September 28th, 2022

我們對自然的看法: 多重性、暫時性和複雜性

對於有機生命界以及人類社會活動來說，其複雜性是不言而喻的，它們所表現出來的複雜過程，是根本不能用簡單性和簡單方法來進行描述和處理的。

量子力學揭示，原子不是簡單的，基本粒子雖然稱為「基本」但也不是簡單的原始的單元。而是搖擺在存在和非存在之間、波動和微粒之間，本身可能包含著具有不可分離的本性的構成物，顯示出巨大的複雜性。

依照混沌力學的解釋，物理世界並不是簡單的世界，它內含著演化的自組織過程和複雜的混沌行為。在這裡，因和果相互纏繞，處處都是不穩定性、不可預測的隨機性。因此，「複雜不再僅僅屬於生物學了，它正在進入物理學領域，幾乎已經根植於自然法則中」（比利時‧普利高津「探索複雜性」）

在自組織視野內，宇宙不再是拉普拉斯J.O.La Metterie所設想的一個秩序井然的領域，而是擴散和凝聚、解體和組織的過程。在這種情況下，不確定性、非決定性、隨機性不能再作為解釋中應預消除的殘渣出現，而成為我們對現實領會和認識貴不可消除的一部分。這說明，「我們對自然的看法正經歷著一個根本的轉變，即轉向多重性、暫時性和複雜性」。機械論思維方式之所以看不到物理世界的複雜性，是因為它認為的宇宙的基本定律是決定性的和可逆性的，那些不適合的過程通常被認為是一種例外。對於經典科學來說，自然界沒有任何時間的演化，沒有產生和消亡，時間是可逆的。雖然早在十九世紀，熱力學的第二定律和達爾文的生物進化論，都揭示了不可逆性的存在，但這些觀點在近代科學發展中並未產生重要的影響。

直到二十世紀的上半葉，時間方向問題仍被忽視。而普利高津在研究非平衡熱力學時發現，「時間的單向性」是普遍存在的現象，時間不僅僅是力學方程中的一個參量，而且也是物質的屬性。「那許許多多塑造著自然之形的基本過程，本來是不可逆的和隨機的，而那些描述基本相互作用的決定性和可逆性的定律不可能告訴人們自然界的全部真情。這就導致了對物質重新進行考察，不再是用那種機械的世界觀描述出的被動呆鈍的觀點，而是用一種與自發的活性相關聯的新的見解。」與這種見解相聯系的是描述複雜的詞彙：如非線性、非平衡、不穩定性、漲落、分叉、混沌等，已日漸成為科學家的常用概念，「科學認識發展的指導觀念不再是一味追求簡單性、探索複雜性已成為導引科學認識的航標」（陳克晶《論20世紀科學觀念的變革》）。

非線性的世界觀揭示：世界從本質上講是複雜的，規則簡單的秩序事實上是例外，而非規則複雜的出現是由於在自然界這一大系統中，簡單的組成因素以無數可能的方式自動地發生相互作用。與經典科學所強調的有序性和穩定性相反，我們在觀測的所有層次上都看到了漲落、不穩定性、多種選擇性和有限預測性。因此經典科學給予我們的只是「自然的碎片」。這基於西方自近代科學以來所一直依賴的還原論的思維方式。「還原論思維方式也就是把世界分解得盡量小，盡可能簡單。為一系列或多或少理想化了的問題尋找答案，但因此而背離了真實的世界，把問題限制到了你能發現解決辦法的地方。」（美‧米歇爾．沃爾德勒《複雜》）這種傳統方式表達的物理學定律描述了一個理想化的、穩定的世界，一個與我們生活的動蕩、演化的世界完全不同的世界。「非線性打破了還原論者的迷夢。」的確，除了一些非常簡單的系統外，世界上幾乎所有的事情、所有的人都被籠罩在一張充滿刺激、限制和相互關系的非線性的网中。因此，在非線性世界中，精確預測在實際中和理論上都是不可能的。


世界是「存在」還是「演化」。

從非線性的觀點來看，世界並不是「存在的」的，而是發生和演化著的。換言之，世界並不是一種靜止的穩定態，而是一種不斷發生和演化的動態過程。因此，我們必須采取一種動態思維。以往理論中的純粹邏輯分析和演繹，往往是在構成論意義上而非生成論意義上來考察現實世界的靜態思維，而這恰是達離於生生不息的現實世界的。當今流行的那種將靜態邏輯分析和動態考察方式進行所謂「辨證綜合」的理論模式，雖然它在盡力使這個世界動起來，但在它那裡，動態考察往往是作為靜態邏輯分析方式的一種「補充」形式而出現的，然而真正的動態思維，則是從生成論的觀點出發，自始至終堅持用一種「過程」的模式對事物進行考察的。

在動態理論框架中，與靜態思維主要以純粹的邏輯分析相反，邏輯的分析只是一種輔助手段。同時，正由於我們的世界原本就是一種有機構成，系統中的無數的非線性相互作用使之成為一個複雜的層級系統，因此要準確地描述出來幾乎是不可能的。這使得任何對社會生活中的事情的分析都不能孤立地進行，而必須用之以整體性思維。顯然，那種機械地將事物孤立分解開來的還原論思維方式是無法擔當這一重任的。

複雜性科學探索的對象：複雜性科學是為解釋和處理諸如生命、自然生態和社會的複雜問題而產生的，是相對於傳統思維對事物的考察總是從某一實體性的事物出發，但事實上，由於萬物都在演化中，演化的單元並不是孤立的實體，而是由實體與其周圍的環境要素所組成就一種組織模式，從而使我們在很多情況下必須以一種關聯性思維來進行分析和考察，才能有望避免有那種簡單的線性的發展觀念所造成的不良後果。同時我們還應該認識到，宇宙自組織進化理論在今天還僅僅是一種常規的研究思路，宇宙演化的最初開端仍然是未知的，我們酯沒有完整的自洽的結合量子科學和相對論的理論，它將解釋物質及其複雜性不斷的進化。不過，話說回來，「非線性雖非萬能的答案，但往往是一種更好的思考問題的方式」。

複雜性科學的興起

1. 系統範式的出現
   

系統範式的形成首先與生物學相聯系。在生物學史上，一直存在著經典科學機械論和希臘古典哲學活力論之間的爭論。自從維勒在十九世紀人工合成尿素獲得成功以來，活力論受到了沉重的打擊，十九世紀末二十世紀初，杜里舒的實驗把海膽的原腸胚切成兩半，結果是一分為二的兩個半腸胚竟然發育成為兩個較小的完整的胚胎，最後發育成為完整而較小的幼蟲。這表明，整體的確不是由部分簡單的組成，不同的原因沒有產生不同的結果，相反產生了相同的結果。這裡的異因同果律，題然與經典物理學定律相矛盾。

奧地利科學家貝塔朗菲在其《一般系統論》中指出，「可以用不同方法定義」的「古典科學的基本原理」是：「分解為可以隔離的因果鏈以便在各種科學領域里尋找「原子」單位。」貝塔朗菲認為，應用分解隔離因果鏈的分析方法，要取決於兩個條件：「首先，是「部分」之間的相互作用不存在或者微弱到某些研究任務可以不考慮的程度。只有在這個情況下，部分才能實際地、邏輯地、數理地「求出」來，然後「放在一起」。第二個條件是描述部分的行為的關係式是線性的；只有這樣才有累加性條件，即描述總體行為的方程和描述部分行為的方程具有相同形式，可以通過部分過程相加來取得總體過程。」然而，現實世界中醫複雜事物是不能滿足這兩個條件的。

貝塔朗菲由此指出這種機械論的科學範式所存在的三個錯誤觀點：其一是簡單相加的觀點，把有機體分解成要素，並把要素簡單地進行加和來說明有機體的屬性；其二是「機械」的觀點，把生命現象簡單比作「機器」，認為「動物是機器」乃至「人是機器」；其三是被動反應的觀點，即只有受到刺激時才做出反應，否則就靜止不動。正是由於簡單的物理化學因素無法面對複雜的生命整體，所以才有「活力」的加入。在貝塔朗菲看來，機械論拘泥於簡單還原論觀點，活力論乞求於非科學的神秘因素，但殊途同歸，兩者都將生命系統看作是一個被動的存在。於是，貝塔朗菲主張用機體論來代替活力論和機械論，他通過「開放系統」來定義和描述生命體，即開放系統通過持續地與環境交換和能量來維持其動態存在。

在貝塔朗菲看來，生命形式不是存在著，而是發生著，是通過有機體同時又是組成的有機體的物質和能量的永恆流動的形式，這種動態的過程以一種穩態的形式出現。這種自我調節的穩態是生命系統的基本特徵，而其它的特徵如代謝、生長、發育、繁殖、自主活動等，都是這個事實的最終結果。從而與通常看法相反，即並不是刺激，而是內在狀態的需要，才決定了有機體的反應。所以，貝塔朗菲的哲學觀點認為，有機體並不是被動地刺激做出反應，而是一個在本質上能自主活動的系統。於是貝塔朗菲在批判地繼承了前人的機體論思想的基礎上，把協調、秩序、目的性等概念用於研究有機體，其基本觀點：一、系統觀點，認為一切有機體都是一個整體——系統。生物體限是在時空上有限的具有複雜結構的一種自然整體。二、動態觀點：認為一切生命現象本身都是處於積極活動狀態，活的東西的基本特徵是組織。三等級觀點，認為各種有機體都按照嚴格的等級組織起來。（魏宏森．《系統科學方法導論》24頁）

1948申農以系統論思想為基礎，發表了《通訊的數學理論》一文，宣告了信息論的誕生。與此同時，維納（Wiener Norbett）於1948出版的《控制論》一書，從而宣告了控制論作為一門新學科誕生等等。正是在這些實踐領域中對系統思想的成功應用，從而使系統概念得到應泛傳播，最終形成了現代科學技術中具有世界意義的系統範式。

1. 自組織進化的旋律
   

正當一般系統論和控制論等關於系統的理論取得極大的傳播和普及，日益深入到人們的生活的各個方面之際，20世紀60年代末以耗散結構理論的誕生為先導，系統自組織理論開始蓬勃興起。接著，70年代誕生了協同學、超循環理論、突變論混沌學和分形學等一系列自組織理論或者說複雜性科學，從而使系統思想和系統範式發展到一個新階段。

1842年，卡諾（Caront）在分蒸氣機產生的機械中發現了熱力學的最初原理，從而奠定了熱力學的理論基礎。隨後，熱力學的第一定律和第二定律也相繼成立。熱力學第一定律的基本原理告訴我們：能量既不能創造也不能消滅（物質和能量守恆）。不管是機械功、電能，還是化學反應，自然界能量在不斷轉化，一個封閉系統中總的能量保持不變。這個定律到了20世紀初為愛因斯坦確立了質能守恆原理。熱力學的第二定律則表達了能量傳遞方向，這就已經接觸到了自然演化的不可逆過程。古勞修斯在（R.J.E.Clausius）在1867提出了熱力學第二定律的熵表達，進一步明確了熱力學自然圖景和方向性，並注意到第二定律在物理演化中具有根本性的重要意義。

按照熱力學第二定律，系統內部的熵的產生率大於或等於零。對於封閉和孤立的系統，熵不會由環境供給（或釋放到環境中），這樣我們就得到經典的克勞修斯陳述：熵不斷增加或當熱力學平衡達到時就保持不變。換言之，自然界中包括物理、化學、生物或信息轉化的過程，都不會不以消耗能量為代價而自發地發生。這就是著名的熵增加原理。按照這一個原理，一個孤立的系統總要朝向均衡、簡單、消滅差別的方向發展。克勞修斯甚至將這一原理推向整個宇宙，得出了著名的宇宙熱寂說的結論：宇宙總體上是走向退化之中，最終將不可逆地到達一個種種差別不覆存在的「死寂」狀態。

20世紀初，量子力學成為物理學的基礎理論。盡管有海森伯的不確定原理，但量子力學和經典力學都是以時間可逆為特徵的，在處理複雜性的還原論綱領上，一個極大的成功是分子的量子化學可以用量子力學定律來解釋。但這種將基本粒子、原子、分子以及最終將有機體統統都歸結為物理學和化學的方式，依然是一種還原論的思維方式。

從亞里士多德到歌德和謝林一再提到的是，生命從活細胞到具有自覺意識的人的有目的的自組織和自發性表明，物理學還原主義是不可能的，整體是有機體的一個基本特徵，它不可能被還原為其建築塊之和。

20世紀初，雖然由於量子論和相對論的興起使熱力學的研究似乎一度不那麼引人注目了，但是就在這樣的背景下，產生了非平衡熱力學。1931年，挪威物理化學家昂薩格建立了一條線性非平衡態熱力學中的基本定律—「昂薩格倒易關係」以後，在1945年又建立了線性非平衡熱力學的最小熵產生原理。最小熵原理的成功，促使普利高津試圖將它用到遠離平衡的非線性區域，並最終於1967成功地提出了「耗散結構理論」。耗散結構理論認為，開放系統不僅具有內部熵的產生，還有外部的伴隨著能量或物質的流動、轉化而與環境之間進行的熵交換。這些系統通過耗散能量而保持其結構、被普利高津稱作耗散結構。非平衡系統與其環境交換能量和物質，保持自己在一段時間內處於遠離熱力學平衡態，並在局部出現熵減的狀態。小的不穩定性和漲落導致不可逆的分叉，從而增加了可能行為的複雜性。

當系統控制參量變化到超出了一定的閾值，就會通過漲落的不穩定性，使耗散增加。一個遠離平衡的開放系統，不論它是力學的、物理的、化學的、生物的系統，還是社會的、經濟的系統，通過不斷地與外界交換物質和能量，在外界=條件變化到達一定閾值時，就可能從原來的無序狀態，轉化為一種在時空上或功能上有序的狀態。

一個系統要能夠自發地組織起來，形成耗散結構，必須滿足：第一：系統開放，只有充份開放才能驅使系統遠離平衡態；第二，系統遠離平衡，處在平衡態和近平衡態的系統都不會自發向有序發展；第三，系統內存在自摧化的非線性相互作用，在這裡，從平衡系統觀點往往被看作破壞因素的正反饋成為系統演化的建設性因素；第四，漲落作用，這是驅使系統由原來的穩態分支演化到耗散結構分支的原初推動力。這樣耗散結構理論揭示：通過一系列的不穩定性而進化，一個活系統必須要發起某種程序，以增加其非線性作用和離開平衡態的距離。非平衡態是萬物組織之源、有序之源。

這個理論使過去被看作對整體行為偏差的漲落干擾在不穩定性中可以成為建設性因素，即「通過漲落達到有序」，這使得有機生命體的出現也具有了一定的必然成分，而不純粹如達爾文等人所認為是一種隨機的、偶然性的產物。

普利高津指出，時間和不可逆性一樣，不再把我們和自然界分開，不可逆過程一樣實在；不可逆過程在物質世界中起著基本的建設性的作用；不可逆性不相當於在動力學定律中引進了某種附加近似，而是相當於把動力學納入更為廣泛的形式體系中去。

接著，在20世紀70年代出現了突變論。突變論來源於法國數學家托姆在拓樸學和分析學方面關於結構穩態性的研究，以及托姆與一些生物學家們關於生物形態生學的探討。托姆最初提出了七種初等突變。後來人們又發展起來適用於更一般0系統的非初等突變。突變論被稱為說明參數的連續改變怎樣引起不連續現象的一種理論。無論是硬科學還是軟科學領域，這一理論都得到廣泛的應用，它與系統演化的相變即有序與無序的轉換密切聯系在一起，揭示出原因連續的作用有可能導致結果的突然變化，從而加深了我們對於系統的有序與無序轉化的方式和途徑的多樣性認識。

同時，德國的哈肯，1977年出版的《協同學導論》一書，在把握非平衡相變內在機制的基礎上，吸取了耗散結構理論和突變理論的積極成果，創造了一套處理各種非平衡相變的統一方案，以統一解決系統從無序轉變為有序的過程，並最終創立了協同學。貝塔朗菲的一般系統論，把系統的有序性、目的性同系統的結構穩定性聯系了起來，然而它並沒有回答穩定性到底是怎樣產生的，以及如何維持結構的穩定性問題。與之相比，普利高津的工作前進了一大步他提出耗散結構就是一種遠離平衡的穩定結構。但是耗散結構理論只是從宏觀上研究問題，它用熵來研究自組織也過於粗糙，同時也沒有揭示系統宏觀現象的微觀機制。而哈肯的協同學則從根本上回答了系統宏觀現象的微觀機制。即子系統之間有規律的協同作用，使系統由無序走向穩定的有序狀態。協同學認為：任何系統的子系統都有兩種運動趨向，一種是自發向無規無序的運動，這是系統走向瓦解、無序的重要原因；另一種是子系統之間的關聯引起的協調、合作運動，這是系統自發走向有序的重要原因。

系統是自發地發生從無序到有序還是從有序到無序，取決於其中哪一種運動趨勢占據主要地位。協同學采用相變理論中的「序參量」概念來描述一個系統的宏觀有序的程度和系統從無序到有序的轉變，從而大大加深了人們對於系統演化的內部機制的認識。與耗散結構論相比，協同學的定量化程度高，系統演化的成份也更加濃厚。

序參量是蘇聯著名理論物理學家朗道在研究平衡相變時首先提出來的。在朗道的平衡相變理論中，「序參量」是針對系統相變後和相變前相比出現了宏觀上的物理性能或結構而言的。它是描述系統有序程度的物理參量，哈肯把序參量概念引人自組織過程，認為子系統的合作形成了序參量，而序參量又支配系統大量子系統的行為，從而主宰著演化的進程和結局。

同一時期，德國的生物物理學家艾根從生物大分子的角度，吸收非平衡非線性熱力學的成果，建立起超循環理論，超循環理論將在複雜的事物或複雜的因果關係中都可以發現的循環現象分為三個等級：反應循環—催化循環—超循環，這三種循環又構成了一個從低級到高級的循環反應網絡譜系。這種超循環結構與一般自組織一樣，也起源於隨機過程。如果說協同學是從研究物理世界的自組織現象著手，然後把它推廣到生物界和社會領域中的理論，那麼超循環理論則是直接從生物領域入手來研究非平衡系統的自組織問題的。

混沌學，混沌系統的演化可以使原有的周期運動最終變成完全沒有周期性的運動。這種非周期的運動意味著，向著奇異吸引子演變的系統，從來不以同樣的狀態重新經過。這樣，通過周期性來認識事物運動的規律的方法在混沌系統面前完全失效了。從整體上看，系統具有穩定性，系統整體演化具有規律性；而從微觀上看，系統又是不穩定的，系統沒有具體的軌跡可尋。就這樣，混沌學將整個世界描繪成一幅非線性、不可逆和不規則的複雜圖景，從而使完全決定論遭到了最深刻的否定，也使我們對無序和有序的轉化、確定性和隨機性的統一、穩定性和不穩定性的結合、自組織過程的複雜性有了更深刻的認識。過去我們一貫認為，系統演化的一般模式是從無序到有序、最後又回到無序中，然而混沌學則告訴我們，系統演化的起點和終點不可能是絕對的無序態，而只能是相對的。

混沌運動中包含了產生新的有序結構的必要條件和基礎，系統的演化起於混沌，也終於混沌。系統「一生」在整個演化歷程中所處的地位，只不過是在混沌世界中一個「序」的顯現。不僅如此，混沌理論在著重揭示力學和物理學系統的混沌運動規律的同時，也表明混沌在生命領域和社會領域也普遍存在，從而為複雜社會系統開拓出一條新的道路。

分形學是美籍法裔數學家曼德布羅特（B.B.Mandelbrot）於1973年正式提出來的。分形學的建立，把人們的注意力引向那些不能用通常的長度、面積、體積來度量的非規則幾何體的性質。自然界有許多複雜的物理現象，都具有分形結構和分數維。分形體的整體與部分具有某種相似的層次結構，在理想狀態下甚至是無窮多層次的自相似性，並試圖找到介於有序—無序、宏觀—微觀、整體—部分之間的新秩序，從而深化了我們對於系統的這些關係的理解以及對於物質世界的多樣性統一的認識。

這些全新的關於系統演化的自然科學的新表達，與以整體方式觀察宇宙演化過程的系統範式思想一起，在堅持自然觀和歷史觀相統一的基礎上，從觀測宇宙整體上及其各個層次上向世人提供了一幅世界自組織演化的自然圖景，從而把我們關於自然界演化發展的認識推向了一個新的階段。如上思想的綜合，就是所謂系統進化論，或如同系統自組織哲學家詹奇所說的「自組織進化範式」或拉玆洛所說的「一般進化論」。無論是自組織進化範式還是「一般進化論」，它們在本質上是一致的，即都是在自組織理論的基礎上對整個世界演化模式進行的一種「廣義綜合」。

拉玆洛發現，當普利高津和布魯塞爾學派開始把他們的不可逆形態變化理論推廣到生物和社會領域時，人們可以對從宇宙到文化的所有現象作詳盡的考察了。自組織理論的發展使人們越來越清楚地認識到，不但人類社會發展的某些方面的變化是不可逆的，自然界的變化也同樣是不可逆的。這些變化在看來是絕然不同的領域裡，但均展現出相似的構形效果。這就導致人們去系統地研究為各種各樣的表面現象所掩蓋的共性，即所謂的不變性。在拉玆洛看來，不管進化過程可能顯得多麼雜亂無章，但它們都服從在物理系統、生物系統、生態系統和社會系統中都同樣的一些普遍規律。因此，「進化的廣義綜合是對科學經久不衰觀念的響應。反之，科學則是對人類心靈無休止渴求的滿足。二者的使命都是尋求意義，這或許正是最基本的心靈活動」。

在西方思想史上，由於笛卡兒、物質領域和精神領域的分離上升成了形而上學學說，使得包括生物體軀體在內的物質宇宙成為一種機械裝置，用上帝賦予的很少幾條物理學定律就足夠加以描述；人的精神和意識脫離這個物質領域，成了絕然不同的一種東西，不在空間中而只在時間中存在。為了求得在自然主義倫理學中克服這種二元論，斯賓諾莎信奉泛神論，即自然與上帝等同。康德在他論宇宙自然史的早期著作中曾斷言所有被觀察到的現象都有自然的起因，並試圖追綜生命的較高形態直至最基本的構件的發展過程，結果在他有影響的「批判」中陷入了這樣的境地—割裂認知者和認知對象，把自然界變成了認識不可達到的「物自體」。

雖然18世紀初科學家們認為現在的世界是它過去發生變化的結果，但在整個19世紀，科學都由於注定要停頓下來的機械世界和似乎是盤旋上升的有機世界之間長期存在的矛盾而陷入困境。關於有機世界，創世說被證明是一種權宜的解釋，它聲稱生物物種不進化，因為它們是一個最高心靈的特殊創造物，世代繁衍是那個被稱為上帝的偉大工匠創造活動的結果。對於生命的起源與進化，物理學家無話可說，因為牛頓把作為一切進化過程的根基的不可逆變化都排除了。結果造成了自然哲學同道德哲學的分離，物理學同生物學的分離，自然哲學同道德哲學的分離。

拉玆洛指出，「現在從關於進化過程的科學中產生的嶄新的知識已經超越了這種分裂，因此這就為建立一種關於物質世界、生命世界和歷史領域的複雜系統進化的統一的、宏大的觀念奠定了基礎。」拉玆洛運用他那善於作綜合思維的頭腦，「試圖不單單是在類比的基礎上，而且在非平衡態熱力學及其分叉概念的最新發現的基礎上，在複雜系統變化的動力學的其他成就的基礎上，統一知識，並把宇宙中的存在和行星上的存在真正統一起來」，「強有力地論證了廣義進化綜合理論，提供了完成這一博大精深理論的方式」。（美‧詹奇：《自組織的宇宙觀》6頁）。這樣，自組織動力學成了聯系生命界與非生命界的一座橋樑，即生命不再表現為某種非生命的物理實在之上的上層建築，而表現為宇宙固有的動力學原理。換言之，自組織作為一種動力學原理，它是構成生理的，經濟的、社會的和文化的結構豐富的形式世界的基礎。這是一種既起源於科學又有哲學深度和廣度的新體系。它以很少的內容解釋了更多的現象，從而改進了原有的分科的進化理論和進化範式。這種範式令人驚詫地闡明了包羅萬象的進化現象。用詹奇的話說：「愈是認識到人類生存是自然這一整體的不可分割的一部分，玄妙的生態系統的概念也就愈變得實際了。」