有生于微：系统生成论的基本原理，本文主要内容关键词为：基本原理论文,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：N94；02 文献标识码：A 文章编号：1005—6408（2007）01—0001—06
1 系统描述：从构成论到生成论
从贝塔朗菲的文章“一般系统论”于1945年发表至今的60年中，系统科学早已从无到有地发展成为学科林立的庞大知识体系。经过钱学森等人的努力，系统科学“三个层次一座桥梁”的体系结构在20多年前已被清晰地揭示出来。尽管钱学森设想的系统学尚未建立起来，但人们对它的理解在逐步深入，而初具规模的自组织理论、非线性动力学等已各有一套独特的概念体系，理应被当成系统学的构筑材料。就是说，系统科学的基础理论层次已不是一片空白；而未来成熟后的系统学必定是一个学科群，经过进一步提炼的自组织理论和非线性动力学是它的重要组成部分。
从系统科学的发展现状来看，从技术科学层次的控制论和运筹学到基础科学层次的自组织理论和非线性动力学，对系统的描述主要是基于构成论建立起来的，即作为描述对象的系统是已经给定的，或者既成的，系统研究的任务是考察它的结构、特性、行为、功能和演化，制定相应的描述方法，建立理论体系。普利高津的耗散结构论，哈肯的协同学，巴克的自组织临界态理论，考察的都是一个给定的系统如何从一种结构模式演变为另一种结构模式。虽然每一种新模式都是生成的，系统演化就是新模式形成并取代旧模式的生成过程，但整个系统是既成的，因而总体上属于系统的构成论描述。贝塔朗菲在构建一般系统论的理论框架时不能不考虑系统的生成问题，他的代表作《一般系统论：基础、发展和应用》包含许多有关系统生成的思考，但主体还是构成论的，他给一般系统下的定义（微分方程组）就是一种构成论的定义。钱学森的开放复杂巨系统理论也是一种构成论的系统理论，至今没有考虑系统生成问题。
生成论坚持这样一个基本信念：任何系统都不是从来就有的，更不是某个外在力量给定的，而是有起源的，是从无到有地生成的。生活经验支持生成论。人们能够在经验中把握的任何系统，如黄河、泰山、老子、牛顿、电脑、飞船等，都是生成的。现代科学支持生成论。19世纪的三大科学理论（赖尔的地质学、达尔文的进化论、马克思的历史唯物论），20世纪关于事物演化生成的各种科学理论，都对生成论提供了有力的支持。最有力的支持来自宇宙学，它断定宇宙是生成的，即大爆炸的产物。既然宇宙是生成的，断言宇宙中的一切系统都是生成的就是合乎逻辑的结论。
阐明整体与部分的关系是系统科学的基本理论问题，但构成论和生成论的回答不同。构成论观点可以表述为这样一个命题：整体是由部分构成的。构成论描述的任务是回答以下问题：系统整体由哪些部分构成，部分怎样构成整体。生成论观点可以表述为这样一个命题：系统的整体和部分都是生成的，而非给定的。生成论描述的任务是回答以下问题：事物生成的起点何在，生成的过程、机制、规律如何。两套描述体系显然有原则的区别。
最早基于生成论构筑的系统理论是冯·诺伊曼在20世纪50年代提出的元胞自动机理论。但基于生成论来描述系统，即描述系统从无到有的发生发展，只是70年代以来才受到学界广泛关注，并取得一系列进展。艾根的超循环论是关于第一个活细胞如何生成的自组织理论。曼德勃罗特的分形几何提供了刻画一类生成现象的有力数学工具，十分诱人。将元胞自动机、生成转换语法和分形几何结合起来，提出DLA模型、L系统、人工生命等，都属于对系统的生成论描述。圣塔菲学派以适应性造就复杂性为基本假设，试图对一大类复杂系统（所谓复杂适应系统）建构统一的描述体系，即CAS理论。跟耗散结构论、协同学等相比，CAS理论具有较为明显的生成论特征。
就系统科学的发展历程看，首先把系统当成既定的，建立构成论的系统理论，然后研究它的生成演化，建立生成论的系统理论，符合科学发展的一般规律。构成论的系统科学已经比较成熟，生成论正越来越受到学界的重视。这并非说构成论描述已经过时，只有生成论描述代表未来。辩证法认为，构成论描述和生成论描述是互补的，对系统科学的发展都不可缺少，应当结合使用；二者又是相互渗透的，构成论的描述框架中有生成论的描述，生成论的描述框架中也有构成论的描述。但构成论描述毕竟相对简单些，已经有相当的发展；生成论描述则要复杂得多，有关研究还远不成熟，却代表着系统科学未来发展的主要方向。
2 生成论的哲学表述：有生于无
大千世界的各种系统从何而来？如何生成？这是一个令人类智慧深感困惑的古老问题。对于这个问题的哲学回答古已有之，概括说来，无非两大观点。一种是“有生于有”，或者说“有中生有”[1]。有生于有论是有根据的，系统A生成之前的世界虽然没有A，但有种种非A的系统或事物存在，A一旦生成后，总可以发现这些非A的存在（至少其中一部分）为A的产生提供了资源、条件乃至根据，没有它们就不会产生A，有了它们迟早会产生A。有些事物甚至在它们未产生之前已存在明确的前提或母体，A这种有产生于作为其前提的那种有，故曰有生于有。现实世界存在各种各样的有，彼此呈现出程度或类型的差别，即大有和小有，多有和少有，复杂有和简单有，这种有和那种有，等等。所谓有生于有的表现形式多种多样，或者是大有生于小有，或者是多有生于少有，或者是复杂有生于简单有，或者是这种有生于那种有，等等。但实在论哲学只承认有是事物的存在状态，不承认无也是事物的一种存在状态，在有和无之间划定一条不可逾越的界线，断言不论什么事物，有即存在，无即不存在，有只能生于有，带有明显的形而上学特征。
另一种观点是老子的命题“有生于有”[1]，也可以借生活用语“无中生有”表述。考察任一具体系统A，世界原本无A，在一定时期变成有系统A的存在，表明A是从无到有地生成出来的。就世界状态看，A产生之前的世界是一个无A的世界，或者说世界以无A的状态存在；A产生后的世界变成一个有A的世界，或者说世界开始以有A的状态存在，A的产意味着世界发生了从无A状态到有A状态的转变，其深层含义是不能用有生于有命题来涵盖的。辩证哲学认为，无也是一种存在状态，有和无是事物的两种对立的存在状态，但反对把这种对立绝对化、凝固化。作为一对矛盾，有和无是互为存在条件的，既相互依存，又相互对立，既相互渗透，又在一定条件下相互转化，有可以转化成无，无可以转化产有，即老子所谓“有无相生”[2]。有生于无是一个辩证命题，其中蕴含着有生于有命题无法包含的微妙含义，更须靠哲学的智慧去把握。
辩证唯物论认为，有生于有和有生于无也是一对矛盾，二者均为相对真理，对于解决系统生成问题都是必要的，两个命题结合起来才能深入全面地解释系统的生成。老子的生成论是完全辩证的，既讲有生于无，也讲有生于有，认为无是天地之始，有是万物之本原，要人们从无中领悟道的奥妙，从有中体察道的端倪。应用于本文的主题，就是要从无中领悟事物生成的奥妙，从有中寻找事物生成的端倪。有生于有命题的优点是具有可操作性，便于实证研究。只要系统A的生成是从小有到大有，从少有到多有，从简单有到复杂有，从这种有到那种有，总可以发现A的开端，找到描述A之生成的方法。但有意味着实在，无意味着空虚，存在应是实在与空虚的对立统一。基于有生于有的描述太坐实，太直白，适用于比较平庸的生成过程，不足以反映从无A到有A的质的飞跃，用来说明一些意义重大的生成现象常给人以肤浅之感，无法体现这些现象的微妙玄通。生命的起源就是这种生成过程，基于有生于有命题，无法透彻解释生命现象是如何从无生命世界中产生出来的。生命现象来自无生命现象，是典型的有生于无。一切人工创造物，不论实体的还是文化的，从最初的灵感、顿悟、念头到实际可以感受的系统被创造出来，这种生成过程更近于有生于无，作为系统生成起点的那种灵感或顿悟或念头无法归结为某种小有（或少有，简单有，别种有），它那虚无缥缈、捉摸不定的特点更近于无。诗家喜欢讲，空灵蕴藉的诗最有诗味，完全坐实、直白的诗最无诗味，从另一个角度反映了这个道理。
但有生于无是纯思辨命题，最大的缺点是没有可操作性，不能作实证的考察，无法寻找事物生成的端倪。而没有实证的考察，不能确指系统生成的起点或端倪，不揭示有生于无的机制和规律，关于生成问题的思考就不能上升为科学。存在无穷多种不同的生成过程，单靠有生于无命题不能区分它们。例如，如果由于中华民族和中华人民共和国都是从无到有生成的，便对二者的生成不加区别，岂非笑话。仅从有生于无命题出发，地球上一切系统生成的起点都得追溯到46亿年前，宇宙中一切系统生成的起点都得追溯到大爆炸那一时刻，这显然是荒谬的。对于任一系统A而言，生成它之前的无是一种无穷过程，无法作实证的把握；而A的生成只能是一个有限过程，有限的事物才是可以作实证考察的对象。任何具体系统的生成都有一个有限的起点（端倪），系统生成论需要找到这个起点。
辩证法断言，一切两极对立都是通过中介而相互过渡的。从有生于无到有生于有也应通过中介来过渡，系统生成论需要找到这个中介，它既不同于有，也不同于无，既联系着无，也联系着有，既可生成为有，也易消失为无。
3 生成论的科学描述：有生于微
十多年前，物理学家惠勒提出一个令人费解的命题“It from bit”[3]，如果直译，应是“万有源于比特”[4]，或“有生于比特”，给人的感觉是太过直白，失去惠勒命题隐含的那些不可道之道的信息。港台学者译成：“大千源于位”，也是“万物源于比特”的意思，但用“位”译“bit”既不信，也难达，亦不雅，很有些莫名其妙。近年来田松把它译成“有生于微”[5]，加上朱照宣的诠释， 使我理解了它的精妙，深信此一命题正是笔者多年寻找的那个生成论的科学表述。
英文bit的原有含义是“一点点”，或“少量”。事要一点一点干，饭要一口一口吃，用英文表述这类命题都得使用短语“bit by bit”。60年前在建立信息论时，申农把信息的二进制度量单位命名为bit，汉译为比特，赋予bit一个跟信息相关的新含义。从此，不少英语作者喜欢在不同场合下以bit表示信息，惠勒亦然。命题It from bit显然包含了bit的这两种含义。把bit译成“微”，把惠勒命题译成“有生于微”，可以涵盖英文的这两种意义，既跟惠勒的另一命题“万物都是信息（Everything is information）”[7] 接轨，又可以跟中国传统文化衔接，体现了我们今天的认识既是对惠勒命题的继承和超越，也是对老子命题的继承和超越。有了微这个哲学范畴，把微界定成介于有与无之间的另一种存在状态，就可以克服上节所述理论困难。微正是我们寻找的那个位于无和有之间的中介，即
无 微 有
或者说，有生于微是沟通有生于无和有生于有的中介，即
有生于无 有生于微 有生于有
那么，什么是微呢？通俗点讲，微作为事物或系统的一种存在状态，既非无，亦非有，而在有、无之间。就质而论，微逼近有，跟无有质的区别，虽然微小却不可轻视；就量而论，微逼近无，比无多一点，比有少得多，微乎其微，微不足道。简言之，微的质近于有，量近于无，是有与无、质与量的辩证统一。若借用数学语言做隐喻，则有是1，无是0，微是无穷小ε。微是以极其微小的量体现出来的不可忽视的质。在现有科学的哲学思想中，可以忽略不计的量所体现的质一般也可以忽略不计，只有在相变临界点上，可以忽略不计的量才跟不可忽视的质联系在一起。微则超越了此一限制。
哲学地看来，任何具体事物都是从无到有生成出来的，但事物生成作为一种过程，需有一个可以作实证描述的起点，它应当是某种非零的存在，无或零可以是哲学描述事物生成的起点，不能是实证描述事物生成的起点。然而，只要有微这种非零的存在，哪怕是无穷小，就同无有了质的区别；一旦条件具备，它就会发育生长，转化为有限事物的小有，继续成长壮大，直到变为完成形态的那种有，这就叫做有生于微。但微毕竟还不是有，由于它在量上微不足道，有可能中途夭折。关键在于体现微这种存在状态之本质的是它的信息形态，至于它的物质形式则是非本质的，微乎其微，可以忽略不计。微的存在价值或意义是代表某个未来系统的信息核，有了它，就有了生成该系统的内在根据。由此引出以下定义。
以微不足道的物质载荷、以微不足道的能量传送的关于未来系统的信息核，叫做微。
在汉语中，微不足道，微乎其微，防微杜渐，尘埃落定，这类说法都隐含着某些有生于微的意思。一切事物在其生成起点上都是微不足道的，或者说一切有都从微乎其微的起点开始，跟已经存在的各种有比较起来，新事物的萌芽都显得微不足道，往往被蔑视，能否成长壮大很难预料。另一方面，看似微乎其微的尘埃，只要它尚未落定，那些强大的趋势就不能说大局已定，尘埃代表的异己趋势就有取而代之的可能性。此时的尘埃显然属于微，但微而足道，不容忽视，落定后的尘埃才是零。反向观察，对于一个不希望它生成的系统，必须懂得积微成著的道理，因为只要有了这种微，就有可能逐步积累而形成气候，最终否定那个人们原本希望保护的有，我们的先贤由此而留下防微杜渐的古训。
如何区别微和小有？微和小有之间是否存在明确的界线？微和小有都是札德意义上的模糊概念，既不能苛求给出精确的分界线，又要承认其间存在原则性差别。粗略地说，被当做生成起点的那个存在形式，如果它的物质形式可以忽略不计，就可以看成微；如果它的物质属性不容忽视，就属于有的范畴，即小有。植物种子能否看成微？就基因结构指导植株发育看，种子就是微。不过，俗话说，春种一粒子，秋收万颗粮，种子和所收粮食之比是1∶10000，仍然是一个有限数，质量不可忽略不计，故植物种子还不是典型的微。动物精子和卵子相结合的一刹那所生成的受精卵则不同，作为新生命的起点，它与精卵未结合前的无相比较有了质的区别，一个新生命的生成从此开始；但受精卵的质量跟成型动物躯体已无可比性，生物学和医学都不考虑受精卵的质量问题，即受精卵的质量这种物质属性近似于无穷小，可以忽略不计，故受精卵是典型的微。
必须再次强调指出，作为一种存在状态，微在本质上是一种信息形态，其物质能量方面的属性可以忽略不计，事实上也无法计量。一项宏大的社会运动，一种新发明，一个新理论，最初常常是头脑中一刹那闪过的某个念头，一种极易消失的信息，一种非零的无穷小存在；在那个念头闪现之前，新事物是完全的无，作为一种信息的那个念头就是作为新事物之起点的微。它只是一种寄存于大脑这种特殊物质载体上的信息形态的存在，一种“幽灵”般的存在；但它原则上不同于无，只要条件具备，就可能最终转化为一场重大社会运动，或一项巧夺天工的新发明，或一个震惊世界的新理论，或一首流传千古的诗篇。这类系统的生成最适宜用有生于微来阐释。“晴空一鹤排云上，便引诗情到碧霄。”（刘禹锡）一鹤排云而上的现象在诗人头脑中激起的诗兴，就是生成一首诗的微。而物理学领域的系统生成，就现有科学发展水平看，用有生于有来阐述一般已经足够了。物理学至今不用信息概念，与此不无关系。但随着物理学和信息科学的发展，更深层次的物理规律有可能必须用信息概念来阐述；果如此，有生于微原理在物理学中也必将派上用场。
英文bit表达的“一点点”还是有限量，仍然属于有的范畴，即小有；惠勒命题It from bit实为有生于有，跟有生于微还有原则区别。本文讲的微，需要造一个英文新词wei来表示，但应当按照中国语言来界定，它的词义近乎老子讲的微、妙、玄、精；从物质角度看，它的确微不足道；从信息角度看，它微言大义，妙不可言。但惠勒把信息看成构成基本粒子、原子以至一切事物的原初存在，联系他关于“世界只是想像中臆造的东西”[7] 的信念来看，惠勒命题已滑向神秘主义，有可能把人们引向非科学，我们不敢苟同。当然，这些神秘化的表述中包含着合理成分，不可一概否定；改用微来表达，就可以把这些合理成分提取出来，加以发展，从而超越惠勒命题。
4 系统生成过程的刻画
系统的构成论描述是在对自然科学特别是物理学方法借鉴和改造的基础上形成的，不明确使用信息概念无妨大局。普利高津试图用分子之间的通信解释自组织，哈肯以信息为工具讨论自组织，都不算成功。究其根源，在于耗散结构论和协同学作为构成论的系统理论，信息概念和原理很难有机地融入其中，基于申农的信息熵概念通过计算信息量来描述自组织不是很有效的途径。钱学森设想的系统学大体也如此。在这些理论体系中引入信息描述的困难，可以说是一种结构性困难，方法论困难，而非技术性困难。
系统的生成论描述则不然。接受有生于微的观点，把微定义成系统的信息核，决定了它原则上不能沿用现有自然科学的那套方法论，必须把信息作为核心概念，从信息运作（包括信息的获取、表示、传送、加工、转录、存取、控制、创生、消除等）入手，着眼于描述系统的生成、运行、演化，着重考察的是通信、识别、信息创生、信息处理和信息积累等，而不顾及物质、能量的运动、耗散、转化等问题。这是一套全新的描述体系，目前只有一些零星的成果，无法进行系统的总结。本节只作以下极初步的议论。
系统生成过程的刻画包括两部分。首先是对作为生成过程起点的微的刻画。把生成论贯彻到底，就应该承认作为系统生成过程起点的微也是生成的。一个未来系统A的信息核是在此前的无A世界中发生的，属于新信息的创生。无A世界的既有信息不断积聚、分化、重组、改变、转化、生灭，原则上就可能以某种不可预料的方式在某个时空点上形成新系统的信息核，即作为新系统生成过程起点的微。微的产生必然带有突发性、随机性和模糊性，对其生成过程作实证描述难度极大。就目前研究水平看，可行的办法是凭借悟性的把握，具体问题具体分析，归纳经验材料，以假设形式或以定义形式给定微。
在国内，金吾仑提出生成子，李曙华提出生成元，大体都属于本文讲的微。李曙华指出：“生成元不是既存的，而是生成的。”[8] 但她并未讨论生成元如何生成。迄今见到的各种生成论描述，生成元都是用定义的形式给定的。在这方面，分形几何可能最有代表性。从简单的原图和生成规则出发，经过反复迭代，可以生成复杂漂亮的分形图像，而原图和生成规则一起充当分形图像的生成元，即作为生成过程起点的微。例如，以一条直线段为原图。以三等分线段、除掉中间一段为生成规则，就给定了生成元。作为原图的线段，只是一种数学抽象，连长度这种广延量都无关紧要，更不必考虑其他物质属性，完全符合微的规定。规定了生成元，反复进行简单的迭代操作，最终生成康托尘埃这种奇异的几何对象，可以描述通信系统的噪音分布等，颇有系统意义。
或许应该区分可能的微和现实的微。只要有了健康的父母，就具备了生成子女的可能性，但未结合的精子和卵子只是可能的微，受精卵才是现实的微，精子和卵子的结合才是生命个体系统生成的起点。对于棋类游戏来说，有了棋子和弈棋规则只是可能的微，棋手在棋盘前坐定后决定把规则付诸实施，才有了现实的微。
第二，描述系统生成的关键是刻画从微到系统整体的演变发展过程。既然微是系统生成的信息核，系统生成必定是各种信息运作综合集成的过程，描述系统生成问题就是描述这种信息运作。在这方面，分形几何并未提供多少有价值的知识，因为在规定了原图和生成规则后，生成过程仅仅是反复迭代这种完全机械式的操作，不能反映系统生成过程如何获取、分配、消化资源，如何适应环境，如何创造系统特有的信息结构，等等。
在这个问题上，超循环论可能提供一些重要启示。耗散结构论是在建立理论体系后才考虑信息问题，协同学虽然在建立理论体系时已经考虑到信息论，但除掉从信息角度给出的描述不影响它的基本概念框架。大体诞生于同一时期的超循环论则不同，刻画信息的选择、获取、表示、传送、加工、增值、创生、积累、转录、翻译等属于其理论体系的核心内容。艾根把生命起源的本质归结为生命信息的创生，提出信息难关假设，试图证明只有进化出超循环这种系统机制，才可能渡过信息难关，产生并保存今天的人们在DNA链中看到的巨量信息，他认定这是从化学大分子进化到第一个活细胞的关键[9]。超循环论的生物学价值有待检验，艾根关于作为活细胞生成起点的微的描述可能没有多大价值，但把活细胞起源作为一整套信息运作来处理，是典型的生成论描述，所包含的科学思想极有价值。
系统生成过程中的部分与整体处于怎样的关系？李曙华认为，“生成元是整体，不是部分”，生成过程从未分化的整体即生成元开始，在生成过程中分化出部分，分化完成后的整体即系统[10]。这个观点值得商榷。笔者的意见是：第一，作为系统生成起点的微或生成元，既非部分，亦非整体，既蕴含部分，又蕴含整体，部分和整体都是系统以微作起点逐步生成的；第二，生成过程既分化出部分，也对部分进行整合，是分化与整合交互作用的过程；生成既是展开，又是收敛。至于如何具体刻画，目前几乎无话可说。
CAS理论提出受限生成过程概念，把复杂适应系统描述为某种受限生成过程，试图提供研究涌现的一般框架。这对于建立系统生成论描述体系也很有启示。但CAS理论贯彻生成论还相当有限，它关于“多来自少”或“复杂来自简单”的假设属于有生于有，不同于分形几何。生成论描述也要还原。但构成论的还原是把整体还原为部分，把系统还原到要素，生成论则把生成过程还原到生成元，两种还原大不相同。还原论在构成论描述中仍然处于主导地位，生成论描述中的还原论处于次要地位，涌现论处于主导地位。CAS理论把系统还原到积木块（机构），用积木块搭建系统，但积木块是给定的，而非生成的，积木块不是生成元，这样的理论体系实质还是构成论的。作为涌现论奠基性著作，约翰·霍兰的《涌现：从混沌到有序》一书对还原论的评价过高，表明CAS理论在超越还原论方面并未走远。
收稿日期：2005—10—03