原子论方法与系统论方法在实际应用中的比较研究，本文主要内容关键词为：系统论论文,方法论文,在实际论文,原子论论文，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。
摘要 本文通过对原子论方法与系统论方法在实际应用中的主要特征、应用对象和条件等方面的比较研究，对两种方法在现代科学研究中的地位和作用给予了明确的回答。本文认为，由于两种方法内在特性的差别，决定了它们各有自己的使用范围和局限性。系统论方法较原子论方法更适合解决现代科学研究所面临的众多问题，代表了方法论发展的新特点。但也不能否认原子论方法在现代科学研究中仍占有一席之地，有系统论方法不可代替的作用。
1 现代科学研究中的原子论方法与系统论方法
原子论方法是在近代以牛顿的经典力学、道尔顿的化学原子论以及经典物理学等为科学基础而形成的一种科学方法，是古代原子论哲学与近代实验科学相结合的产物。概括说来，所谓原子论方法，是主张对客观事物进行解剖研究，通过把整体分解成各个基元（原子或元素），从这些基元的属性及它们之间的简单联系中去寻找整体变化原因，并把整体的特征归结为各个基本单元性质的总和。
一提到现代科学，人们不禁马上想到本世纪初的物理学革命，那么这场革命给近代时期产生的原子论方法带来什么样的冲击呢？物理学革命恰好打破了人们对世界的基本看法，人们对电子、质子、中子等其它粒子的发现说明了原子并不是物质的构成基元，原子可分，它是由更基本的粒子所组成。这样一来，使终极单元的观念从根本上受到了怀疑和挑战。因此原子论方法中所要追溯的“基元”根本没有找到，也就更谈不上如何把客观事物归结到基元的问题了。这时，近代时期的原子论方法就需要用现代科学的研究成果加以调整和改变，才能得以继续发展和使用。
随着人们对下至微观粒子，上至宇观星球、星系的研究，自然界不断向人类展示出了从微观——宏观——宇观层次的世界，科学研究也深入到了各个层次，出现了各层次的科学理论。尽管“终极单元”没有找到，但对事物“基元”的抽象和研究仍不可缺少，原子论方法仍然在各层次的科学研究中发挥着作用。在这里“基元”已经不是过去绝对意义的不变基元了，它是确定性（相对一定层次，一定对象来讲）与不确定性（对整个事物的构成与演化来讲）的统一。在许多的新学科建构中，仍然是从各学科研究对象的“基元”出发，通过对“基元”以及基元之间相互作用来解释不同层次的客观对象，例如，基本粒子物理学、分子光化学、分子生物学、分子病毒学等等。说明了原子论方法在现代学科理论的建构中仍发挥着重要作用。
另外，原子论方法在一些具体的科学研究中仍然得到使用。最初在古代原子论哲学中所探讨的物质组成思想及其近代形成的方法的继续使用，已发展成为今天最为活跃的学科之一——粒子物理学。人们试图寻找构成实物的最基本的单元，并从这些“单元”的相互作用中去发现客观事物的规律。现在人们一般认为粒子是由“夸克”或“层子”组成，并在想方设法在实验中观察到自由夸克的存在。而为了寻找自由的“基本粒子”，用加速器制造“炸弹”轰击和“分割”对象，通过这种手段来寻求游离的“基元”，这不能不说是原子论方法的一种表现。
另外，在其它学科领域中，原子论方法也得到了广泛的使用。比如，用原子、基本粒子的结构和运动方式来说明化学现象的努力已取得许多成就。量子化学从分子中电子和原子核的运动状况出发，来研究化学现象也取得了一系列成就。1944年埃尔温、薛定谔出版《生命是什么？——活细胞的物理观》一书，提出用物理、化学的方法来研究生命现象，他力图用分子甚至原子的结构和运动状况来说明生命现象的各种性质和存在方式。此后，分子生物学迅速发展起来并取得一系列成就，如遗传基因DNA的确定，它的“基元”核苷酸及遗传密码的确定， 构成蛋白质的“基元”氨基酸的确定以及这些“基元”的变化对生物体性状变化的决定性作用等等，也是原子论方法的一种表现。
我们姑且不说是否象有些人所说的可以把万物各色各样的性质最后归结为分子、原子、基本粒子的结构和运动方式是否可行，但至少从科学家的研究中，充分体现了原子论方法仍在被延续使用，说明了原子论方法在现代科学研究中仍然被继承和发扬。
系统论方法是以一般系统论、信息论、控制论、耗散结构、协同学、超循环等系统科学理论为基础而形成和发展的一种科学研究方法。概括说来，所谓系统论方法，就是主张从系统的整体出发，从系统整体的结构与功能，系统与外部环境的有机联系和相互作用中去动态地研究事物总体发展变化的规律。
有关系统论方法在现代科学活动中的作用和表现，人们已经谈论了很多，涉及到了自然科学、社会科学、工程技术、科研管理以及重大社会问题研究的各个方面，为研究的科学性、合理性提供了重要的研究手段。鉴于本文的重点和篇幅所限，在这里我们只从两个方面来讨论它对于现代科学活动所带来的崭新面貌。
（1）系统论方法为那些具有明确要求和目的的学科， 特别是对综合性和交叉性学科的建构和研究，提供了方法性指导。
在自然科学领域中，生物学中的遗传工程就是按照人们预先设计的具有某种遗传特性的生物整体出发，通过对生物机体的系统分析，对遗传物质在离体条件下，把遗传物质从一种生物细胞中提取出来，在体外施行“外科手术”，然后再把它导入另一生物细胞中改造其遗传结构，使之产生符合人类需要的新的遗传特性，定向地创造出新的生物类型。其中，不仅要考虑生物的整体属性，而且要对具有整体属性的各部分作系统分析，充分考察其部分的相关性、有序性，才能合理地制定“手术”方案，最终完成预先要达到的目的。因此，这门学科的建构与以往所用的方法大不相同，它是从整体出发，最终又回到整体，体现了人类活动的目的性和主动性。而且其中所用的方法，也不只是从孤立的“细胞”入手，而是从整体的有机联系中，从整体与部分、部分与部分的相关性和有序性中去完成预先设计好的任务。与此类似，化学中的分子设计学也是具有类似特点的学科，它是根据人们的意愿设计出规定结构和性能的各种材料及其合成路线，“定做”出指定性能的新材料和化合物。它使化学日益摆脱了在寻找新材料、合成产品中的盲目性，而有可能根据产品性能的要求预先进行分子结构和合成路线的设计。它的研究是从设计要求的整体出发，通过系统的结构与功能的分析研究，才产生符合要求的新材料。再如，科学学、城市学、人口学等许多具有综合性特征的学科研究中，由于研究对象具有范围大、方面广、层次多、内容复杂多变等特点，系统论方法也得到了广泛的运用。
（2 ）系统论方法为现代科学研究和科研管理提供了崭新的思维方式和切实有效的方法。
当代科学研究对象规模之大，数量之多，结构之复杂是前所未有的。有时往往要把工农业生产、国际、科研、交通运输、生态和环保等作为一个大系统来研究。这不仅突破了自然科学各门学科的界限，而且也突破了自然科学与社会科学的界限。这个系统不是静止的，而是动态的，不仅要研究现状，还要预测将发生事件的影响，并且对系统中存在的许多信息需要作最佳处理。要对如此庞大且又复杂的系统进行研究，原子论方法就显得无能为力了，系统论方法就为这个复杂系统的分析、设计、研制、管理和控制最优化提供了有效手段。
这里特别值得一提的是，由于现代科学研究中，有些研究对象规模的不断增大，复杂性增加，各类人员、设备、科研机制以及企业的各方面的协调就成为一个重大的问题。因此，科研管理的方法就成为能否达到科研目的的一个重要问题。例如，美国的阿波罗登月计划，整个活动实施历时十一年，直接参与活动的科学家、工程技术人员达42万人，大学和科研机构120多个，承担生产任务的企业2万余家，共有700 多万零件，耗资300多亿美元。对这样一个内容庞杂、规模巨大、 成本昂贵的科研生产项目，只有用系统论方法才能合理设计、组织、管理和安排人力、物力、财力，才能最经济、有效地达到预定目标。
2 两种方法的主要特征
为了更好地研究和掌握两种方法的主要特征，下面结合一个实例来加以讨论。
设L长的均匀弹簧，其弹性模量为E（常数）。将弹簧拉长a， 这时弹簧上原来坐标为x的点，其坐标变为x+μ（x），μ（x）为位移函数。要对弹簧进行应力分析，关键是求出位移函数μ＝μ（x）， 这样就可决定应变函数
进行孤立分割，并用孤立分割的各节点和近似解来描述出位移函数。很显然，有限差分法所反映的是原子论方法的基本思想。
（2 ）有限元素法——利用最小总位能原理把问题化为一个变分问题，再经过离散化得到计算格式而求解。现在根据已知条件，写出变形能为：
，根据总位能原理，所求的位移函数μ＝μ（x ）应是满足上述同样边界条件的各种可能的函数中使总位能达到极小的函数，把问题化成了一个求泛函极值的问题。然后再把问题经下面方法离散化来求解。具体作法是：把求解区间[0,L] 划分为由有限个互不重叠的小区间（称之为元素）[x[,i],x[,i]+1]（常选择端点x[,i]，x[,i+1]为节点），现在要寻求极小函数μ＝μ（x）在这些节点上的值μ[,i]（i＝0,1 …n），其中μ＝0，μ[,n]＝a。
要计算泛函的极值，首先应由节点上的函数值μ[,i]，根据使泛函达到极小的要求构造出整个求解区间的插值函数。为了求这个插值函数，可在每个元素上进行，最后得出由节点上的值来表示的整个求解区间上的插值函数。将插值函数代入变形能表示式，便可得出节点位移μ[,i]写出的泛函表达式
很明显，尽管两种方法都求出了节点上位移的近似值μ[,i]，但是所得出的过程是完全不同的。有限差分法采用直交网络，把求解区间分为若干个孤立的点，然后孤立的对微分方程及定解条件分别列出差分格式。而有限元素法，则把问题化成一个整体问题的极值问题。用统一的观点，通过系统分析，把求解区间分成有限个相互联系的部分，使各节点的值在总体保持协调，在实际应用中使总体的精确度有所提高，结果处于最佳状态，这是系统论方法在解决具体问题中的一个突出表现。在实际中，它对于解决具有复杂形状物体，以及由几种材料组合而成的物体，通过适当选择节点，使问题得到很好的处理。同时，也可根据实际的需要，在不过分增加节点总数的情况下，灵活配置较密集或较稀疏的节点，以提高计算的精确度。而有限差分法，由于处理方式比较简单，在实际中，只有在一定条件下，才能较好地解决问题。
从实际应用的例子可以看出，原子论方法的主要任务是要追溯研究对象的根源，即事物构成的“基元”及其属性，并以研究“基元”的属性概括事物整体的属性及规律，其思想精髓是割断事物的联系。这样把对象的构成“基元”相对整体独立出来，并且认为“基元”在整体中与分割出来具有不变的属性。因此，这种方法的特征是以分析为主，分析基础上的简单综合，这决定了在实际应用中，必然以部分为逻辑起点，通过对部分的认识来达到对整体的认识。与此相反，系统论方法研究的是对象的各方面的关系，如系统内部的元素之间，元素与系统，系统与环境等各方面的关系，这就决定了它的主要特征是以综合为主，在综合基础上分析以达到更高一级的综合。这里的分析，已不是原子论中的机械分割，而是在整体性基础上，从相互联系的角度，对处于系统中的部分或元素进行研究。对此，贝塔朗菲曾明确指出：“无论你举出哪一种生物现象，如胚胎发育，新陈代谢，生长发育，神经系统的活动，还是生物群落等等，你总可以看到，一个要素在系统内部的行为不同于它在孤立状态中的行为，你不能从各个孤立部分概括出整体的行为；为了理解各部分的行为，你必须把各种从属系统和它们的上级系统之间的关系考虑进去。分析和人为隔离的方法是有用的，但是对于生物学的实验和理论是很不够的”，（见文献〔2〕）因此可以看出， 这种方法是把系统分析和综合，整体与部分有机的结合起来，从整体与部分的联系中去研究事物的变化规律，它是以整体为逻辑起点，通过整体内、外部之间相互关系来研究客观对象的方法。
笔者认为造成两种方法上述差别的关键在于对整体与部分之间的关系的认识上，具体表现在：原子论方法认为整体具有机械性和累加性，即构成整体的部分之间没有内在的联系，部分之间的联系只是外在的，因此事物整体无论在组成、性质还是功能上，都可通过部分的累加来认识；系统论方法则认为整体具有有机性和非加和性，即指整体、部分、环境之间有着不可分割的内在联系，因此，系统整体，无论从质，还是从量上都不能归结为部分的总和。
3 两种方法应用条件及范围的比较
从方法的主要特征以及所列举的实例中可以看出：原子论方法适用于那些可以被分割，并且可以把研究对象归结为可用较少性质便可概括的，具有缓慢变化和不变特性的“基元”，“基元”之间具有单向的因果关系的研究对象。当然，这些研究对象除了人们通常所熟悉的以外，还包括笔者在文献〔1〕中所提到的， 当系统从整体状态演变为各要素独立状态的情况，即系统分裂为一条条因果链时的状态，系统内在地要求用原子论方法来研究；也包括系统渐进中心化，即随着时间的演化，系统中某部分成为系统的主导部分以后的情况。
系统论方法则适用于那些有组织的、具有多质、多联系、但相对稳定的复杂系统的研究对象。在方法的使用中是以研究对象所具有的特点及需要来决定的。
4 两种方法应用的局限性
实际上，方法的局限性已经从上述的使用条件中反映出来了，对于原子论方法的局限性正如贝塔朗菲在《一般系统论》中所指出的：在过去，科学试图解释一种可观察的现象，就要把它归结为可以逐个独立地考察的基本单元的相互关系。而现代科学中出现的概念则涉及多少有点模糊地称为“整体”的那个东西，即组织。现象不能分解为局部的事件，动态相互作用使处于较高级构形中的部分表现出不同于它们在各自孤立时的行为等问题。简而言之，考察各自孤立的部分，是不能理解各级系统的。这正道出了原子论方法在解决复杂对象时的局限性。考虑事物整体内部要素的独立性和可区分性，既是它们使用条件又表明了它的局限所在。因此，对于解决那些具有复杂联系的、不易分割的研究对象，这种方法只能望洋兴叹。
系统论方法的局限性，有两个层次的意义。一方面它的局限性来自于内在的、非人为所能解决的问题。因为，尽管世界上任何事物都处于某类特定的系统之中，但是我们也不能否认有时事物也能反映出“非系统”联系的一面，并且人们也从各个角度，从自然界、人类社会和思维等不同方面把“非系统”联系揭示出来。诸如，无意识理论、振荡理论、基本粒子的不相容原理、测不准原理、不完全定理等，向我们展示出一个与系统联系不同的世界。对于这些问题的研究，系统论方法就可能暴露出“软弱”的一面。另一方面的局限性，主要来自于在实际应用的层次上。因为在系统论方法的应用中，往往力求从动态上考察事物，承认系统发生、发展、灭亡和转化，并把系统质立足于系统要素的相互作用之上。在研究中，必须假定某些要素的确定性，才能考察复杂系统的整体性、相关性。并且对于要素的变动性以及人作为社会主体，在实际应用中，还无法通过数学以及逻辑语言准确地、完整地描述出来。因此，系统论方法作为解决复杂问题的有效方法，在模型化、定量化、形式化中还存在许许多多的问题。迄今为止，系统论方法发挥效用较好的区域，往往是指令性、稳定性较强的领域，如象阿波罗计划、工程建设等。一旦涉及变动性领域，如人的发展、市场、价格等它的弱点就明显地暴露出来。
从辩证法的角度看，任何一种有效的科学研究工具和方法，都不可能是万能的。因此，原子论方法与系统论方法都有各自的优缺点，作为科学研究中的一般方法，作为解决特定问题的有效工具而存在于方法论的体系之中。诚然，不可否认，在目前当代科学发展的历史时期，系统论方法确实比原子论方法更高一筹。然而，也不可否认，对于原子论方法，仍然存在着适应它的范围和条件，仍有它的用武之地，甚至还是一种不可缺少的科学抽象方法。