系统科学:面对复杂系统的心智模型

当我们说什么什么是“系统工程”或“系统性问题”时,一般就意味着,我们认为“问题太过复杂”而“无能为力”。

霍金说,“二十一世纪将是复杂性科学的世纪。

系统科学:面对复杂系统的心智模型

今天,我们就一起来看看,研究复杂系统的“系统科学”教我们如何认识这个世界。

什么是复杂系统?

亚里士多德告诉我们——“整体大于部分之和”。

这可能就是复杂系统最直接的解释了。

系统中的个体发生相互作用(“互作”),就成为了复杂系统。

比如,森林科学家告诉我们,单纯的一大片树不叫“森林”,因为树与树之间没有“互作”;只有当树与树之间通过根菌网络联系到一起,具备了“物质和信息交流的渠道”,才可以真正称之为“森林”。

系统科学:面对复杂系统的心智模型

互作(相互作用):复杂性的来源

系统整体由个体组成,个体之间,是否存在相互作用,就是判断系统是否是复杂系统的第一标准。

如果没有互作,就意味着“完全独立”,如同高尔顿板的每个小球一样,最终的统计结果一定是“正态分布”——(我们用概率的方式就可以预测)

系统科学:面对复杂系统的心智模型

如果我们假设小球之间存在一定的“引力或斥力”,得到的结果,就不是正态分布了。

这样一个简单的互作就会引起整体行为的改变,当互相作用变得“多样性”和“非线性”,系统的复杂行为就会像雨后春笋一样涌现(emerge)出来。

这正是世界缤纷多彩的主要原因。

“刚柔相摩,八卦相荡”——《易》

还原论与整体论

还原论(Reductionism)认为,整体的行为如果太过复杂,只需要拆开揉碎,将系统还原(“归约”)为简单的要素,再把它们叠加起来,就能理解整体。

而“整体大于部分之和”,这种“1加1大于2”的效果,表明了有时候从个体到整体是一个非平庸的问题。

这就是整体论(Holism)的核心观点。

还原论在漫长的科学史上,具有压倒性的优势,而随着研究的深入,人们才逐渐意识到,整体论的重要意义。

需要注意的是,也不可矫枉过正,还原论与整体论,就好像是一个问题的两种角度,是对立统一的,就如同阴与阳,不可偏废。

科学,就是应该在不同的层次,逐层递进的方式,来运用还原论;不遵循还原论的科学是不存在的。

因此,正确的观点应该是——“整体还原一致论”。

"一阴一阳之谓道"——《易》

系统科学:面对复杂系统的心智模型

生物学的发展史,可以说就是“还原论”与“整体论”之争的历史,感兴趣可参见——生物学是什么?

系统科学:关乎“理解”

对于系统科学,最简洁的总结,就是“is about understanding”,即“是关于‘理解’的”。

什么是理解?

理解就是要不断地追问为什么,而且要冲着系统内部的元素之间的关系去问为什么。

系统科学:面对复杂系统的心智模型

系统科学有一句名言——“系统科学,洞彻联系”。它有三层意思

  • 通过“联系”来理解的元素和整体
  • 理解这个系统与其他系统的“联系”
  • 把世界看做由“联系”构筑的模型,洞彻世界

所谓“科学”,就是理解现实世界如何运行的心智模型,通常表现为数学模型。

因此,想要理解这个世界,就是需要把事物和数学结构联系起来,这就是所谓的“建模”的过程。建立了模型,你就理解了世界。

“面向对象”:一种理解系统的方式

系统图示法,是用图示的方式,来理清系统内部元素与系统外部元素之间的关系。

这里介绍一种来自于程序设计中的“面向对象思想”的图示法。

“对象图”画出来长这个样子——

系统科学:面对复杂系统的心智模型

在该图中,不仅要分别画出系统的内部元素外部元素,还要画出内部元素的行为内部方法)和外部元素的行为外部方法,也称为“接口”)。

这样,我们就清晰地定义了一个系统,或者,在这里“一个对象”。

不要小看这个过程,只有清晰地“界定”,才有可能清晰地“理解”。尤其要关注的是,“其他对象是如何来操作我这个对象的”,这为正是这件事,决定了我作为对象的性质

北宋的张载清楚地描述了上面这个思想——

“天地之间无一物相肖者,是以知,万物虽多,其实一物”。

意思是说,世间所有的对象都是不同的,所以说,一个对象的属性中,包含了其它所有对象与它的关系,因此“万物虽多,其实一物”。

系统科学:面对复杂系统的心智模型

关于复杂系统的其他认知模型以及生命科学中的应用,可参见生命与非生命之间的“missing-link”以及“标度律”——大自然的基本原理

系统的选择:微妙啊微妙

上面讲过,对系统的界定是最重要的第一步。但是,把什么样的东西放在系统内,什么样的东西可以拿出来当做系统的外界来研究,是很微妙的问题。

比如,在物理学中,我们说,由于热力学第二定律,宇宙的归宿是走向热寂的状态,这是绝热系统的必然演化方向——“熵增”。

系统科学:面对复杂系统的心智模型

但是,我们身边每天都在看见更复杂结构的出现呀。

这不是矛盾的吗?

正如饶毅老师所讲——“从物理学来说,无机的原子逆热力学第二定律出现生物,是奇迹”。

其实,这正是系统的选择问题。

宇宙确实是绝热系统,但宇宙中的各个小部分却都是开放系统,而开放系统的熵没有说一定要增加呀。

所以,选择不同的研究对象(系统),你会看到不一样的世界。

本文主要观点来自吴金闪老师的《系统科学导引》第一卷,超级好书,非常用心的作者,非常推荐阅读。(第二卷也好想看,怎么都买不到呀)

系统科学:面对复杂系统的心智模型


科技千里眼头条号,长期致力于用最易懂的讲解诠释科技,创作系列科普专栏,与中国所有自我教育者一同理解科技、认识世界。

发表评论
留言与评论(共有 0 条评论) “”
   
验证码:

相关文章

推荐文章