复杂性和非线性研究及其哲学问题评述

多情清秋 · 发表于 2005-12-5 14:25

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作者简介: 吴彤:（清华大学人文社会科学学院科技与社会研究所，北京，100084） 文章来源: 哲学动态．1999(12)：31-34 加入时间: 2003-11-14 阅读次数： 1213 次 复杂性和非线性研究及其哲学问题评述 吴彤 中图分类号：N031 文献标识码：A 文章编号： 关于“复杂性”和“非线性”的研究，目前在我国哲学界特别在科学哲学界是一个正在 引起关注的重要问题域。复杂性是什么？20 世纪70 年代以前，它是“无法认识”和“难以 处理”的代名词。简单性被认为是世界自身的基本属性，复杂性从没有被认为是世界的属性， 至多被认为是简单性复合产物，是现象。复杂性甚至被认为是认识主体运用简单性原则处理 问题能力不足所导致的结果。因此，无论在认识论或本体论上，“简单性”与“复杂性”的 地位都是不对称的。近年来，人们仍争论“复杂性”是不是世界的属性，表明“复杂性”本 体论地位仍未得到认同。而“复杂性”认识论意义更未澄清。“非线性”科学一词和非线性 研究受到重视后，复杂性与非线性的关系也引起了人们关注，目前复杂性和非线性被认为是 一个东西，似乎区分不够。我们先研究和讨论自然科学和技术科学领域关于复杂性、非线性 问题的研究状况，然后再讨论哲学领域的研究状况和问题。 一．自然科学和技术科学领域中的“复杂性”、“非线性”研究 复杂性是目前自然科学和技术科学领域中使用频率极高的词汇。与复杂性词汇相联系的 还有“非线性”、“分形”和“混沌”等词汇，其反义词则有“简单性”、“线性”、“ 整形”等。 在“Encyclopaedia Britannica ”中，至少有878 个条目962 处涉及“复杂性”，除了一些条目 涉及研究复杂性问题的人物外，它几乎没有不涉及的领域；另外有98 个条目213 处涉及“非 线性”；有6 处涉及“分形”。[1] 国际上还有专门的“复杂性”( Journal of Complexity )研究 杂志，[2] 它的研究领域主要包括：应用数学；数字分析；近似理论；代数方程系统；微分 方程；最优化；控制理论；决策理论；实验设计；分布计算；景象和图象理解；信息理论； 预测和估算；地球物理学；统计学；经济学等。另外，在INSPEC 资讯、物理、电机工程尖 端科技数据库中，从1969 年到1999 年关于“复杂性与简单性”的条目出现了748 处，“复 杂性和非线性”出现了2598 处。[3] 1999 年的“Science”，几乎成为关注“复杂性”研究 的专辑，其中包括了“太阳系外混沌的起源”（Science 1999 March 19）、“流线型复杂性” （Science 1999 March 19，生态学领域）[4]、“复杂性和神经系统”（Science 1999 Aril 2）、“化 学中的复杂性”（Science 1999 Aril 2）、“混沌后的生命”（Science 1999 Aril 2）、“生物信号 系统中的复杂性”（Science 1999 Aril 2）、“复杂性与经济学”（Science 1999 Aril 2）、“复杂 性、图式和动物聚合中的进化性平衡”（Science 1999 Aril 2）、“来自复杂性的简单课程” （Science 1999 Aril 2）、“复杂性与气候”（Science 1999 Aril 2）、“自然地形中的复杂性” （Science 1999 Aril 2）[5]、“宇宙的分形是什么？”（Science 1999 Aril 16）[6]、“生命的第四 维：分形几何和机体组织的变异标度”（Science 1999 June 16）[7] 等研究论文，此外还包括 了一些有关“复杂性”的通信、评论以及有关计算复杂性的文章。郝柏林院士指出，美国国 会图书馆1975-1999 年2 月25 日入藏书目中光标题里含“Complexity ”一词的就有489 种。 其中涉及算法复杂性、计算复杂性、生物复杂性、生态复杂性、演化复杂性、发育复杂性、 语法复杂性，乃至经济复杂性、社会复杂性等，[8] 大量有关复杂性问题的研究集中于“计 算机科学技术和信息通讯”领域，主要涉及的是“计算或算法复杂性”。我们看到，国际上 对“复杂性”的研究，是分布在各个领域的具体研究。国内自然科学和技术科学领域亦一样。 通过剑桥科学文摘可以比较一下“复杂性”和“非线性”研究情况。仅从1994 年该文 1 吴彤．复杂性和非线性研究及其哲学问题评述，全国第六届系统科学学术研讨会大会报告（武汉， 1999.10.28~31）．哲学动态．1999(12)：31-34。 摘标题中“复杂性”和“非线性”在不同学科领域研究的分布多少可以看出一些问题。[9] Cambridge Scientific Abstracts Subject Area 1994 Complexity nonlinear BioEngineering Abstracts 7 42 Computer and Information Systems Abstracts 71 192 Electronics and Communications Abstracts 15 103 Environmental Engineering Abstracts 1 35 Mechanical Engineering Abstracts 3 131 Solid State and Superconductivity Abstracts 0 71 Biological Sciences 55 65 NTIS 0 372 Linguistics and Language Behavior Abstracts 23 7 Sociological Abstracts 28 2 可以看到，非线性文摘数量远多于复杂性研究数量，只有社会科学领域中的语言学和社会学 领域中，情况相反。事实上，在这些社会科学领域中相当多数量的“复杂性”指的是混乱、 杂多、反复等意思，而非科学研究领域中与混沌、分形和非线性相关联的“复杂性”。 所以，从国际研究与国内自然科学和技术科学领域关于“复杂性”“非线性”的研究状 况看，我们可以得出结论：第一，复杂性、非线性是涉及不同自然科学和技术科学领域的共 同问题，对此研究是分布在不同领域进行的。第二，非线性研究是自然科学和工程技术科学 领域中重要的科学研究问题，而复杂性研究现在还称不上一个有准确科学域的问题，或可称 为一门学科。因此，把一些以复杂性问题为研究问题的学科概括为“复杂性”科学或说复杂 性科学是试图整合诸多新兴学科已经取得的对复杂现象的研究成就所尝试建立的一个新理 论，是不准确的，不科学的。 二．社会科学领域中的“复杂性”和“非线性”研究 由于70-90 年代国内外科学技术领域对复杂性、非线性问题的关注，涌现了一大批处于 自然科学前沿的理论——耗散结构论、协同学、超循环论、混沌和分形理论等，它们中的概 念、原理和思想被发现具有共同性，即都是从不同方面研究从简单到具有复杂性特性的自组 织系统和过程，如事物从无序到有序的耗散结构形成过程，多组分的竞争和协同过程，开放 性，演化的多样性，无预定性，混沌和分形在时间、空间中的结构复杂性，等。因此，国内 外的学者也尝试建立一些跨学科的观点、方法，研究具有复杂性和非线性的问题。[10] 加 之近年来，国内翻译了一批与复杂性有关的通俗读物，把复杂性研究称为介于有序和混沌边 缘的科学（实际上宣传的基本是美国圣菲研究所的观点），[11] 使得国内社会科学和科学哲 学领域一批学者聚集到这个领域进行工作、研究，试图提升一些概念、思想，形成一些方法 论原则。应该说，这些都是非常有意义的工作。但是也出现了并不了解复杂性或对复杂性、 非线性只有一知半解的但是却要建立所谓的“复杂性”科学的倾向。一些预言式的口号—— 非线性科学是第三次科学革命，21 世纪是非线性科学的世纪，对所谓建立“复杂性”科学 的思潮也起了推波助澜的作用。 国内从哲学上或介于哲学和实证科学之间对复杂性的探索起步也比较早，[12] [13] 从 1990 年左右在哲学上就给出了“复杂性”多个描述性定义。如陈忠、王志康等定义“复杂 性”为：复杂性是客观事物的一种属性；复杂性是客观事物层次之间的一种跨越；复杂性是 客观事物跨越层次的不能够用传统的科学学科理论直接还原的相互关系。利用层层递进方法 描述复杂性。可以说这个定义给出了复杂性的一个具有哲学性的基本定义，是一个哲学研究 复杂性的有重要意义的进步。但是复杂性是一种客观属性的说法，说了什么呢？这只在针对 有人认为简单性是世界基本属性，而复杂性只是简单性的表现，是现象的认识而有意义。不 可用传统科学直接还原，那么可以用新科学还原吗？不可直接还原，那么可以间接还原吗？ 总之，在研究复杂性、非线性的哲学问题方面，还存在诸多问题需要澄清、深思，学界应该 2 吴彤．复杂性和非线性研究及其哲学问题评述，全国第六届系统科学学术研讨会大会报告（武汉， 1999.10.28~31）．哲学动态．1999(12)：31-34。 少一些浮躁，多一些深入的实在的探索。这样才能推动我国哲学的深刻与原创。 三．研究“复杂性”与“简单性”、“复杂性”与“非线性”相互关系注意的问题 在研究“复杂性”与“简单性”、“ 复杂性”与“非线性”相互关系时，我认为，首先我 们应该向复杂性、非线性研究的自然科学和技术科学领域的做法学习，从具体问题入手，问 复杂性与简单性的相互关系怎样存在、演化（称为复杂性存在、演化问题），问复杂性研究 与简单模型关系怎样（称为复杂性方法论问题）。现在是追问复杂性本质、复杂性演化的问 题的时候了。 第二，我们更应该研究本体论意义上的复杂性、非线性和认识论意义上的复杂性、非线 性。并且透彻掌握自然科学领域特别是国际有关领域关于复杂性、非线性研究的文献，分析 具体问题中的复杂性和非线性，因为非线性不象线性，非线性的“个性”更强、更多，几乎 一类系统就有一类非线性个性，而不掌握非线性的个性，就无法使得研究深入下去。[14] 我们提出，本体论的复杂性定义为：客观事物某种运动或性态跨越层次后整合的不可还 原的新性态和相互关系；认识论的复杂性定义：对客观复杂性的有效理解及其表达。[15] 本 体论复杂性还可以分为：（突变论和混沌的两种）运动复杂性和（分形的和非稳定性的两种） 结构复杂性。它们都具有跨越层次的特征。表现为嵌套、相互连结、相互影响和作用等。上 述认识论意义的复杂性概念也概括了自然科学和技术科学领域关于用描述长度定义复杂性 的各种概念和涵义，特别是关于“有效复杂性”的涵义。 第三，我们认为，方法论意义上的复杂性与简单性的关系研究更为重要。人们以为，提 倡复杂性，就是摈弃了简单性，科学不就是追求简单性的吗，莫非还要使得模型复杂于原型 吗？我认为，在方法论意义上，有复杂性与简单性的绝对界限，线性方法是简单性的方法， 非线性方法是描述复杂性、解决复杂性问题的复杂性方法。为了简化对象的描述，提出的模 型常常简单于原型，这是毫无疑问的，而且必须如此。但是描述复杂性的对象用复杂性方法 简化与把这种描述线性化地简单化是两个概念，例如对一个具有分形属性的对象进行描述， 可以用整形的方法加以简化，但是经过线性简化，对象就成为有标度的对象，而实际上分形 对象是无特征标度的对象，所以线性简化舍弃了对象的本质。分形方法则不同，它抓住了复 杂性对象的空间复杂性本质中的不变性或本质特性，加以描述、解释。 第四，在哲学上，首先应该多研究一些“复杂性”与“非线性”的关系。我们看到，关 于非线性的定义和认识，基本还没有离开自然科学层面，定义还出现强的自相关性，另外抽 象程度还不足。 关于“非线性”及其相关问题的定义，典型的如，如果描述一个系统演化的动力学方程 是非线性的，则我们认为这个系统是非线性系统（姜璐等）； [16] “非线性”是指两个变量 之间没有象正比例那样的“直线”关系（林夏水）；[17] 事物之间的相互作用是非线性关系， 可以用非线性方程加以描述，这种相互作用就是非线性相互作用（申仲英等）[18]。上述三 个定义，第一、三个自相关，第二个过分简单了，非线性并不是自明的。科学上的“非线性” 相比“线性”应该至少存在这样的两个差别：1）体系状态不满足均匀性和叠加性；2）对不 同的初始状态条件，体系可有完全不同类型的运动或完全不同的运动结局。故可以按照上述 思想定义有哲学意义的“非线性”。 第五，关于复杂性、简单性与非线性相互关系问题是一个需要深思的问题，其中有许多 极有意义的问题。现在人们都承认非线性是复杂性的本质和来源，线性体系无法产生复杂性 （仅指只有线性关系时），但是当我们运用演化观点看待世界时，我们又要承认世界是从简 单到复杂演化而来的。简单性的基础是线性，那么就存在悖论，即从简单性演化的世界一开 始是线性的，而线性体系无法产生复杂性，那么今天的复杂性世界如何而来？解决这个悖论 有两个方案：第一承认世界本质就是非线性的世界，承认非线性的复杂性也存在不同程度差 3 吴彤．复杂性和非线性研究及其哲学问题评述，全国第六届系统科学学术研讨会大会报告（武汉， 1999.10.28~31）．哲学动态．1999(12)：31-34。 别，那么就把简单性从客观世界抛弃出去了，承认简单性只是人类的幻象；第二，承认简单 性与复杂性都是世界基本属性，但复杂性是世界演化出来的基本性质，那么就遇到解决简单 性与复杂性的关系桥梁问题。问题的关键在于，体系的均匀性和叠加性如何过渡到非均匀性 和非叠加性呢？看来只能用涨落观点解决这个问题，即认为世界是永恒运动的，要素的关系 在涨落的推动下，可以由简单性关系进化到复杂性关系（第一推动）。 如果承认非线性是复杂性的本质，那么是不是又把复杂性看成现象了呢？所以简单性和 复杂性是不是都是在现象意义上的属性，而并非都是本质意义的属性呢？ 我认为，现在不要急于论证复杂性科学或非线性科学是否已经产生，急于论证复杂性或 非线性科学对哲学有何意义——作这方面的工作当然有意义，让哲学外的人认识哲学在发 展，科学技术发展前沿对哲学提出了种种问题需要而且有人在研究，重要的是研究不同的领 域的复杂性、非线性的涵义、问题和类型等，然后才能归纳、抽象，否则我们只能浮在复杂 性、非线性的面上，作宏观意义的阐述，这样的哲学怎么能够成为研究的哲学，大概只能成 为注释的哲学吧。 主要参考文献和注释： [1] http://www.eb.com 。 [2] http://www.apnet.com 。 [3] http: //gt355t-1. Lib.Tsinghua. edu. cn 。 [4] Science 1999 March 19 。 [5] Science 1999 Aril 2 。 [6] Science 1999 Aril 16 。 [7] Science 1999 June 16 。 [8] 郝柏林：复杂性的刻画与“复杂性科学”，《科学》51 卷3 期（1999），第3-8 页。 [9] http://www.csa.com 。 [10] K. Mainzer，Thinking in Complexity——The Complex Dynamics of Matter，Mind and Mankind，Spring-Verlag ，1994；该书已经由清华大学曾国屏教授译成中文《复杂性中的思 维》，由中央编译出版社出版（1999 年），作者明确提出建立复杂系统探究方法论；F. Cramer， Chaos and Order——the Complex Structure of Living Systems，VCH，1993；D. Ruelle，Chance and Chaos，Princeton University Press，1991 。 [11] [美]M. 沃尔德罗普著、陈玲译：《复杂——诞生于秩序与混沌边缘的科学》三联书店1997 年版；[美]M. 盖尔曼著、杨建邺等译：《夸克与美洲豹——简单性和复杂性的奇遇》湖南科 学技术出版社1998 年版。 [12] 如沈小峰、苗东升、陈忠、刘华杰、吴彤、曾国屏等人对各个自组织理论的译介和研究。 [13] 如颜泽贤、陈忠、胡皓主编：《复杂系统演化论》人民出版社1993 年版；曾国屏：《自 组织的自然观》北京大学出版社1996 年版；沈小峰、吴彤、曾国屏：《自组织的哲学》中共 中央党校出版社1993 年版等，都讨论了复杂性问题。 [14] 谷超豪：非线性现象的个性和共性，《科学》44 卷3 期（1992），第10-12 页。 [15] 吴彤：“ 复杂性”研究的若干哲学问题，《自然辩证法研究》2000 年第1 期（待发）。 [16] 姜璐等：《系统科学新论》华夏出版社1990 年版。 [17] 林夏水：非线性科学的哲学问题，《哲学研究》1997 年第12 期，第48~55 页。 [18] 申仲英等：系统中非线性相互作用初探，《哲学研究》1985 年第8 期。见《系统科学大 辞典》（许国志主编，云南科技出版社1994 年版）第161-162 页。 4

tiangfeng · 发表于 2005-12-9 22:09

谢谢了 很深奥奥！！

superliu · 发表于 2005-12-23 21:59

算是个综述

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