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複雜性理論研究的興起

普利高津把複雜性研究追溯到1811年,他認為傅立葉關於熱力學的研究是複雜性科學即“新型科學的起點”。

聖菲研究所(SFI)第一任所長柯文認為,複雜性研究作為一門科學,以及對複雜性的現代興趣的喚醒,肇始於貝塔朗菲1928年的工作。

20世紀40年代,一般系統論、資訊理論、控制論、運籌學、系統工程先後問世,它們原本都是為解決以往科學技術難以解決的複雜性問題而提出來的。

這場系統運動提出探索複雜性的科學任務,提供了今天覆雜性研究必須的若干概念(系統、資訊、反饋、組織、自組織等)和方法論思想(對還原論的質疑和超越)。

這個時期的複雜性研究就是系統研究,主要代表人物首推貝塔朗菲。

維納是另一個重要人物,雖然控制論的創立並未明確提出研究複雜性問題,但由於維納注意的中心是對機器(人工世界)、動物和社會的統一描繪,後兩者屬於典型的複雜巨系統,與其後出現的以工程系統為物件的工程控制論、現代控制理論顯著不同。貝塔朗菲認為系統科學本質上是研究複雜性的科學。

20世紀七八十年代產生的耗散結構論、協同學、突變論和超迴圈論則探索了複雜性產生的環境條件、動力機制、途徑和耦合等問題,在一定條件下,透過體系內的各個要素相互競爭並相互合作,從無序和混亂中自發、自主地產生秩序;

秩序一旦形成,不同層次的演化便超迴圈地相互纏繞起來,又加強了秩序本身;

透過漸進與突躍,透過不同層次的相互巢狀,複雜性從簡單中產生出來,而秩序也從混亂中誕生出來。

科學家們發現了越來越多的複雜性特性。

而複雜系統又與複雜性有所不同:

複雜系統透過自己的組分之間的無窮無盡的相互作用,使得每一個系統作為整體產生了自發性的自我組織即自組織。

這些複雜的、具有自我組織性的系統是可以自我調整的,這種調整不是被動的,而是有利於自我發展的。每一個這樣自我組織、自我調整的複雜系統都具有某種動力。

於是複雜性是什麼的輪廓日漸清晰起來,複雜性是如何產生的也日益清晰起來,無序與有序、簡單與複雜、穩定性與非穩定性、線性與非線性等範疇進入了人們思維的領域,也日漸成為日常語言的一部分。

對於諸如生物系統、人體系統、人腦系統、地理系統、社會系統、天地人關係等開放複雜的巨系統,其特點是,它的微觀組成成分數量巨大、而且種類繁多;

有許多中間層次,存在多層次的自組織性;

微觀成分之間、不同層次之間具有動態的非線性相互作用。

至於社會系統,是特殊複雜巨系統,它的構成元素——人本身就是複雜系統,具有思想感情等因素,對系統行為有重大影響。

複雜性研究在世紀之交走向高潮,主要表現如下:

(1)複雜性研究目前已遍及所有發達國家,以及中國、巴西、俄國等欠發達國家,成為一種具有世界規模的科學思潮和文化運動。

(2)目前的複雜性研究稱得上學派林立,觀點紛呈,新見迭出,已經有大量著作問世,有關文獻在加速增長。

(3)按照錢學森的學科體系結構觀點,每一門類的科學都具有:“三個層次一座橋樑”的結構。到世紀之交,複雜性研究已不只是某個學科層次的現象,而是從工程技術到技術科學、基礎科學,再到科學通向哲學的橋樑,四個層次都有大量工作,初步形成繁榮局面,代表現代科學一種全域性性的新動向。

(4)當複雜性研究基本由那些從事新型科學、交叉科學、應用科學的學者倡導和推進時,它的檔次總顯得不夠高,被主流科學界看不起,對科學的總體影響有限。這種局面在逐步改變。

諾貝爾獎得主普利高津和艾根、有世界性影響的科學家哈肯等人先行介入,基於現代物理學和生物學成就探索複雜性,引起廣泛關注,標誌著基礎科學層次開始了複雜性探索。

另外三位影響更大的諾貝爾獎得主蓋爾曼、安德森、阿羅大力推動建立聖菲研究所,被稱為“老帥倒戈”,給世界科學界帶來的震動非同凡響。1999年SCIENCE雜誌的專集《複雜系統》,精心組織一批正在主流科學主戰場物理、化學、生物、經濟、生態、地理環境、氣象、神經科學等前沿工作的著名學者探討各自領域的複雜性,有力地表明瞭世紀之交主流科學界對複雜性研究的明確關注和認可,並直接參與進來,這是極有意義的進展。

一句話,複雜性研究今天已經初成氣候,並將隨著新世紀的步伐而迅速發展。21世紀將是複雜性研究大發展的世紀,韋弗爾、諾伊曼等人未實現的預見,將在這個世紀實現。

聖菲研究所的特點是對世界各國開放,成員流動,眾多世界級的科學家參與,開展規模空前的跨學科、跨文化的綜合研究,加之其具有強大的硬、軟體支援,聲勢奪人,影響巨大,被稱為世界複雜性研究的中樞。

最重要的是聖菲研究所提出的一些概念和方法,被看作“代表著一種新的態度、一種看問題的新角度和一種全新的世界觀”。

錢學森是從兩個方面走向複雜性研究的:

一是解決國家重大實際問題,如軍隊建設、國家體制改革中的重大經濟決策問題等;二是建立基礎科學層次系統理論即系統學的工作。

其概念形成經歷了三步:巨系統(1980年)→複雜巨系統(1987年)→開放的複雜巨系統(1989年)。

錢學森的複雜性研究的貢獻主要是提出複雜性研究的獨特思路和方法論,可以分為兩個層次。

一是從方法論層次劃分簡單性與複雜性,強調解決複雜性問題必須利用整個現代科學技術體系的知識,對各種理論知識綜合整合,對科學知識與非科學知識(專家經驗、不成文的感受等)綜合整合,對邏輯思維與非邏輯思維、形象思維綜合整合,對機器“智慧”和人的智慧綜合整合,對定性材料和定量資料綜合整合。

總之是綜合的綜合,整合的整合,集大成,這是系統方法最概括的表述。二是具體方法層次,也就是複雜巨系統工程,建立綜合整合研討廳體系,用於複雜巨系統的預測和決策,有很強的可操作性。

中國學者的另一項有價值的工作,是顧基發、朱志昌等倡導的物理—事理—人理方法論,也是為解決複雜性問題提出來的,頗具中國文化特色。

基本方法論思想強調:

在解決複雜性問題時要做到懂物理、明事理、通人理,把三者結合起來,把握物理—事理—人理的整體性,以正確解決複雜的實際社會問題。

複雜性是現代科學麵對的最複雜的概念之一,複雜性要是輕而易舉就能給出統一定義,便不稱其為複雜性了。

複雜性的根源多種多樣,任何單一因素(如非線性)都不能產生真正的複雜性,多種根源交織在一起才能形成真正的複雜性。

第一,客觀世界本來存在的不能用還原論解決的複雜問題,如生命起源問題、意識的本質問題等,隨著簡單性問題逐步解決,這些問題越來越多地呈現在科學家面前,必須建立新的科學體系。第二,隨著社會的進步和科學技術的發展,科學物件越來越複雜,不斷湧現出前所未有的複雜事物,如環境保護、因特網等,客觀世界本身不斷打上人的印跡,不斷地複雜化,現有科學無法滿足這些要求,世界的不斷複雜化要求研究複雜性。

21世紀的科學將以複雜性為主要研究物件,所有學科領域都有自己的複雜性研究,都需要超越還原論。

複雜性研究改變的不是個別學科領域,而是幾乎所有學科領域,所有學科領域複雜性研究的總和才是所謂“複雜性科學”。

複雜性探索將開闢大量跨學科研究的新領域,它們無法劃歸某個現有的學科領域,也不會形成一個單一的新學科。

同各學科領域的複雜性研究相比,這種跨學科的複雜性研究更重要,更能體現未來科學的特點,這樣的複雜性科學是整個人類科學發展的新階段。

從更大的歷史尺度看,如果把科學發展看作一種演化系統,則複雜性科學代表這個系統的一種新的歷史形態,簡單性科學是該系統在以往400年中呈現的歷史形態,即通常所說的傳統科學。

所謂簡單性科學是支撐工業—機械文明的科學,已完成其歷史使命,複雜性科學是支撐新興的資訊—生態文明的科學。

一種新的科學思潮出現,必然有一種新的哲學思潮跟進。

世界範圍的複雜性研究的興起和高漲,很快就會有相應的哲學研究出現。

實際上,世界複雜性研究的代表人物都在對複雜性作哲學思考。

複雜性研究的興起是辯證唯物主義哲學發展的新機遇:

宇宙觀、物質觀、運動觀、規律觀、時空觀、因果觀、科學觀、本體論、認識論、價值論、審美論、方法論,等等,都會隨之發生大變化。

關心辯證唯物主義命運的人必須關心和參與複雜性研究。

普利高津在探索複雜性中得出結論:“我們需要一個更加辯證的自然觀。”

這對我們極有啟發。

複雜性科學將是21世紀的科學,其研究方法將為我們提供全新的瞭解大自然奧秘的新手段。

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