系統(tǒng)科學(xué)整體性思想的演進(jìn)機(jī)制與路由

1、系統(tǒng)科學(xué)整體性思想的演進(jìn)機(jī)制與路由    摘要系統(tǒng)科學(xué)是研究“整體”和“整體性”的科學(xué)。不論從本體論還是形而上學(xué)根基講，整體性是系統(tǒng)科學(xué)最基本的特征。然而究竟什么是系統(tǒng)的“整體性”？“整體性”作為一個科學(xué)概念，其內(nèi)涵與特質(zhì)是如何邏輯地展開、從而使得系統(tǒng)科學(xué)思想史成為可能？本文從系統(tǒng)整體性的外在表征、整體性產(chǎn)生的內(nèi)在原因及系統(tǒng)整體的生成演化機(jī)制三個方面揭示系統(tǒng)科學(xué)整體性思想演進(jìn)的內(nèi)在邏輯。關(guān)鍵詞系統(tǒng)；整體性；生成論；演化機(jī)制中圖分類號N949文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1671-511X（2012）02-0023-04“人們通常都把系統(tǒng)等同于整體。實(shí)際上，系統(tǒng)是整

2、體的一種描述方式。人們真正關(guān)心的不是系統(tǒng)而是整體，人們著眼系統(tǒng)的目的和實(shí)質(zhì)在于整體。系統(tǒng)的整體思維，其精髓是它的整體性，系統(tǒng)其實(shí)是整體的一種表達(dá)方式?！闭w論作為一種哲學(xué)思想，至少可以追溯至亞里士多德，但直到20世紀(jì)20年代才有人（施穆滋Jan Smuts）創(chuàng)造了“整體論”（holism）這一范疇，以此彰顯“在自然界中，通過創(chuàng)造性進(jìn)化而產(chǎn)生的整體大于部分之和的趨勢”。整體性問題是系統(tǒng)思想中的一個經(jīng)典問題。這源于系統(tǒng)本體的整體性、層次性、關(guān)系性與自組織等特性。而從科學(xué)范式的角度講，系統(tǒng)科學(xué)區(qū)別于經(jīng)典科學(xué)的最大特征即系統(tǒng)的整體性。按照不同的角度系統(tǒng)可以分為不同的類別，但是不同類型的系統(tǒng)具有一些共同

3、的基本的性質(zhì)或特征，其中最基本的性質(zhì)就是整體性。貝塔朗菲（Bertalanffy，L.v）明確提出系統(tǒng)論是研究“整體”或“整體性”的科學(xué)；拉茲洛（E.Laszlo）則將“整體性”列在他所概括的系統(tǒng)的幾大特征之首。然而，系統(tǒng)的整體性作為一個科學(xué)概念到底具有哪些內(nèi)涵？這些內(nèi)涵是如何邏輯地展開因而使得系統(tǒng)科學(xué)思想史成為可能？本文擬述之。一、新質(zhì)涌現(xiàn)：整體性的行為表征系統(tǒng)整體性的行為表征（或外在表現(xiàn)）是新質(zhì)涌現(xiàn)。即質(zhì)的新穎性是系統(tǒng)整體性的直觀體現(xiàn)。系統(tǒng)是要素、外部環(huán)境和結(jié)構(gòu)三方面相關(guān)聯(lián)的具有特定功能的整體，系統(tǒng)的整體性是相對于其外部環(huán)境而言的，這是系統(tǒng)的一種外在表現(xiàn)、行為表征。也就是說，我們之所以能看

4、到或感知到一個系統(tǒng)，首先是因?yàn)樗鼜耐庠谡故玖艘环N整體性的表現(xiàn)。而一個活的系統(tǒng)，維持其生命力的一個主要的外在表現(xiàn)就是不斷地涌現(xiàn)新質(zhì)。涌現(xiàn)（emergence），當(dāng)代系統(tǒng)科學(xué)理論也曾稱之為“突現(xiàn)”。新質(zhì)涌現(xiàn)是指這樣一種情況：被考察的客體原來沒有的質(zhì)或特性，在某一變化過程中驟然出現(xiàn)，或者相對于實(shí)施考察的主體而言是驟然出現(xiàn)的，同時形成了一種與新突起的質(zhì)或特性相對應(yīng)的系統(tǒng)。由于涌現(xiàn)現(xiàn)象似乎總是給人以神秘感，導(dǎo)致它長期被排除在科學(xué)研究的視野之外。系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展使對涌現(xiàn)性的重視和研究重登科學(xué)舞臺。貝塔朗菲最先沖破這一禁忌，把涌現(xiàn)概念引入系統(tǒng)科學(xué)，并把對涌現(xiàn)現(xiàn)象的描述作為系統(tǒng)科學(xué)的基本問題之一。但是，貝氏對突

5、現(xiàn)性的理解還是構(gòu)成性的思維，他借亞里士多德的名言把突現(xiàn)表述為“整體大于部分之和”，因此涌現(xiàn)的實(shí)質(zhì)注定不會在貝氏那里得到準(zhǔn)確的闡釋；霍蘭（Hpland J H）把涌現(xiàn)表述為“多來自少”、“復(fù)雜來自簡單”，歐陽瑩之認(rèn)定“只有系統(tǒng)的額外特征才有資格為涌現(xiàn)”；這些命題仍帶有某些神秘色彩，或多或少使人覺得那些額外涌現(xiàn)出來的東西（定性的或定量的）來路不明，無跡可求。由于這個緣故，許多人把不可解釋性當(dāng)成涌現(xiàn)的基本特征。特別是那些把還原論當(dāng)成科學(xué)方法論之唯一可能形式的人，至今視涌現(xiàn)一詞為非科學(xué)術(shù)語，拒絕接受。實(shí)際上，涌現(xiàn)現(xiàn)象并非憑空出現(xiàn)的，它具有可以查尋的客觀根源和能夠用科學(xué)揭示的產(chǎn)生機(jī)制，因而原則上具有可解

6、釋性。消除突現(xiàn)的神秘性，應(yīng)考察它的現(xiàn)實(shí)來源，揭示其產(chǎn)生機(jī)制。苗東升認(rèn)為，系統(tǒng)突現(xiàn)性來自系統(tǒng)的組分、結(jié)構(gòu)和環(huán)境三方面：構(gòu)材效應(yīng)、規(guī)模效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)四者共同造就系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性。在人們的認(rèn)識過程中，系統(tǒng)的整體性最初表現(xiàn)為其突現(xiàn)出的各組成要素所不具有的新質(zhì)。這種質(zhì)的新穎性就是整體性的直觀體現(xiàn)。從實(shí)質(zhì)上看，系統(tǒng)的整體性也只有就這種質(zhì)的新穎性而言，才具有客觀的意義。以生命系統(tǒng)為例，生物體的特性不等同于細(xì)胞的特性，更不能歸結(jié)為組成細(xì)胞的分子、原子等成份的特性，生物體所突現(xiàn)的新質(zhì)不是別的，正是“活的”生命有機(jī)體這種復(fù)雜系統(tǒng)所展示出的一種整體性，如新陳代謝、生長發(fā)育、自我調(diào)節(jié)，甚至病變消亡等。二、對

7、稱破缺與多元協(xié)同：整體性的內(nèi)在原因從本質(zhì)上看，由新質(zhì)涌現(xiàn)所體現(xiàn)出的整體性并不意味著系統(tǒng)內(nèi)部的單純性和均一性。恰恰相反，正是由于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、要素之間的關(guān)系發(fā)生了激烈的變化，從而使系統(tǒng)的構(gòu)成要素產(chǎn)生一種對稱破缺、高度分化、質(zhì)的規(guī)定性多元化，才有可能造就出某種形式的整體性。整體性產(chǎn)生的原因包括：開放環(huán)境可能導(dǎo)致熵減；非平衡是產(chǎn)生新的有序之源頭；漲落導(dǎo)致有序；非線性導(dǎo)致自組織。而非平衡、非線性及漲落狀態(tài)的形成均離不開系統(tǒng)內(nèi)部的對稱性破缺。因此要研究新整體產(chǎn)生的原因，必須研究對稱性破缺的問題。1.新整體誕生的條件：對稱破缺所謂對稱破缺，是指觀察者視線中系統(tǒng)構(gòu)成要素的對稱程度降低或?qū)ΨQ性質(zhì)喪失。它意味著

8、一種分化，即系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由一種均勻的同質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾再|(zhì)不對稱的異質(zhì)狀態(tài)。對稱性與有序性密切相關(guān)。對稱程度越高，則有序性越強(qiáng)。普利高津在耗散結(jié)構(gòu)理論中對此進(jìn)行了深刻的揭示和論述，“耗散結(jié)構(gòu)一旦形成，時間以及空間的均勻性可能遭到破壞，我們更加接近亞里士多德所提出的生物學(xué)的空時觀?！彼^“生物學(xué)”的時空觀，就是對稱破缺的時空觀，它包括空間對稱破缺與時間對稱破缺?？臻g對稱破缺：表現(xiàn)為系統(tǒng)的各構(gòu)成要素在三維空間中分布的非均勻性。根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，對稱破缺展示出系統(tǒng)的不同構(gòu)成要素之間或系統(tǒng)與其外部環(huán)境之間的本質(zhì)差別，這種本質(zhì)差別為演化這種復(fù)雜行為的出現(xiàn)提供了一個首要的先決條件，它使得原來在無差別介質(zhì)中根本不可

9、能發(fā)生的演化過程，在對稱破缺的條件下可以成為現(xiàn)實(shí)。例如著名的貝納德花紋實(shí)驗(yàn)，就是系統(tǒng)達(dá)到某一閾值時，由對稱性破缺而產(chǎn)生的一種空間宏觀有序結(jié)構(gòu)。 時間對稱破缺：顯示為系統(tǒng)定向運(yùn)動變化及其周期性、節(jié)奏性。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為時間是可逆的，這就意味著“過去”和“將來”沒有質(zhì)的區(qū)別；熱力學(xué)第二定律對此提出挑戰(zhàn)，揭示了孤立系統(tǒng)的熵隨時間的推移趨向極大值，但不足的是這種對時間的非對稱性的描述僅僅限于孤立系統(tǒng)。而耗散結(jié)構(gòu)理論等自組織理論，則更一般也更深入地揭示了開放系統(tǒng)、不可逆系統(tǒng)的方向性。它們指出，任何開放系統(tǒng)都有一個隨時間而創(chuàng)生、發(fā)展和消亡的過程，這個過程是絕對不可逆轉(zhuǎn)的。對于開放系統(tǒng)來說，時間t總是單向的、對

10、稱破缺的。它的意義已非一個簡單的幾何參量，而是一個決定系統(tǒng)演化的具有歷史意義的變量。作為耗散結(jié)構(gòu)論中的一個新概念，時間t是與系統(tǒng)不可逆過程相聯(lián)系的一個內(nèi)部變量。如化學(xué)鐘實(shí)驗(yàn)，即著名的B-Z反應(yīng)（Belousov-Zhabtin-shi），就是經(jīng)過時間對稱破缺，形成一種新的動態(tài)穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。對稱破缺作為整體性的內(nèi)在特征，表現(xiàn)為三維空間上的非均勻分布和一維時間上的不可逆演化。有了不可逆性，即時間對稱破缺，才有空間對稱破缺的產(chǎn)生維持和發(fā)展。時間對稱破缺具有更為基本的意義。對稱性破缺可以引起我們對兩個問題的反思，一是關(guān)于秩序問題，二是關(guān)于不可逆性問題。2.對稱破缺是自組織系統(tǒng)進(jìn)化的標(biāo)志事實(shí)上，無論是

11、平衡結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生還是非平衡結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，都表現(xiàn)為某種對稱破缺。在進(jìn)化生物學(xué)中，首先是有機(jī)分子旋光性的對稱破缺，被巴士德等人看作是“生命的唯一判據(jù)”。沒有這種破缺就沒有真正的生命；其次是遺傳密碼和遺傳信息流的對稱破缺，它們是原始生命得以產(chǎn)生和延續(xù)的關(guān)鍵；而細(xì)胞內(nèi)部及細(xì)胞之間的對稱破缺，是原始生命繼續(xù)進(jìn)化與發(fā)展的前提。當(dāng)外界條件具備時，系統(tǒng)發(fā)生對稱破缺是必然的；而對稱破缺是如何實(shí)現(xiàn)的，卻有很大隨機(jī)性，而在這時漲落則起了重大作用。比如磁體磁場的方向、激光的頻率和相位、正反粒子數(shù)之差等，都是隨機(jī)決定的。系統(tǒng)科學(xué)家詹奇說：“現(xiàn)在與海森堡不確定關(guān)系描述的量子力學(xué)的不確定性并肩而立的是結(jié)構(gòu)中的宏觀不確定性。”這

12、些都是系統(tǒng)整體性的具體體現(xiàn)。3.整體性涌現(xiàn)的動力學(xué)機(jī)制：多元協(xié)同系統(tǒng)的新質(zhì)突現(xiàn)表現(xiàn)為外在的整體化和一體化，而對稱破缺則意味著內(nèi)在的分化和多樣化。這兩個方面相反相成、互相促進(jìn)；一方面，系統(tǒng)的整體性來自于對其構(gòu)成要素特性的揚(yáng)棄，即在新的關(guān)聯(lián)過程中，要素間自身個體性的相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到某種程度上的和諧一致。另一方面，只有對稱破缺、高度分化和質(zhì)的規(guī)定性的多樣化，系統(tǒng)構(gòu)成要素之間的相互關(guān)聯(lián)才具有實(shí)際的意義。要素間的相互作用促成整體的新質(zhì)突現(xiàn)。邦格（M Bunge）認(rèn)為，系統(tǒng)作為一個整體的新穎性，往往是在性質(zhì)相異的事物結(jié)合形成系統(tǒng)的過程中產(chǎn)生的。如果說系統(tǒng)內(nèi)部的相互關(guān)聯(lián)使其各構(gòu)成要素相互協(xié)調(diào)、彼此一致地突

13、現(xiàn)為具有新質(zhì)或宏觀信息的統(tǒng)一整體，那么，正是各構(gòu)成要素充分發(fā)展了的對稱破缺和相互作用更加豐富、更加緊密、更加具有新質(zhì)的創(chuàng)造性。于是，“系統(tǒng)的整體性最終可被理解為：以多元協(xié)同為內(nèi)在動因或突現(xiàn)機(jī)制的對立統(tǒng)一體?！倍诶斫舛嘣獏f(xié)同時，需注意：（1）系統(tǒng)內(nèi)多樣性的關(guān)系是多元協(xié)同產(chǎn)生的前提條件。系統(tǒng)中大量子系統(tǒng)的存在，使得它們之間競爭性的獨(dú)立運(yùn)動和關(guān)聯(lián)性的合作運(yùn)動成為可能。正是系統(tǒng)內(nèi)多樣性的存在，為協(xié)同作用的產(chǎn)生提供了可能。（2）大量子系統(tǒng)之間相互作用的關(guān)聯(lián)導(dǎo)致了所謂非加和性，即相干性。多元協(xié)同的效果之所以能產(chǎn)生，就是因?yàn)橄喔尚缘拇嬖?。普利高津認(rèn)為由于有了相干性，系統(tǒng)就顯示出了整體的行為。哈肯也認(rèn)為，子

14、系統(tǒng)在相當(dāng)規(guī)則的形式下會發(fā)生相互合作，從而使整個系統(tǒng)的狀態(tài)出現(xiàn)從無序到有序的轉(zhuǎn)化。因此不能將系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)，并用純粹的、無規(guī)則的子系統(tǒng)作用簡單疊加來說明系統(tǒng)的特性。通過子系統(tǒng)之間的相互合作，確實(shí)能夠?qū)е略诤暧^層次上信息的創(chuàng)生。這種信息反映了系統(tǒng)的總的狀態(tài)，它是由系統(tǒng)中的合作即協(xié)同作用所產(chǎn)生的，所以被稱為協(xié)同學(xué)信息?？傊嘣獏f(xié)同是整體系統(tǒng)的和協(xié)之源。它具有動力學(xué)的性質(zhì)，是在動力學(xué)過程中發(fā)揮效能的。耗散結(jié)構(gòu)論和協(xié)同學(xué)等系統(tǒng)自組織理論，詳細(xì)地探討了系統(tǒng)在演化過程中的動力學(xué)機(jī)制。系統(tǒng)內(nèi)部的對稱破缺使其構(gòu)成要素彼此有了區(qū)分，由完全均一的一元化變成了高度不對稱的多元化，而系統(tǒng)對稱破缺之后要素間產(chǎn)生的相

15、互關(guān)聯(lián)，則產(chǎn)生了新的效應(yīng)多元協(xié)同。故，對稱破缺、多元協(xié)同共同構(gòu)成了整體性的突現(xiàn)機(jī)制。三、走向生成整體論：系統(tǒng)整體的生成機(jī)制科學(xué)的歷史發(fā)展到量子理論階段時，科學(xué)家波姆（D J BOhm）提出了生成性的整體論。以往的整體論更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，生成整體論則更關(guān)注時間的延續(xù)性與系統(tǒng)的動態(tài)性。而系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展到非線性科學(xué)階段，其整體論思想的主要特征即生成性。按照生成整體論，整體是動態(tài)的和有生命的，整體不是由部分組成的，而是從生之時起就是整體。生與成聯(lián)在一起，成長壯大，是任何機(jī)器系統(tǒng)所不具有的。特別是生命系統(tǒng)，其整體有著自組織性和突現(xiàn)性兩大基本特征，它們是自己創(chuàng)造自己的。按照生成整體論，部分只是整體的顯現(xiàn)

16、、表達(dá)與展示，整體通過連續(xù)不斷地以部分的形式顯現(xiàn)其自身。對于生成，重要的不是物質(zhì)的空間運(yùn)動，而是信息和能量的跨層次傳送和轉(zhuǎn)換，由此生成整體必然具有自組織性、突現(xiàn)性、多層次性、不可分性和不可還原性。按照李曙華的觀點(diǎn)，生成的過程是信息指導(dǎo)物質(zhì)的生成（如基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生成），是新事物不斷出現(xiàn)的過程。生成整體論的使命就是：如何突破還原分析的傳統(tǒng)方法，找到整體作為整體、非平衡作為非平衡、非線性作為非線性的新的研究方法，而不滿足于在構(gòu)成的基礎(chǔ)上附加考慮相互作用，在局域平衡的基礎(chǔ)上附加考慮子系統(tǒng)間的不同情況，或考慮如何將非線性問題轉(zhuǎn)化為線性處理。在這里，信息是生成的重要條件。1.邏輯起點(diǎn)：生成元系統(tǒng)科學(xué)之

17、于經(jīng)典科學(xué)，除了還原論與整體論的對立外，還有構(gòu)成論與生成論的對立。在經(jīng)典科學(xué)中，原子是構(gòu)成世界的終極因，它是構(gòu)成一切而自身不被構(gòu)成者。原子的假設(shè)為經(jīng)典科學(xué)提供了一個邏輯起點(diǎn)，其特點(diǎn)是：從實(shí)體和部分出發(fā)，因此“質(zhì)料因”是最基本的；認(rèn)為整體由部分構(gòu)成，因此可分；由于認(rèn)定部分與整體是同質(zhì)的，所以了解了部分即可了解整體；所謂變化就是指不變原子的分解與組合，或受力點(diǎn)在空間的運(yùn)動；原子相對不變或穩(wěn)定的屬性是質(zhì)量，即“原子量”。 而建立在整體論基礎(chǔ)之上的系統(tǒng)科學(xué)的邏輯起點(diǎn)是“生成元”。按照李曙華的生成理論，她將生成元與原子的差別歸納為：（1）生成元首先透顯的是“動力因”和“目的因”，而不是“質(zhì)料因”；（2）

18、生成元不是既存的，而是生成的，因此生成元可生可滅，本質(zhì)上是過程；（3）生成元是整體，不是部分；部分由分化生長而成，具有整體性與分形性；（4）生成元相對不變或穩(wěn)定的屬性是生成規(guī)則（中國文化中所謂“理”或“道”），而實(shí)體則是不斷生長變化的；（5）決定生成元生長的是信息，而不是載體的原子質(zhì)量。系統(tǒng)科學(xué)的各支理論中，隱藏著不同的生成元，如耗散結(jié)構(gòu)中可以放大為巨漲落的漲落、突變論中突變點(diǎn)上的整體控制型、協(xié)同學(xué)中的序參量、超循環(huán)中擬種的突變體、混沌中的吸引子、分形中的分形元等?？傊稍窍到y(tǒng)整體生成的邏輯起點(diǎn)，也是新結(jié)構(gòu)誕生的“胚胎”。生成元的生成過程包括反應(yīng)增殖（簡單信息增殖為復(fù)雜的整體信息）、展現(xiàn)

19、進(jìn)化（潛在信息進(jìn)化為強(qiáng)大顯在的序），此二過程不可回避，否則生成過程將變得神秘。生成元其實(shí)就是廣義信息論中的潛在信息。生成過程包括信息增殖簡單信息相互反應(yīng)為復(fù)雜信息；信息進(jìn)化潛在信息組織無序的物質(zhì)能量放大展現(xiàn)為顯在序這兩種過程。以上兩種過程都是超循環(huán)過程的片段，超循環(huán)起到了選擇、正反饋增強(qiáng)、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)一過程鏈、不斷自我復(fù)制的作用。于是自組織、自穩(wěn)定、自復(fù)制的有機(jī)整體遂在動態(tài)中生成。2.整體重建與生成：分形生長與混沌動力根據(jù)自組織理論，突變點(diǎn)上系統(tǒng)進(jìn)化的問題，實(shí)際上是系統(tǒng)的整體重建問題。其機(jī)制是各子系統(tǒng)通過自組織形成超循環(huán)，并實(shí)現(xiàn)內(nèi)在的價值選擇，關(guān)鍵在保證代表進(jìn)化的某種“生成元”在突變點(diǎn)上誕生并迅速生長，完成進(jìn)化。按照非線性科學(xué)的觀點(diǎn)，分形與混沌理論則進(jìn)一步揭示了系統(tǒng)生長的形態(tài)學(xué)與動力學(xué)機(jī)制。分形幾何學(xué)揭示了系統(tǒng)形態(tài)生長的普遍的數(shù)學(xué)規(guī)律，并進(jìn)而涉及能量、信息與功能的分布等規(guī)律，而混沌理論則發(fā)現(xiàn)了奇異吸引子世界生成過程中信息創(chuàng)生及跨層次傳遞信息和能量的重要機(jī)制和渠道。如果說