复杂系统科学如何改变思维方式？

导言

所谓思维方式，就是人们在认识和实践活动中形成的较为固定的理解、把握、评价和选择事物的某种习惯性思维框架、手段和途径，主要包括思维主体的知识及其结构、思维形式和方法等。不同的思维方式会产生不同的认识和实践结果。科学、进步的思维方式能够帮助人们正确认识世界并有效指导人们的实践活动，从而推动社会发展。复杂系统科学的诞生，颠覆了许多传统的科学观念，使人类的思维方式发生了重大变革。

思维方式的历史演变

 综观人类几千年的文明史，人类思维方式的演化大致经历了三个阶段。

第一个阶段是古代建立在具体的表面经验知识基础之上的思维方式。这种思维方式的基本特征为直观猜测性。古代朴素的唯物主义哲学家们试图用自然的即事物自身的原因去说明客观世界。古代各个不同地区和民族的自然哲学都有一个共同的特点，即直观、思辨和猜测。例如，在探讨世界本原的问题时，我国有阴阳五行学说，古印度有水、火、土、气四素说，古希腊的第一个哲学家泰勒斯也把水当作是万物的本原。这些特点在认识的初级阶段是不可避免的，因为依照当时的认识水平，对象只能被反映为具体的感性的东西。可见，古代人们的思维方式带有强烈的主观臆测的痕迹。

第二个阶段是以牛顿的科学方法论为代表的近代科学思维方式。这种思维方式的核心思想和方法是还原与分析，即把自然界的各种过程和事物分成一定的门类，对事物的内部按其多种多样的形态进行解剖。通过不断的还原及相应的数学研究，人类的认识走上了一条从简单到复杂、从笼统到具体、从模糊到精确、从粗糙到精致的发展道路。牛顿的科学方法论在其身后的200多年里一直被后人奉为圭臬，并逐渐形成经典科学方法的所谓“分析传统”。应该说，在自然科学发展的初期，由于大多数学科的发展水平还不高，它们需要处理的对象和问题相对简单，而且主要处于收集材料、划分研究领域和分门别类地进行分析、比较的研究阶段，所以上述研究方法是有效的。在其规范和影响下，近代科学逐步走向辉煌。

第三个阶段就是注重整体的系统科学思维方式。近代科学思维方式的明显不足是只注意局部而不注意整体，并把复杂问题简单化。在19世纪，近代科学又大踏步前进，客观世界的普遍联系和演化的特征被逐步揭示出来。以此为契机，以注重联系和发展、整体和层次、结构和功能等为特征的马克思主义的辩证系统思维方式也应运而生。特别是20世纪中叶以来，系统思想和理论逐步兴起，终于使这种全新的思维方式完成了从哲学向科学的转化，具备了更加坚实的理论与实践基础。

复杂系统的特点

所谓复杂系统科学，其实是一个学科群，一般包括（狭义的）系统论、控制论、信息论、耗散结构论、协同学、突变论以及混沌科学、分形理论等一系列新兴学科。这些学科在内容上揭示出大量以前人们不知道、不理解的崭新现象及其特点和规律，它们在处理复杂系统问题时得到了广泛的应用并取得丰硕成果。另一方面，它一反过去的科学如物理、化学、生物、天文学、地理学等的特点，将揭示各门具体学科之间的共同形式、共同规律作为自己的追求，使自己成为介于各门具体学科和一般哲学之间的学科，从而为新的思维方式的确立和发扬光大立下了汗马功劳。复杂系统科学的特点可以主要归纳为以下两个方面：

研究对象具有复杂性。过去科学研究的是以机械运动为代表的低级运动规律，而且所研究对象的内部组成也相对简单。如今，复杂系统科学应用的主要领域是以生物和社会现象为代表的具有多种组成的系统。这种系统最重要的特征是它的不可分割性，即整体性。表达为一个哲学命题，就是1+1＞2。也就是说，整体大于部分之和——系统与其组成部分相比，具有各部分线性叠加之后不具备的新的属性。当单个系统的整体性构成一种等级序列的存在方式时，世界的层次性也随之显现出来。

揭示复杂系统内部和外部相互作用的新特点。从相互作用的内在机制看，简单系统与复杂系统的最大区别就在于，前者的作用方式是线性的，后者则是非线性的。由于复杂系统内部的非线性相互作用，系统才可以在相同的外部环境条件下通过“初值敏感”的不稳定机制，实现不同的可能状态，从而使世界变得更加丰富多彩。复杂系统理论对一些传统的科学观念进行了彻底的变革，让我们重新看待周围的一切，让我们认识了系统的整体性与突变性、层次性与结构性、目的性与演化性、相干性与开放性等。

系统科学的影响

复杂系统科学提出来的新思想和新方法，对人们的思维方式产生了深刻影响。

揭示了简单因果还原的局限性。传统科学最核心的方法论原则之一是简单的线性因果决定论原则。但因果关系是极其复杂的，通常人们将产生某些现象的各种原因分为直接原因与间接原因、主要原因与次要原因、内部原因与外部原因等等。多种因果关系是共存的，人们很早就注意到一因多果、一果多因、多因多果等复杂局面的存在。从因果关系的这种复杂多样性来看，由结果不可能必然推出原因的存在，这意味着准确的单一还原的风险。当代系统科学在对复杂系统进行分析时，进一步具体、丰富和深化了人们对因果关系复杂性的认识，例如提炼出了“多重可实现性”的论题等，有力地揭示了简单因果还原的局限性。

揭示了客观世界的层级结构。过去人们所强调的还原，一般说来就是认为一个现象领域可以归结到另一个更低层或更深层的现象领域来加以理解。但是，当代复杂系统科学的研究已经充分表明，世界的层级结构是客观的。这有两个方面的含义：一是每一个层次的事物都有自己独特的性质，从而使自己作为一个独立的层次而存在。所以，物质的高级运动形式是由低级形式发展而来的，但它并不能完全归结为低级形式，而是具有自己独特的形式。二是不同的层次特别是相邻层次之间必然存在某种关系。复杂系统科学家们为此提出了上行因果和下行因果的概念：从部分到整体的因果关系是上行因果关系，从整体到部分的因果关系则是下行因果关系。高层次的整体对低层次的部分的这种控制能力、协调能力、选择能力等，是被传统科学完全忽略了的。它的发现，是复杂系统科学在理论上的重大突破之一。

揭示了不确定性对于世界的建设性作用。除了统计力学和量子力学，复杂系统科学中混沌现象等的发现，进一步揭示出复杂系统的突变行为的不可预测性。它使我们真正意识到，不确定性并非人类主观知识的不足，不确定性在我们身边的世界里发挥着非常重要的建设性作用：传统科学中那些微不足道的涨落，借助于复杂系统所能提供的“初值敏感”的机制，以四两之力而拨千斤之重，使我们这个世界步入了一个不断创造的不可逆的发展道路，而整个宇宙从简单到复杂、从低级到高级的演化，就是最有力的证据。总之，“初值敏感”机制与涨落作用的有机结合，使追求确定还原的迷梦彻底破灭了。

当前研究中需注意的问题

复杂系统科学的兴起已逾半个世纪，系统科学与复杂性研究也是近十几年来的学术热点之一。随着研究的日益深入，系统科学与复杂性研究也遇到一些问题。

首先，人们已经意识到，系统论虽然强调整体性是系统的主要特点，但它在解决具体问题的过程中，一般着眼于对模型系统各种关系的分析，即从大体上讲，它仍以分析方法为主。虽然人们考虑的因素在量上有明显的增多，但实际上还未能真正将各种因素的地位从质上区分开来。

其次，由于人们过分依赖各种数学处理方法，而这些数学处理方法最终大多又归结为线性方法，这样就使系统的整体性在不知不觉中被庸俗化甚至被忽略了。所以有人认为，仅仅通过分解成部分以了解整体是不充分的。一旦整体被不当分解，各部分间的相互作用和联系就丧失了。

可见，有关整体性或整体论的研究有依旧处于表面描述之嫌，它还没能作为一种可操作的、行之有效的方法论很好地应用于各种具体问题的处理上，所以有人批评它仅仅是一场“术语大战”而已。复杂系统科学的认识论不仅要求人们用整体的观点来看待世界，更重要的是要求人们用整体的方法来处理问题。因此，如何汲取各种批评意见的合理成分，不断克服复杂系统科学目前这种流于空泛的现状，是今后相关研究中必须重视的问题。

本文经授权转载自公众号城市复杂系统研究中心

编辑：孟婕

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