论系统的非优与优的辩证关系，本文主要内容关键词为：辩证关系论文,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。
内容提要 本文从一个新的角度探讨了系统的非优性问题，认为系统并非唯其优，非优也是系统中的客观存在。文章从系统过程的负熵态、零态和熵增态三大发展阶段分析了非优的存在和分布的普遍性。并以系统自组织理论中的熵、涨落、突变等基本概念对系统非优作了辩证的理论说明。指出一切系统及其过程乃至过程的各个发展阶段、每个时空点都不是全优的，而是优与非优的统一。从哲学意义上说，非优具有普遍性，研究非优，才可能促进非优向优的转化。
从系统辩证学的基本思想出发，优与非优的辩证统一应是系统的一个突出特征，一对重要的范畴。但是，在整整半个世纪里，人们对系统之优进行了卓有成效的研究，而对非优则较少涉及。其实，从认识论上说，优与非优对系统而言同等重要，在理论上具有等价的意义。从应用上说，只有认识到系统的非优之点，才能有效地对自然系统、社会系统、人工系统等进行科学的改造，才能正确地实现从非优向优化的转化，才能避免人类行为的盲目性。因此，提出和研究系统的非优性问题是必要的，也是有意义的。系统非优性的内容同系统优化一样丰富，如非优性的存在，非优的基本特征，非优的产生、存在、变化的非线性机制，非优存在的数学证明，非优的数学模型，非优的计算机模拟，非优向优化转化的内外因素、机制及条件，非优在系统演化中的动力学意义，特别是优与非优在系统运动过程中是怎样辩证统一的，以及非优向优化转化的实现等。本文旨在提出问题，并以系统自组织理论说明系统非优存在的依据。
一 何谓系统的非优性
如何定义系统的优与非优，这是需要首先研究的问题。J.阿西莫夫的一段话可资借鉴，他说：“作为有机体，人类可以说是很平淡的物种，从力气上，人比不上和他同样大小的大多数动物。比起猫来，人的走路是很笨拙的；人也跑不过狗，跑不过鹿；在视、听、嗅这些感觉能力方面，人比好些动物都低劣。人的骨骼很不适合于直立行走，人可能是处在正常姿势和正常活动的情况下都可能出现‘腰酸背痛’的唯一动物。当我们想及其它有机体在进化方面的完美情况——例如，鱼儿能游得那么美，鸟儿能飞得那么棒，昆虫的繁殖能力那么旺盛，适应力那么强大，病毒结构如此简单却有完善的功能，看来人类真可以说是一种粗笨的动物。单纯作为有机体来看，人类比不上地球上的任何、特别是小生境生存的生物。人类之所以成为地球上的统治者，仅仅因为受惠于一种更重要的特殊器官——人的大脑。”〔1〕可以说这是一个重大的发现， 是他深刻地看到了人的非优之点。作为系统优劣评价的标准，他也给我们以有益的提示：一是标准的相对性意义，它是一种比较的结果；二是放在同一时空条件下进行比较；三是功能的比较等。系统论认为最佳结构、最佳功能的统一为优，这无疑是正确的。然而“佳”字却有着很强的人为性质，表现着它们的历史特征或动态性。由于内外复杂因子的非线性作用，其结构和功能决不会常驻不变，因而决定性地表现了它“否定之否定”的特征，一切优者都瞬即成了过去，“理想”的存在又必然为新生者所取代，终极的永恒的完美是不存在的。
评价系统的优劣，从不同的角度、不同的需要出发，会有不同的标准。乌杰指出，把握系统的优化应遵从客观性、相对性和条件性三原则〔2〕，即最接近或最适合所确定的标准者为优； 符合规律要求多者为优；内部根据与外部条件相统一者为优。相反者则为不优或非优。我们需要的是从系统中寻找非优因素然后再把握其整体的优劣。从系统自组织理论出发，可以认为，结构序、功能序强，参量或序参量间协同性强，与环境的物能交换能力强者为优；而那些结构序差、功能序弱，非线性相干效应不良、参量或序参量间不尽协调，同环境物能交换不畅或能力弱者自然为非优。而这一切还应注意兼顾人类利益原则，利大为优，利小为不优，而有弊者则为非优。但还应将这一切作相对性理解，不可绝对化了。一般说来，它既可以对系统整体进行评价，亦可对要素或部分进行评价。
二 系统过程及其一般特征
系统自组织理论认为，系统是所属要素在特定的时空条件下，在特定的内外环境的作用下产生长程关联等形成的有序结构；或要素在非线性非平衡条件下，通过内外随机涨落而自组织的结果。由于要素不同、条件不同等复杂因素的非线性相干作用，自组织起来的系统不仅是多样的，而且其品质也是各不相同的。即使是一个系统中其部分和各要素的优劣也不一样。这就是说，系统并非唯其优，非优也是系统中的客观存在。
系统是个过程。这个命题摆脱了形而上学的狭隘眼界，在现代科学中已成共识。过程论深刻地揭示了系统从产生、发展到衰亡的发展阶段性。以与环境作物能等交换的有效性作为系统发展各阶段的质量评价标准，我们便可看到过程中的每一时空存在的不同内容：一是每一存在点都有其特定的时空内容，任一相邻的两点都存在着时空差异；二是每一时空存在与其同环境的物能交换能力也是不等的；三是任一系统过程都表现了时空的有限性。据此，我们从宏观上可描绘出一条近抛物线，其峰值为最佳，而上升期和下降期无疑都是非优的。
从我们需要的角度看，系统过程的每一时空点的意义都是优与非优的统一，二者呈逻辑互补或辩证统一的关系。从系统自组织理论上看系统除了具有普利高津强调的开放性、远离平衡、涨落三大特征外，还有如下一些特征：
（一）持继性 由于自复制、自反馈等内部调控机制的存在，从而确保了系统从形态到结构和功能的持续不变性特征。即使系统过程中出现了新信息，故而发生了重大的相态改变，但也只是在发展阶段上出现的飞跃而决不意味着它变。而这种改变将系统中原有的优也好，非优也好，都通通带了上去，并持续存在。
（二）阶段性 系统过程的相态转变依次表现为发展、成熟、衰退三个阶段。在每个阶段中，都是优与非优的辩证统一，但却表现了双方力量的消长变化，表现为矛盾主要方面的转化，而并不发生对优或非优的排除。
（三）时空差异性 时空差异性是以其新信息的出现为标志的，它是系统从形态、功能到结构发生某种程度改变的结果。但是，这种改变并不表现出系统品质向绝对优化的方向发展，在新的时空结构中又有新的非优出现，甚或表现为弱化或退化。
（四）随机性 由于涨落出现的时机和规模、自复制中的变异和性质、信息在传输过程中的失真程度以及环境条件变化等的不确定性，决定了系统发展、演化方向的随机性。选择价值可以决定方向，但不保证方向的优化，也不管系统自身的优化。因此，此时的系统是优是劣难以确定。在自然进化中以次代优是常见的，局部退化也是不断出现的。
（五）不可逆性 系统过程中的任何时空改变都是对称破缺的结果，因而是不可逆的，特别是在关节点上产生的一切信息，无论是积极有益的、无益无害的，还是消极有害的都将被推向新阶段，置入新的相态中。有如黄河大流，在随机阻折中决定性地穿过黄土高原，于是鱼龙混杂，泥沙俱下，既孕育了文明又包藏着祸害。
（六）有限性 系统过程总是被界定在一定的时空内。即使得到了有利的条件，其功能得到特殊发挥，也只能是空间的有限扩大、时间的有限延长而决不会永恒存在。这样，系统在则优与非优在；系统灭则优与非优灭。
那么，系统过程中非优的位置在哪里呢？
三 系统过程中非优的分布
普利高津将热力学第二定律的态函数——熵置于开放系统中，从而揭示了耗散结构系统的“生命力”，即dS＝deS+diS。这个模型表明熵增量（dS）的值，为负则强为正则弱，或者说为负则优为正则非优。而熵增量又决定于熵流（deS）与熵产生（diS）的关系，热力学第二定律表明diS永远为正，耗散结构理论指出deS可正、可负，亦可为零。由此，我们可以得到如下几种状态：
设deS为负值，则
dS＝│deS│＞│diS│＜0 （1）
dS＝│deS│+│diS│＝0 （2）
dS＝│deS│＜│diS│＞0 （3）
设deS为正值，则
dS＝│deS│+│diS│＞＞0（4）
设deS为零，则dS＝│deS│+│diS│＞0 （5）
（4）（5）两态显然是特例，是特殊时空条件下造成的异变或“病态”，不予讨论。系统与环境的正常关系或“健康”状态，当属第一假设的（1）（2）（3）态。（1）（2）（3）态与系统过程的三个主要发展阶段恰正对应，即负熵态（1）为系统的自组织发展期；零态（2）为系统发展的品质峰值；熵增态（3）为系统的衰退期。dS 变化的三种态可视为系统发展过程中具有阶段性差异的三个相态。
那么，在这个三态相继发展的过程中，有着怎样的优与非优的呢？
（一）负熵态（1）：dS＝│deS│＞│diS│＜0此态的界定为自系统始至发展的峰值，其熵值为负。但此态的数学关系说明diS 决不是无，恰与孤立系统一样，熵不仅一直存在，而且在不断扩大，不断增长。由于熵流的绝对值大于或远大于熵产生之故，这样，两相对耦负熵有余，dS呈负态。它表明：（1）态是负熵占优，是矛盾的主要方面， 决定着系统在该阶段的性质和发展态势。其特征明显地表现出结构和功能充满着新生的活力。因此，从环境吸取负熵的能力不断增强。但是，正因为是新生者，所以又明显地表现出它脆弱的一面。这种特征在生命系统中更加突出。正因为如此，（1）态必须超大量地吸纳负熵， 才能加速自身建设，向着结构、功能成熟和完善的方向发展。而新系统所具有的活力恰恰适应并能够完成这一建设任务，亦是对脆弱、功能不全或抗冲击力不强等非优的克服，也是建设性的负熵对干扰、影响乃至破坏性的熵产生的克服。因此在（1）态发展中，优从小到大， 非优从大到小地变化着。
（二）零态（2）：dS＝│deS│+│diS│＝0这是一个特殊的相态。由于时空的对称破缺和时间箭头等不可逆性作用，严格说来，此态在系统过程中只是一个转瞬即逝的数学意义上的点存在。从系统自组织理论来说，此态则是一个相态转折的关节点，从此，系统开始进入一个一厥不振的新阶段。
零态（2）处于系统过程中的峰值，在这里熵产生与负熵流等值， 即│deS│＝│diS│，体现了二者的平衡对立。此态具有生动丰富的内容，它表明系统的自身建设已经完成，结构和功能等的成熟与完善使系统与环境的物能等交换呈大吞大吐之势。或者说此态的熵增量在实际上很大，但对负熵的吸纳能力却也是很强的；对内外环境出现的随机涨落的适应和抵制能力也最强，非平衡稳态的幅度和能力也最大。因此，它是系统过程中质量的最佳峰值，是系统发展演化的有效期，也是系统存在的黄金时期。但十分遗憾，从本质上说它只是一个典型，一种理论存在；它只是一个点而不是一阶段，时空在这里没有停留的余地，在这里优虽处于绝对优势，而非优却未消失。
（三）熵增态：dS＝│deS│+│diS│＞0 这是系统走向衰弱的相态。此态的界定为自零态始至消亡止。此态由于结构日益老化，功能日益衰减，信息亦日益模糊不清，从而吸纳负熵的能力日益减少；同时，熵不断增加，所吸取的负熵的能力日益减少；同时，熵不断增加，所吸取的负熵日益不敌熵增。使系统中熵与负熵的消长形势发生根本性变化，相互易位，熵增加成为矛盾的主要方面，并决定着此态的性质与特征。在（3）态中，系统一天天表现出对环境的不适应， 内外环境中随机多变的较大涨落，都会成为对系统的较大威协。特别是当系统进入晚期，由于对负熵吸取的严重不足，哪怕是内外环境的微小变化，都可能成为致命的影响。最后，当熵产生达到极限，负熵为零，热平衡实现时，系统便告终结。此态中优从大到小，非优从小到大地变化着。
对以上三态的基本分析，可以认为：（1）态为自组织态，（2）态为平衡态，（3）态为耗散态。三态中，除了（2）态这个抽象的平衡点外，前后两态均为非优，换言之非优在系统过程中呈全程分布。
四 系统非优的理论根据
半个世纪以来，系统论的经典大师们为我们提供了极其丰富而深刻的科学思想，而这些思想恰好也是我们认识系统非优的依据。
（一）熵 热力学本义上的熵是一种不能被转化做功的那部分热的总和，其表达式为
；同时还表明在绝热系统中熵不减，在可逆系统中熵不变，在不可逆系统中熵增加，而系统与环境的总熵不变；在系统内部其熵趋向极大值（dS≥0），或者说趋向于热平衡这个吸引子。 这一熵增原理有着很大的积极意义，它不仅可以区分系统的性质和发展规律，也预示着现存的世界不是一成不变的。就单个系统而言。热平衡不仅是个必然的趋势，而且决定了系统的存在只能在有限的时空之中。进一步说，熵的不断扩增对系统的发展无疑是一种桎梏，或相反地说是系统发展过程的内动力。极而言之，它是系统的“死神”。
薛定锷引入了“负熵”概念，为熵理论的发展树起了第二块里程碑，指出系统从环境吸取负熵以克服熵增，维持有序。这一思想表明系统的存在和发展是其内部熵与负熵不断进行斗争的过程，表明系统始终存在着熵与负熵的收支不平衡的矛盾，从而不仅找到了事物自己运动的原因，也从一定意义上说明熵产生是系统自身存在着非优的内部因素。或者说存在着dS〉dQ／T、dS＝0的发展趋势， 它始终是系统自身无可回避的内在的非优因素。
（二）涨落 涨落是系统整体性质的宏观量在任一瞬间的值对其长时间内的平均值的偏离。自组织理论指出，“系统越复杂，威胁系统稳定性的涨落的类型越多。”〔8〕大体可分两类：一是属于外涨落的“瓦解性侵犯”〔3〕，二是属于内涨落的“化学反应”〔7〕。但无论哪种涨落，对于系统的存在和演化都具有两重性作用。耗散结构理论指出，在平衡态或近平衡态，即在热力学分支点前，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，起消极作用；而在远离平衡态在热力学分支点中，对于耗散结构来说它则是形成新的稳定有序的杠杆，起着革命的建设性的作用。问题是当一个涨落既突破不了临界点又在一定的时空中未被平息，将可能发生三种影响：一是有益的；二是无益无害属于中性的；三是有害的。其中有害的作用便会对系统发生负面影响。它可能在局部上改变或影响结构和功能。如得不到有效调控，使其侵入或占据更大的时空，进而影响整体，系统就有被瓦解的危险。这种情况在生命科学特别是在人体系统中得到生动表现。这种威胁系统稳定性的有害涨落，往往造成系统中局部不适或病变，从而影响全身机能的有效发挥。弄得好（如有利变化或有效调控），涨落可以被抵制、被逆转，系统恢复到健康状态。弄不好，涨落又得到随机放大，于是整个系统将发生间隔性跳跃，进一步陷入全面的迅速的瓦解。从这个意义上说，涨落也是一种有条件的非优因素。
（三）突变 突变是系统的局部或整体，在复杂的内外因素的作用下出现结构、功能或信息的突然改变。可分为三种：一是有益的突变；二是有害的突变；三是无益无害的中性突变。因此可以说，系统之优源于突变，非优亦源于突变。
系统自组织理论各学派都从理论的源头追寻突变的成因，并揭示其在系统中的性质和作用，而艾根提出的复制错误（Qi）这一概念（0 ≤Qi≤1，错误复制率为1－Qi）最为典型。艾根指出，超循环系统是可以抵制自催化群体中不断产生的“错误”的最优的结构稳定的聚合物系统，是一种由蛋白质和核酸组成的能够自我复制的并可以稳定进化的系统。但是艾根又强调指出，由于G（乌嘌呤）V（尿嘧啶）的摆动相互作用，复制错误决不会为零。而复制错误对系统的存在和发展的利弊，关键又在于该系统的最大信息容量如何。
如何评价复制呢？我们说如果系统准确无误地复制自己，那么它必定是一个保守的、无进化可言的、不变的活性系统。这种系统将不适应GV摆动相互作用，也没有更强的能力去适应多变的内外环境。特别是出现象蝴蝶效应那样的情况，将自身难保。为此，系统自组织理论指出：系统的出路恰在于自身的突变或复制错误。多种突变中的一部分将以新的品质适应新条件，它们具有最高选择价值，将是未来的“主人”。它们可能体现着系统之优的一切意义。
应该强调指出，突变和复制错误并非唯其优。尽管艾根强调进化是非决定的，在原则上是不可避免的，〔4〕但却没有说明具体进化的性质。而Th·杜赞布斯基却明确指出突变与进化在语义上并非等价，“一个突变的出现并不管机体是否有用，也不管时间和地点。”因此，对机体来说大多数的突变是有害的”，“有利的突变只是少数”。在微观与宏观的关系上他又指出，“环境的变化是非线性的，甚而是混沌的。这种环境因素决定了突变和进化的非直线性发展。况且，或许因为突变体缺少适应环境变化的遗传原料，或许因为新系统对环境挑战的反应过于缓慢，不能及时适应新环境，这可能就是历史上一些物种灭绝的最通常的原因。另一种则可能是由于具体条件的作用，曾发生过某种有利突变，但由于环境条件的相对长期稳定，从而没有被利用和选择。”〔5〕艾根也说，“自然的序列无论如何都不是完美的”，“生命从绝对完美中倒退”。〔4〕
因此，我们可以说突变并非是对非优的改良，亦不是对优化的再提高，在相当多的情况下，它使系统倒退，甚至具有副作用，成为系统中的非优因素。
（四）序参量 序参量是系统中的多个自由度在相互作用、相互竞争的过程中，由于外参量（负熵或涨落等）的改变，使其中的一个或少数几个变得强大起来，发生长程关联，从而影响并统驭其它自由度而发生协同效应，形成一种新质的高层次的自由度。这一协同学理论从层次论上描述了一个复杂而和谐的世界以及特定层次上系统的结构和功能形成的原因。
这一理论表明序参量不拒非优。哈肯指出，自然界无论是即时状态还是发展过程，都是一个极其复杂的无数要素啮合在一起的协同系统。〔6〕。在阐述这一思想时，他对进化论提出了种种问题， 其中有两个特别重要。
第一是共生问题，他指出，不管序参量达到何种层次，或者说不管进化的质量达到何种高度，不同层次的系统均有自己的生存能力；而且在大自然这个摇篮里，每个层次的系统均与上下的系统共生共处。并协同一致，从而组成一个复杂而有机的总系统。在这个大协同的世界里序参量高不压低，强不凌弱，大不欺小，互依互补，共生共荣。而系统间的那种周期性的盛衰变化也正是大协同中的协调所致。因此，我们可以认为每一级序参量均有其局限性、不完美性或者叫非优性。世界正是由复杂多样的不同的非优层次的序参量组成的，这就是我们这个世界的现实。
第二个问题是不适者也能生存。在这里哈肯显然对达尔文的“适者生存”的命题做了重大而合理的修正，纠正了命题的绝对性而赋予了非优的内涵。明显的事实是每一系统（或物种）在特定的时空条件下，总有一个部分得到特殊的强化发展，即特化（结构、功能、信息等）。在生物学上特化器官不仅标志着生存的特殊能力，甚至具有序参量的意义。例如啄木鸟的坚喙，苍鹰的利爪，老鼠的牙齿……乃至黔驴之技等，都是系统中的最优部分，人之所以为万物之灵，正在于有一个惊人的特化了的大脑。从这个意义上我们可以说，无特化便无生存。然而，当我们对特化感到惊异的同时，也看到了系统其它部分表现了同样令人惊异的退化或弱化现象。这样，从系统整体上评价，虽然不失其存在的意义，但却是非优的，是对生存条件的不完全适应。那么特化就是优吗？是的，在同一时空条件下，叫做“八仙过海，各显神通”，彼此间互依、互制、互补、互克，大系统正是各层次序参量（特化）协同的结果。但是，正如哈肯指出的那样，序参量、特化“在临界点上，甚至环境条件的微变也会在宏观水平上带来巨变……这意味着一个现有秩序在环境稍有变化时，就完全会遭到破坏。”〔6〕这时， 特化了的“神通”便无用武之地，“八仙”也就各显其劣而有海难度了。针对达尔文的“优胜劣汰”、“适者生存”的命题，哈肯质疑道，“为什么世界上况有多得不寻常的物种？难道它们都是优者吗？”回答自然是否定的。他说“大自然搞了不少诡计作弄适者生存这一命题”，进化“并不意味着新发展的种类在客观上一定比挤掉的种类更好，也可能出现倒退”。他以“不适者也能生存”的反命题向达尔文主义发起了挑战。
综上所述，我们可以得到这样的认识，即完美的系统是没有的，否则世界将停滞不前；一切系统及其过程乃至过程的每个阶段、每个时空存在点都是优与非优的辩证统一。
On the Relation between Optimum and Non - optimum of Systems
Wu Tingrui
（Third Military Medical University）
Abstract
The relation between optimum and non- optimum of systems was studied from a new point of view in this paper. Optimum is not the sole nature of systems. Non- optimum exists in systems objectively. The universality of
existing
and distributing of non- optimum of systems are analysed from three developing stages of the course of systems:negative entropy state,zero state and entropy increasing state.Entropy,fluctuation and mutation——basic conceptions of self- organization theory of systems explain non- optimum of systems dialectically and theoretically. All systems ,its course and every developing stages of the course are unity of the optimum and non-optimum. In philosophical sense ,only researching the relation between the optimum and non- optimum promoted the tranformation of the non-optimum to optimum.