摘要:系统科学是一门新兴科学,它源于人类社会实践,经历了整体性思想、系统思想的长期发展过程,到20世纪40年代一般系统论、信息论、控制论的创立,乃至60～70年代的运筹学和系统工程、耗散结论理论、超循环理论和实变论、非线性科学等新学科群的涌现,而最终形成,并大兴于世。80年代后,协同学的产生、系统科学体系建立和复杂性研究及生成科学的提出等,使系统科学迅速发展,日益发挥重大作用。
关键词:系统科学;形成;发展
探索系统科学的形成与发展,对于我们准确地把握系统科学这一新兴科学体系的丰富内涵,灵活运用系统科学知识,贯彻科学发展观,构建社会主义和谐社会,具有十分重要而深远的意义。
一、古代系统科学的萌芽
系统科学起源于人类的社会实践,孕育于古代漫长的历史时期。即从古巴比伦时代一直到17世纪近代科学思想的崛起,是人类系统思想发展的早期阶段。
1.感性的系统认识
早在上古时期人类在生产生活实践中就产生了朦胧的感性的系统认识。人们从自身系统与外界接触所产生的感觉体验,到对周围环境事物的观察猜测,形成了系统的感性认识。如从火的发现所开始的利用自然之火和进行人工取火,用于熟食、取暖、御敌、攻敌等,就是在感觉经验的基础上对火的系统认识和开发利用实践。这种感性认识和实践活动的拓展及经验总结,进而发展到理性认识,产生了系统科学的萌芽——整体性思想。
2.古代朴素的整体性思想
古代朴素的整体思想主要体现在对宇宙和人的整体性认识上。关于宇宙,古巴比伦人把它看成是一个密封的大箱子,大地是它的底板,底板中央耸立着冰雪覆盖的区域,幼发拉底河发源于这些区域,大地周围是水,水之外有大山支撑蔚蓝色的天空。古埃及人认为宇宙是个方盒。古代中国人把宇宙看成是一个完整的整体,提出了天、地、人有机统一的思想。
关于人体,古人也把他当作一个小宇宙来对待。古希腊医学创始人希波克拉认为人体的各部分互相关联,即使身体的很小部分发生了某些损害,都会引起全身感到痛苦。我国古代医学经典《黄帝内经》把人体看作是自然界的一个组成部分,提出了“天人感应”的医疗原则,主张把生理现象与自然现象、精神活动结合起来诊治疾病。中医用阴阳五行学说来揭示人体内五脏之间相互依存、相互制约的关系,论证了人体各部分之间的有机联系和统一性整体性。
3.对整体的哲学认识
在整体性思想的基础上,逐渐产生了对整体的哲学认识。古希腊泰勒斯提出了“万物始源于水”,用水这个基质来统一自然万物。毕达哥拉斯认为整个天是一个和谐,“数”是一切事物的本原。赫拉克利特在《论自然界》一书中提出:“世界是包括一切的整体”。德谟克利特把宇宙看成是一个大系统,写出《宇宙大系统》一书,提出“系统”概念。亚里士多德把各门科学系统化,提出了“整体大于各部分总和”的著名论断,论述了系统思想。
我国也是对整体的系统思想进行哲学阐述最早的国家。中国古代自然哲学中包含着许多整体性的系统思想。尤其是老子的自然哲学在探讨宇宙的生成演化过程中,阐述了“道”与天、地、人的有机统一,提出“道”是世间万物的始源。指出“道”是一种独立的客观存在,是一个无声无息、无形无状的混合整体,即混沌世界,它在宇宙生成之前就已经存在,是宇宙的本原和始源,是宇宙的本质和核心。“道生一,一生二,二生三,三生万物。万物负阴而抱阳,冲气以为和。”〔1〕这里的“一”即是一个整体系统,混沌世界,“二”即指混沌系统经过自组织演化而分出的天和地,“三”是指宇宙系统经过自组织演化而产生的阴气、阳气、和气。阴、阳、和三气交互作用,生成万事万物。战国时期的荀况进一步发展了老子的整体系统思想,提出天是列星、日月、四时、风雨、万物等自然现象互相协调、互相作用、不断生成的功能系统,一物为万物的一部分,万物又是道的一部分。这就揭示了部分与整体之间的辩证关系,提出了系统结构性思想。
4.机械的整体性思想
15世纪下半叶,天文学、力学、物理学等科目从混为一体的哲学中分离出来,获得迅速的发展。人类开始改变以往整体地观察研究事物的方法,把系统观察和实验同严密的逻辑体系相结合,运用分析方法,把事物分成各个独立的部分,分门别类地进行考察,从而产生了以实验事实为依据的系统的科学理论。1508年,波兰天文学家哥白尼写出《天体运行论》,提出了系统的日心说理论。17世纪初,英国的霍布斯在总结培根理论的基础上,创立了机械性的整体思想。他用力学和几何学的原理来解释物质及其运动。与霍布斯同一时代的牛顿把这种思想进一步发展,并贯穿到了力学和物理学当中。法国人霍尔巴赫提出自然是指不同的物质,不同的配合,以及不同的运动组合而产生的一个大的整体。荷兰哲学家斯宾诺莎也认为世界是一个自然实体,内部是错综复杂的,有无穷无尽的因果联系。狄德罗指出一切都在变,一切都在过渡,只有整体不变。德国莱布尼茨提出:单子是事物的元素,是组成复合物的单纯实体,复合物是一些单纯物的一个堆积聚集。宇宙又是被规范在一种完满的秩序中的统一体系。
二、系统思想的产生
从17世纪上半叶起,自然科学的迅速发展,尤其是达尔文的生物进化论的提出,引起了人们认识的根本转向,促使整体性思想向系统思想的发展,出现了辩证的系统思想,为系统科学的形成奠定了基础。
1.唯心的辩证系统思想
德国康德说:“直观与概念构成我们一切知识的要素”。〔2〕认为知识是相互关联要素的整体,思维的唯一功能就是把概念联系起来,知识运用概念的方法就是作判断,对判断进行分类就是全面理解,分类意味着进入体系。他强调整体高于部分,自然界中的整体分为机械性和合目的性两类,作为自然目的的代表——生命有机整体有三大特点:一是有机体各部分只有在与其整体联系的情况下才存在,如果把手从躯体上切下来,就不成其为手了。二是机体的各部分互为因果、互为目的和手段。三是有机体具有自组织功能,能自己再生产。
德国黑格尔说“知识只有作为科学,或者作为系统,才是现实的,才能够表述出来”。〔3〕“真理只有作为系统才是现实的”。〔4〕他把“绝对精神”看作“系统”,一个“过程的集合体”,认为一切存在都是有机的整体“作为自身具体、自身发展的理念,乃是一个有机的系统,一个全体,包括很多的阶段和环节在它自身内”。〔5〕他用“逻辑学”、“自然哲学”、“精神哲学”三部分,一环扣一环地系统描述了“绝对精神”的辩证发展过程,指出人们的思维能力是一个具有等级层次的系统过程,即知性——消极理性——积极理性系统发展过程。
2.唯物的辩证系统思想
19世纪中叶以来,随着自然科学的发展,系统思想的发展进入新的历史时期。马克思和恩格斯对黑格尔的辩证法进行了扬弃,创立了唯物辩证法,丰富和发展了辩证系统思想。一是强调世界的普遍联系,恩格斯说:“宇宙是一个体系,是各种物体相互联系的总体。”〔6〕二是明确提出系统概念和系统思想。马恩在自已的著作中,多处使用“整体”、“总体”“系统”、“有机系统”等概念。马克思说“世界不是一成不变的事物的集合体,而是过程的集合体。”〔7〕三是运用系统观点和方法研究社会问题,指出社会经济形态这一大系统是由经济基础、政治法律上层建筑和社会意识形态三个子系统构成的模型,这三个子系统的矛盾运动推动社会发展。
三、系统科学的形成
随着自然科学和社会科学的发展,系统思想开始由哲学家的定性概括向定量的科学思维方式发展。推动这种发展的关键因素是现代科学技术提供了一套数学工具,使定量分析和计算系统各要素之间相互联系与作用成为可能和现实,从而推进和加快了系统科学的形成。
1.一般系统论
一般系统论由美籍奥地利裔生物学家贝塔朗菲创立。1937年他在芝加哥大学哲学研究班上提出了一般系统论的概念。1945年他发表了《关于普通系统论》一文,一般系统论作为一门崭新的学科而正式问世。
贝塔朗菲反对生物学中的机械决定论思想,他指出机械论的错误有三:一是简单相加的观点;二是机器的观点;三是被动反馈观点。
1954年,贝塔朗菲组织成立了“一般系统学会”,宣传推广一般系统论。1968年,贝塔朗菲对自己数十年来形成的思想作了系统归纳,出版了《普通系统论的基础及应用》一书,进一步完善了一般系统论的概念、原理、范式、原则和体系等。1972年,他临终前的最后一部著作《一般系统论的历史和现状》发表。该著作试图突破人们对一般系统论的“技术”上和“数字”上的理解,对它重新做出定义。他指出一般系统论包括三个内容:关于系统的科学和数学系统论;系统技术涉及系统工程的内容,着重研究系统思想、系统方法在现代科学技术和社会多种系统中的应用;系统哲学,研究系统论的科学或哲学方面的性质,使系统论取得哲学方法的地位。
2.信息论
一般系统论诞生后,与之紧密相联的信息理论应运而生。1948年,美国申农发表了《通讯的数学理论》,奠定了现代信息系统理论基础。1949年,他发表了《在噪声中的通信》。这两篇论文的发表标志着信息论的诞生。在20世纪60年代里,人们把信息论分成三类:(1)主要研究消息的信息量、信道容量以及消息编码问题的狭义信息论。(2)主要研究通信、噪声、信号过滤与预测、调制与信息处理问题的一般信息论。(3)研究包括上述两项在内和所有与信息有关领域问题的广义信息论。
3.控制论
1948年,美国数学家维纳发表了《控制论》,1949年又表了《平稳时间序列的外推、内插和平滑化》,创立了控制论。
1954年,中国科学家钱学森运用控制系统理论和方法,首创了工程控制论,把控制论推广到工程技术领域。以后控制论迅速发展,相继产生了神经控制论、生物控制论、经济控制论和社会控制论。
4.运筹学和系统工程
1946年,美国的莫尔斯和舍博尔在总结二战期间的实践经验和研究成果的基础上,形成了《运筹学方法》,于1950年公开发表。1957年古德和迈克尔出版了《系统工程学》。
这两部著作的发表标志着运筹学和系统工程的诞生。
1955年,我国开始运筹学研究活动。1962年,钱学森倡导以系统工程思想为指导来从事国防工业的研制和生产。
5.耗散结构理论
1969年,比利时物理学家普利高津正式提出了耗散结构理论,发表了《结构耗散和生命》。1974年,他又发表了《时间·不可逆性和结构》。
耗散结构理论就是一门研究耗散结构的性质、稳定和演变规律的科学。
6.超循环理论和突变论
1971年,德国艾根创立了超循环理论。该理论认为在生命起源和发展的化学阶段及生物学进化阶段之间,有一个分子自组织阶段,在这个阶段中,形成了具有统一遗传密码的细胞结构。遗传密码的形成并不在于它是进化过程中唯一可以进行的选择,而是因为在这一阶段中形成了一种超循环式的组织。这种组织具有“一旦建立就永存下去”的选择机制。所谓超循环即由循环组成的循环,在这里指通过循环联系,把自催化循环联系起来的循环。这种循环系列中的每个元素既能自我复制,又能对下一个元素的产生提供催化作用。
1972年,法国数学家勒内·托姆出版了《结构稳定性与形态发生学》,创立了突变论。突变论是对系统生成演化中的突变现象进行研究的新兴数学学科。它的创立进一步丰富了系统科学。
7.非线性科学
非线性科学是研究非线性现象共性的一门新兴交叉学科,它主要由混沌、分形和孤立子三大理论构成。1963年,美国气象学家洛伦兹发表了《确定论的非周期流》一文,揭示确定性非线性方程存在混沌,标志着非线性科学的产生。
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综上所述可见,到20世纪60～70年代,由一般系统论,信息论、控制论、运筹学和系统工程、耗散结构理论、超循环理论和突变论、非线性科学等学科群所构成的系统科学已经形成。系统科学是从系统的角度,运用系统的方法去考察认识整个世界,具有横断学科性质的新科学,它“不仅是对西方近代科学传统的超越,而且从世界观、方法论的深层次上试图将以住相互隔裂的自然科学、社会科学、技术科学与艺术科学内在统一起来,开辟了人类理性的新天地”。〔8〕
四、系统科学的新发展
20世纪80年代以来,系统科学在社会生产与管理等方面发挥了重大作用,受到世界各国的普遍重视,其研究工作更加深入,得到了进一步完善和发展。
1.协同学的创立
1988年,德国哈肯在总结60年代以来进行的激光理论研究成果的基础上,出版了《高级协同学》著作,创立了协同学。协同学是关于协同工作的科学,它的研究对象涉及完全不同性质的由大量子系统所构成的各种系统。一个由大量子系统组成的系统在一定的条件下,由于子系统之间的相互作用和协作,会形成具有一定功能的自组织结构,在宏观上就产生了时间结构、空间结构、时空结构,达到新的有序态,这就是非平衡系统中的自组织现象。
2.钱学森的系统科学体系和复杂性研究
1981年,对系统科学的建立发挥重要作用的中国科学家钱学森发表了《再谈系统科学体系》,进一步发展了系统科学。他把系统科学看成与自然科学、数学科学和社会科学具有同等地位的一门学科,它还应包括系统学,即把运筹学和控制论、信息论结合起来的理论。此后,他把系统科学体系作了新的归纳,明确系统科学体系包括哲学、基础科学、技术科学、工程技术四个台阶的内容。系统学是关于系统的一般哲学、方法论观点,运筹学、信息论、控制论是系统科学的技术科学。各门系统工程、通讯技术、自动化技术则是系统科学的工程技术。
自1986年始,钱学森进行社会系统、地理系统、人体系统、军事系统的探索。他运用先进方法重点研究了社会体系,指出社会形态是由互相联系、互相影响、互相作用的经济社会形态、政治社会形态和意识社会形态所构成的有机整体、社会系统结构,提出了关于社会系统工程、决策科学化、民主化和组织管理现代化的新思路,把系统科学发展推向了新阶段。
3.混沌理论的新发展
1989年胡柏勒发表了控制混沌的文章。1990年奥特·格锐柏基和约克提出控制混沌的思想,佩考拉和卡罗尔提出混沌同步思想,迪托和罗意等完成了控制混沌的实验。以后混沌控制与混沌同步研究蓬勃发展。混沌控制是指混沌的控制与诱导,它是智能控制的重要组成部分。现在混沌控制的目标是人为地影响混沌系统,使之演化到需要的状态。
1999年,VISA国际创始人迪伊·哈克出版了《浑序时代的诞生》,提出了“浑序组织”新思想。他从山猫逮地鼠的一幕受到启发,认为浑序是混沌边缘的有序状态,研究创立浑序组织管理新模式。
2002年,中国社会科学院研究员林夏水发表《非线性科学与决定论自然观的变革》一文,提出建立确定性混沌自然观。同年,南京大学教授李曙华出版了《从系统论到混沌学》著作,进一步阐释了混沌学的科学定义和丰富内涵,丰富和发展了混沌理论。2004年,她又发表了论文《系统科学——从构成论表走向生成论》,指出从生成论的角度,系统科学——从系统论到混沌学的发展,无疑是20世纪最大的一次科学革命。提出从新的自然观出发,创建探索世界生成演化的“生成科学”。——论文作者：周树杰
