复杂性科学研究的方法论

 

 

 

复杂性研究从起步起，就是在批判还原论。想挣脱还原论的局限性，探索新的方法论。复杂性科学认为，当你面对复杂事物的时候，千万不能再相信这个世界是简单的。对于复杂系统，你要把复杂性当复杂性对待

 

 

我们来重点讨论复杂性研究的方法论。复杂性研究从起步起，就是在批判还原论。想挣脱还原论的局限性，探索新的方法论。也只有在新的方法论初步确立了，它才能够作为一个新兴科学确立起来。方法论是一个很关键的问题。我们首先来看看什么是还原论。

 

近代还原论主要是笛卡尔建立的。法国的笛卡尔在《方法论》里提出了讨论人类思维活动四条原则，实际上就反映了还原论的基本思想，特别是当中的第二条，第二条是这么说的，“把我们正在考察的难题分解成尽可能多和必要的部分，以便把它最好地加以解决”。就是说一个问题摆在面前，你没法解决的时候，不知如何下手，怎么办呢？笛卡尔告诉我们，把它分解，分解成小的问题，小问题就容易解决了。如果第一次分的不够小，还不够简单，没法解决，再继续分。一层层的分，一直分到最后，这些问题不复杂了，就可以解决了。

 

这就是400年来西方科学兴盛所用的方法。笛卡尔奠基以后，经过了从伽利略到牛顿几代科学家的努力，到了18世纪，还原论就完全成熟了。我们回头看，用切克兰德的总结，实际上可以把它归结为实验的还原论、解释的还原论、思维的还原论，还有数学的定量描述还原论等等。比如说实验还原论是什么呢？一定要把实验对象从环境和环境联系当中分离出来，断绝这个联系，放在所谓的“纯净”的状态下去研究。它有多个变量、多个因素，怎么办？把它分开，一次考察一个因素。做实验的时候也是，只变化一个量，其他不变。这就是还原论思想，分开，一条一条的解决。本来它连在一起的，把它变成多个小的问题，分别研究，等等。而最为学界赞赏就是所谓数学方法论应用，定量描述的，定量化、数学化。这套描述方法实际上是把事物的定性性质还原为或者分解为定量性质。确定几个变量，这个变量的关系就可以告诉它定性性质。所以，就把质还原为量，这样就能够得到其精确的解。这就是还原论。

 

为什么说还原论是简单性科学的方法论呢？它实际上是一种假设，不是由严格逻辑证明，而是一种信念，它想象世界是怎么回事。一种说世界本身是简单的，复杂性是伪装，科学研究就是想办法不去伪装，把它的简单性真面目暴露出来。还有一种说部分一定比整体简单，所以要想简化，就一定要把它还原到部分。就是笛卡尔说的还原到足够多的部分，但是同时又要求不能有重复

 

复杂性科学认为，当你面对复杂事物的时候，千万不能再相信这个世界是简单的，只要分到足够细，复杂性就消除了。没有那回事。现在需要建立一个新的观念，一种信念、一种假设。就是普利高津提出来的“现在到了结束现实世界简单性的时候了”。四百年来，那个假设是在一个一定范围内成立的。当今天我们面对着大量真正的复杂性问题的时候，不能再去相信这个假设。应该放弃这个假设，承认世界是复杂的，把复杂性当成复杂性对待。为什么把普利高津看作是复杂性科学第一位思想家呢？这些基本的观念假设是普利高津明确提出来的。这是一条，我们解释一下它。他的这条所谓“结束现实世界简单性”的假设，也就是要我们承认，客观世界有简单性也有复杂性。   

 

不是所有的事物都能简单化，简化成为简单系统的。客观存在复杂性。用钱学森的说法，复杂性是一种系统现象，一定要和系统联系起来，不能离开系统去谈复杂性。它是系统里头很重要的，会出现整体涌现性。复杂性就是众多事物被组成系统以后，所涌现出来的一种系统特性。用钱学森话的说，对这样一些系统，你把它一分解，要紧的东西就都跑了。所以，在面对这样一些对象的时候，你不能再要求简化为简单性了。

 

科学发展到20世纪中期，随着分形几何的出现，人们认识到了，部分未必比整体简单。分形就是这样的东西。所谓分形，就是它有多层次的结构。比如说一个几何图形，把它其中一个很小的部分抽出来放大，你会发现，它和整体相比，一样复杂。都是里面有无穷的细节。看不清楚，就把这个部分里再一小部分拿出来，再放大，还是那么复杂。所以，这就表明了，客观世界存在那些事物，它的部分和整体一样的复杂。对这样一些系统，显然你就不能通过还原部分去简化它。对于复杂系统，你要把复杂性当复杂性对待。

 

那么什么叫把复杂性当成复杂性呢？我们讲这么几个方面。一定要把开放性当成开放性。不要像传统科学一样总是要想办法把一切系统都简化为封闭系统，总认为开放是把外部的东西加给系统。有些系统是不能简化为封闭系统的，一定得放在环境当中，通过考察它和环境的关系才能掌握它。

 

还有，特别是物理学，迷信崇拜平衡，厌恶非平衡，总把非平衡认为是个扰动，是个坏的东西，不接受它。实际上，耗散结构论就是来反驳这一条的。平衡态下只能出现无序的结构，只有远离平衡，才能够出现耗散结构这种自组织。把模糊性当模糊性，真正的模糊性是不能精确化的。找到较行的办法，比如扎德那套模糊集合理论。

 

还有，在传统科学，特别是物理学，早就碰到混沌了。但是，一些科学家认为不正常，混沌总是某种扰动造成的，不承认它。实际上今天发现，混沌是种正常的、动力学常见的现象，常有的这种现象。要是想办法把它简化为周期运动，混沌的产生、混沌的根源就去掉了。所以必须把混沌当成混沌。

 

分形也是这样，总想把复杂的图形化为规则的图形。不对，一旦规则图形以后，产生复杂性的根源就去掉了。特别重要的是要把非线性当成非线性。不要总想线性化，这个在现代科学里关系重大。因为简单性科学早就碰到非线性这个因素了，也找到了一些处理非线性的办法。但是今天看，它是不够的。传统科学怎么对付非线性呢？首先采取线性假设，比如弹性力学，弹簧拉伸长度和它拉伸力是成正比的，又建立了胡克定理，这是它一种办法处理。如果碰上一些情况，没法用于线性假设，线性假设根本不成立，这时候怎么办呢？那么先建立非线性数学模型，非线性的方程等等，然后再线性化。最好的办法就是局部线性化，用微积分那套办法，在一个小范围内把它线性化。还有一种是分段线性化等等。如果这样处理还不够，还不能满足要求，又提出一种办法，就是线性化加微扰。线性化处理一个分析以后，用数学一套分析以后得到结论了。然后再想办法加微扰调整调整。特别在实验的时候，按照线性模型分析的东西再做实验，然后人为的加适当的微扰，把它加以修正。这些方法对于简单性科学是非常有效的，几百年来解决了好多好多问题。现在复杂性科学的意思是说这个方法在一定范围内有效，不是所有的都有效。并不能所有的非线性都要线性化，恰恰相反。非线性里有两种，一种大范围复杂性和局部复杂性。大范围复杂性特别是有本质复杂性，这些非线性你没法用线性化处理。所以复杂性科学要求把非线性当非线性处理，千万不要总想把非线性线性化。比如说混沌，线性系统是没有混沌的，一个非线性系统本来是会出现混沌的，如果你要想用线性化的办法去处理，一开始就把产生混沌的根源去掉了。这种复杂性问题都是这样，非线性就要当作非线性对待，你千万不要企图线性化，一线性化，产生非线性根源就不存在了，得出来的结论不符合事实。

 

钱学森研究复杂性提出了好多原则性新思想，他有一个提法就是切忌简单化。他认为，特别像思维、人体、社会都是复杂巨系统。在这些对象领域，你千万不要想要简单化了一套方法，切忌简单性。

 

把复杂性当作复杂性，是我根据普利高津那句话，就是“结束现实世界简单性”假设。根据这原话我想把它转换成这种说法：对于真正的复杂系统来说，要把复杂性当作复杂性，这才是实事求是的态度。但是有些朋友，不赞成这样的说法，他们认为复杂性科学的方法论仍然是要去追求从复杂到简单，把复杂化为简单。我不赞成这样说法。我的讲法简化描述是：比如任何系统，包括复杂系统，你要做简化描述，这是必要的；但是不等于简单化，简化描述不等于要把它，把对象系统简化为简单系统，不等于要想试图消除一切复杂性，而是转成有些复杂性你是消除不了的，不能消除的。一旦你人为地消除，你的对象就不是这个真实的对象了。任何真正的复杂性问题，即使你认识了它、解决了它，它仍然是复杂的。你并不是把它简化为简单性问题而解决了的。