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信口開(kāi)河（16） 科學(xué)的復雜性與人類(lèi)社會(huì )的復雜性（一）
——科學(xué)的復雜性
認識理解科學(xué)的復雜性與人類(lèi)社會(huì )的復雜性的目的：思索總結我自己思想調整轉
變的過(guò)程，繼續討論面對怎樣變化著(zhù)的現實(shí)，為什么我們應該調整自己的思想認
識，以及如何調整。
這篇文章先討論科學(xué)的復雜性，下面接著(zhù)的兩篇討論人類(lèi)社會(huì )的復雜性。
人類(lèi)有喜歡簡(jiǎn)單（省力、偷懶）的天性。一般人都喜歡簡(jiǎn)單、明了、直接、痛快
。文學(xué)家、藝術(shù)家、哲學(xué)家、社會(huì )學(xué)家等等靠復雜、貓膩、玄機、迷魂陣吃飯的
人們除外。反正我是喜歡直來(lái)直去、開(kāi)門(mén)見(jiàn)山、線(xiàn)性關(guān)系。
什么是復雜性呢？
復雜性就是非線(xiàn)性、非鏈條式的因果關(guān)系；復雜性就是結成網(wǎng)絡(luò )、亂七八糟、纏
繞成團、互相影響、互為因果；復雜性就是失去了令人感到腳踏實(shí)地的確定性；
復雜性就不是布爾二值邏輯的非黑即白、一清二楚；復雜性就是一個(gè)自反饋系統
的不穩定和不可預測性。
人是生活在客觀(guān)物質(zhì)世界中有意識、有思維能力、有主觀(guān)能動(dòng)性的生物。人類(lèi)社
會(huì )的歷史就是從人類(lèi)認識客觀(guān)環(huán)境，同時(shí)適應、改造客觀(guān)環(huán)境，到進(jìn)一步認識客
觀(guān)環(huán)境，進(jìn)而征服、控制客觀(guān)環(huán)境的歷史。人類(lèi)在適應和征服、控制客觀(guān)環(huán)境的
過(guò)程中進(jìn)一步加深了對客觀(guān)環(huán)境的認識；同時(shí)反過(guò)來(lái)影響改變著(zhù)客觀(guān)環(huán)境。復雜
性是人類(lèi)企圖完全性地認識自然規律、進(jìn)而最大可能高效率地征服控制自然界的
科學(xué)活動(dòng)，近來(lái)遇到的大問(wèn)題、大障礙。
隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )從原始、農耕到工業(yè)化、現代化的發(fā)展，人類(lèi)對客觀(guān)自然界、宇宙
的認識與了解也在相應地發(fā)展和深化著(zhù)?？茖W(xué)是人類(lèi)對宇宙、自然界發(fā)展變化因
果關(guān)系的知識和規律的總結。隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )由簡(jiǎn)單到復雜的發(fā)展，科學(xué)也在由簡(jiǎn)
單到復雜地發(fā)展深化著(zhù)。實(shí)際上正確的說(shuō)法應該是：人類(lèi)社會(huì )和科學(xué)，由簡(jiǎn)單到
復雜的變化、發(fā)展、深化是互為因果，相輔相成的。
先說(shuō)科學(xué)?？茖W(xué)是西方文明的產(chǎn)物，是西方文明企圖認識客觀(guān)世界變化發(fā)展的因
果關(guān)系規律的實(shí)踐和思維活動(dòng)的總結；而西方文明認識世界的目的是成功地預測
未來(lái)，使得由此決定的人類(lèi)的改造、征服自然的計劃行動(dòng)更為有效。中華文明也
對認識、了解客觀(guān)世界變化發(fā)展的因果關(guān)系規律感興趣，但是目的與西方文明有
著(zhù)根本性的不同，于是認識方式也很是不同。因為西方文明對現代的人類(lèi)社會(huì )占
有絕對的主導領(lǐng)導的地位，科學(xué)意識和科學(xué)思想成為人類(lèi)成功地從事現代生產(chǎn)和
社會(huì )實(shí)踐活動(dòng)的根據，這也是中國改革開(kāi)放走向現代化的根據。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)系規律的認識問(wèn)題（我在別的文
章中討論過(guò)中華文明與科學(xué)的關(guān)系，以后還要進(jìn)一步討論）。
文藝復興標志著(zhù)現代科學(xué)的開(kāi)始。牛頓力學(xué)建立起了宏觀(guān)物理世界運動(dòng)變化因果
關(guān)系規律的理論。這是一個(gè)確定性的理論：給出參數和初始條件，就可以預測到
完全確定的結果。牛頓力學(xué)具有極為有效的預測性。牛頓力學(xué)為西方文明帶來(lái)了
大規模機械化工廠(chǎng)生產(chǎn)的工業(yè)革命和現代化運動(dòng)。
麥克斯維的電動(dòng)力學(xué)和愛(ài)因斯坦的相對論，是對牛頓力學(xué)的進(jìn)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測功能。這些理論帶動(dòng)了熱力學(xué)
、化學(xué)、材料學(xué)的研究和發(fā)展，為大規模機械化生產(chǎn)提供了電力、內燃機等新能
源，帶來(lái)原子彈、原子能的發(fā)明應用，火箭、宇宙航行成為可能。
研究基本粒子運動(dòng)變化規律的量子力學(xué)打破了科學(xué)的這種嚴格的確定性，干脆來(lái)
了一個(gè)不可測原理。薛定諤（Schrodinger）描述粒子運動(dòng)的波動(dòng)方程（是時(shí)間和
地點(diǎn)的函數）只給出了在某一時(shí)刻粒子出現在某一鄰域中的概率。但是，這也給
出了可以預測的概率。量子力學(xué)帶來(lái)了二十世紀的電子工業(yè)大飛躍，計算機、互
聯(lián)網(wǎng)、現代信息工業(yè)，人類(lèi)社會(huì )進(jìn)入信息時(shí)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(wú)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(chēng)是生物學(xué)的世紀，但是生命現象是一個(gè)整體現象，生物進(jìn)化的
過(guò)程是生態(tài)環(huán)境的系統發(fā)展現象。中國古人聰明?。悍志帽睾?，合久必分嗎。到
了沒(méi)有法兒再分了的時(shí)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(guān)念來(lái)進(jìn)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(jìn)展緩慢，科學(xué)的復雜性的概念被提了出來(lái)。（整體全局性的綜合認識
思維方式正是中華文明的特長(cháng)和拿手戲。這可是三十年河西，三十年河東了?？?br>惜中國人現在忙著(zhù)現代化，幾乎什么都以西方文明為師，記不得自己還有特長(cháng)和
拿手戲了）
二十世紀后半期發(fā)展起來(lái)的chaos（混沌）與 fractal（分形），基本是非線(xiàn)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(huì )影響到紐約下一個(gè)月的天氣變化。Chaos 與 fractal是關(guān)于內映射自我結合
（輸出反饋為輸入）重復無(wú)窮多次的收斂發(fā)散問(wèn)題的討論，借助于計算機的大力
幫忙，數學(xué)家們也弄出來(lái) Universality 和 attrator的理論，即對 chaos 與 fractal的
收斂規律的討論分析和定理，這對于計算和預測混沌系統有一定的應用。內映射
是一種特殊的自反饋系統的模型。
數學(xué)中有專(zhuān)門(mén)一科與計算機程序有關(guān)的研究計算的復雜性的學(xué)科，用數理邏輯的
方法，對復雜性的程度進(jìn)行分類(lèi)。但是，這里沒(méi)有關(guān)于什么是復雜性的定義。這
里的復雜性是專(zhuān)門(mén)指計算的復雜性的，與科學(xué)的復雜性沒(méi)有直接的關(guān)系。
桑塔菲研究所組織跨學(xué)科的專(zhuān)家科學(xué)家開(kāi)討論班，對于具有自反饋的動(dòng)力系統（
dynamic system）的復雜性做了不少討論，包括生物系統、物理系統、化學(xué)系統
、生產(chǎn)銷(xiāo)售的供求系統，等等。幾年前青爭寫(xiě)了系列文章對此做過(guò)很好的介紹。
我是從青爭的介紹中第一次知道了科學(xué)的復雜性這個(gè)概念的。桑塔菲關(guān)于復雜性
的討論好象沒(méi)有得出正面的有實(shí)踐應用價(jià)值的結論。但是，非常有意思的非正面
結論是：自反饋系統沒(méi)有鏈條式的因果關(guān)系可循，自反饋系統的因果關(guān)系是互相
影響、互為因果、進(jìn)化式的。也就是說(shuō)，對于自反饋系統，從長(cháng)期來(lái)說(shuō)，不具有
可預測性，所以不具有有效的控制手段。（請青爭做訂正）
一個(gè)動(dòng)力系統是時(shí)間和地點(diǎn)的函數，就是說(shuō)系統隨著(zhù)時(shí)間和地點(diǎn)的不同而變化著(zhù)
。根據人們感興趣的不同方面，一個(gè)系統可以抽象為一個(gè)或幾個(gè)時(shí)間和地點(diǎn)的函
數。不同的系統當然要有不同的對應關(guān)系和一堆特殊參數。自反饋系統就是輸出
的數據也是輸入數據的一部分（x 既是自變量又是函數本身）。生物的進(jìn)化過(guò)程
就是自反饋系統。如果時(shí)間不長(cháng)（反饋次數不多），還是可以做近似預測的。但
是反饋次數增多趨向無(wú)窮時(shí)，誤差增大，系統不具有可預測性。
自反饋系統的復雜性應該與熱力學(xué)第二定律的熵增原理有關(guān)。復雜當然是混亂、
無(wú)序。
一個(gè)自反饋系統雖然不一定是一個(gè)封閉系統，但是我們感興趣的某種生產(chǎn)過(guò)程、
某類(lèi)生物進(jìn)化系統、某類(lèi)生產(chǎn)供應銷(xiāo)售系統等等，都是一個(gè)大的封閉母系統的子
系統。當大的封閉母系統的熵增多時(shí)，這些子系統可以暫時(shí)地從其它子系統中強
行掠奪、獲取更多的能量，用來(lái)抑制自己的熵增。其代價(jià)是其它子系統的熵大增
。但是，當整個(gè)母系統（地球的生態(tài)環(huán)境、世界市場(chǎng)的供銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )等等）的熵值，
根據熱力學(xué)一個(gè)封閉系統的熵呈增加趨勢的第二定律，增加趨向無(wú)窮大時(shí)，任何
一個(gè)子系統也不可能永久地避免熵增、混亂。就如同現在資本主義市場(chǎng)經(jīng)濟發(fā)達
國家倚仗著(zhù)自己已經(jīng)建立起的經(jīng)濟軍事優(yōu)勢、話(huà)語(yǔ)權、游戲法則制定權，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(jià)勞動(dòng)力，占領(lǐng)市場(chǎng)，用以維持維護自己的繁榮、穩定一樣（避免熵增），但這
是不可能永久持續下去的。
錢(qián)學(xué)森通過(guò)對系統科學(xué)及其應用的探索和研究，創(chuàng )立了復雜性科學(xué)中國學(xué)派，提
出“開(kāi)放的復雜巨系統”，以及處理復雜巨系統的“從定性到定量的綜合集成法
”。注意這里的“開(kāi)放”一詞。西方學(xué)者并不明確標明復雜系統的開(kāi)放性（必須
從外界攝取補充能量），這是因為，對于西方文明來(lái)說(shuō)，系統總是開(kāi)放的：總是
可以、可能從外界獲得維持發(fā)展本系統所需要的能量、資源。西方文明里沒(méi)有“
自給自足、自力更生”這樣的概念。
應運而生的現代社會(huì )各類(lèi)系統的管理學(xué)，特別是與賺錢(qián)贏(yíng)利有關(guān)的生產(chǎn)、銷(xiāo)售系
統的管理學(xué)，正是對復雜性科學(xué)的迫不及待的應用。
看來(lái)西方文明國家對于自反饋系統的復雜性的研究活動(dòng)，其動(dòng)機之一是：如何有
效地從其它有關(guān)子系統中掠奪、獲取有利于維持自己發(fā)展、抑制熵增的能量。當
然做研究工作的科學(xué)家未必這樣想，但是出錢(qián)支持如此科研項目的組織機構那可
是心知肚明、目標明確無(wú)誤的。
我認為，科學(xué)的復雜性的實(shí)質(zhì)是科學(xué)發(fā)展到現在，人類(lèi)認識能力的局限性（limitation）
的反映。這個(gè)局限性來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面。
1、人本身就生活在人企圖認識的客觀(guān)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(zhù)這一時(shí)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(lèi)這種self-reference認識活動(dòng)的抽象描述。
2、在此之前的科學(xué)研究將系統分解為局部、枝節、片段，理想化、簡(jiǎn)單化環(huán)境與
條件，做孤立性的分析研究。而現在到了將分解研究的結果合成綜合為整體的時(shí)
候，需要從整體出發(fā)來(lái)研究系統的變化發(fā)展規律。于是遇到了兩個(gè)問(wèn)題：一是變
量太多，層次太深。導數的chain rule告訴我們，變量的任何微小變化或誤差會(huì )
得到放大。二是（這應該是最為根本的），整體不是局部和枝節的代數和。而科
學(xué)基本是一種分解分析式的研究方法，看起來(lái)科學(xué)的方法不適于從全局出發(fā)，對
于一個(gè)大系統做整體性的研究。
我感到，對于大系統的從整體出發(fā)的研究需要辯證的方法，因為辯證法就是統領(lǐng)
性的一種全局觀(guān)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果。就是說(shuō)，辯證的方法不能提供定量、具體、精確的預
測，于是自然不能滿(mǎn)足個(gè)人和小集團的急功近利的追求。這就是說(shuō)，從全局出發(fā)
的辯證的認識思考方法于資本主義市場(chǎng)經(jīng)濟無(wú)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(shuō)明了什么呢？這當然說(shuō)明：科學(xué)性的思考認識方法方式到了需要改進(jìn)的時(shí)候
了。但是，這里反映了更深一層的問(wèn)題：科學(xué)是萬(wàn)能的嗎？或者說(shuō)：科學(xué)有局限
性嗎？我的回答是：科學(xué)不是萬(wàn)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(jìn)消除這些局限性嗎？這些問(wèn)
題都與“科學(xué)研究到底是為了什么”這個(gè)根本認識性、目的性的問(wèn)題有關(guān)?？茖W(xué)
方法和辯證方法的不同、無(wú)法合一的本質(zhì)原因到底在哪里？“人類(lèi)認識世界”這
個(gè)圣潔而偉大的理想和企圖，看起來(lái)也應該有一個(gè)適可而止的問(wèn)題吧？這是另一
篇文章的內容了。
2005-9-1
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