论“信息进化论”与信息增殖——信息增殖进化论的历史背景与理论探索，本文主要内容关键词为：进化论论文,信息论文,历史背景论文,理论论文，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。
南京大学沈骊天教授1993年提出了“信息进化论”〔1〕，1995 年进一步指出：“现有的耗散结构理论仍然认为系统内部过程不可能产生有序，系统有序的增长只能源于外界有序的转移——负熵流。一种新的系统演化学说——信息进化论——则从系统内部微弱的有序与强大的无序的相互作用这一有序生成、演化的机制论证了有序的再造”。〔2〕笔者认为“信息进化论”从总体上没有完全摆脱达尔文线性进化论的框架，突出反映在“有序”概念上；从广义信息的角度上看，沈教授仍然停留在本体的结构信息层次来观察进化，世界仍然被看成是“分析序”（过去被翻译成“显序”）的产物。本文主要通过对结构信息和交换信息的分析，运用“类比逻辑”的策略提出“信息增殖论”，目的是把中国古代哲学的“体用→用体论”结合信息时代本质特征：经济一体化的信息增殖过程作“进化”的理论概括。信息增殖进化论的提出不是一种空想臆辩，它有着坚实的理论背景。
一信息两重论：交换信息的历史形态
在物理系统中，讨论不可逆过程的演化问题是从热力学开始的。按照克劳修斯的“熵增加原理”，所有系统总是朝着无序、混乱和衰退的方向演化。而薛定谔1944年却在其名著《生命是什么》中研究了生命体为什么可以从简单到复杂而避免衰退的机理。薛定谔认为生命“不是完全以它的从有序转向无序的倾向为基础的”，“生命有机体”要避免衰退“靠吃、喝、呼吸以及同化”，“一个生命有机体在不断增加它的熵——你或者可以说是在增加正熵——并趋于接近最大值的熵的危险状态，那就是死亡。要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境里不断地吸取负熵，我们马上就会明白负熵是十分积极的东西，有机体就是依赖负熵为生的”〔3〕，这就是薛定谔的“负熵”说。
他改造了玻尔兹曼熵公式S=KlogD， 重新陷入信源的“结构信息”，因此他说“假如D是无序的量度，它的倒数1／D 可以作有序的一个直接量度。因为1／D的对数正好是D的负对数， 玻尔兹曼的方程式可以写成这样：负熵＝Klog（1／D）。”
本文认为把信息区分为本体论信息和认识论信息仍停留在狭义信息阶段，从广义信息的角度来看，主体和客体是相对的，可以相互转化的：即可是“信源”亦可是“信宿”。
薛定谔的“负熵”既不是信源的结构信息，也不是信宿的结构信息，而是信源和信宿的结构信息交换的产物。
许多学者认为薛定谔提出的“负熵”说，不是指“负”的“熵”，而是指“负”的“熵变”或“熵减少”，只有普里高津的熵变公式才对熵理论作了“惊人的重新解释”，使熵理论有了新的生命。其实普里高津提出“熵流”的概念，关键在于他把它解释为外界环境与系统的熵交换量，即环境的结构信息与系统的结构信息相互作用时的产物——交换信息，它可正可负，而“熵变”dS就是“交换信息”的“熵流”deS 和系统内部的“熵产生”diS之和，而diS永远为正。
即dS＝deS+diS （diS≥0），
在孤立系统中，deS＝0，因此有
dS＝diS≥0，就是热力学第二定律的熵表达，即“熵增加原理”。
若系统为开放系统，普里高津认为deS可以是负值，即deS≤0， 则可抵消diS的增加。 普氏由此而提出超熵产生原理（即“超熵”也可以为“负值”）使人们观察一个系统是否熵增，不仅取决于系统本身的结构信息，而且取决于系统和环境相互作用后的deS，即交换信息， 立脚在这样的一个动态概念上，那么熵产生的作用就不能理解为只有一种功用，这样以往把熵和无序、信息和有序连在一起的概念就是狭义的理解。
申农的“信息”又称“信息熵”仍然不能摆脱狭义性，哈肯在《信息与自组织》一书中曾指出；“热力学熵和信息的物理意义是不同的”，所以他多次表示：“不愿意使用术语‘熵’”，“与熵的概念相比，我们更愿意使用信息。”〔6〕 但他的信息也仍然停留在狭义的信息熵即结构信息（信源）上。他应用信息熵证明了“当系统从无序走向有序时，信息熵增加了”。他不从广义的交换信息概念出发，无法解释这一点。同样，1989年，普里高津在《熵是什么？》一文中指出：“熵产生的作用是什么？它常常有双重的功用：它并非必然地导致无序或废物，它却常常是产生有序的一种机制。”但普氏并没有从“交换信息”的高度理解这种双重功用：在一个层次则表现为结构信息，在另一个层次则表现为交换信息。
薛定谔所做的是想用信源的结构信息解释生命系统与环境之间的交换信息，普里高津抓住的是交换信息，却沿用“熵概念”，以“流”说明交换过程，而可能带来的信息量的增殖，名之曰“负熵流”，比薛定谔前进了一大步，但无论是薛定谔的负熵，还是普里高津的负熵流，都没有真正解释清楚“负”的真正涵义。翻开信息论的创造历史，我们就会看到一个奇怪现象：与申农创立通讯“信息熵理论”的同时，1984年，美国数学家维纳在创立控制论过程中提出了“信息的负熵理论”，并在《控制论》一书中给出了比申农信息公式只少一个负号的维纳信息公式（将积分改写成加和式）
n∞
H（信息量）[,维纳]＝∑Pilogpi｛原式为∫ [log2fi(x)]fi(x)dx｝
i＝1 －∞
[H[,申农]＝－K∑pilogpi]
从形式上看与申农公式一样，但从维纳推导其信息量公式的思路过程上看（见④63页），维纳所导出的并不是消息本身所含的信息量（信源），而是此消息带给接收者（信宿）多少新的信息量。
在这里，信息量不是作为信源本身的一个概率统计不定性的特征量度来规定的，也就是说维纳的信息公式度量的信息量不是信源的结构信息，而是信源与信宿相互作用的交换信息，即作为信宿接收信源信息后引起信宿的“知识”变化的概率统计特征的量度来规定的。
这样理解的“广义信息”就具有了结构信息和交换信息的两重性：
信源发送何种消息的不确定性，既可看作是信宿对信源状态估计的特征（交换信息），又可看作是信源本身的特征（结构信息）。
这种两重性通过载体的转移，表现为交换信息与结构信息的相互转换上，在细胞层次是结构信息，而在（人体）DNA 层次则是交换信息，在细胞与内环境相互作用时的交换信息，一旦进入人体与外环境发生相互作用时，交换信息又成了人体的结构信息了。
可见无论是玻尔兹曼的统计熵，还是申农的信息熵〔5〕， 无论是薛定谔的生命熵还是普里高津的负熵都还只是一种量的概念。它没有解决在结构信息与交换信息相互作用过程中的质的变化概念，只用量的变化无法说清有序和无序的关系。从两重信息论的观点来看，系统进化的实质是信息增殖过程。而要弄清信息增殖的本质，还必须确立新的信息范型观。
二 类比逻辑与信息范型
人类从交换信息飞跃到信息范型是全球一体化和信息化的结果，我们用类比逻辑直接体验这一变化过程，参照马克思的使用价值——交换价值——价值这三个范畴的关系提出结构信息——交换信息——信息范型所构成的广义信息概念，是为了和当前社会普遍应用的思维方式衔接。当我们从交换信息的分析序的思维方式看全球信息化时，信息的增殖必须跨越多学科包括人文科学和自然科学，从科学、技术、经济、社会与环境的全面协调中才能出现全球性的信息放大以致信息增殖的过程。於是我们发现：
从本体论层次看——立足于静态结构信息无法理解信息增殖是一个过程。许多人认为，有序就是熵减少或增加“负熵”。然而哈肯却指出〔6〕〔8〕，“使系统进入更有序的状态，我们确实得到了熵减少的结果”，然而在另外某种“有序状态中，信息熵比无序状态时大”，“系统进入一种更有序的状态，但其熵却可以增加”。“一般来说，如果我们只考虑（信息）熵是不能对开放系统作出无序或有序的结论的。 ”〔6〕历史上玻尔兹曼曾指出“熵”是分子无序的量度， 薛定谔则用“负熵”来度量序。哈肯认为“序参量”可以“描述有序度”〔6〕。 这些都是本体论层次上的结构信息，没把系统和环境联系起来考察由于各种系统相互作用而使结构信息在交换中所处的变动状况，因此哈肯的序参量虽是描述系统宏观状态的量，但只能表现为某种“果”（“振荡”产生“化学钟”时间序，“振幅”产生空间序）并未揭示出成序的动因，他没有看到，协同学的两个理论概念：“序参量”和“支配原则”是广义信息中结构信息和交换信息在多层次中的概括，一方面序参量役使原子是一种参与功能，另一方面又是原子联合行动产生的认识功能，哈肯的《信息与自组织》是他试图找出一种新的研究复杂系统的宏观方法的论著，但他还没来得及将序参量分解为结构信息和交换信息就停顿了，王兆强却说他陷入了“误区”是一种误会〔9〕。 如果说哈肯是在应用申农的“信息”及“信息极大原理”研究系统自组织，不如说他停留在本体论的结构信息层次罢了。
从申农到维纳实现了由信息的本体论跨入信息的认识论的飞跃，但二者均是狭义的，只有从结构信息进入交换信息并达到信息范型的理解才是广义的信息论。
熵理论中所说的均匀分布状态，指的并不是粒子在体系中所处位置均匀对称，而是指粒子在体系中分布的每一组构模式出现的可能性都相等。这种时空分布的结构，使我们有可能重新认识申农和维纳对信息的不同把握，邬焜指出：从信源和信宿相互作用和相互规定的两个相反的角度和方向可以分别推出申农和维纳信息量公式的负号之差，“在某种程度上反映着哲学本体论和认识论方法的区别和统一。”（⑩71页）为什么以往人们并未明确注意到呢？关键是不从广义信息论出发，申农的信息熵公式是从信源本身状态特征的角度出发推导的，和“熵”公式没有什么量的区别，仅仅是方向相反，既可作为信源的结构信息，也可以作为信宿的结构信息。然而维纳的信息量公式的含义则大为不同，既不是信源也不是信宿本身原有的信息状态，而是从信宿对信源了解的角度（认识过程），换句话说是信宿的结构信息与信源的结构信息相互作用后的交换信息。
在申农和维纳研究的机械通讯领域，信源发送消息的基元数和每一个消息的发送概率，对信源和信宿双方都是预先规定好的，因此，信源发送何种消息的不确定性，既可以看作是信宿对信源状态估计的特征，又可以看作是信源本身的特证，这样申农和维纳的信息量公式只有符号之差，没有量的区别。然而从交换信息看，这是信源和信宿的关系，扩大到自然界和社会则是主体与客体的关系，系统与环境的关系，由此我们将看到，从当代若干自组织理论的“有序转移”→“超循环理论”，“超系统思维”→微弱有序与强大无序相结合→信息增殖。总之，我们需要形成一套新的范畴体系。
关键在于系统与环境，系统既是环境的组成部分，表现为参与功能（结构信息），系统又在观控着（适应着）环境，表现为认识功能（交换信息），这两者的作用永无止竭，因而出现了信息增殖过程。
信息增值和有序创生不是等价的，前者随系统在环境中价值观控的变化而出现信息量的增大或减少，后者则是单纯的信息（狭义的量）的增强。（广义的信息增殖还包括熵增）。
有人认为“生物体必然比环境增加了由基因信息提供的新的有序，产品必然比材料能源等原料增加了由科技信息提供的丰富的新的有序（①①70页），即增长后的有序（产生及转移的有序的总和）超过转移的有序，就是有序之源，但哈肯提出的协同学的协同产生有序，和艾根的超循环理论的选择初始信息量的放大，不也是超过转移的有序吗？因此用有序化原理解释信息增殖，只能挂上“信息进化”的空名。
为什么有的学者认为：信息、物质、能量都是“资源”，当它们正确地结合在一起并被主体正确地运用的时候，它们才能产生新的效益和价值；没有主体（人、生物或人造机器系统），这些资源（包括信息）本身是不会产生新的效益和价值。
又为什么广义信息才具有促进进化的作用，因为宇宙演化过程中，在“主体”（人、生物、人造机器系统）出现之前，“自组织”、进化过程早已存在了。
前者是认识论层次，后者是本体论层次，作为结构信息是确定的，作为交换信息是不确定的，由于结构信息在一定层次可转化为交换信息，因而确定也可变为不确定，无论是本体论层次还是认识论层次，只要由结构信息转化为交换信息，就有信息增殖的出现，就是不确定导致的。不确定是在交换过程中出现的：例如在人类社会当个体（结构信息载体）意识的创新（新序的洞见）通过对话与信息媒体（诸如个体之间的沟通、各种研讨会、谈判会以及计算机网络等）不断培植与扩展群体意识中的创新（新序），这种由结构信息到交换信息相互作用，就构成了以牵连序为依托的人类分析信息的增殖，也就形成了不同时代的“信息范型”。
三 信息范型与牵连序实在观
上述这种本体层次和认识层次的不确定又和我们的思维方式紧密联系着。只有改换思维方式，从分析序的交换信息飞跃到牵连序的信息范型才能完成人类认识的变革。
1.从认识角度上看，分析序是一种视事物为本性独立、相互外在关联的逻辑思维方式。局域的时间——空间序是最基本的分析序。分析序实在观是一种把实在视为由本性独立、相互外在关联、类别有限的基元构成的实在观。经典物理学把经典粒子与经典场视为构成实在的基元，充分利用分析数学工具，对宏观（相对于原子—分子水平而言）、低速（相对于光速而言）的非生命世界作了精细的、成功的描述，这种描述获得了相关领域的科学经验的支持，成了人类理解自然与创造现象的精神支柱与理论基础。分析序实在观鼓励人们充分利用与揭示业已确立的科学理论的蕴涵，使之最大限度地服务于人类文明；但它本质上是一种封闭的、保守的实在观，阻碍着人们去探索实在的新序、从而阻碍着科学的根本发展与社会的全面进步。
2.从认识论角度上看，牵连序是一种视事物为本性无限、内在关联于一切其它事物的直觉思维方式。局域的时间——空间序、事物的分析序仅是牵连序的特殊形态。牵连序实在观是一种把实在视为在绝对意义上不可分割的、本性无穷尽的整体的实在观。一切得到经验检验的分析实在都只是牵连实在的特殊形态，只具有相对意义。从不同侧面揭示出无生命世界也具有整体性特证的相对论与量子力学，向分析序实在观提出了严重的挑战。只有牵连序实在观才能摆脱分析序实在观的束搏，正确回答原子—分子水平的本体论问题；只有牵连序实在观才能超脱还原论，为生命科学的探索指明正确方向；只有牵连序实在观才能克服人类中心论，正确把握自我、社会、自然三者之间的和谐关系；只有牵连序实在观才能消除物质与精神的对立，正确揭示作为一个整体的实在的一体性。牵连序实在观是开放的、进步的实在观。全面地、自觉地运用牵连序实在观，必将推动现代科学的根本发展与社会的全面进步。
下面通过三个例子加以说明：
1.玻尔互补原理是信息范型的最初哲学概括，它起源于有关语言作为经验交流手段这种功能的一般认识论的考虑，玻尔认为：同一个词在不同的语境中被用来表示人类经验的不同的、甚至是互斥的方面。这些定义或意义是不能交混使用的，用了其中一种就不能同时又用另一种，但是其中的任何一种又都不能完全废除，在这种意义上，这些定义或意义是互补的。
2.D.玻姆的隐序（应翻译为牵连序）理论是信息范型的本体论模式〔7〕
从玻尔的互补原理出发，最初人们误以为海森堡测不准关系只表示认识上的不精确（测不准），到后来才理解它是本体论上的不确定。
因为物理学家D ·玻姆认为给定的概念只是在相对于某个广义参考系才是正确的，他背后的本体论就是隐序（牵连序）理论，按照玻姆的说法，经典的世界图景包括日常生活中的事物属于显序（分析序），分析序中的客体存在于通常的空时框架之中，它们是独立的，然而这只是外表现象，因此系统的结构信息又可理解为客体的分析序，所谓交换信息，用玻姆的话来说，即在牵连序中，一切事物均相互渗透，在牵连序中结合形成一个单一的整体，因此交换信息使得相互作用的各个事物又成为更大系统的结构信息。玻姆把七十年代以来的有关量子现象非定域性实验所证明的物质系统的全域相关性，亦即宏观测定条件与被测的量子系统及其子系统构成的不可分隔的整体性提高到哲学的普适性，用我们的话来说即“信息范型”，这样精神和物质有着相似的序化规律，用“信息范型”理解牵连序理论，牵连序才可看作是一种最一般，却又可以在不同领域和层次内近似地退化为各种具体而特殊的“序”的语言。
3.大卫·格里芬的阻止作为一个整体的宇宙的祛魅的方法（即分析序的思维方式）对于人类是不适宜的〔12〕。
生态世界观让我们认识到，我们首先的错误是假设我们把某些要素从整体中抽取出来，并可在这种状态下认识它们的真相。因此，物质、能量——在与它们密不可分的整体（广义信息）相分离状态下发展起来的论述它们的概念——将不能准确反映它们在整体中的情形。
研究事物（结构信息）与其关系（交换信息）相分离的努力是建立在一种误解的基础之上的，这种误解认为，万物都是作为独立的实体而存在的，只是在偶然的情况下才彼此产生关联。这是一种“实体观”的哲学，希腊人哲学就是将原子规定为实体的单位，现代机械论也是建立在这样一种哲学概念上。
万事万物皆由原子构成，而原子并不受自身排列其中的结构的影响——这种实体论的哲学观点是想表明：复合结构（除形状外）的性质是独立于复合体之外存在的、实体各部分性质的总和。岂不知原子的排列在决定物质性质方面意义非常重大，按生态学解释，原子的存在是由它与其环境之间的关系所决定的，当原子被排列成不同的分子结构时，它就有了不同的性质，这是因为不同的分子结构构成不同的环境。这就是说，关系（交换信息）对于原子（结构信息）来说一定是内在的（相互作用而相互联系），它们一定参与了原子的构成。
上述实体论哲学观在遗传学上同样受到挑战，按生态学的解释，基因根本不像粒子，基因的性质取决于相邻的同一或不同染色体上的基因，取决于细胞内环境的其它方面（即交换信息），基因（DNA， 即结构信息）本身不起任何作用，它甚至不能生成更多的DNA。 它要借助细胞中的酶来完成这一切。正因此人们才把分子生物学（强调结构信息）转称为分子生态学（更强调交换信息）觉察更恰如其分。
可以认为，某一特别的DNA 分子（结构信息）可以以各种不同的方式（交换信息）体现出来，至于以何种方式，则取决于细胞的环境以及当时分子所处的环境。——分子和其它化学环境处于一种永不停息的动力平衡状态，这种状态要视物理动力的大小和细胞内部化学物的密度而定。这种理解，就是牵连序的信息范型。
四 总结
总之，沈骊天的“有序”概念，把微弱有序和强大无序从整体联系中分离出来，而不是看成交换信息与结构信息的内在联系，看不到交换信息是通向增殖之源，而不小心掉进实体论的分析序模式中，认为世界同一层次的系统如氢原子都是相同的，即永远不变，不管是太阳中心的氢原子还是人类大脑分子中的氢原子，都是一样的，因为它们与其周围的环境毫无联系。这便是氢原子的实体观，而根据内在联系的观点，人一旦离开他（她）周围的环境，就不再是同样一个人。人类是一个主体，而不仅仅是由外在关系所左右的零体。作为一个主体，它应是有反应的，能够有目的地对其所处环境做出反应。
一切事物都是主体，它们都有内在联系。随着组织的逐渐升级——电子、原子、分子、细胞等，每一较大整体的特性不仅仅是由它所包含着的单位（结构信息）决定，而且还是由这些单位之间的新的关系（交换信息）决定的。这不单单是整体大于部分之和的问题。在从一个层次到另一个层次的进化过程中，部分本身也重新被界定和重新被塑造（信息增殖）。
信息增殖进化过程可概括为三点：
1.结构信息和交换信息的相互作用，在不同层次形成不同类型的“信息范型”，在这个意义上我们说信息的量化方式随信息载体及其序结构的不同而异。热力学中的熵、量子力学中的波函数、DNA 分子中碱基序列等等，都是相关领域中的信息量化方式。这就是“信息范型”作为信息增殖的“质”的保证，而又有相应的“量”的增殖过程。申农的信息熵，只是狭义信息的一种量化形式。广义地，一切业已确定的自然科学都是在各自适用的领域内对于实在的序结构的定量描述。然而随着“信息范型”层次的不断升华，不同质的信息之间，不存在“当量关系”，怎样形成更大范围的“信息范型”呢？这就要探讨“信息范型”的“整合”。
2.从结构信息出发，信息是按照实在序结构确定着实在的能量分布与控制其流向的。作为一个拉普拉斯决定论的经典力学系统，其信息是守恒的，即任意时刻系统的态信息完全地确定着系统的全部历史。如果是孤立的非均匀热力学系统，其信息量随着向平衡态的驰豫而不断丧失。然而，由能量到信息，由结构信息到交换信息，其交换过程由非生命到生命系统，当貌似混沌的暗含牵连序通过诸如“非线性吸引子机制”拓展为显示的分析序时，便出现信息增殖的情况。例如，在一株植物的生长过程中，非生命物质不断地被吸入植物体内转化为生命物质，这对应着生命信息的增殖。这就是“信息范型”的转换，由此，各层次的“信息范型”通过一个一方面是整合而另一方面是多样化所构成的双重进程发展的。
3.从交换信息出发，熵增原理是一条热力学原理，它陈述这样一个事实，即：一个孤立的热力学系统的熵是绝不会减少的；系统的熵值在平衡态时达到极大值。但是，当人们考虑系统内物质的引力相互作用时，熵增原理便受到了挑战。因为，由于引力的作用，系统物质的均匀分布（熵值极大）并不对应平衡态；系统物质倾向于引力中心集中，直到不断稠密与升温的中心能抗衡巨大的吸引从而达到热力学平衡态（熵值极小）为止。这是星系的形成过程，是发生于孤立系统内熵减过程。十九世纪的“热寂说”不恰当地把熵增原理外推到整个宇宙，既没有考虑宇宙尺度的引力效应又没顾及实在本性的无穷尽性。这是用一个层次的“信息范型”作为当量统一所有层次的“信息范型”，把整合和统一混为一谈了。理所当然，“热寂说”这种基于分析序实在观和当时的物理学认知水平提出来的“学说”，早就应当被抛进历史的垃圾堆。在牵连序实在观中，广义相对论、量子力学以及在它们基础上建立起来的量子宇宙学也仍然不是终极的物理学，更不是实在的终极理论。“信息范型”必然在各个层次中不断整合，正如宇宙本身是在不断地拓展自身，人们对于宇宙的认识永远不会停留在一个水平上。就是说，不论在本体论上还是在认识论上，信息总是在进化着的。而人类意识的演化，人类文明的进展都是信息增殖进化的佐证。
附言：本文有关分析序、牵连序的阐述，是由洪定国教授提供的，特此感谢。本文寄出后，收到沈骊天教授的专著《当代自然辩证法》（南京大学出版社1997年12月版），其信息进化论观点当另作评价。