从经典科学到系统科学——两种科学范式的比较研究，本文主要内容关键词为：科学论文,范式论文,两种论文,经典论文,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：G301文献标识码：A 文章编号：1004-115X(2006)02-0044-04
经典科学与系统科学是两种不同范式指导下的科学形态，它们的产生有着不同的时间、空间及文化背景。
1 关于两种科学
经典科学产生于16世纪文艺复兴之后的近代欧洲科学革命，是建立在经典力学和机械唯物主义自然观基础上的科学体系。其主要特征可以用以下几个概念来刻画：还原论、可逆性、简单性、线性有序性、因果决定论、绝对客观性等等。经典科学认为复杂性是现实的表面现象，追求结果的简单性和统一性则构成了它的本质特征。[1]
然而，20世纪以来，牛顿的经典力学体系无论在宇宙观、微观还是宏观世界都遇到了难以解释和无法克服的障碍，其局限性日益暴露，同时近代科学文明也带来了西方的文化危机，这一切使20世纪成为科学革命的世纪。相对论、量子力学与系统科学相继兴起，彻底改变了科学的基础和面貌。系统科学正以全新的科学概念、科学规律和科学方法，全方位超越以往的线性科学。
系统科学的发展主要包括以下三个阶段：20世纪40-60年代，系统论、信息论、控制论可以看作系统科学的理论奠基；60-80年代，以耗散结构理论、协同学、超循环和突变论为代表的自组织理论先后兴起。“自组织理论是对传统理性的超越，它代表了科学试图从原子和机械向生命和人性的回归”[2]。自组织理论第一次将生命性、演化、历史和选择等概念引入科学，从而在更根本的意义上架设了生命与非生命之间、物理学与生物学之间、科学与人文之间的桥梁；80-90年代，分形、混沌、孤立子理论迅速发展起来，形成了系统科学发展的第三个阶段。
2 关于两种范式
作为两种截然不同的思维方式，经典科学与系统科学这两种科学的发展体现出的不同科学观，既反映了科学研究本身的变化，也反映了人们的世界观的转变。但是这两种范式在人类社会和科学历程中都具有极为重要的认识论和方法论价值，并且相互之间具有强烈的不可替代性和个体的不可缺失性。
法国当代哲学家、社会学家埃德加·莫兰(Edgar Moin)概括地把经典科学特有的理解方式总地称为简单范式(这只是针对经典科学的机械主义的、还原论的特征而言的，并不指涉范式本身的结构和性质的简单与否)；相应的，将系统科学特有的理解方式概括地称为复杂范式。
从简单范式到复杂范式，体现了从经典科学到系统科学之科学观及世界观的转变。
2.1 从还原论到整体论
从文艺复兴开始，近代科学一直是在还原的、分析的思维方式支配下发展，机械论的世界图景和还原论思想始终占据主导地位。典型代表就经典力学中牛顿把所研究的对象无一例外地表示成一个点，叫质点，无论是天体还是小球。有人称这个时代为“分析的时代。”拖夫勒则干脆称为“拆零”。[3] 还原论把宇宙视为机械系统，此系统由相互分割的客体构成，而这些客体又可以还原为基本的物质构件，构件的性质和相互作用彻底地决定着一切自然现象。复杂性科学研究专家，圣菲研究所的布赖恩·阿瑟(Brian Arthur)在谈到还原论时说，行星时钟般规律的运动成为十八世纪的比喻：简单的、有规律的、可预测的、能够自我运行的牛顿式的机器。这个后来主宰了两个半世纪的还原论科学变成了牛顿式的物理学。[4]
20世纪初一般系统论的创始人贝塔朗菲(Ludwig Von Bertalanffy)第一个全面批判还原论，提倡整体论。当贝塔朗菲做他的生物学博士论文之时认识到，用还原论的方法所构建的分子生物学，虽然将生命现象深入到分子、原子、原子核甚至更加微观的层次，但却无法真正理解生机勃勃的生命现象。因此，机械自然观和方法论在生物学领域遇到了有力的挑战。整体性原则认为事物是有机的系统整体，具有其组成要素在各种孤立状态下所不具有的性质。事物内部各组成部分间的作用是非线性的，这种非线性相互作用会使许多新的特性涌现出来。涌现性是指高层次有而低层次无的特性。在高层次时具有的特性一旦还原到低层次就不复存在。因此，不能直接用组成要素在孤立状态下的性质和规律去解释系统整体的性质和规律。
2.2 从时空的可逆性到不可逆性
在经典力学中，时间被表示成一个标量t，相对论中时间被几何化为第四维it，热力学中出现了时间之矢t，而在系统科学中普里高津的内部时间是一个算子〈t〉，它们分别对应着人类对自然的不同的认识，以及科学发展的不同层次和领域。时空有了根本意义是从伽利略算起的，这就是对人们的头脑统治了两个多世纪的经典物理学的绝对时空的观念。在经典物理学中，“时间”是与自然界的基本定律，如著名的牛顿万有引力定律，紧密地相联系着的，它表现为自然定律中的时间的对称性、可逆性、确定性、过去与未来等价等等，用莫兰的话说，“承认时间的可逆性，消除时间的不可逆性，更广义地说就是消除所有事件性和历史性的东西。”[5] 经典科学的时间观念，形成了自近代以来人们的宇宙观、认识论、方法论、以至价值观的核心。
然而，到了20世纪，时间问题成为科学革命的突破口。可以说第一次突破是爱因斯坦完成的，从绝对性到相对性的突破；第二次突破是从普里高津开始的，从外部到内部，从存在到演化。其实质是从物理性到生命性。系统时空观与经典时空观的最大差别不仅在于相对性，更在于生命性。[6] 普里高津认为，时间是我们存在的基本维度，否定时间就意味着否定实在、否定现实世界。事物的运动过程是不可逆的。事物不仅以系统的方式存在着，而且还生成着和消逝着；事物不仅具有空间展开的多样性，而且有其时间上的历史。
2.3 从追求线性简单性到承认非线性复杂性
牛顿在《自然哲学之数学原理》中提到“自然界不作无用之事，只要少数一点就成了，多做了都是无用，因为自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因夸耀自己。”爱因斯坦也把自然看成是简单的，他一生的最高目标就是以一种庄严神圣的敬畏心，去探究大自然中有秩序的和谐所体现的美。他最终将质量、能量、时间、空间用高级的“场”的概念统一起来，并提出了科学原理的简单性建构原则。从文艺复兴之后的数百年的时间里，人们一直把简单性思想作为主导思想，并且在实践中取得了惊人的成就。20世纪的诺贝尔奖得主，绝大多数就是在这一主导思想下获得科学发现的。这个简单性原则至今仍指导着科学家们的科学实践，并且常常是卓有成效的。
这应该与西方文化背景是分不开的。中国科学的传统是“简而繁”，西方科学的传统是“巧而难”。这个“巧”字大概贴切地表达了这种追求简单性的玄妙之处。
可是，大量地科学研究实践证明，事物各组成部分间存在着复杂的非线性关系。部分之间相互关联，每一部分的变化都会受到其它部分的影响，同时也影响其它部分的变化。事物的变化服从复杂因果性原则，包括互相关联的因果性、相互反馈、协同作用等。系统具有变无序为有序的自组织能力，它能够在随机涨落的机遇中把偶然性和必然性统一起来。有人说，“1900年世界是统计性的，1910年是相对性的，1930年是量子化的，1980年是非线性的。”[7]
2.4 从旁观者到参与者
经典科学一贯采取的是认识主体与认识对象之间“绝对分离”的原则。在经典科学认识论中，为了保证实验结果的“客观性”，关于观察者或实验者的一切自身的、主观的因素必须被排除在外，其实这样做的结果并不能保证“客观性”，而只是消除了认识的主体性，从而在科学认识中消除了任何有关主体的问题。
当今的科学研究实践中，科学认识主体认识任何物理组织，都要认识它和它的环境的相互作用，认识任何生物组织都要求认识它和它的生态系统的相互作用。观察者与被观察对象之间相互关联的原则。把观察或实验的器械或装置等引入任何物理的观察或实验的领域，把处于文化上、社会上、历史上的一定时间和空间的人类主体引入任何人类学或社会学的研究范围中。更有甚者，SSK强纲领主张消解客观性，认定试验者必定是参与者。
可见，科学实验的主体在科学发展的不同阶段扮演不同的角色。在经典科学中，实验主体是旁观者的角色；爱因斯坦创立狭义相对论中，实验主体是观察者的角色，而到量子力学创立时，实验主体才真正由最初的旁观者转变为了参与者。
3 简单范式与复杂范式的关系
“复杂性比简单性更基本，可能性比现实性更基本，演化比存在更基本。今天的科学精神，不是以现实来限制可能，而是从可能中选择现实；不是以既存实体来确定演化，而是在演化中认识和把握实体。”[8]
那么是不是就是说承认复杂性，推崇系统科学就意味着可以抛弃简单性和经典科学呢？答案是否定的，在科学研究实践中，经典科学的还原论还是很有效的，特别是在机器制造等领域。
而系统科学的复杂范式却既不“产生”也不“确定”具体的理解方式，它只是主张研究主体运用智能和制订方案时考察被研究对象的复杂性；在对其做出层次与类别上的区分之后再进行沟通而不是仅仅限于孤立和分离；承认现象的特殊的、独特的、历史的特点，而不是单纯把它们与普遍的规定性或规律联系起来；认识任何实体的统一性和多样性，而不是把它异质化为分离的范畴或同质化为清一色的整体；它强调的是一种整体的协同。
那么世界的终极性质究竟是什么？是统一性还是多样性？是有序性还是无序性？这是世界本质中难以解决的二律背反问题。但是我们观察到科学认识的发展是沿着两个基本方向进行的：一是发现存在于不同领域的现象在某一方面的同一性，从而建立概括它们共同本质的普遍规律，这使得世界趋于统一化，如法拉第、麦克斯韦发现了电场和磁场的统一，麦克斯韦发现了电磁波与光波的统一，爱因斯坦发现了质量和能量、惯性质量和引力质量的统一等等；二是觉察到某些已知的普遍规律的适用限度，并在这个限度外发现了由新的规律支配的新的领域，这使得世界趋于多样化，如科学家发现宏观领域的物理学规律在微观领域内应用受阻，观测微观粒子的行为会遇到测量仪器与被观测客体的不可控制的相互作用，以至于主体和客体不可分割，另外严格决定论的因果性法则被对于随机事件的统计描述所取代……这些是与宏观领域中的物理规律相悖的。
莫兰认为，“复杂性思想不是简单性思想的对立面，它把后者加以整合。”[9] 如果只从简单性的观念出发来看，简单性方法和复杂性方法是彼此排斥、互不相容的；而因为复杂性观念是包容其对立面的，所以从它出发来看，复杂性方法把简单性方法加以相对化而包含于自身之中。在某种意义上，两种方法、两种范式也是“互补、竞争和对抗”的。
上述事实说明简单范式和复杂性范式在客观世界中都有它们立足的基础，当然，在发展至今的人类实践活动中复杂范式愈益占据中心的地位。
总之，复杂范式的提出不是为了消灭简单范式，而是为了打破简单范式独占的一统王国。人类为自己的进步所付出的每一步努力都不会是徒劳的。曾经人们企图将在认识自然中取得的个别或局部成就加以普遍化和绝对化，但是，在进一步的研究过程中，这种企图却导致一种事与愿违的结局，而恰恰是这种局面，使得这些问题向着更加明朗化的方向发展，有时则会缩小这些成就的应用范围。在现代科学中，牛顿的经典力学成了相对论的低速现象的特例，成为非线性科学中交互作用近似为零的情况，在量子力学中是测不准关系可以忽略时的理论表述。“现代科学对牛顿理论的局限性的认识，导致更深刻地理解了这些已被研究过的问题的本性。这不是牛顿理论的失败，恰恰相反，这是对牛顿理论所包含的真理性内容的增加和相对完成。”[10]
复杂范式划出了简单范式运用的限界，它的职责是在简单范式超越其限界运用时警告它退回去，并由自己来耕耘后者力所不及的疆域。这是真正复杂范式的内涵，它把简单性范式作为一个特例包含在自身之中；它是在二者并驾齐驱时保持着二者之间张力的方法。总的来说，线性规律和非线性规律、单向度规律和互补注规律、被组织规律和自组织规律可以共存，分别运转于各自有效的范围。复杂范式把简单性范式作为一种特殊的极限情况包括在自身之中，这构成真正的、广义上的“复杂范式”和复杂性观点，正如莫兰所说：“复杂性是简单性和复杂性的统一。”[11]
4 启示
笔者认为在系统科学的新视野中，蕴涵着寻求中西文化与中西科学对话与会通的可能。
通过对系统科学复杂范式的分析研究，可以看到中国传统文化(包括科学技术)与系统科学的思想有很大的相似之处。西方科学的特点是：实验的、定量的、分析的、机械论的；中国科学的特点是：自发的、自组织、整体的、类比的、有机论的。西方科学是在绝对主客二分的理念下，基于“人为自然立法”的信念，将自然作为认识对象，以分析方法为主的原子论、构成论的传统。而中国古代科学却是基于道法自然，崇尚天人合一，以相生感应为基础的整体论、生成论传统。
那么为什么会出现著名的“尼达姆问题”呢？可以这么理解：中国并不是没有科学，只是中国的“科学”与西方近代科学革命中建立起来的“科学”不是同一个含义的“科学”，也不是同一范式指导下的科学。准确的说，是两种文化传统背景下产生的不同的“科学”。但两者对全人类的进步与发展都贡献了极其宝贵的智慧，缺少其中任何一种都是不现实、不可能的。中西方科学的发展在未来科学发展的共同探索中应该是殊途同归的。
也许系统科学的复杂范式，在某种意义上是对经典科学简单范式的一种超越，但这种超越绝不是终极的。人类为自己的进步所付出的努力永远不会徒劳无益，人类正是在对界限的不断超越中接近求真、求是的目标的，对待经典科学和系统科学同样如此。要求我们兼容并蓄，培养一种包容的心态和一种多元化看问题的角度。