无限的,并且任何系统都是相对的结构,所以任何层次上的系统结构都存在被它的宏观所淘汰的可能。否则,必然牵一发而动全身,任何一个局部的小瑕疵都有可能使全局土崩瓦解。

因此,B可以淘汰C,A可以淘汰B,同样A也会被它的宏观所淘汰。而且,反过来也能成立:即当A被淘汰的时候,B由于失去了A的宏观环境,所以B便无法维持了。当B无法维持的时候,由于C失去了B的宏观环境,所以C也无法维持了。不难看出,系统被淘汰的原因有可能来自于宏观和微观的任何一个方面。

如果微观系统无法承担宏观中组合性机制的相应责任,则必然造成微观与宏观之间的亲和力下降,从而被宏观所淘汰。其中“系统在宏观中无法承担组合性机制的相应责任”这句话包含着两层意思:一是系统内部的组合性机制无法正常运行;二是虽然系统内部的组合性机制能够正常运行,但是,系统的整体功能改变了。

比如说,某个B1系统中的某个C1变成了X。尽管这种变化对于C1来说可能是有利的,甚至是所谓的进化。[8]但是,由于C1的任何改变都会影响到B1内部的组合性机制,从而使B1无法维持。因此,这个B1必须及时淘汰X。否则,这个B1就会因为无法承担A系统内组合性机制的相应责任而与A之间的亲和力下降,进而随时都有可能会被A所淘汰。反之,如果宏观系统无法为微观系统提供原有的特定环境,则自宏观以下的系统就会出现多米勒式的解体。但是,这种多米勒式的解体绝不可能无休止地进行下去。

因为系统只有达到一定数量时才会出现饱和,所以任何系统都不可能是孤立的。某个系统一旦出现解体,其它的系统便会迫不及待地来争夺该系统内相应的元素。所以,某个系统一旦解体,其内部的各种元素很快就会有新的宿主,从而使解体系统内部的微观元素在其它的系统结构中继续发挥应有的作用。

例如,当某个A无法提供特定环境时,其环境内的B和C都将解体。可是,如果在某个B解体前就被其它的系统掠夺走了,则这个B以及这个B以下的C就可以在另一个系统环境中继续存在下去。

结论:①任何系统都无法摆脱来自宏观和微观两个方面的制约;②任何系统如果不能与它的宏观或者微观保持一致都会被淘汰;③系统被淘汰后即会发生一定程度的解体,但是,在解体的过程中所有的元素都会成为其它系统内部的有用之才。

3)3D系统模型结构的产生

我们知道,系统可以通过掠夺其它系统内部现成的元素来满足自己的需求。然而,掠夺是具破坏性的,必然造成其它系统的解体。如果系统只有解体而没有再生,则系统的总数必然越来越少。显然,这是不可能的。因此,有系统解体,就必然有系统再生。可是,再生是一种从无到有的过程,系统结构是如何从无到有地建立起来的?是从上往下建,还是从下往上建?

将以上问题反应在系统模型上是这样的:如果当每一个B1需要C1或者C2时,只能去掠夺其它系统的C1或者C2。那么,系统的总数必然会逐渐减少。而如果系统的数量只会减少,不会增加。那么,A必然无法长期维持。如果以此类推,那么所有的系统都将无法长期维持。因此,任何类型的系统都必须有再生的手段。

可是,根据系统原则可知,没有A的特定环境就不可能有B,没有B的特定环境就不可能有C。因此,如果在A环境中缺一个B1,就绝不可能有多余的C1和C2。而如果在A环境中没有多余的C1和C2,那么B1就绝不可能是在A环境中直接诞生的。

既然B1不可能从A的环境中直接诞生,C1和C2也不可能在没有B1的情况下存在,那么B1也就只能从另一个B1中诞生了,因为只有B1具备诞生另一个B1的条件——C1和C2。

既然B1只能从另一个B1里诞生,而母B1与子B1实际上又是两套系统。那么,能够诞生另一个B1的母体系统内,就必然存在允许寄生组合生存的特殊环境。因为只有这样,才有可能使得母系统与子系统之间不至于相互干扰。

所谓的寄生组合实际上就是母B1为子B1建立的微观雏形。当微观雏形膨胀到一定程度时,寄生组合便会脱离母体真正地成为另一个B1。但是由于C1和C2是一种组合性结构,所以微观雏形的膨胀也绝不是一种简单的“加和”式放大。随着微观雏形之组合性结构的不断膨胀,寄生组合的功能必然不断地增多。至于组合性结构膨胀的原理,简单地说就是对系统任务进行深入细致地分工。例如,生物从一个受精卵随着DNA的复制而不断地分裂成为一个成体的过程,[9]就是组合性结构膨胀的过程。人类历史上从原始到现代的社会分工过程,也是组合性结构膨胀的过程。

结论:①任何类型的系统都有再生同类系统的功能;②子系统是母系统内的寄生性组合;③系统从寄生组合到成熟的过程是系统的组合性结构逐渐膨胀的过程,在这个过程中寄生组合的功能不断地增多。

4)3D系统模型结构的寿命

影响系统寿命的因素无非来自于宏观和微观两个方面。对于一个特定的系统来说,最好是它的宏观环境和微观环境都一成不变。这样,特定系统的结构也就一成不变,从而可以无限地延长其寿命。

然而,问题是宏观环境和微观环境不可能一成不变。因为特定的环境必须依靠相应的组合性机制来支撑,而组合性机制的运行实际上是组合性机制中各个局部在一定阈值内的波动。

宏观组合性机制的波动对于宏观系统来说也许是微不足道的。但是相对于微观系统来说,则会产生相当大的影响。如果某些微观系统无法承受宏观环境的波动,那么这些微观系统的总体寿命就应该小于宏观环境波动的周期。例如,每当A的环境波动时,都会使某些B1变成M,而每当M出现时都会伴随着N出现。这个时候,N便是A系统中的周期性产物。其总体寿命短于A的环境波动周期,或者说少于从M出现到被新的B1置换出去的时间。

无论是宏观环境的波动还是微观环境的波动,都有一个阈值。超过这个阈值,宏观或者微观环境中的组合性机制就会遭到破坏。但是,一般来说,系统的寿命与系统的规模是成正比的。即系统规模越是宏观其寿命越是漫长。例如,某个C1出了问题,对B1可能会产生相应的影响,而对于A来说则影响不是太大。因为,C1的问题会使B1的组合性机制受到威胁。如果B1不能及时淘汰C1,那么,B1便会因组合性机制失去制衡而无法维持。但是,A有双保险。如果B1这道保险不起作用的话,还可以用另外一个B1来替换。除非所有的B1都出了问题,才会轮到A出问题。

结论:①系统的寿命与系统的规模成正比;②随宏观环境的波动而出现的系统产物,其寿命短于波动周期。

(2)横向关系

系统的横向关系指的是,处于同一个环境中的系统彼此之间的关系。即3D系统模型中B和B或者C和C之间的关系。

而横向关系又分两种情况:一种是不同类型的系统,即B1、B2之间或者C1到C4之间的关系;另一种是同类型的系统,即B1与B1或者C1与C1之间的关系。

1)不同类型的系统

根据系统原则可知,如果在A环境中只能允许B1和B2存在,那么B1和B2必须是组合性机制。否则,A环境将无法维持。

既然如此,那么,凡是A环境中存在的东西便都应该是组合性机制的一个部分,或者A环境中不可能存在非组合性机制的成份。换言之,凡是能够在同一个特定环境中同时存在的系统,便都是维持特定环境的组合性机制的不可或缺的一个部分。因为,如果A的系统内环境允许N存在,而N又不属于系统组合性机制中的一个部分。那么,一方面,N会因为缺乏相应的制衡而无法维持;另一方面,由B1和B2构成的组合性机制也有可能因为N的干扰而无法正常运行。由于在特定环境中的亲和力与饱和度是唯一的,所以,凡是同一个特定环境中同时存在的系统,彼此之间的比例必然是一个相对固定的常数。又由于这个常数的存在,所以,特定环境中不同类型系统之间相生相克。

结论:①在同一个环境下,所有不同类型的系统都是组合性机制中不可或缺的一个部分;②不同类型系统之间是一种组合式的、既相互合作又相互制约的关系。

2)同类的系统

如果说不同类型的系统在组合性机制中分别承担着各自不可或缺的功能,那么,同类系统便是在组合性机制中承担着同一个功能的合力作用。

但是,同类型系统合力的大小是受亲和力与饱和度所控制的。亲和力控制系统的质量,饱和度控制系统的数量。如果同类型系统中存在滥竽充数的现象,那么,滥竽充数者便会因为亲和力的缘故而被置换出去。如果同类型系统的数量超出了饱和度所限制的常数,那么超出部分必然会被淘汰。

至于在同类型系统中哪些属于超出部分,哪些属于应该被保留的部分,则取决于和宏观之间亲和力的大小,而被淘汰的往往都是那些亲和力相对较弱的部分。由于亲和力的标准是由宏观所制定的,并且是唯一的。所以,又可以说系统是否被淘汰取决于该系统是否标准。系统离标准越近越容易被保留,反之越容易被淘汰。

结论:①同类型的系统之间是一种加和式的、既合作又竞争的关系;②同类型系统之间的竞争实际上是一种结构上的比拼,系统结构越符合宏观标准就越容易在竞争中获胜。

结束语

人类的意识主要来源于感官所接受到的信息。可是,人类的感官无不受客观条件的限制。如果人类的意识完全依赖于感官所接受到的信息。那么,人类对感官范围之外的事物便永远是无知的。如果我们不想对感官范围之外的事物继续无知下去,那就必须冲破自己感官限制的牢笼。3D系统模型正是围绕着此目的而构建的,它是一种集系统论、自然科学以及基本哲理所构成的框架型的思维方式,是一种强制思考者不得不关注事物与其周围相关事物之间因果关系的手段。由于3D系统模型中的A既可以是一个分子结构,也可以是一个天体结构。所以,原则上讲任何事物都可以纳入到这个3D系统模型的框架下思考。但是,思考的事物不同,对相关结论的理解也应有所不同。

比如说,在3D系统模型中“系统维持”的框架下有这么一个结论:“系统为了能不断地吐故纳新,不得不持续地对其它相关系统实施以掠夺为目的的功。”如果我们思考的对象是生物,该结论可以理解为“生物为了吐故纳新不得不吃食物”。而如果我们的思考对象是社会体制,则该结论就应该理解为“社会体制为了吐故纳新不得不输入相应的人才”。

在实际应用中一般可以采取两种方式:一种是按照3D系统模型的方式进行推导,另一种是直接对照3D系统模型中纵向关系和横向关系的相关结论进行分析。如果我们能熟练地应用3D系统模型来思考问题,也许会惊讶地发现世界并不是原来想象中的那个样子。

最后值得一提的是,3D系统模型在其他领域也有其重要的理论价值。限于篇幅,笔者将另文专述。

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超越贝尔塔兰菲广义系统理论的大胆构想--三维系统模型的构建与应用_耗散结构论文
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