三类系统的比较与研究.doc

三类系统的比较研究姜璐姜璐，北京师范大学教授，系统理论博士生导师，校长助理， 图书馆馆长，政策研究室主任，中国系统工程学会常务理事、副秘 书长兼教育与普及工作委员会副主任，中国城市教育综合改革研究 会副理事长主要著作有：《定量社会学》（合作编译，四川人民出 版社，1986）;《耗散结构论》（合作编译，上海人民出版社，1987）;《现代系统工程方法》（合作，沈阳出版社，1992）;《负担与希望： 中国的人口》（河北教育出版社，1992）;《自组织管理理论》（合作， 北京师范大学出版社，1996）;《嫡：系统科学的基本概念》（沈阳出 版社，1997）等我所说的三类复杂系统的比较研究主要指物理系统、生物系统、 经济系统这实际上已超过我力所能及的范围，我是学物理的我 对牛物系统的认识是中学老师教的那点儿水平，对经济系统的认识 是大学政治经济学老师教的那点儿东西说是三类系统的研究，实 际上，讨论得更多的是我的木行——物理系统我念了五年本科， 三年研究生，都是念的物理以前的生物学经常搞的是生物分类我不研究分类，我研究进 化、演化，人到种群，小到蛋白质、氨慕酸我研究种群的演化， 蛋白质的复制，研究它们所反映出的特点。

物理系统也不是研究物 理学里的所有系统，我研究比较多的是凝聚态物理讨论的系统，就 像导体、液体、气体等它们子系统的数「I非常多，气体子系统的 分子数目达到10的23次方个，但是它们之间的相互作用非常简单, 每一个分子都以同样的概率和其他所有的分子相互作用导体也一 样，晶格排列非常整齐，电子在晶格中运动，它与晶格的各点上离 子的作用只有电磁相互作用对于进化的生物系统就稍稍复杂一点, 它的一个突出特点是分成若干个层次，我这里只列举了儿个层次： 种群、生物体、蛋白质，实际上还可以分成更多、更细的层次，要 通过层次了解生物系统，研究它的演化经济系统是最复杂的系统 之一，它的子系统或组分是人人是目前（从系统科学的角度來看） 还没有完全认识清楚的一类子系统对于同样一•个人來讲，外界同 样的一个刺激，今天的反应和明夭同样一个刺激卞的反应不一样； 同样一个刺激，对不同人的反应也不一样这和我们讨论物理学、 牛物学不同：物理学中电磁相互作用，电子利电子的相互作用满足 库仑定律，无论哪个电子都一样，无论何时都一样；牛物也一样， 一•个刺激有i个反应，也都是同样的（当然生物可以进行学习，改进 对刺激的反应）但是人却不--样，人是更复杂的“东西”。

我希望从对这三类系统比较中，找出共同的东西，作为系统科 学的基木概念；同时我也认为，现在在系统科学的理论里，对这三 类系统分别研究得比较多，但放在一起进行比较研究不够第一个 是统计物理系统，按钱老的说法叫做简单巨系统中科院的一个院 士，在国际计算机大会上作过一个报告，其中说到的一个观点就是 运动要分成层次计算机与人是两类不同的系统，在两个不同的层 次上运动，计算机再发展也不能完全替代人当吋正是日木计算机 第五代研究高潮的时候，化了大量的资金耍研究御能化的计算机， 其目的是将来能代替人这位院士在会上提出计算机只能搞计算机 的工作，计算机只能处在较低层次上运动，人的思维是在比它更高 级的层次上运动，计算机町能在许多方面超出人，但在形象思维方 面永远赶不上人这种观点在咱们这儿没人觉得惊奇，但会上外国 人觉得非常稀奇，引起了热烈的讨论，觉得这位院士非常高明 实际上从系统科学角度很容易理解系统科学在统计物理层次讨论 的系统称为简单-巨系统，原來我学的和现在研究比较多的自组织理 论都是讨论这类系统的对于进化生物系统，美国圣菲研究所讨论 得比较多，他们采川的数学工具经常是用计算机来模拟，包括遗传 算法、神经网络，能解决不少实际问题，但对进化生物系统，作为 系统科学一类典型系统还没有完全形成一套非常好的理论。

另外， 系统科学还要血临着对经济系统的研究，这类系统因为对象是人, 就更复杂了，要讨论清楚更困难，现在对这类系统都是从i个一个 具体的系统出发来研究我有一个想法，就是系统科学在提出一套完整理论Z前，耍分 别对这三类系统进行比较研究，对它们的运动规律、描述方法、遵 从的理论有一个分别的论述，在此基础上再总结出来更全血的东西 我感觉对简单巨系统，基本上研究得比较清楚第二类系统一一进 化生物系统，现在利川计算机研究得比较多，取得一些成果，对经 济系统的研究比较困难，但是因为它和经济、国民生产联系得比较 密切，所以研究得比较多，这也包括金融系统好多人在讨论这类 系统，因为它对经济的促进作用比较大,其余两类系统对经济促进 作用小一点我要讲三类系统以及它们在系统科学里应该处的位置, 这中间对于这三类系统相同的地方，是最主要的，也是我最感兴趣 的，就是系统都分成层次，存在涌现这也是系统科学和传统的物 理学、化学的区别传统的学科不太强调涌现，传统科学研究的方 法是还原论，一点一点的分解：对于化学來讲就是分解成分子、离 子，研究离子的价键作用，总起来，得到物质的化学性质为结构的 关系；物理是把物质分解成原子和电子，研究它们的相互作用，研 究它们与其他基木粒子的相互作用，现在更深入一步，研究组成基 木粒子的夸克之间的相互作川，川以来解释整个物理现象。

实际上我们碰到更多的东西，不是简单地进行叠加，组成一个 系统，而是通过相互作用后出现新的性质现在讨论的复杂性科学、 非线性科学中，很多时候都把问题集中在涌现上，儿个系统组合后 就会增加了许多东西刚才在上课前有个同学跟我讨论时提到，系 统在分解研究时会丢掉了许多东西，我想这两者是一样的我觉得 研究一个客观世界应该考虑到整体和局部间的区别我对这三类系 统的研究就试图建立一个统一的研究方法，现在还没有完全实现， 这里只是把初步的考虑向大家做一•个介绍，使原有的一•些概念，通 过进行对系统间的相互比较可能会有一些新的认识这里头我分几 个问题讲第一个是分析层次我首先讨论一下层次结构，在研究时对整 体有了明确的看法，但局部是什么，各个人有不同的看法，过去对 系统进行分解时，或者我们耍研究整体和局部间的关系时，多数人 选择的局部是通过口然组成来选择，实际上是怎么组成的，就怎么 进行分解成局部，然后再进行分析对于经济系统什么是局部？就 是一个个的人什么是物体的局部？电子和原子核但实际上研究 问题时可能仅仅这么区分不容易把问题搞清楚，子系统不一定是一 个组分，我们要研究子系统和系统的关系，对于不同的问题可能就 需要选择不同的子系统。

不要简单地按照自然的去做，要考虑一下 哪些是我的局部，然后由这些局部组成整体，研究它们的关系在 研究过程中我发现，靠口然组成进行分解研究，往往不容易看出它 的实质以下儿个例子都可以说明这一点，最好的例子是物理上的（因为 我是学物理的，对此认识最深刻）我这里举两个统计物理的例子, 一个是声子，一个是库柏对声子是研究晶体振动时提出來的：一 个固体从三维的、二维的、一维的，三种模型來研究我们讲课先 讲一维的，最简单一个个原子（或离子）组成一维的晶格点阵，原 子在固定的位置附近振动，这些振动相互耦合，成为一个整体我 们在研究晶格振动吋，这些晶格上的原子是我们的组分，但很难分 析它们在晶体振动中整体与局部之间的关系我们选择的子系统应 该是能从它们的相互作用很容易得到整个系统的性质，在物理学上 讨论这个问题时，它的子系统不应是它的口然组成一一原子作为子 系统，而是川声子对声子有两种观点，一个观点认为它不存在， 实际没有声子这一实体；另一种观点是只要我能解决问题，就可以 使川声子，没有必要管它到底是不是实际存在，关键是把问题讲明 白就行了晶格上的原子都要进行振动，振动Z间相互作用，在整 个晶体里形成集体的振动，从整体上來看在它在进行振动，这种振 动是非常复杂的，用数学的方法可以把它按照傅里叶级数进行展开, 展开成若干个简谐振动的和，每一个简谐振动都有一个频率（所谓简 谐振动就是单一频率的正弦振动），物理上或数学上有方法可以把一 个复杂的振动（包括声乐），分解成若干个简谐振动的和，每个简谐 振动频率对应一个声子，声子的能虽按照微观粒子讨论能量的办法 用hv表示，每个能量的声子就是一个子系统。

这样在研究物体的整 体与局部关系时，整体是一个晶体，局部是若干声子，具有各种能 量的声子就是它的局部，研究整体与局部的关系，就是研究这两者 Z间的关系，而它们的关系非常简单，傅里叶级数一展开就行了 把这些声子一加起来就是整个运动虽然里血没有说明涌现是什么， 但我们可以根据问题来分析，进行求解更典型的例子是库柏对导体在导电时有电阻，导电时，电子 在进行定向运动，电阻就是它与晶格上的粒子进行碰撞产生的阻力 阻力越大，电阻就越大超导好像电子在自由运动，但从微观上无 论如何也不能说没有阻力由于成功解释超导微观机制，而获得诺 贝尔奖的三个人其中之一提出了库柏对，他把两个电子合在一起， 这两个电子不是离得非常近的，而是可能有一段距离的，用这个理 论就可以算出这一对电子在运动时是没有阻力的因此，他在讨论 超导问题时提出的库柏对概念也是一个子系统，把导体分成若干个 库柏对，它不局限于自然的组成这例子在我们研究经济、生物系统的整体为局部的时候，给某 些问题开拓了了思路，当从自然组成不太容易分析时，可以考虑从 另一个角度分析在研究生物体内现象吋，怎样把蛋口质重新组合 一下，使生物现象在微观上比较好解样在经济系统中，究竟是把 一个公司作为系统里头的一个单元，还是以个人作为单元都是值得 讨论的。

因为一个人对以参加多个公司，一个公司有多个员工，两 者相互交叉实际上，对经济系统往往也正是这样做的，我看过一 些经济方面的书：在研究生产的时候，多数以公司为子系统进行分 析，一个公司中包插了很多员工，而这个公司与那个公司的员工还 可能有重叠，研究时不再考虑人了，因为人特别多，只须确定一个 公司（或法人）在经济上进行活动就行了，跟个人（自然人）没有关系 To而在研究经济中的消费问题时，往往乂要选择自然人作为子系 统，不再考虑公司了另外，在复杂系统演化时，物质、能量、信息的作用都很重要下面我从它们三者之间的关系來谈一点我的看法我理解在讨论三者之间关系吋，一般讲应该是质量，而不是物 质，物质作为一个哲学范畴，是指客观事物质量、能量、信息是 客观事物的三个属性多数人认为质量有两种定义，一个是包含物 质的多少，一个是物质惯性的量度，为下血的统一，我选择惯性的 量度作为质量的定义那么能量呢，如果从质量的角度来看，质量 是惯性的量度，能量就是运动的量度那信息可不对以是什么的量 度R前还不知道当讲到质量、能量时都有导恒定律，其中两个定 律人们认识最清楚第一个就是能量的守恒与转化定律各种形式 的能量Z间可以相互转化，总的能量不变。

第二个是质能守恒定律， 就是能量大小等于质量(m)乘以c的平方但是质量和能量不应该 叫做转换，它们之间有联系，能最的转移引起质量的转移有人说 质能守恒定律表示：质量变成能最，能量变成质量，我觉得这句话 是不对的如果按照我前面的说法，它们是三种不同的属性，属性 不能转变，只能说属性间有联系这种属性增加，那么那种属性也 会增加按照我的这种观点，质能守恒，只能看成是质量、能量间 有紧密联系那么信息怎么办？前面因为信息应该定义成什么说不出来，这 里从守恒来讲我就提出一个讲法，信息应该是不守恒的所有"的信 息，当我把它传出去后，你得到了信息，我的信息并没有减少所 以信息守恒就不好说了但是信息如果不守恒我们应该怎么研究？ 我认为是信息不变信息不变的定义是什么，即什么是信息在我 的概念•里就是在物质(宏观的)运动变化过程当中，那种不变的东西 我们当成是信息声音给你传递信息，靠的是什么？不是能量，能 量是变化的，我如果喊一声，从这儿到那儿，不变的是频率，而正 是由丁频率才决定了声音里包含的内容，依靠。