系统论学习笔记
(转者按:以前的哲学教材对世界的描述比较抽象,世界是上一切事物都运动和联系之中,处于产生、发展消亡的过程之中。联系中的事物既是对立的,也是统一的,对在一定的条件下相互制约和转化,发展的过程可能有曲折和反复,呈螺旋式发展。
系统论对世界的描述更深刻、具体、形象化,更贴近客观实际,是更科学的世界观的描述。从哲学的角度看,任何确定的描述都只能严格遵循形式逻辑的规则,是对客观事物近似地描述,误差是绝对的,系统论也只能如此。辩证法提醒我们在实践中应用时不能忘记这一点。
生命中还有很多现象,系统论没有给出合理的解释和答案,我觉得最主要的是对生命本质和存在形式的定义等需要进一步拓展。
生命的遗传信息是分子水平的核糖核酸形式,生命的本质是蛋白质水平的存在形式,与蛋白质链的折叠方式有关,这些都是物质形态的。
我觉得更重要的是特定蛋白质链折叠形态与其周围形成的生命场有关。只有物质形态没有生命场还不能算是完整的生命形态。
生命场可能是一个更神秘的巨复杂系统,能依据环境和遗传信息决定和统一协调生命实物系统及所有子系统,控制生命启动、代谢、发育、演化、衰老、死亡等进程,包括防御、免疫、修复、自愈等基础性功能。当然,这些功能最终还要通过分子、蛋白质水平的物质执行控制指令来实现。
大脑和神经系统主要控制感觉、运动、思维等人类的高级功能。生命进程控制的基础性功能主要不是要靠大脑和神经系统,而应该是我们知之甚微的的生命场系统。
对生命实物系统的理解,可以为我们理解生命场系统提供有益的参考和借鉴。
在与生命有关的精神领域,经济基础决定上层建筑,生产力水平决定认识水平。但是精神的力量在一定的条件下对物质力量有巨大的反作用。正确的理论一旦被人们掌握就会变成信仰,信仰可以凝聚成改造社会的巨大力量,推动社会进步。同样,错误的理论和信仰也会阻碍社会进步。对精神和物质方面规律的研究,也可以借鉴系统论的思想。
形式逻辑和线性数学是人们在概念体系中推理运算必须遵循的科学规则。以形式逻辑和线性数学为基础的细分还原法,对精确解决系统中的线性问题提供了必要条件,极大地推动了现代科技的进步,也推动了人类社会的进步。
在面对生命和与生命有关的开放的复杂系统问题时,只能采用适合开放的复杂巨系统的科学方法,主要是基于大数据的人工智技术原理,统计学、概率学、耗散热力学、演化论、代谢增长论、信息论等非线性数理工具,人工智能原理是对人类模糊思维方式的模仿,对辩证法的模仿,辩证法是解决开放的复杂系统不可或缺的科学方法。
哲学是对包括思维在内所有事物运动最深层次基础规律的总结。)
世界是关系的集合体,而非实物的集合体。
系统是指由两个或两个以上的要素相互作用而形成的整体。
所谓相互作用主要指非线性作用,它是系统存在的内在根据,构成系统全部特性的基础。系统中当然存在着线性关系,但不构成系统的质的规定性。系统的首要特性是整体突现性,即系统作为整体具有部分或部分之和所没有的性质,即整体不等于部分之和,称之为系统质。
系统组分受到系统整体的约束和限制,其性质被屏蔽,独立性丧失。这种特性可称之为整体突现性原理,也称非加和性原理或非还原性原理。整体突现性来自于系统的非线性作用。系统存在的各种联系方式的总和构成系统的结构。系统结构的直接内容就是系统要素之间的联系方式。
系统的层次结构
进一步来看,任何系统要素本身也同样是一个系统,要素作为系统构成原系统的子系统,子系统又必然为次子系统构成.如此则…→次子系统→子系统→系统之间构成一种层次递进关系。因而,系统结构另一个方面的重要内容就是系统的层次结构。系统的结构特性可称之为等级层次原理。
与一个系统相关联的、系统的构成关系不再起作用的外部存在称为系统的环境。
系统相对于环境的变化称为系统的行为,系统相对于环境表现出来的性质称为系统的性能
系统行为所引起的环境变化,称谓系统的功能。
系统功能由元素、结构和环境三者共同决定。
相对于环境而言,系统是封闭性和开放性的统一。这使系统在与环境不停地进行物质、能量和信息交换中保持自身存在的连续性。系统与环境的相互作用使二者组成一个更大的、更高等级的系统。
整体性原则
整体性原则是系统科学方法论的首要原则。它认为,世界是关系的集合体,根本不存在所谓不可分析的终极单元;关系对于关系物是内在的,而非外在的。因而,近代科学以分析为手段而进行的把关系向始基的线性还原是不能允许的。
整体性原则要求,我们必须从非线性作用的普遍性出发,始终立足于整体,通过部分之间、整体与部分之间、系统与环境之间的复杂的相互作用、相互联系的考察达到对象的整体把握。
具体来说,
第一, 从单因素分析进入到多因素分析;
第二, 模型本身成为认识目的;
第三, 从功能到结构。
动态性
系统观点的第二个方面的内容就是动态演化原理或过程原理。
世界是过程的集合体,而非既成事物的集合体。
系统科学的动态演化原理的基本内容可概括如下:一切实际系统由于其内外部联系复杂的相互作用,总是处于无序与有序、平衡与非平衡的相互转化的运动变化之中的。
任何系统都要经历一个系统的发生、系统的维生、系统的消亡的不可逆的演化过程。也就是说,系统存在在本质上是一个动态过程,系统结构不过是动态过程的外部表现。而任一系统作为过程又构成更大过程的一个环节、一个阶段。
与系统变化发展相关的重要概念,除了我们前面已经讨论过的可逆与不可逆、确定性与随机性之外,有序与无序也是刻画系统演化形态特征的重要范畴。热力学、协同学、控制论和信息论分别用熵、序参量和信息量来刻画有序与无序。在数学上,一般以对称破缺来定量刻画。
通俗地说,所谓有序是指有规则的联系,无序是指无规则的联系。
系统秩序的有序性首先是指结构有序。例如,类似雪花的晶体点阵、贝纳德花样、电子的壳层分布、激光、自激振荡等空间有序,行星绕日旋转等各种周期运动为时间有序。
结构无序是指组分的无规则堆积。例如,一盘散沙、满天乱云、垃圾堆等空间无序。原子分子的热运动、分子的布朗运动、混沌等各种随机运动为时间无序。
此外系统秩序还包括行为和功能的有序与无序。
平衡态与非平衡态则是刻画系统状态的概念。平衡态意味着差异的消除、运动能力的丧失。非平衡意味着分布的不均匀、差异的存在,从而意味着运动变化能力的保持。
与此相联系,有序可分为平衡有序与非平衡有序。平衡有序指有序一旦形成,就不再变化,如晶体。它往往是指微观范围内的有序。
非平衡有序是指有序结构必须通过与外部环境的物质、能量和信息的交换才能得以维持,并不断随之转化更新。它往往是呈现于宏观范围内的有序。
二十世纪下半叶出现的自组织理论从多方面探讨了有序与无序相互转化的机制和条件、不可逆过程所导致的结果,即进化和退化及其关系问题,着重研究了系统从无序向有序、从低序向高序转化也即进化的可能性和途径问题。
耗散结构论
1969年,普利高津提出耗散结构论,这一理论从时间不可逆性出发,采用薛定谔最早提出的“负熵流”概念,使得在不违反热力学第二定律的条件下,得出这样的结论:远平衡开放系统可以通过负熵流来减少总熵,自发地达到一种新的稳定的有序状态,即耗散结构状态。
耗散系统形成以远离平衡态的开放系统和系统内非线性机制为条件。
非稳定性即涨落是建立在非平衡态基础上的耗散结构稳定性的杠杆。
在平衡态没有涨落的发生;
在近平衡态的线性非平衡区,涨落只会使系统状态发生暂时的偏离,而这种偏离将不断衰减直至消失;
而在远平衡的非线性区,任何一个微小的涨落都会通过相干作用而得到放大,成为宏观的、整体的“巨涨落”,使系统进入不稳定状态,从而又跃迁到新的稳定态。
自组织
1976年德国理论物理学家赫尔曼·哈肯出版了《协同学导论》一书,1978年第二版增加了“混沌态”一章,建立了协同学理论的基本框架。协同学以信息论、控制论、突变论为基础,并吸取了耗散结构论的成果,继耗散结构理论之后进一步具体考察了非线性作用如何能够造成系统的自组织。
协同学认为,系统从无序向有序转化的关键并不在于系统是否和在多大程度上处于非平衡态,只要是一个由大量子系统构成的系统,在一定条件下,它的子系统之间通过非线性的相互作用就能产生协同和相干效应,从也就能够自发产生宏观的时空结构,形成具有一定功能的自组织结构,表现出新的有序状态。
哈肯给出了决定论的动力学方程,并同时引入二分支概念。从而提供了系统由一个质态跃迁到另一质态的说明方法。当系统某个参数在域值范围之外,系统处于稳定平衡位置;当系统参数进入域值范围,系统就成为非稳定的,同时又要形成新的平衡位置。
自组织系统形成的两个基本条件是:开放系统和涨落的存在。由稳定平衡到非稳定平衡起作用的是外部条件,由非稳定平衡到新的稳定平衡其作用的是系统涨落。
哈肯的理论较好地说明了物理学中的自组织现象,如激光、细胞繁殖等。但用它说明生物和社会系统有一定困难。
超循环论
1971年德国生物学家爱肯正式提出了超循环论。其中心思想是在生命起源和发展中,从化学阶段到生物进化之间有一个分子的自组织过程。这个进化阶段的结果是形成了人们当前所见的具有统一遗传密码的细胞结构。这种遗传密码的形成有赖于超循环组织,这种组织具有“一旦建立就永远存在下去”的选择机制。
总之,爱肯认为,“进化原理可理解为分子水平上的自组织”,以最终“从物质的已知性质来导出达尔文的原理”。
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