论系统科学对科学观念的改造，本文主要内容关键词为：科学论文,观念论文,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：N02 文献标识码：A 文章编号：1003—5680（2006）03—0014—04
科学技术发展到20世纪初，以量子论和相对论的创立为标志，开始了人类史上最伟大的科学革命。微观层次建立了统一的量子力学和原子结构理论，宏观层次建立了科学的宇宙结构的学说。尤其是综合了粒子物理成就的宇宙演化模型的建立，从根本上为科学的系统演化理论的形成和发展打下了坚实的基础。在这些伟大成就的背景下，人们很自然要把重点集中于以人为尺度的宏观层次，寻求这个层次事物的产生、发展和演化的共性规律。上世纪40年代中期以来，以人类社会系统和生命系统为代表的“宏观层次”的科学技术迎来了发展良机。当时，由于生产力的巨大发展，出现了许多大型、复杂的工程技术和社会经济的问题，它们都以系统的面貌出现，都要求从整体上加以优化解决。由于这种社会需要的巨大推动，二战以后，横跨自然科学和社会科学，从系统的结构和功能（包括协调、控制、演化）角度研究客观世界的系统科学应运而生。首先是贝塔朗菲（Von Bertalanffy）提出“一般系统论（General System Theory）”标志着系统科学的正式建立。随后出现了瓦格纳（H.M.Wagner）的运筹学（Operational Research）、维纳（N.Wiener ）的控制论（Cybernetics）、香农（C.E.Shannon）的信息论（Informatics ）等早期的系统科学理论，以及系统工程、系统分析、管理科学等系统科学的工程应用。70年代到80年代自组织理论开始建立，包括普利高津（I.Prigogine）的耗散结构理论（Dissipative Structure Theory），哈肯（H.Haken）的协同学（Synergetics），艾根（M.Eigen）的超循环理论（Hypercycle Theory）。20世纪80年代以来，以突破还原论为使命的非线性科学（Nonlinear Science）和复杂性研究（Complexity Study）的兴起则对系统科学的发展产生了革命性的推动作用。总体而言，系统科学的发展对科学观念的冲击和改造可从如下四个方面来分析：
一 时间层面对可逆性的诘难
爱因斯坦有一句名言：“时间是一种错觉”，即时间不可逆性仅仅是因为人类的认识能力的有限性所致，“是无知介入物理学基本定律的后果”（Max Born），时间应该是可逆的。的确，物理学基本定律所描述的时间，从经典的牛顿动力学到相对论和量子力学，均未包含过去与未来之间的任何区别，不存在什么时间之矢。经典力学以轨道为重要研究对象，而轨道不仅是确定的，更是时间可逆的（牛顿定律在时间t－＞-t反演下具有不变性），一旦知道了初始条件， 我们既可以推算出所有的后继状态，也可以推演出先前的状态。在这里，过去和未来推演着相同的角色，这导致了“拉普拉斯妖”的出现：拉普拉斯（Pierre Simon de Laplace ）想象这个小妖有能力去观察宇宙的现今状态并预言其演化。尽管量子力学不再涉及轨道而是以波函数为基本对象，而且也已把统计概念囊括于物理学核心之中，但波函数却满足确定性的时间可逆方程（薛定谔方程）。依靠此种方程，自然法则导致了确定性，自然是一个至少在原则上我们可以控制的自动机，新奇性、选择和自发行为仅仅从类的角度看是真实的。时至19世纪中叶，达尔文在生物学意义上为终结时间可逆性认识点燃了第一把火，它的生物进化论把生命确立为一个永无终结的进化过程的结果，从而将演化置于我们对自然的认识的中心。随后，热力学的产生在物理学意义上为终结时间可逆性认识点燃了第二把火，热力学是专门研究有时间方向的不可逆过程（如放射性衰变，或者是使流体的流动随时间变慢的黏性）的一门科学，熵（Entropy）是其重要的研究对象。熵在希腊文中意指“演化”，按照热力学第二定律，不可逆过程产生熵，并随时间的推移系统内部的熵会不断增加。对可逆性的怀疑同样出现在社会和文化领域，例如，受中国学人误读甚多的社会达尔文主义把生物进化学说，尤其是把生存斗争、适者生存的规律用来诠释或阐明人类社会的发展和结构，[1] 试图点燃社会科学意义上的时间不可逆之火。而英国学者苏珊·布莱克摩尔（Susan Blackmore）在文化学上燃起了颠覆可逆性认识的第四把火，她在借鉴生物进化思想的基础上，为表达文化传播和演化规律而特别创造了文化“谜米”（meme）一词与动物“基因”相类比。她认为，“成功的谜米得以被拷贝、复制，从而传播开来，而失败的谜米则否。”“谜米学以一个再简洁不过的理论机制为出发点，这个机制就是：谜米之间相互竞争，以占有人们的头脑并由此传播开来。”[2] 而进化心理学作为当代西方心理学的一种新的研究取向则可视为“达尔文的新疆土”。[3] 以上理论说明科学有了一个共同的基点：对进化或演化（包括进化和退化）的不可逆性的认同。
进化（演化）过程一去不复返，它无所谓下一次，不可逆过程在所有科学领域都存在。这里需要注意的是，所谓的不可逆性主要是从宏观层次而言的，它表明的是个体的细微变化（个体的易变性或微观的碰撞）在发生了一段时间之后会在一个集体层次上产生进化，即宏观层次的不可逆产生进化。正是在这种全局层次上，在群体层次上，过去和未来之间的对称性被打破了，科学可以承认时间流。如一个与建筑风格有关的例子：公元前5世纪的伊朗砖与19 世纪的新哥特式砖并无太大的区别（微观层次），但结果——波斯波利斯王宫与新哥特式教堂——却呈鲜明对照（宏观层次）。当然，不可逆的地质过程与生物、文化过程相比有不同的时间尺度。更重要的是，存在着进化的多样性，它们在生物学领域中特别显著。
二 空间层面对确定性的解构
自古以来，天文学家和哲学家都相信，天上的运动是由简单的几何定律支配着。简单性不仅仅理解为方法上简单省力所需，而哥白尼却把它作为真理的一个特征。然而，现代科学研究方式表明，物理的、社会的和精神的实在都是不确定的。不确定性受时间不可逆的影响，同时也意味着随机性、无序性（如熵增引起的无序性增加、有序性减少）、非线性、不稳定性和不可预测性，因而也是复杂的。一旦包括了不确定性，自然法则（规律）的意义就发生了根本变化，自然法则现在表达可能性或概率。[4] 在天体物理中，尽管一大类事物的运动服从牛顿物理学定律，它们的轨迹却是敏感地依赖于其起始条件的，因而排除了长期预测。轨道依然存在，但它们是随机的概率过程的结局，无论如何精确地配合我们的初始条件，我们都得到不同的轨道。在混沌系统中，如同贝尔纳德实验的流体层，有序地出现不可能预测，因为这有赖于微观上的起始小涨落，诸如蝴蝶翅膀扇动那样的随机事件，原则上是可能通过逐级放大而影响全球的天气。在社会科学领域，运用数学方法（如回归方程）建立预测模型时的一个隐含的假设是：与现有历史数据吻合得最好的模型将也是能超出这些数据做出未来预测的最好模型。但是，对于大量的真实世界的情形，这种假设并不见得有效，因为它忽略了测量误差，也难以进行试验控制。例如，若只有一部分股票市场的顾问使用股票行情预测技术的支持，他们会做得很好，但如果股票市场上的所有代理人都使用同样的学习策略，那么预测就将成为某种自欺欺人的预言。从整个社会发展来看，我们当然可以观察到一个个的个体以其自己的活动，对于代表着文化、政治和经济秩序（序参量）的社会的宏观状态有贡献。然而，社会的宏观状态并非只是其所有部分的平均，它的序参量以定向（“役使”）其活动、激发或抑制其态度和能力，强烈地影响着社会中的个体。如果由于内部或外部的相互作用，环境条件的控制参量（序参量）达到了某种临界值，宏观状态就可能运动到某种不稳定区域，在此高度发散的多种可能途径成为可能。微小的不可预测的微观涨落（例如为数很少的有影响人物、科学发现、新的技术），就可能决定了社会将在分叉处不稳定态的发散途径中取得何种途径。[5] 在这种意义上，所谓英雄史观确有其科学的根据，它强调的是在历史的非常态下（革命的关键时期），英雄可以显其本色，而在常态下（社会的稳定时期），群众史观也许可以获得更多一点的支持。
可见，无论是从自然科学、社会科学还是整个社会发展的历程来看，都意味着我们必须赋予非确定性和确定性、无序性和有序性以同等重要的地位，看到非确定性、无序性不仅具有破坏性，更要看到它所具有的建设性意义——它意味着自由与创造。这种建设性意义在不同的系统中表现方式不同。比如，为减少因解体和退化引起的无序性和不确定性，对于人造机器这种孤立系统需要通过修理它或调换损耗的零件来实现，这意味着新的创造出现的可能；对于生命体这种开放系统而言，可以激发其更新蜕变了的分子的和细胞的构成，某些种类甚至可以再生整个器官，更深一步说，生命体可以通过与环境进行物质和能量的交换引进负熵流，尽管系统内部产生正熵，但总的熵在减少，在达到一定条件时，系统就有可能从原来的无序状态自发地转变为在时间、空间和功能上的有序状态，产生一种新的稳定的有序结构。当然，人造机器和生物个体最终会退化和解体（报废、衰老或者死亡）——在各种人工误差或遗传信息传递中发生的“差错”的积累的作用下，熵把它战胜了。从这个意义上说，无序性、不确定性构成了世界的本质，但从自然和人类发展的整个历史长河来看，这种衰老和死亡恰恰体现了自然与人类社会的进化历程。在这里，我们又可以回到前面的观点：时间对称性（可逆性）被打破了，因为过去和未来在统计表述中扮演着不同的角色。
三 个体层面对自主性的诉求
经典科学（实验科学）把一个对象从它的环境中抽取出来而置于实验的人为环境中，然后改变它和控制它的变化以便认识它，因而，在经典科学那里，自主性是不可理解的。针对生命系统，系统科学发起了自主性的思想革命，集中体现在如下五个概念之中。
首先是控制论带来了第一个重要的概念：反馈。它使人们认识到：系统的结果反作用于原因和改变原因。这样我们看到了环形因果性，从而与线性因果性决裂。恒温性是机体内环境稳恒态的各种性质中的一种特性，从此我们看到反馈的因果性允许建立一种内在的因果性，这种因果性以某种方式把机体从外在的因果性中解放出来，尽管受到后者的作用，但是通过后者发生反作用，它抑制了这个外在作用或把它抵消了。因此恒温动物远未被外部的寒冷所影响和伤害，它以产生更多的内部的热量来回应。可见，一个自我形成环路的系统造成它的自我因果性，从而造成它的自主性。
第二个重要概念是贝塔朗菲的开放系统概念。开放系统是一个在能量上并且也可能在信息上向外部世界开放的系统，也就是说它能够用物质／能量，甚至信息来滋养自己。因此，开放系统是一个能够滋养它的自主性的系统，但这要通过依赖外部环境来实现。我们看到自主的概念只能在与依赖的概念的关联中来认识，这说明自主的概念是一个相对的和有条件的概念。
第三个重要概念是自组织的概念。生物的自组织是一种不断自我修复、自我重组的组织。人们发现这种组织是在遗传基因上“程序化”了的。但是没有任何“机器之外”或“先于机器”的神灵从外部来创造这些“程序”，也就是说这些程序是随着生命本身的自我产生而自我产生的，随着生命的自我发展而自我发展。自我产生或自我组织的概念不排斥对外部世界的依赖，相反的，它与后者相连。使人印象深刻的事实是即使最微小的细菌都能自我繁殖和随着构成它的分子的蜕变而自我产生和自我修复，亦即根据环境中的随机事件和变化来自我修正的创造性的行为方式。
第四个重要概念是个体性概念。免疫系统是这样一个防卫系统，它进行自我和非我的分子水平的区别，排除和消灭被辨认出是非我的东西，保护和捍卫被辨认出是“自我”的东西。因此，免疫学在生命科学中引入了自我的概念，这个概念包含着自我辨认自身的个体性的原则和倾向。更深入一些，任何生物都是进行运算的存在物，亦即它们能够把它们内部固有的资料和外部的资料／事件都作为信息处理，因此这个为自我运算的存在物实际上是以第一人称在运算。个体性因此不仅是差异性和特殊性，它还是主体性：把我放置在它的宇宙的中心。生物的主体既是自我中心的又是族类中心的（也就是说它们关心自己的亲人，努力庇护、保卫子女），而且在存在社会的地方，它们也是社会中心的。三种中心主义是同时互补、竞争和对立的概念；这意味着它们的关系是复杂的。[6]
第五个重要概念是主体的概念。1994年，霍兰提出复杂适应系统理论（Complex Adaptive System，简称CAS），该理论把系统中的成员称为具有“适应性”的主体（adaptive agent）。所谓具有“适应性”，就是指主体能够与环境以及其他主体进行交互作用。主体在这种持续不断的交互作用的过程中，不断地“学习”或“积累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。整个宏观系统的演变或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的出现，新的、聚合而成的、更大的主体（即“聚集体”）的出现等等，都是在这个基础上逐步派生出来的。以聚集体为例，在系统中它像一个单独的个体那样行动，如生物界中的共生现象，组织中的小团体等；聚集不是简单的合并，也不是消灭个体的吞并，而是新的类型的、更高层次上的个体的出现，原来的个体不仅没有消失，而是在新的更适宜自己生存的环境中得到了发展。因此，主体是多层次的、和外界不断交互作用的、不断发展和演化的、活生生的个体。对于系统的组成部分，以前一般称为元素、单元、部件或子系，如照贝塔朗菲的观点：“系统是相互作用的多元素的复合体”。[7] 从元素到主体，并不是一个简单的名称的改变。作为与系统、全局、整体相对而言的概念，元素、单元、部件通常被认为是被动的、局部的、死的，是“整体的齿轮和螺丝钉”，没有自己的目的与意志。主体的概念则把个体的主动性提高到了系统进化的基本动因的位置，从而成为研究与考察宏观演化现象的出发点。
四 整体层面对涌现性的澄明
自伽利略和牛顿以来支配科学发展的指导思想是还原论思想，认为整体或高层次的性质可以还原为部分或低层次的性质，或者把可认识的东西局限在可测定的、可量化的、可形式化的东西上，这是根据伽利略公理得出的：现象只应该依靠可测定的数量来描述，因而整体可以认为是部分之和。然而，按照一般系统论的观点，系统具有整体性、关联性、动态性、有序性、终极性（目的性）等特点，其中整体性是最为核心的一个特点。系统是由它的所有组分构成的统一整体，具有整体的结构、整体的特性、整体的状态、整体的行为、整体的功能等，因此，整体性强调系统的静态结构特性，可以采用“整体大于部分之和”来描述。随着复杂性科学的发展，人们又提出了涌现性（emergence）这一概念， 以进一步解释高层次具有低层次没有的特性，这种新特性是由于系统的动态变化所形成的，可以采用霍兰（J.Holland）“多来自少”的说法表示。可见， 整体性和涌现性实为同一事物的两个方面，因而人们将这两个概念合二为一，把整体才具有但还原为部分便不存在的特性，或把部分特性加和起来无法得到的特性，称为整体涌现性（whole emergence）。
从空间结构看，整体涌现性是由它的组分或主体按照系统的结构方式相互作用、相互补充、相互制约而激发出来的，是一种主体之间的相干效应，即结构效应、组织效应。不同的结构方式，即主体之间不同的相互激发、相互制约方式，产生不同的整体涌现性，典型例子是同样的原子成分按照不同结构方式经过化学反应形成性质不同的分子。
从时间结构看，我们说个体是整体的基础，并非指孤立的、单独的个体是整体的基础，而是具有主动性和学习功能的个体（即主体）的相互作用才是整体的基础，正是这种相互作用带来了整体涌现性。在复杂系统的演变过程中，较小的、较低层次的主体通过某种特定的方式结合起来，形成较大的、较高层次的主体（聚集体），这是一个十分重要的关键步骤，往往是整体特性发生变化的转折点，从而使微观和宏观有机地联系起来，为深入研究宏观系统问题开辟了道路。然而，对于这个步骤，基于还原论的方法是很难加以说明和理解的，以建立在概率论基础上的统计方法为例，它把宏观系统的某些属性理解为微观个体的某些属性的统计量，如气体温度之于分子的动能，总体国民教育素质之于每个社会成员的教育程度。如果将个体视作没有主动性的统计量来看待，那么我们的确只要用统计方法就可以了解宏观与微观的静态关系，这正是还原论的观点，也的确可以反映事物的一些性质。然而，问题在于，如果个体是“活的”，有主动性和适应性，以前的经历会“固化”到它的内部，那么，它的运动和变化，就不再是一般的统计方法所能描述的。曾有人做过这样的计算：如果地球上的有机物只是由于按照统计规律的偶然结合而产生的话，那么，从地球诞生到今天，连第一个蛋白质分子都还没有产生！[8] 而且，系统的整体涌现性所产生的新特性一旦产生，就会反馈作用于形成它们的条件，形成自主涌现的特征。以历史上产生的第一个生物细胞为例，它是在涡流和闪电中的原始的汤的内部由于核酸和氨基酸的相互作用而偶然产生的。它的产生因此取决于极其随机性的条件，但是一旦它作为生物存在，这个原始细胞就具有了构成它的化学分子所没有的特性，如新陈代谢、与环境交换的能力，以及更为基本的自我产生和自我再生的能力。
在这里，我们也可以进一步看到，整体涌现性不仅是系统空间结构上所形成的特性，也是时间结构上不可逆性所导致的演化效应。
五 小结
系统科学发展所产生的有关不可逆性、不确定性、非线性、无序性、不稳定性、不可预测性、自主性、涌现性等革新思想可以使我们不仅看到过程、规律性、随机性、复杂性，而且也能够看到存在物、存在活动、主体。科学给予自然和社会问题的回答将不再是一味的操纵，而更需要与世界对话。当然，我们也要认识到，一种纯粹可逆、确定、有序、稳定的世界不是一个理性的世界，而只是一个被合理化了的世界，同理，一个纯粹不可逆、不确定、无序、不稳定的世界也不是一个真实的世界，而只是一个极端的世界。上述科学观念的冲击和改造都不是绝对的描述，都有其相对适用的范围，因此，我们需要以两重性逻辑的方式进行思考，以互补的、辩证的方式把概念的对立面连接起来。
现代系统科学对科学观念的种种革命性冲击是对整个科学体系而言的，必然改变传统自然科学与社会科学之间彼此孤立的关系。作为一门横断性的学科，系统科学比一般的交叉学科如生物物理等涵盖的范围更宽，它研究各类系统（从物理系统，化学的系统，生物系统，到经济系统和社会系统）的共性特征，是各门学科的方法论和基础，有关系统科学的诸多概念和思想无需做削足适履式的修饰就可以应用于其他学科，诸如系统、自组织、主体、非线性、复杂等等，这些概念和思想作为一种公共产品，不由哪门科学所独享。因此，系统科学的横断性体现了世界的统一性和完整性，是客观世界在人类认知领域的完整反映，促进了自然科学和社会科学之间的相互融合，标志着人类科学体系走向成熟。诚如提出量子论的德国著名物理学家普朗克（M.Planck）所说，“科学是内在的整体，它被分解为单独的部门不是取决于事物的本质，而是取决于人类认识能力的局限性。实际存在着由物理学到化学、通过生物学和人类学到社会科学的连续的链条，这是一个任何一处都不能被打断的链条”。[9] 系统科学维系了这条“链条”，成为横跨在自然科学与社会科学之上的一座桥梁。在这个意义上，与其说自然科学与社会科学的界线在不断模糊，毋宁说自然科学与社会科学恢复了其原初的统一性。
但是，自然科学与社会科学毕竟不是同一种科学类型，在系统科学的视野下它们又存在怎样的区别呢？第一个区别是在科学内涵上（如上述四个方面的冲击和改造）可能存在程度上的不同，而另一个更为重要的区别就是研究对象的差异。传统观点认为自然科学是与人与社会无涉的、研究纯粹自然世界的科学，而社会科学则相反，这反映了笛卡尔时代以来人与自然、精神与物质二分原则。在现代系统科学的视野下，传统科学截然二分的研究对象逐趋消弭，自然科学与社会科学可以中心问题域这一综合的研究对象来区分。可以认为，处于自然科学（特别是应用科学）最顶层的中心问题域是“自然的人化”问题，因为从主体活动的层次看（科学即是主体活动的过程和产物），“作为自然科学的对象的‘自然界’决不像自然科学家本能地看到的那样，是给定的、具有自在的先在性的，相反，它是建构的”[10]；而处于社会科学顶层的中心问题域则可以是“人（及其群体）的自然化”问题，“所谓人的自然化并不是要回到动物性去被动地适应环境；刚好相反，它指引超出自身生物族类的局限，主动地与整个自然的功能、结构、规律相呼应和建构”[11]。如此看来，是不是也可以认为在系统科学的视野中找到了中国传统的“天人合一”图景的回归了呢？
收稿日期：2005—12—09