说明:本稿取自自由论坛,为了阅读方便,我们把一些段切开了。编者

试论系统科学的困惑与出路



    2000年11月12日下午04:56:54,来自四川大学的
    陈雨思  czqx@mweb.com.cn  说:

    (此帖首发于系统科学之窗,转帖于此)

    1.问题的提出


    大半个世纪以来,牛顿、爱因斯坦向我们展示了自然界的一幅可逆的、决定论的、连续的、稳定周期运动的图画,然而今天,普里戈金、哈肯以及在各个领域的科学家却在所有的层次:基本粒子、生物学、天体物理、社会科学中向我们展示出自然界另一幅不可逆的、随机性的、多样化的、非连续的、不稳定的图画.那么,谁对?是牛顿、爱因斯坦,还是普里戈金、哈肯?

    当然,我们可以宽容地说,在此处是牛顿、爱因斯坦对,在彼处是普里戈金、哈肯对,然而,世界的统一性在哪里呢?科学真的要如此分化么?
    贝塔郎菲在临终前的一篇文章中指出:基本的系统问题可以用亚里士多德的古老命题“整体大于它的各部分的和”来表达.但是,经过几十年的研究,这个问题至今未能获得解决.直到20世纪90年代,圣塔菲学派还在发问:“整体大于部分之和究竟是什么意思?”


    应当说,有了协同学、非线性动力学等成果,建立简单巨系统学在原则上已是可行的,但仍有相当难度,这方面的著作至今未能写出来.


    一旦系统研究进入生命、社会、思维等领域,上述所有的理论与方法都失效了.这些对象不仅异常复杂,而且充满不确定性,现代科学没有能够提出解决这些问题的理论与方法.雄心勃勃的圣塔菲学派在经过十余年探索后发出了“从复杂性转向困惑”的感叹!


    在建立系统的初期,钱学森曾对“信息论”寄予厚望,认为“信息论”是系统学的重要构筑材料之一。但经过几年探索后发现,现在很难给出基础科学层次上的信息定义。大约在20世纪80年代末,他们终于下决心暂时不把信息作为系统学的基本概念,留待条件成熟后再作弥补。


    信息与熵是两个密切相关的概念,圣塔菲学者非常关心熵的研究,曾召开专门研究熵的讨论会,出版了论文集。但在这方面同样无实质性进展。
    除了通信领域,科学界至今没有一个普遍接受的信息定义,对于信息的实质仍然缺乏真正的理解,没有普遍适用的数学工具,无法建立关于一般系统的信息理论。信息概念成了一个“食之无味,弃之可惜”的东西。


    直到今天,古老的中华文明仍然向现代科学发着史克芬克斯谜式的微笑.现代科学对于中医理论能说些什么呢?对于经络和针灸能说些什么呢?对于都江堰(这是个最稳定的大型自控系统)能说些什么呢?对于孙子兵法能说些什么呢?


    2.问题的背景


    在与人的生存和发展相关的领域,存在大量与复杂性和不确定性相关的科学问题,这些问题是:


    地球能把握吗?气候可调节吗?环境可控吗?
    怎样进行生物多样性保护?是否存在物种冗余?生态系统的关键种及其作用如何?物种之间的关系如何影响生态过程和生态平衡?
    三十亿个碱基对是如何协同工作的?三十亿个碱基对怎样进行自组织?
    大脑是如何工作的?大脑怎样进行选择性自适应?大脑与行为的自组织是何关系?
    思维与智能的本质是什么?大脑如何组织其信息存储?大脑与机体免疫功能是何关系?智力怎样起源?大脑是怎样认知外界视觉世界的?心思的脑机制是什么?
    生命怎样起源?细胞怎样起源和进化?有机体信息系统的演化在物种生存、适应过程中有何作用?RNA与生命起源有何关系?细胞如何调控基因组的有序活动?细胞为何凋亡?中西医理论怎样统一?怎样医治各种顽症?


    3.问题的实质


    现代复杂性科学致力于寻找系统演化方向的判据,在平衡态和近平衡态,可以用熵来判断过程的方向,但在远离平衡态时,熵判据失效.普里高津为寻找远离平衡态时的普适性判据绞尽脑汁,寻找的结果是认为不能避开动力学问题,因此,求解非线性微分方程成为问题的关键,而由此就出现了求解这类方程的困难.


    非线性微分方程的求解为什么如此困难呢?这类方程的前提是牛顿的微积分理论,而牛顿微积分是以导数为基础的,而导数则是以钭率为基础,斜率的本质是点的线性表示;另外,微分方程必以导数的连续为基础,而现实复杂体系通常是非线性和非连续的,因而,微分方程的线性前提和连续前提,就与复杂体系的非线性和非连续性质产生冲突,导致了方程求解的困难. 


    4.问题解决的途径


    要解决上述问题,必须换个角度,直接从体系的非线性、非连续性出发,这就需要从最基本的问题开始进行研究,而这就必然涉及一些科学的基本概念和基本思路的改变,要打破牛顿的"点即直线"的线性观念,要研究中国古代"点是结构"的伟大思想,重新审视现有系统学学科,寻找系统科学新的突破口.陈雨思多年对此进行研究,取得重要进展,愿与有兴趣的专家互相讨论.