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摘 要： 摘要:系統科學是一門新興科學,它源于人類社會實踐,經歷了整體性思想、系統思想的長期發展過程,到20世紀40年代一般系統論、信息論、控制論的創立,乃至60～70年代的運籌學和系統工程、耗散結論理論、超循環理論和實變論、非線性科學等新學科群的涌現,而最終形
摘要:系統科學是一門新興科學,它源于人類社會實踐,經歷了整體性思想、系統思想的長期發展過程,到20世紀40年代一般系統論、信息論、控制論的創立,乃至60～70年代的運籌學和系統工程、耗散結論理論、超循環理論和實變論、非線性科學等新學科群的涌現,而最終形成,并大興于世。80年代后,協同學的產生、系統科學體系建立和復雜性研究及生成科學的提出等,使系統科學迅速發展,日益發揮重大作用。
關鍵詞:系統科學;形成;發展
探索系統科學的形成與發展,對于我們準確地把握系統科學這一新興科學體系的豐富內涵,靈活運用系統科學知識,貫徹科學發展觀,構建社會主義和諧社會,具有十分重要而深遠的意義。
一、古代系統科學的萌芽
系統科學起源于人類的社會實踐,孕育于古代漫長的歷史時期。即從古巴比倫時代一直到17世紀近代科學思想的崛起,是人類系統思想發展的早期階段。
1.感性的系統認識
早在上古時期人類在生產生活實踐中就產生了朦朧的感性的系統認識。人們從自身系統與外界接觸所產生的感覺體驗,到對周圍環境事物的觀察猜測,形成了系統的感性認識。如從火的發現所開始的利用自然之火和進行人工取火,用于熟食、取暖、御敵、攻敵等,就是在感覺經驗的基礎上對火的系統認識和開發利用實踐。這種感性認識和實踐活動的拓展及經驗總結,進而發展到理性認識,產生了系統科學的萌芽——整體性思想。
2.古代樸素的整體性思想
古代樸素的整體思想主要體現在對宇宙和人的整體性認識上。關于宇宙,古巴比倫人把它看成是一個密封的大箱子,大地是它的底板,底板中央聳立著冰雪覆蓋的區域,幼發拉底河發源于這些區域,大地周圍是水,水之外有大山支撐蔚藍色的天空。古埃及人認為宇宙是個方盒。古代中國人把宇宙看成是一個完整的整體,提出了天、地、人有機統一的思想。
關于人體,古人也把他當作一個小宇宙來對待。古希臘醫學創始人希波克拉認為人體的各部分互相關聯,即使身體的很小部分發生了某些損害,都會引起全身感到痛苦。我國古代醫學經典《黃帝內經》把人體看作是自然界的一個組成部分,提出了“天人感應”的醫療原則,主張把生理現象與自然現象、精神活動結合起來診治疾病。中醫用陰陽五行學說來揭示人體內五臟之間相互依存、相互制約的關系,論證了人體各部分之間的有機聯系和統一性整體性。
3.對整體的哲學認識
在整體性思想的基礎上,逐漸產生了對整體的哲學認識。古希臘泰勒斯提出了“萬物始源于水”,用水這個基質來統一自然萬物。畢達哥拉斯認為整個天是一個和諧,“數”是一切事物的本原。赫拉克利特在《論自然界》一書中提出:“世界是包括一切的整體”。德謨克利特把宇宙看成是一個大系統,寫出《宇宙大系統》一書,提出“系統”概念。亞里士多德把各門科學系統化,提出了“整體大于各部分總和”的著名論斷,論述了系統思想。
我國也是對整體的系統思想進行哲學闡述最早的國家。中國古代自然哲學中包含著許多整體性的系統思想。尤其是老子的自然哲學在探討宇宙的生成演化過程中,闡述了“道”與天、地、人的有機統一,提出“道”是世間萬物的始源。指出“道”是一種獨立的客觀存在,是一個無聲無息、無形無狀的混合整體,即混沌世界,它在宇宙生成之前就已經存在,是宇宙的本原和始源,是宇宙的本質和核心。“道生一,一生二,二生三,三生萬物。萬物負陰而抱陽,沖氣以為和。”〔1〕這里的“一”即是一個整體系統,混沌世界,“二”即指混沌系統經過自組織演化而分出的天和地,“三”是指宇宙系統經過自組織演化而產生的陰氣、陽氣、和氣。陰、陽、和三氣交互作用,生成萬事萬物。戰國時期的荀況進一步發展了老子的整體系統思想,提出天是列星、日月、四時、風雨、萬物等自然現象互相協調、互相作用、不斷生成的功能系統,一物為萬物的一部分,萬物又是道的一部分。這就揭示了部分與整體之間的辯證關系,提出了系統結構性思想。
4.機械的整體性思想
15世紀下半葉,天文學、力學、物理學等科目從混為一體的哲學中分離出來,獲得迅速的發展。人類開始改變以往整體地觀察研究事物的方法,把系統觀察和實驗同嚴密的邏輯體系相結合,運用分析方法,把事物分成各個獨立的部分,分門別類地進行考察,從而產生了以實驗事實為依據的系統的科學理論。1508年,波蘭天文學家哥白尼寫出《天體運行論》,提出了系統的日心說理論。17世紀初,英國的霍布斯在總結培根理論的基礎上,創立了機械性的整體思想。他用力學和幾何學的原理來解釋物質及其運動。與霍布斯同一時代的牛頓把這種思想進一步發展,并貫穿到了力學和物理學當中。法國人霍爾巴赫提出自然是指不同的物質,不同的配合,以及不同的運動組合而產生的一個大的整體。荷蘭哲學家斯賓諾莎也認為世界是一個自然實體,內部是錯綜復雜的,有無窮無盡的因果聯系。狄德羅指出一切都在變,一切都在過渡,只有整體不變。德國萊布尼茨提出:單子是事物的元素,是組成復合物的單純實體,復合物是一些單純物的一個堆積聚集。宇宙又是被規范在一種完滿的秩序中的統一體系。
二、系統思想的產生
從17世紀上半葉起,自然科學的迅速發展,尤其是達爾文的生物進化論的提出,引起了人們認識的根本轉向,促使整體性思想向系統思想的發展,出現了辯證的系統思想,為系統科學的形成奠定了基礎。
1.唯心的辯證系統思想
德國康德說:“直觀與概念構成我們一切知識的要素”�！�2〕認為知識是相互關聯要素的整體,思維的唯一功能就是把概念聯系起來,知識運用概念的方法就是作判斷,對判斷進行分類就是全面理解,分類意味著進入體系。他強調整體高于部分,自然界中的整體分為機械性和合目的性兩類,作為自然目的的代表——生命有機整體有三大特點:一是有機體各部分只有在與其整體聯系的情況下才存在,如果把手從軀體上切下來,就不成其為手了。二是機體的各部分互為因果、互為目的和手段。三是有機體具有自組織功能,能自己再生產。
德國黑格爾說“知識只有作為科學,或者作為系統,才是現實的,才能夠表述出來”�！�3〕“真理只有作為系統才是現實的”。〔4〕他把“絕對精神”看作“系統”,一個“過程的集合體”,認為一切存在都是有機的整體“作為自身具體、自身發展的理念,乃是一個有機的系統,一個全體,包括很多的階段和環節在它自身內”�！�5〕他用“邏輯學”、“自然哲學”、“精神哲學”三部分,一環扣一環地系統描述了“絕對精神”的辯證發展過程,指出人們的思維能力是一個具有等級層次的系統過程,即知性——消極理性——積極理性系統發展過程。
2.唯物的辯證系統思想
19世紀中葉以來,隨著自然科學的發展,系統思想的發展進入新的歷史時期。馬克思和恩格斯對黑格爾的辯證法進行了揚棄,創立了唯物辯證法,豐富和發展了辯證系統思想。一是強調世界的普遍聯系,恩格斯說:“宇宙是一個體系,是各種物體相互聯系的總體。”〔6〕二是明確提出系統概念和系統思想。馬恩在自已的著作中,多處使用“整體”、“總體”“系統”、“有機系統”等概念。馬克思說“世界不是一成不變的事物的集合體,而是過程的集合體。”〔7〕三是運用系統觀點和方法研究社會問題,指出社會經濟形態這一大系統是由經濟基礎、政治法律上層建筑和社會意識形態三個子系統構成的模型,這三個子系統的矛盾運動推動社會發展。
三、系統科學的形成
隨著自然科學和社會科學的發展,系統思想開始由哲學家的定性概括向定量的科學思維方式發展。推動這種發展的關鍵因素是現代科學技術提供了一套數學工具,使定量分析和計算系統各要素之間相互聯系與作用成為可能和現實,從而推進和加快了系統科學的形成。
1.一般系統論
一般系統論由美籍奧地利裔生物學家貝塔朗菲創立。1937年他在芝加哥大學哲學研究班上提出了一般系統論的概念。1945年他發表了《關于普通系統論》一文,一般系統論作為一門嶄新的學科而正式問世。
貝塔朗菲反對生物學中的機械決定論思想,他指出機械論的錯誤有三:一是簡單相加的觀點;二是機器的觀點;三是被動反饋觀點。
1954年,貝塔朗菲組織成立了“一般系統學會”,宣傳推廣一般系統論。1968年,貝塔朗菲對自己數十年來形成的思想作了系統歸納,出版了《普通系統論的基礎及應用》一書,進一步完善了一般系統論的概念、原理、范式、原則和體系等。1972年,他臨終前的最后一部著作《一般系統論的歷史和現狀》發表。該著作試圖突破人們對一般系統論的“技術”上和“數字”上的理解,對它重新做出定義。他指出一般系統論包括三個內容:關于系統的科學和數學系統論;系統技術涉及系統工程的內容,著重研究系統思想、系統方法在現代科學技術和社會多種系統中的應用;系統哲學,研究系統論的科學或哲學方面的性質,使系統論取得哲學方法的地位。
2.信息論
一般系統論誕生后,與之緊密相聯的信息理論應運而生。1948年,美國申農發表了《通訊的數學理論》,奠定了現代信息系統理論基礎。1949年,他發表了《在噪聲中的通信》。這兩篇論文的發表標志著信息論的誕生。在20世紀60年代里,人們把信息論分成三類:(1)主要研究消息的信息量、信道容量以及消息編碼問題的狹義信息論。(2)主要研究通信、噪聲、信號過濾與預測、調制與信息處理問題的一般信息論。(3)研究包括上述兩項在內和所有與信息有關領域問題的廣義信息論。
3.控制論
1948年,美國數學家維納發表了《控制論》,1949年又表了《平穩時間序列的外推、內插和平滑化》,創立了控制論。
1954年,中國科學家錢學森運用控制系統理論和方法,首創了工程控制論,把控制論推廣到工程技術領域。以后控制論迅速發展,相繼產生了神經控制論、生物控制論、經濟控制論和社會控制論。
4.運籌學和系統工程
1946年,美國的莫爾斯和舍博爾在總結二戰期間的實踐經驗和研究成果的基礎上,形成了《運籌學方法》,于1950年公開發表。1957年古德和邁克爾出版了《系統工程學》。
這兩部著作的發表標志著運籌學和系統工程的誕生。
1955年,我國開始運籌學研究活動。1962年,錢學森倡導以系統工程思想為指導來從事國防工業的研制和生產。
5.耗散結構理論
1969年,比利時物理學家普利高津正式提出了耗散結構理論,發表了《結構耗散和生命》。1974年,他又發表了《時間·不可逆性和結構》。
耗散結構理論就是一門研究耗散結構的性質、穩定和演變規律的科學。
6.超循環理論和突變論
1971年,德國艾根創立了超循環理論。該理論認為在生命起源和發展的化學階段及生物學進化階段之間,有一個分子自組織階段,在這個階段中,形成了具有統一遺傳密碼的細胞結構。遺傳密碼的形成并不在于它是進化過程中唯一可以進行的選擇,而是因為在這一階段中形成了一種超循環式的組織。這種組織具有“一旦建立就永存下去”的選擇機制。所謂超循環即由循環組成的循環,在這里指通過循環聯系,把自催化循環聯系起來的循環。這種循環系列中的每個元素既能自我復制,又能對下一個元素的產生提供催化作用。
1972年,法國數學家勒內·托姆出版了《結構穩定性與形態發生學》,創立了突變論。突變論是對系統生成演化中的突變現象進行研究的新興數學學科。它的創立進一步豐富了系統科學。
7.非線性科學
非線性科學是研究非線性現象共性的一門新興交叉學科,它主要由混沌、分形和孤立子三大理論構成。1963年,美國氣象學家洛倫茲發表了《確定論的非周期流》一文,揭示確定性非線性方程存在混沌,標志著非線性科學的產生。
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綜上所述可見,到20世紀60～70年代,由一般系統論,信息論、控制論、運籌學和系統工程、耗散結構理論、超循環理論和突變論、非線性科學等學科群所構成的系統科學已經形成。系統科學是從系統的角度,運用系統的方法去考察認識整個世界,具有橫斷學科性質的新科學,它“不僅是對西方近代科學傳統的超越,而且從世界觀、方法論的深層次上試圖將以住相互隔裂的自然科學、社會科學、技術科學與藝術科學內在統一起來,開辟了人類理性的新天地”�！�8〕
四、系統科學的新發展
20世紀80年代以來,系統科學在社會生產與管理等方面發揮了重大作用,受到世界各國的普遍重視,其研究工作更加深入,得到了進一步完善和發展。
1.協同學的創立
1988年,德國哈肯在總結60年代以來進行的激光理論研究成果的基礎上,出版了《高級協同學》著作,創立了協同學。協同學是關于協同工作的科學,它的研究對象涉及完全不同性質的由大量子系統所構成的各種系統。一個由大量子系統組成的系統在一定的條件下,由于子系統之間的相互作用和協作,會形成具有一定功能的自組織結構,在宏觀上就產生了時間結構、空間結構、時空結構,達到新的有序態,這就是非平衡系統中的自組織現象。
2.錢學森的系統科學體系和復雜性研究
1981年,對系統科學的建立發揮重要作用的中國科學家錢學森發表了《再談系統科學體系》,進一步發展了系統科學。他把系統科學看成與自然科學、數學科學和社會科學具有同等地位的一門學科,它還應包括系統學,即把運籌學和控制論、信息論結合起來的理論。此后,他把系統科學體系作了新的歸納,明確系統科學體系包括哲學、基礎科學、技術科學、工程技術四個臺階的內容。系統學是關于系統的一般哲學、方法論觀點,運籌學、信息論、控制論是系統科學的技術科學。各門系統工程、通訊技術、自動化技術則是系統科學的工程技術。
自1986年始,錢學森進行社會系統、地理系統、人體系統、軍事系統的探索。他運用先進方法重點研究了社會體系,指出社會形態是由互相聯系、互相影響、互相作用的經濟社會形態、政治社會形態和意識社會形態所構成的有機整體、社會系統結構,提出了關于社會系統工程、決策科學化、民主化和組織管理現代化的新思路,把系統科學發展推向了新階段。
3.混沌理論的新發展
1989年胡柏勒發表了控制混沌的文章。1990年奧特·格銳柏基和約克提出控制混沌的思想,佩考拉和卡羅爾提出混沌同步思想,迪托和羅意等完成了控制混沌的實驗。以后混沌控制與混沌同步研究蓬勃發展。混沌控制是指混沌的控制與誘導,它是智能控制的重要組成部分�，F在混沌控制的目標是人為地影響混沌系統,使之演化到需要的狀態。
1999年,VISA國際創始人迪伊·哈克出版了《渾序時代的誕生》,提出了“渾序組織”新思想。他從山貓逮地鼠的一幕受到啟發,認為渾序是混沌邊緣的有序狀態,研究創立渾序組織管理新模式。
2002年,中國社會科學院研究員林夏水發表《非線性科學與決定論自然觀的變革》一文,提出建立確定性混沌自然觀。同年,南京大學教授李曙華出版了《從系統論到混沌學》著作,進一步闡釋了混沌學的科學定義和豐富內涵,豐富和發展了混沌理論。2004年,她又發表了論文《系統科學——從構成論表走向生成論》,指出從生成論的角度,系統科學——從系統論到混沌學的發展,無疑是20世紀最大的一次科學革命。提出從新的自然觀出發,創建探索世界生成演化的“生成科學”。——論文作者：周樹杰
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