第二章　系統科學引論

2.1　導論

從能量、資本和勞力的巨大輸入的工業社會，過渡到以信息和發明作為關鍵資源的技術高度發達的社會，毫不奇怪，應當出現新的科學的世界模型。

普里戈金（比利時科學家）于20世紀70年代提出了“耗散結構理論”，他提出的范式之所以令人感興趣，就在于它把注意力轉向了現實世界的那些方面：無序、不穩定、多樣性、不平衡、非線性關系（其中小的輸入可能引起大的結果）以及暫時性——對時間流的高度敏感性。這些方面標記出今天加速了的社會變化。簡而言之，他們主張當宇宙的某些部分可以像機器那樣運轉時，這些部分就是封閉的系統，而封閉系統至多只能組成物質宇宙的一個很小的部分。事實上，我們所感興趣的絕大多數現象是開放的系統，它們和它們周圍的環境交換著能量和物質（人們還會加上信息）。生物系統和社會系統肯定是開放系統，就是說，企圖用機械論的方法去認識它們，是注定要失敗的?，F實世界的絕大部分不是有序的、穩定的、平衡的，而是充滿變化、無序和過程的沸騰世界。一切系統都含有不斷“起伏”著的子系統。有時候，一個起伏或一組起伏可能由于正反饋而變得相當大，使它破壞了原有的組織。在這個革命的瞬間——普里戈金把它稱作“奇異時刻”或“分岔點”，根本不可能事先確定變化將在哪個方向上發生：系統究竟是分解到“混沌”狀態呢，還是躍進到一個新的更加細分的“有序”或組織的高級階段上去呢？這個高級階段他們稱作“耗散結構”，因為比起簡單結構來，這些物理結構或化學結構要求有更多的能量來維持它們。有序和組織可以通過一個“自組織”的過程從無序和混沌中“自發地”產生出來。

讓我們想象一個原始部落。如果它的出生率和死亡率相等，則人口的多少保持穩定。假定食物和別的資源都足夠，這個部落就成為處于生態平衡中的局部系統的一部分?，F在增加其出生率，少數新增加的出生者（與死亡人數相抵之外的出生人數）可能對系統只有很小的影響，該系統可能運轉到一個接近平衡的狀態。但是，假如出生率突然猛增，該系統就被推入一個遠離平衡的狀態，而這時占統治地位的就是一些非線性的關系。在這個狀態下，系統就完全走樣了，它們變得對外部影響特別敏感，小的輸入就能產生巨大而驚人的效果。整個系統可能以我們覺得異乎尋常的方式重新組織它自己。

普里戈金和斯唐熱所描述的“化學鐘”更為壯觀。想象一百萬個白色乒乓球與一百萬個黑色乒乓球隨意地混合在一起，在一只箱子里雜亂地彈跳，這只箱子上有一個玻璃窗口。多數情況下，通過該窗口看，箱子里是灰色的，但有時候，在無一定之規的某些瞬間，通過窗口所見到的樣本可能都是黑的或是白的，這取決于這些球某個瞬間在窗口附近的分布。

現在讓我們想象一下，窗口突然呈全白，過一會兒呈全黑，再過一會兒又呈全白，依此循環，以一定的間隔完全改變其顏色，就像鐘表的滴答一樣。

為什么所有的白球和所有的黑球能隨著時間而突然地組織自己，從而交替地改變顏色呢？

按照傳統規則，這是無論如何不可能發生的事。但是，如果我們拋開乒乓球不說，而去看一看某些化學反應中的分子，我們就會發現，這種自組織或有序能夠發生而且果然發生了，超出了經典物理學或玻爾茲曼概率論的運作方式。

在遠離平衡的情形下，還會發生別的一些似乎是自發的、富于戲劇性的、在時間和空間上的物質的再組織過程。如果我們開始考慮二維或三維的情形，這種可能出現的結構的數目和多樣性就會變得非常大。在遠離平衡的狀態下我們發現，非常小的擾動或漲落，可以被放大成巨大的破壞結構的波瀾。而這就帶來了一切種類的“本質”的變化過程或“革命”的變化過程。當人們把這種對遠離平衡態的研究的新見解與非線性過程結合起來，并考慮到這些復雜的反饋系統時，便開創了一種全新的方法，使得我們能把所謂硬科學和較軟的生命科學關聯起來，甚至還會和社會過程關聯起來。

在社會科學中，時間在很大程度上依然是一個空白領域。人類學告訴我們，各種文化在對時間的想象上是極為不同的。在某些文化看來，時間是循環的——歷史永無止境地重演。在另一些文化（包括我們自己的文化）看來，時間是一條伸向過去和未來的大道，人們或整個社會沿著它前進。還有其他一些文化，在那里，人的生命被看作是相對于時間靜止的，未來迎向我們，而不是我們走向未來。有的社會生活在過去，有的社會迷戀著未來。

在牛頓及其追隨者所構造的世界模型中，時間是一個后來添上去的概念。某一時刻，無論是現在的、過去的還是未來的時刻，都被假定與另一時刻完全相同。反過來說，如果整個宇宙都是有年齡的，那么時間就是一條單行路，它不再是可逆的，而是不可逆的。如果從達爾文的進化論而言，它遠不是指向組織性和多樣性的減少，而是指向相反的方向。從人的觀點來說，所有這一切都十分樂觀。宇宙隨著其年齡的增長而組織得越來越“好”，隨著時間的逝去，不斷地向著更高水平發展。從這個意義上說，時間的科學觀點可以概括為矛盾之中的矛盾。普里戈金和斯唐熱要說明的正是這些佯謬，他們提出的問題是：“容許在過去與未來間作出區別的動力學系統的特殊結構是什么？所包含的最低復雜性是什么？”在他們看來，答案是：時間是隨機地出現的——“僅當一個系統的行為具有足夠的隨機性時，該系統的描述中才可能有過去和未來間的區別，因此才可能有不可逆性”。

不僅如此，不可逆過程還是有序的源泉，與隨機性和開放性相連的過程導致更高級的組織，比如耗散結構。熵不僅向著無組織性滑去，在某些條件下熵本身會成為有序的根源。普里戈金和斯唐熱還削弱了熱力學的傳統觀點，指出至少在非平衡條件下，熵不會削弱而是會產生有序和組織——進而會產生生命。

在機器時代的世俗文化中，毫不妥協的決定論甚至在海森堡及其“測不準關系”的挑戰下也多少起著支配作用。

按照耗散結構概念中的變化理論，當漲落迫使一個現存系統進入遠離平衡的狀態并威脅其結構時，該系統便達到一個臨界時刻或稱分岔點。在這個分岔點上，按照普里戈金的理論，從本質上說不可能事先決定該系統的下一步狀態。偶然性決定了該系統的哪些部分能在新的發展道路上保留下來。而且這條道路（從許多種可能的道路中）一經選定，決定論便又開始起作用，直至到達下一個分岔點。

正如牛頓模型帶來了在政治、外交以及似乎與科學相距萬里的其他領域中的類似模型，普里戈金的模型也同樣適合作類似的擴展。例如，他們為構造質變的模型提供了一些嚴格的方法，從而弄清了革命的概念。他們解釋了逐級的不穩定性怎樣產生形態變化，從而闡明了組織理論。

更重要的也許是對于研究集體行為的意義。許多被認為在生物學上事先安排好的事情，并不是由自私的決定論的基因產生的，而是由不平衡條件下的社會相互作用產生的。例如，在一項研究中表明，螞蟻分為兩類：一類由勤勞的工蟻組成，另一類由“懶惰”的螞蟻組成。人們可能過急地把這個特點歸結成是基因的傾向。但是這項研究發現，如果把該系統打破，分成彼此隔離的兩群，那么每一群本身又會分出自己的工蟻和“惰蟻”兩個子群來，相當多的“惰蟻”會一下子轉變成勤奮的“斯達漢諾夫”式工作者。

牛頓的體系誕生在西歐封建主義正在崩潰的時代，即所謂社會系統處于遠離平衡態的時期。這不僅由于它的科學威力或者它的“正確”，而且也由于工業社會的出現，這個基于革命原則的工業社會為牛頓學說提供了一個特別能容納它的環境。

最后，我們又一次遇到永遠在向人們挑戰的偶然性與必然性的問題。偶然性在分岔點或接近分岔點處起作用，此后決定論過程再次接替，直到下一個分岔，但是我們當然絕不可能確定下一次分岔將會在何時發生。

當前，人類的歷程正處在一個轉折點上，科學似乎扮演著一個重要的角色。因此，保持自然與社會之間通信渠道的暢通比以往任何時候都更加重要。

難道科學不是一種交流的手段，不是一種人與自然間的對話嗎？今天，研究工作使我們距離人與自然的對立越來越遠，代替這兩者的決裂和對立的，是我們不斷增長著的對人與自然的認識的一致性。這些知識使我們更接近中國古代先賢所提出的“天人合一”的觀點。

西方思想總是在兩個世界之間擺動，一個是被看作自動機的世界，另一個是上帝統治著宇宙的神學世界。最近的科學進化論給我們一個獨有的機會去重新考慮西方思想在總的文化中的地位。17世紀歐洲近代科學起源于一個特殊的歷史環境，隨著我們進入21世紀，科學更多地為我們帶來某種更加普適性的信息，這信息關系到人與自然以及人與人之間的相互作用。

我們在討論自然科學與人文科學的對立時，可引述以賽亞·伯林的觀點，他把特殊和唯一列在與重復和普適相對的地位。但是值得指出的是，當我們從平衡態走到遠離平衡態時，我們便離開了重復和普適而達到特殊和唯一。誠然，平衡態的定律是普適的，近于平衡態的物質是以“重復”的方式動作的。另一方面，遠離平衡態時卻出現了各種各樣的機制，對應著發生各種各樣耗散結構的可能性。我們還能得到一些自組織過程，導致非平衡態晶體的不均勻結構。

一種新型的有序已經出現了。我們可以說它是一種新的相干性，一種分子之間的“通信”機制。但這種形式的通信只能在遠離平衡態的條件下出現。令人十分感興趣的是，這種形式的通信似乎是生物世界的慣例。這在實際上可被用來當作定義某個生物系統的恰當基礎。

用帶有擬人化的語言來說，處于平衡態的物質是“瞎”的，但在遠離平衡態條件下，它開始能以它的機能去感知，去“考慮”外部世界（例如弱引力場或電場）的差別。

生命好像在用一種特殊的方式表達著我們的生物圈得以寄身的那些條件，其中包括化學反應的非線性以及太陽輻射給予生物圈的遠離平衡態的條件。

我們已經討論了使我們能描述耗散結構形成的一些概念，例如分岔理論。值得指出的是，靠近分岔點的系統呈現出很大的漲落。這樣的系統好像是在各種可能的進化方向之間“猶豫不決”，通常意義下的著名的大數定律被打破了。一個小的漲落可以引起一個全新的變化，這個新的變化將劇烈地改變該宏觀系統的整個行為。人們無疑會把這些和社會現象進行類比，甚至和人類歷史進行類比。

時間與空間之間有著根本區別。我們可以從空間中的一點移到另一點，但是，我們不能把時間倒過來。我們不能交換過去和未來。我們將看到，這種不可能性現在正在得到精確的科學含義。用某個無限的熵壘，可以把被允許的那些態和被熱力學第二定律禁止的那些態區分開。在物理學中還有另外一些壘，其一就是光速，按照我們今天的觀點，它是信號傳播速度的極限。這個壘的存在是很重要的，假如不存在的話，因果性就會被摔成碎片；同樣，熵壘是為通信賦予某種意義的前提。想象一下，假如我們的未來對另一些人來說成了過去，那將會發生什么事情！

我們正朝著一種新的綜合前進，朝著一種新的自然主義前進。也許我們最終能夠把西方的傳統（帶著它對實驗和定量表述的強調）與中國的傳統（帶著它那自發的、自組織的世界觀）結合起來。

下面我們將介紹幾個與系統論有關的理論，然后試圖把它們統一起來。