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12、《什么是系统科学》 闵家胤

什么是系统科学 

闵家胤

   系统科学的兴起是二十世纪科学革命第五项伟大成就。经过半个多世纪的不断创新和发展,系统科学已经比较成熟,已经被人们普遍接受,已经发挥出巨大功效。然而,什么是系统科学?却还没有一个公认的定义。本人不揣冒昧,综合各家之说,加上自己多年学习和研究所获得的认识,愿尝试给出一个新的定义:

   系统科学是二十世纪中叶开始兴起的以系统,特别是复杂系统为研究对象的新型学科群的统称,是人类科学的一个新的维度。其区别于古典科学维度的特征是整体论而非还原论,复杂性而非简单性,关系导向而非实体导向,随机论而非决定论,采用系统建模、找到数学同构性并由计算机模拟的动态方法而非在实验室对实物做解析、变革、计量和计算的静态实验方法。到二十世纪末系统科学已成长为由系统哲学、系统方式、系统理论、系统科学诸学科、系统方法、系统技术和系统工程组成的科学体系。

   因此,到二十世纪末,人类科学的整体画面已经进化成二维的了,除了过去三百年发展起来的以研究实体为导向的“古典科学维”,出现了二十世纪新发展出来的以研究关系为导向的“系统科学维”(图1)。由于系统科学打破古典科学

图1  当代科学的两个维度

   “数理化天地生”的学科界线,不顾自然科学、社会科学和思维科学的划分,而是横跨这些学科,寻找其中共同的异质同型的系统性,建立普遍适用的系统模型,直至发现数学同构性并进行计算机模拟,所以“系统科学”一度又被称为“跨学科研究”,“交叉科学”,“横向科学”。说到这里,我要为系统科学做呼吁:系统科学应当今早纳入大学本科教育。

   国际科学界公认,二十世纪有五项最伟大的科学成就:相对论、量子力学、大爆炸宇宙学、生物遗传基因(DNA)学说和系统科学。作为二十世纪科学革命的伟大成就,它们推翻了十八、十九世纪自然科学的许多基本观念,改变了科学的认知图像,实现了科学范式的转换,丰富了人类的思维方式。

   相对论、量子力学代表的二十世纪物理学革命发生在世纪之初,很快进入大学物理学,成为必不可少的基础学科。大爆炸宇宙学和生物遗传基因(DNA)学说出现在二十世纪中期,也很快被天体物理学、天文学和生命科学的诸学科接纳,成为这些学科大学本科教育的基本内容。惟有系统科学没有获得同样的待遇,没有获得它理应获得的接纳,不但在二十世纪未能进入大学本科教育,而且时至今日——2016年,它还是游离在外;并且,如果没有人呼吁和做工作,还会继续是这样。这不能不说是科学界的重大遗憾,教育界的重大缺失。

   出现这样一种遗憾和缺失,我想,有这样一些原因:第一,系统科学晚出,是在二十世纪中期以后的五十年陆续诞生的,远未得到足够的宣传和普及。第二,系统科学既不是一项惊人的科学成就,也不是一个单一的学科,而是一个相当庞大的新型学科群,难以纳入现有的教育体系。第三作为新型学科群的系统科学其实是科学的新维度——关系取向维度,根本不可能融进科学的旧维度——实体取向维度。第四,系统科学诸学科本身发展不平衡,某些学科也不够完善,人们可能一直在等待出现牛顿和爱因斯坦那样的大师来做提炼和综合。第五,科学界和教育界掌握决策权的领导人们,自己当年在大学肯定没学过系统科学,后来对此也是一知半解,自然就不可能自觉地、主动地推动将系统科学纳入大学基础学科的工作。

   针对这样一些原因,我想说的是:首先,系统科学的研究对象是复杂系统,因此永远不可能构建出包罗复杂系统之万象的简单系统模型,永远不可能得出像牛顿三定律那样的几条简单定律或爱因斯坦E=MC2那样的简单公式。可是,最早出现的一般系统论其实就是系统科学的概论或导论,尽管很不完善。随后出现的控制论、信息论、运筹学、层级系统理论、系统动力学、耗散结构理论、协同学、超循环理论、突变理论、混沌理论和复杂适应系统理论,其实就是系统科学的分支学科,而每一门分支学科其实就是从某一个特定视角对复杂系统进行透视得出的一幅透视图像,如人体电子计算机X线断层扫描得到的许多CT图像当中的一张。我们现在有可能提炼和综合这些分支学科最重要的成果,反过来丰富和发展一般系统论,撰写出以“系统科学基础”命名的大学本科教材。这是一种新型科学教材,同数理化、天地生、史地政平列的基础学科教材。然后,就可以把《系统科学基础》作为大学生必修的基础课纳入现行教学体系。

   行文至此可能有人会问,以中国系统科学界的水平,我们能编写出大家都比较满意的这样一本教材吗?回答是肯定的。

   中国的系统运动比欧美和苏联-东欧晚了20年,可是,从上世纪八十年代起,我们奋起直追,经过三十几年的努力,已经大大缩短了跟国外的差距。

以已经过世的中国科学家钱学森为领军人物的中国系统工程学界,起步早,几十年如一日地将系统工程方法用于“两弹一氢”的研制工作,取得了辉煌的成就。中国科学院所辖的系统科学研究所成立于1979年,三十几年来运用数学和计算机研究复杂系统、系统工程和系统管理学,达到了很高的水平。

在哲学和社会科学界,从八十年代初开始,由中国自然辩证法研究会牵头,清华、西安交大、华中理工和大连工学院轮流坐庄,每年召开全国性的“系统科学和哲学”学术会议,在普及宣传、组织队伍和掀起中国系统运动方面做出了历史性的贡献。

从九十年代起,乌杰同志以政府官员的身份,运用手中掌握的权力,始终不懈地和不遗余力地继续推动中国系统运动,做出了新的重要贡献。这些贡献包括在全国不同省份和城市召开不同主体的系统科学学术会议十八次,从1993年开始出版《系统科学学报》(前期为《系统辩证学学报》),1994年创建中国系统科学研究会。北京师范大学、浙江大学、国防科技大学等一批院校已经建立系统科学、信息科学、管理科学相关院系,在研究生培养、师资建设和教材编写方面积累起经验。国外系统哲学和系统科学著作的翻译介绍工作已经进行三十几年,各学科最重要的著作大部分已经有了中译本。

   总之,我国现在已经有了一支比较强的系统科学科研和教学队伍,他们已经编写出版了一批质量较高的教材。譬如,由许国志主编的《系统科学》就是能代表中国系统科学水平的一本优秀的综合教材。由谭璐、姜璐编著的《系统科学导论》则是一本内容紧凑、表达准确的简明教材,被推荐为“大学公共课系列教材”是合格的。如果能在现有这些教材的基础上,组织恰当的人选,编写出一本体系严整,概念定义准确,原理表达清楚的《系统科学基础》大学通用教材,是完全可能的。

在讲完“系统科学应当成为大学基础学科”的一般道理和可行性之后,有必要具体讲讲这样做的必要性,特别是在某些原来缺少科学工具的学科里的必要性。

   我认为,大学理学、工学、医学、农学、天文学、地学、生物学、生态学诸多学科都有学习《系统科学基础》这门课的必要,即便不能直接应用于自己的学科,也有培养整体观,训练非线性思维,学会用系统思维方式全面看问题的益处。其中某些专业,如果学生掌握了系统科学的基础知识并尝试应用,将会有新的发现,理论创新,甚至突破,譬如中医学。

   长期以来,中国知识界反复争论中医是否科学,甚至一度有人要求废除中医。笔者认为,不可能把古典科学的理化生作为中医的科学基础。试想,十几味中药在1000c高温的砂锅里煎熬半小时,肯定发生了几十种乃至几百种化学变化,现在要你把这几十个乃至几百个化学方程式都一一写出来,你怎么办得到?下一步,病人把一碗汤药喝下去了,再让你把汤药里的几十种乃至几百种化学成分在病人的肠胃里,在器官、组织乃至细胞里,到底都发生了那些生物化学变化都一一说出来,写出化学方程式,你怎么做得到?

   可是,如果我们改换思维方式,放弃经典科学和还原论,采用系统科学和整体论,就不会有上述问题的烦恼,并为中医找到坚实可靠的科学基础。有兴趣的读者可以阅读我发表过的论文《系统科学是中医的基础》,见《杭州师范大学学报》2007年6期,也可以登录我的博客阅读:“闵家胤:新浪博客”。除此之外,我最近悟出一个研究方向:如果有中医师或中医学研究生钻研[美]W.B.坎农《躯体的智慧》,把“稳态调节”作为核心概念,就一定能开创一门新学科“中医控制论”。

   至于大学文科不管是传统的哲学、历史和文学,还是后起的政治学、经济学和管理学,它们的主要研究对象都是人和社会,而系统科学恰恰为研究作为复杂系统的人和社会提供了系统科学方式、系统思维方法、系统科学概念、系统科学原理、复杂系统模型、复杂系统演化规律,以及电子计算机模拟-仿真方法,这在人类认识史上第一次使这些学科有可能被提升而进入科学殿堂,得出某些可靠的科学的结论。应当清楚地认识到,这是这些学科的发展方向,因此不管有多大困难,我们都应当知难而上,朝这个方向推进。相反,如果我们畏葸不前,这些学科就只能停留在现有的非科学的或科学性不强的低级的研究水平上。

   试读中国的文科学者、研究生撰写的书和论文,你不难发现他们采用的主要还是是这样一些老式的思维方式和不可靠的论证方法:第一,奉行权力真理论或权威真理论,或者说采用“引语法”,即摘录名家的话作为全称判断命题(大前提),然后得出自己需要的特称或单称判断命题(结论)。这样做,总是在前人著述中讨生活,拾人牙慧,舔人唾余,难有创见。第二,简单枚举法,即举一个到几个实例,然后得出特称判断乃至全称判断。这是不完全归纳法,其结论都是不可靠的。第三,因果关系方法,即为结果寻找原因或由原因推出结果。由于复杂系统内部形成的是因果关系网络,有许多反馈环路,所有的结点都互为因果,所以因果关系方法容易得出见树不见林的片面认识。第四,线性思维方法,即正比例思维方式。可是,由于人和社会这类复杂系统充满非线性、突变、涌现,乃至混沌学讲的蝴蝶效应,因而线性思维就成了过于简单的思维方法,容易走极端。第四,思辨方法,即完全脱离经验实在的范畴-概念游戏。用思辨方法行文经常是以高深文浅陋,绕来绕去,不知所云,徒令读者头脑胀晕,没有获得任何有效的信息量。第五,辩证方法,即矛盾分析方法。它曾获得最高的评价,可是在现实社会中你会“如堕烟海,找不到中心,也就找不到解决矛盾的方法”。按毛泽东教的两个方法“抓主要矛盾”和“斗争哲学”,全国人民苦干和狠斗了20年,结果“大跃进”和“文革”都以失败告终,这种方法自然就黯然失色了。

   这样看来,中国的人文-社科界确实需要引入新的思维方式和新的研究方法,而系统科学恰逢其时能满足这一需要。

   因为,系统科学是二十世纪中叶开始兴起的以系统,特别是复杂系统为研究对象的新型学科群的统称,是人类科学的一个新的维度。其区别于古典科学维度的特征是整体论而非还原论,复杂性而非简单性,关系导向而非实体导向,随机论而非决定论,采用系统建模、找到数学同构性并由计算机模拟的动态方法而不是在实验室对实物做解析、变革、计量和计算的静态实验方法。这是新型的科学,先进的思维方式,适合研究人、社会、历史、政治、管理、国际关系和生态等复杂系统的科学方法。如果系统科学能在大学教育中成为每个学生必修的基础课,能得到广泛普及和应用,我国的教育水平和科研水平一定会上一个新台阶。

   此外,我国大学文科近年已经普遍开设“文科高等数学”作为本科生的必修课,这是打破文理分科和推行通才教育的进步。可是,“文科学生学了高等数学有什么用”的质疑声音也很强烈。我认为,消除质疑的最好办法就是继续向前迈进,再引入《系统科学基础》这样一门必修课,让学生不光是掌握系统科学的基本概念和基本原理,还要学会系统建模和数学建模,这以后他学会的高等数学就能在学习、研究和教学中用上了;否则,拿高等数学直接面对感性直观的人和社会,确实难以应用。

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