科學(xué)的復(fù)雜性與人類社會的復(fù)雜性（一）

老莊走狗 2006-01-18

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信口開河（16）科學(xué)的復(fù)雜性與人類社會的復(fù)雜性（一）
——科學(xué)的復(fù)雜性

認識理解科學(xué)的復(fù)雜性與人類社會的復(fù)雜性的目的：思索總結(jié)我自己思想調(diào)整轉(zhuǎn)
變的過程，繼續(xù)討論面對怎樣變化著的現(xiàn)實，為什么我們應(yīng)該調(diào)整自己的思想認
識，以及如何調(diào)整。

這篇文章先討論科學(xué)的復(fù)雜性，下面接著的兩篇討論人類社會的復(fù)雜性。

人類有喜歡簡單（省力、偷懶）的天性。一般人都喜歡簡單、明了、直接、痛快
。文學(xué)家、藝術(shù)家、哲學(xué)家、社會學(xué)家等等靠復(fù)雜、貓膩、玄機、迷魂陣吃飯的
人們除外。反正我是喜歡直來直去、開門見山、線性關(guān)系。

什么是復(fù)雜性呢？

復(fù)雜性就是非線性、非鏈條式的因果關(guān)系；復(fù)雜性就是結(jié)成網(wǎng)絡(luò)、亂七八糟、纏
繞成團、互相影響、互為因果；復(fù)雜性就是失去了令人感到腳踏實地的確定性；
復(fù)雜性就不是布爾二值邏輯的非黑即白、一清二楚；復(fù)雜性就是一個自反饋系統(tǒng)
的不穩(wěn)定和不可預(yù)測性。

人是生活在客觀物質(zhì)世界中有意識、有思維能力、有主觀能動性的生物。人類社
會的歷史就是從人類認識客觀環(huán)境，同時適應(yīng)、改造客觀環(huán)境，到進一步認識客
觀環(huán)境，進而征服、控制客觀環(huán)境的歷史。人類在適應(yīng)和征服、控制客觀環(huán)境的
過程中進一步加深了對客觀環(huán)境的認識；同時反過來影響改變著客觀環(huán)境。復(fù)雜
性是人類企圖完全性地認識自然規(guī)律、進而最大可能高效率地征服控制自然界的
科學(xué)活動，近來遇到的大問題、大障礙。

隨著人類社會從原始、農(nóng)耕到工業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)展，人類對客觀自然界、宇宙
的認識與了解也在相應(yīng)地發(fā)展和深化著?？茖W(xué)是人類對宇宙、自然界發(fā)展變化因
果關(guān)系的知識和規(guī)律的總結(jié)。隨著人類社會由簡單到復(fù)雜的發(fā)展，科學(xué)也在由簡
單到復(fù)雜地發(fā)展深化著。實際上正確的說法應(yīng)該是：人類社會和科學(xué)，由簡單到
復(fù)雜的變化、發(fā)展、深化是互為因果，相輔相成的。

先說科學(xué)。科學(xué)是西方文明的產(chǎn)物，是西方文明企圖認識客觀世界變化發(fā)展的因
果關(guān)系規(guī)律的實踐和思維活動的總結(jié)；而西方文明認識世界的目的是成功地預(yù)測
未來，使得由此決定的人類的改造、征服自然的計劃行動更為有效。中華文明也
對認識、了解客觀世界變化發(fā)展的因果關(guān)系規(guī)律感興趣，但是目的與西方文明有
著根本性的不同，于是認識方式也很是不同。因為西方文明對現(xiàn)代的人類社會占
有絕對的主導(dǎo)領(lǐng)導(dǎo)的地位，科學(xué)意識和科學(xué)思想成為人類成功地從事現(xiàn)代生產(chǎn)和
社會實踐活動的根據(jù)，這也是中國改革開放走向現(xiàn)代化的根據(jù)。所以這里我就緊
跟形勢，討論科學(xué)，先不討論中華文明對因果關(guān)系規(guī)律的認識問題（我在別的文
章中討論過中華文明與科學(xué)的關(guān)系，以后還要進一步討論）。

文藝復(fù)興標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)的開始。牛頓力學(xué)建立起了宏觀物理世界運動變化因果
關(guān)系規(guī)律的理論。這是一個確定性的理論：給出參數(shù)和初始條件，就可以預(yù)測到
完全確定的結(jié)果。牛頓力學(xué)具有極為有效的預(yù)測性。牛頓力學(xué)為西方文明帶來了
大規(guī)模機械化工廠生產(chǎn)的工業(yè)革命和現(xiàn)代化運動。

麥克斯維的電動力學(xué)和愛因斯坦的相對論，是對牛頓力學(xué)的進一步發(fā)展和深化，
也是確定性的的理論。這些理論也具有很好的預(yù)測功能。這些理論帶動了熱力學(xué)
、化學(xué)、材料學(xué)的研究和發(fā)展，為大規(guī)模機械化生產(chǎn)提供了電力、內(nèi)燃機等新能
源，帶來原子彈、原子能的發(fā)明應(yīng)用，火箭、宇宙航行成為可能。

研究基本粒子運動變化規(guī)律的量子力學(xué)打破了科學(xué)的這種嚴格的確定性，干脆來
了一個不可測原理。薛定諤（Schrodinger）描述粒子運動的波動方程（是時間和
地點的函數(shù)）只給出了在某一時刻粒子出現(xiàn)在某一鄰域中的概率。但是，這也給
出了可以預(yù)測的概率。量子力學(xué)帶來了二十世紀的電子工業(yè)大飛躍，計算機、互
聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代信息工業(yè)，人類社會進入信息時代。

在此之前的科學(xué)研究基本是分解分析性質(zhì)的，細分研究到了無法再分的基本粒子
的程度。這種分解式的研究方法對于物理學(xué)、化學(xué)、分子生物學(xué)等是非常成功的
。二十一世紀號稱是生物學(xué)的世紀，但是生命現(xiàn)象是一個整體現(xiàn)象，生物進化的
過程是生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)象。中國古人聰明?。悍志帽睾希暇帽胤謫?。到
了沒有法兒再分了的時候，只得回頭，需要將得到的局部分解性的知識綜合在一
起，從全局、整體觀念來進一步理解研究。這多種因素混合在一起、深層次的整
體性、全局性的綜合認識思維方式可不是西方文明的拿手戲，于是科學(xué)研究遇到
了麻煩、進展緩慢，科學(xué)的復(fù)雜性的概念被提了出來。（整體全局性的綜合認識
思維方式正是中華文明的特長和拿手戲。這可是三十年河西，三十年河?xùn)|了。可
惜中國人現(xiàn)在忙著現(xiàn)代化，幾乎什么都以西方文明為師，記不得自己還有特長和
拿手戲了）

二十世紀后半期發(fā)展起來的chaos（混沌）與 fractal（分形），基本是非線性方
程對于初始條件的極強的敏感性的描述：洛倫茲的蝴蝶今天在北京扇一下翅膀，
就會影響到紐約下一個月的天氣變化。Chaos 與 fractal是關(guān)于內(nèi)映射自我結(jié)合
（輸出反饋為輸入）重復(fù)無窮多次的收斂發(fā)散問題的討論，借助于計算機的大力
幫忙，數(shù)學(xué)家們也弄出來 Universality 和 attrator的理論，即對 chaos 與 fractal的
收斂規(guī)律的討論分析和定理，這對于計算和預(yù)測混沌系統(tǒng)有一定的應(yīng)用。內(nèi)映射
是一種特殊的自反饋系統(tǒng)的模型。

數(shù)學(xué)中有專門一科與計算機程序有關(guān)的研究計算的復(fù)雜性的學(xué)科，用數(shù)理邏輯的
方法，對復(fù)雜性的程度進行分類。但是，這里沒有關(guān)于什么是復(fù)雜性的定義。這
里的復(fù)雜性是專門指計算的復(fù)雜性的，與科學(xué)的復(fù)雜性沒有直接的關(guān)系。

桑塔菲研究所組織跨學(xué)科的專家科學(xué)家開討論班，對于具有自反饋的動力系統(tǒng)（
dynamic system）的復(fù)雜性做了不少討論，包括生物系統(tǒng)、物理系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)
、生產(chǎn)銷售的供求系統(tǒng)，等等。幾年前青爭寫了系列文章對此做過很好的介紹。
我是從青爭的介紹中第一次知道了科學(xué)的復(fù)雜性這個概念的。桑塔菲關(guān)于復(fù)雜性
的討論好象沒有得出正面的有實踐應(yīng)用價值的結(jié)論。但是，非常有意思的非正面
結(jié)論是：自反饋系統(tǒng)沒有鏈條式的因果關(guān)系可循，自反饋系統(tǒng)的因果關(guān)系是互相
影響、互為因果、進化式的。也就是說，對于自反饋系統(tǒng)，從長期來說，不具有
可預(yù)測性，所以不具有有效的控制手段。（請青爭做訂正）

一個動力系統(tǒng)是時間和地點的函數(shù)，就是說系統(tǒng)隨著時間和地點的不同而變化著
。根據(jù)人們感興趣的不同方面，一個系統(tǒng)可以抽象為一個或幾個時間和地點的函
數(shù)。不同的系統(tǒng)當(dāng)然要有不同的對應(yīng)關(guān)系和一堆特殊參數(shù)。自反饋系統(tǒng)就是輸出
的數(shù)據(jù)也是輸入數(shù)據(jù)的一部分（x 既是自變量又是函數(shù)本身）。生物的進化過程
就是自反饋系統(tǒng)。如果時間不長（反饋次數(shù)不多），還是可以做近似預(yù)測的。但
是反饋次數(shù)增多趨向無窮時，誤差增大，系統(tǒng)不具有可預(yù)測性。

自反饋系統(tǒng)的復(fù)雜性應(yīng)該與熱力學(xué)第二定律的熵增原理有關(guān)。復(fù)雜當(dāng)然是混亂、
無序。

一個自反饋系統(tǒng)雖然不一定是一個封閉系統(tǒng)，但是我們感興趣的某種生產(chǎn)過程、
某類生物進化系統(tǒng)、某類生產(chǎn)供應(yīng)銷售系統(tǒng)等等，都是一個大的封閉母系統(tǒng)的子
系統(tǒng)。當(dāng)大的封閉母系統(tǒng)的熵增多時，這些子系統(tǒng)可以暫時地從其它子系統(tǒng)中強
行掠奪、獲取更多的能量，用來抑制自己的熵增。其代價是其它子系統(tǒng)的熵大增
。但是，當(dāng)整個母系統(tǒng)（地球的生態(tài)環(huán)境、世界市場的供銷網(wǎng)絡(luò)等等）的熵值，
根據(jù)熱力學(xué)一個封閉系統(tǒng)的熵呈增加趨勢的第二定律，增加趨向無窮大時，任何
一個子系統(tǒng)也不可能永久地避免熵增、混亂。就如同現(xiàn)在資本主義市場經(jīng)濟發(fā)達
國家倚仗著自己已經(jīng)建立起的經(jīng)濟軍事優(yōu)勢、話語權(quán)、游戲法則制定權(quán)，用合法
、非法的不平等手段，從落后的發(fā)展中國家依法剝奪、強行掠奪能源、材料、廉
價勞動力，占領(lǐng)市場，用以維持維護自己的繁榮、穩(wěn)定一樣（避免熵增），但這
是不可能永久持續(xù)下去的。

錢學(xué)森通過對系統(tǒng)科學(xué)及其應(yīng)用的探索和研究，創(chuàng)立了復(fù)雜性科學(xué)中國學(xué)派，提
出“開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)”，以及處理復(fù)雜巨系統(tǒng)的“從定性到定量的綜合集成法
”。注意這里的“開放”一詞。西方學(xué)者并不明確標(biāo)明復(fù)雜系統(tǒng)的開放性（必須
從外界攝取補充能量），這是因為，對于西方文明來說，系統(tǒng)總是開放的：總是
可以、可能從外界獲得維持發(fā)展本系統(tǒng)所需要的能量、資源。西方文明里沒有“
自給自足、自力更生”這樣的概念。

應(yīng)運而生的現(xiàn)代社會各類系統(tǒng)的管理學(xué)，特別是與賺錢贏利有關(guān)的生產(chǎn)、銷售系
統(tǒng)的管理學(xué)，正是對復(fù)雜性科學(xué)的迫不及待的應(yīng)用。

看來西方文明國家對于自反饋系統(tǒng)的復(fù)雜性的研究活動，其動機之一是：如何有
效地從其它有關(guān)子系統(tǒng)中掠奪、獲取有利于維持自己發(fā)展、抑制熵增的能量。當(dāng)
然做研究工作的科學(xué)家未必這樣想，但是出錢支持如此科研項目的組織機構(gòu)那可
是心知肚明、目標(biāo)明確無誤的。

我認為，科學(xué)的復(fù)雜性的實質(zhì)是科學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在，人類認識能力的局限性（limitation）
的反映。這個局限性來自兩個方面。

1、人本身就生活在人企圖認識的客觀環(huán)境中，所謂不識廬山真面目只緣身在此山
中；而且人的認識行為影響著這一時刻人正在企圖認識的對象環(huán)境，于是有所謂
測不準原理；自反饋正是人類這種self-reference認識活動的抽象描述。

2、在此之前的科學(xué)研究將系統(tǒng)分解為局部、枝節(jié)、片段，理想化、簡單化環(huán)境與
條件，做孤立性的分析研究。而現(xiàn)在到了將分解研究的結(jié)果合成綜合為整體的時
候，需要從整體出發(fā)來研究系統(tǒng)的變化發(fā)展規(guī)律。于是遇到了兩個問題：一是變
量太多，層次太深。導(dǎo)數(shù)的chain rule告訴我們，變量的任何微小變化或誤差會
得到放大。二是（這應(yīng)該是最為根本的），整體不是局部和枝節(jié)的代數(shù)和。而科
學(xué)基本是一種分解分析式的研究方法，看起來科學(xué)的方法不適于從全局出發(fā)，對
于一個大系統(tǒng)做整體性的研究。

我感到，對于大系統(tǒng)的從整體出發(fā)的研究需要辯證的方法，因為辯證法就是統(tǒng)領(lǐng)
性的一種全局觀念的認識理解方法。但是辯證的方法，一般不提供科學(xué)方法那樣
的精確的定量分析的結(jié)果。就是說，辯證的方法不能提供定量、具體、精確的預(yù)
測，于是自然不能滿足個人和小集團的急功近利的追求。這就是說，從全局出發(fā)
的辯證的認識思考方法于資本主義市場經(jīng)濟無利。

那么，能不能把辯證法納入科學(xué)的軌道呢，即辯證法的能不能形式化呢？有些人
做了這樣的嘗試（我也有所參與），但是并不成功。

這說明了什么呢？這當(dāng)然說明：科學(xué)性的思考認識方法方式到了需要改進的時候
了。但是，這里反映了更深一層的問題：科學(xué)是萬能的嗎？或者說：科學(xué)有局限
性嗎？我的回答是：科學(xué)不是萬能的，科學(xué)有局限性。

科學(xué)的局限性在哪里？為什么有局限性？有可能改進消除這些局限性嗎？這些問
題都與“科學(xué)研究到底是為了什么”這個根本認識性、目的性的問題有關(guān)?？茖W(xué)
方法和辯證方法的不同、無法合一的本質(zhì)原因到底在哪里？“人類認識世界”這
個圣潔而偉大的理想和企圖，看起來也應(yīng)該有一個適可而止的問題吧？這是另一
篇文章的內(nèi)容了。

2005-9-1