“开放复杂巨系统”是钱学森系统思想中一个非常重要的概念,如果我们的头脑中没有这样的概念,就会倾向于把这个世界简单化,从而得出一系列表面的片面的结论,反之,如果我们掌握了这样的概念,就能一眼看穿很多理论乃至某些学科荒谬的本质。
正如钱学森在《处理开放的复杂巨系统不能简单化》一文中所说:什么是开放的复杂巨系统?比方人体,就是一个开放的复杂巨系统。人脑也是一个开放的复杂巨系统。国外国内都有一些研究人工智能的人,把人脑看得很简单,提出所谓模拟神经元的计算机系统等等。实际上这样的认识,是把人脑看得太简单了,是错误的。人脑这么复杂的一个系统,你还没搞清楚它的内部结构及其相互联系,怎么模拟呀?还有一个例子,是地理系统,就是人生活的地球环境,包括人在内,这个环境也是一个复杂巨系统,而且也是开放的,因为它跟太阳,跟宇宙之间是有交往的。我们最关心的这个社会,是一个特殊复杂巨系统。为什么要加上“特殊”一词?因为社会的行为都有人参与,而人不简单,人的行为不是简单的条件反射,他有思维,要思考,然后做出判断,这是一个非常复杂的过程,所以我们称它是一个特殊复杂巨系统。
认识这些复杂巨系统是有个过程的,因为我们都曾经头脑简单过,曾经想用简单的方法来处理,但结果不行,碰了钉子。中国到现在还有好多人要简单化处理,恐怕我们国家的好多个部门都是这么个概念。外国也是这样,前不久中国科协安排我见一下民主德国科普协会的第一副主席,叫弗来舍尔,是位博士、教授,现在五十多岁。他到中国来访问,见面时给我一份材料,说他从前对所谓不可逆热力学过程感兴趣,所以那天我就跟他谈这个问题。我说,这个不可逆热力学也为你们一位德国人哈肯发展协同学提供了理论基础。他说有人用这个理论来解决经济问题、社会问题。我说弗来舍尔博士,是有人这么干,哈肯就是这么干的。有人硬要把协同学、系统动力学的方法用到经济研究上,我认为是没有道理的。后来我就给他讲了一大套我们关于开放的复杂巨系统的概念,用定性定量相结合的方法来处理。讲完后,他很佩服,说今天收获不小。所以这位民主德国的科学家经过听我解释开放的复杂巨系统的概念以后,后来他是懂了。
回过头来想一想,我们得到这个认识,也是总结了前人的经验和教训的。比方说对于人体,许多西医就把它简单化了。当然有经验的好医生是不会简单化看问题的。解放军总医院的心血管系统专家王士雯说,一个有经验的大夫和一个刚毕业的医生的重要区别是:刚毕业的医生主要是凭书本上的知识,于是容易犯简单化的毛病。而有经验的医生认为同样是一种病,但人跟人不一样,各人有他的身体条件和生活习惯,这都有关系。你要给他治病,就得考虑这些因素。还有名医张孝骞,他是个西医,但是因为他经验很丰富,看问题就不那么简单化,他查房后对年轻医生写的病历总要给以修改补充,认为他们太简单化了。去年在黑龙江休假时和我国泌尿科的大名医吴阶平在一起,他就认为人是很复杂的,光靠医书是治不了病的。所以这些都说明,能够认识人体是开放复杂巨系统的还只是少数人,恐怕还有很多人在那儿简单化地处理问题。对此我们不能着急,要允许别人有个认识过程。人的认识都是由简单到复杂的,人认识一个客观现象开始总是把它简单化,碰了钉子以后才能逐步地改变认识。所以这样一想,开放的复杂巨系统的概念恐怕有很广泛地意义,从简单到复杂,这是人认识客观世界的一个飞跃。比如关于社会经济问题,在美国,经济学家议论纷纷,各说各的,结果老板们对这些经济学家的预测也不置可否,甚至有的说还不如掷般子。为什么会这样?就是把开放的复杂巨系统简单化了。
既然“开放复杂巨系统”这么重要,那怎么判断一个系统是不是“开放复杂巨系统”呢?钱学森在和于景元、戴汝为合著的《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》中说:
根据组成系统的子系统以及子系统种类的多少和它们之间关联关系的复杂程度,可把系统分为简单系统和巨系统两大类。
简单系统是指组成系统的子系统数量比较少,它们之间关系自然比较单纯。某些非生命系统,如自测量仪器,这就是小系统。如果子系统数量相对较多(如几十、上百),如一个工厂则可称作大系统。不管是小系统还是大系统,研究这类简单系统都可从子系统相互之间的作用出发,直接综合成全系统的运动功能。这可以说是直接的做法,没有什么曲折,顶多在处理大系统时,要借助于大型计算机或巨型计算机。
若子系统数量非常大(如成千上万、上百亿、万亿),则称作巨系统。若巨系统中于系统种类不太多(几种、几十种),且它们之间关联关系又比较简单,就称作简单巨系统,如激光系统。研究处理这类系统当然不能用研究简单小系统和大系统的办法,就连用巨型计算机也不够了,将来也不会有足够大容量的计算机来满足这种研究方式。直接综合的方法不成,人们就想到本世纪初统计力学的巨大成就,把亿万个分子组成的巨系统的功能略去细节,用统计方法概括起来。这很成功,是普里高津和哈肯的贡献,它们各自称为耗散结构理论和协同学。
如果子系统种类很多并有层次结构,它们之间关联关系又很复杂,这就是复杂巨系统。如果这个系统又是开放的,就称作开放的复杂巨系统。例如生物体系统、人脑系统、人体系统、地理系统(包括生态系统)、社会系统、星系系统等。这些系统无论在结构、功能、行为和演化方面,都很复杂,以至于到今天,还有大量的问题,我们并不清楚。如人脑系统,由于人脑的记忆、思维和推理功能以及意识作用,它的输入输出反应特性极为复杂。人脑可以利用过去的信息(记忆)和未来的信息(推理)以及当时的输入信息和环境作用,做出各种复杂反应。从时间角度看,这种反应可以是实时反应、滞后反应甚至是超前反应,从反应类型看,可能是真反应,也可能是假反应,甚至没有反应。所以,人的行为决不是什么简单的“条件反射”,它的输入输出特性随时间而变化。
对于这类系统,“开放”与“复杂”具有新的更广的含义。这里开放性指系统与外界有能量、信息或物质的交换。说得确切一些:①系统与系统中的于系统分别与外界有各种信息交辑;②系统中的各子系统通过学习获取知识。由于人的意识作用,子系统之间关系不仅复杂而且随时间及情况有极大的易变性。
一个人本身就是一个复杂巨系统,现在又以这种大量的复杂巨系统为子系统而组成个巨系统社会。人要认识客观世界,不单靠实践,而且要用人类过去创造出来的精神财富,知识的掌握与利用是个十分突出的问题。人已经创造出巨大的高性能的计算机,还致力于研制出有智能行为的机器,人与这些机器作为系统中的子系统互相配合,和谐地进行工作,这是迄今为止最复杂的系统了。这里不仅以系统中子系统的种类多少来表征系统的复杂性,而且知识起着极其重要的作用。这类系统的复杂性可概括为:①系统的子系统间可以有各种方式的通讯;②子系统的种类多,各有其定性模型;③各子系统中的知识表达不同,以各种方式获取知识;④系统中子系统的结构随着系统的演变会有变化,所以系统的结构是不断改变的。我们把上述系统叫做开放的特殊复杂巨系统,即通常所说的社会系统。
钱学森在《再谈开放的复杂巨系统》中,继续总结道:
对开放的复杂巨系统,我们可以说:
1.系统本身与系统周围的环境有物质的交换、能量的交换和信息的交换。由于有这些交换,所以是“开放的”。
2.系统所包含的子系统很多,成千上万,甚至上亿万,所以是“巨系统”。
3.子系统的种类繁多,有几十、上百,甚至几百种,所以是“复杂的”。
过去我们讲,开放的复杂巨系统有以上三个特征。现在我想,由这三条又引伸出第四个特征:开放的复杂巨系统有许多层次。
这里所谓的层次是指从我们已经认识得比较清楚的子系统到我们可以宏观观测的整个系统之间的系统结构的层次。如果只有一个层次,从整系统到子系统只有一步,那么,就可以从子系统直接综合到巨系统。我觉得,在这种情况下,还原论的方法还是适用的,现在有了电子计算机,从子系统一步综合到巨系统,这个工作是可以实现的。从前我们搞核弹,就是这么干的。因为,核弹尽管很复杂,但理论上仅有一个层次——从原子核到核弹。国外对于这种一个层次的问题,如混沌,即便是混沌中比较复杂的问题,如无限维Navier-Stokes方程所决定的湍流,还有我们在这个学习班上讲过的自旋玻璃,都可以这么处理,他们把这种问题叫复杂性问题。我认为这种所谓的“复杂性”并不复杂,还是属于有路可循的简单性问题。我把这种系统叫简单巨系统。我们所说的开放复杂巨系统的一个特点是:从可观测的整体系统到子系统,层次很多,中间的层次又不认识,甚至连有几个层次也不清楚。
通过钱学森一遍遍解释,我们终于知道了,真正符合“开放复杂巨系统”特征的系统,并不是很多,但是,每一个对我们都极端重要,从人脑到人体再到地理和社会,无不关系着个体乃至全人类的生存和发展。今天的人类,看似科技已经非常发达,知识也极大丰富,但是,在那些最核心的问题上,我们还没有真正突破,我们向内并不真正了解自己的大脑和身体,向外也不知道如何让我们的生存环境变得更好以及让我们的社会更加和谐。如果这些最根本的问题解决不了,人类所有的折腾,只会制造更多的麻烦。
这就是钱学森的思想高度,他用“开放复杂巨系统”这么一个看似简单的概念,直指人类最根本的问题,进而引发一系列学科革命:把人脑作为“开放复杂巨系统”来研究,就是“思维科学”;把地球表层作为“开放复杂巨系统”来研究,就是“地理科学”;把人体作为“开放复杂巨系统”来研究,就是“人体科学”;“社会科学”虽然早已存在,但加上“开放复杂巨系统”的视角之后,其科学性大大增强了,否则,现在的“社会科学”怎么看都不像“自然科学”那么严谨,存在大量“各执一词相互辩经”的空间。
只有理解了钱学森的系统思想,我们才能回应那些思想狭隘愚昧无知的人对钱老的质疑。他们说:钱学森是不是膨胀了?我承认钱学森是火箭导弹专家,但他凭什么每个学科都能随意评论?他到底懂不懂?尤其是那些西医的坚定信奉者,他们觉得钱学森推崇中医简直是糊涂至极,钱学森的人体科学理论就是天大的笑话。这让我们想起了《道德经》中的话:上士闻道,勤而行之;中士闻道,若存若亡;下士闻道,大笑之。不笑不足以为道。
根据“开放复杂巨系统”理论,我们再来看钱学森对第六第七次产业革命的预测,我们就能理解了,为什么第六次产业革命是大农业革命,以及为什么钱学森所说的大农业包含农产业、林产业、草产业、海产业、沙产业五大产业,这不就是把地球表层所有能利用的地方全部改造一遍吗?农业系统本身就符合“开放复杂巨系统”的特征,而农业又和同样符合“开放复杂巨系统”特征的“地理科学”息息相关。我们搞第六次产业革命,就是在改造农业系统的同时,改造地理系统,一方面,充分满足人类物质需求,让地球上每一寸空间都不浪费,另一方面,也为人类提供更优美的生存环境。正如钱学森和张沁文在《农业系统工程》一文中所说:在农村就地建设现代化的生产和居住中心,使所有山乡、农庄和渔村都变成工业化、园林化、高度有文化的新型小城镇;以及钱学森等人在《我们应该研究如何迎接21世纪》一文中所说:通过“山水城市”建设,使生活区园林化,我国城镇及居民点建设也将因此而达到新水平。 为了实现这样的目标,就必须顺应“开放复杂巨系统”的规律去改造,如果不顾规律肆意折腾,这么大规模的改造,很容易受到大自然的惩罚。
至于第七次产业革命即人体科学革命,涉及到人的潜能挖掘,人的生命质量提升等,如果不能以“开放复杂巨系统”的视角去理解人体,而是盲目相信科技手段能消灭各种疾病并提升人类寿命,同样是不顾规律肆意折腾的行为,后果可能是更加惨重的。而且,人体科学革命为什么一定要发生在大农业革命之后,就是因为,人体是开放系统,是要和环境大量交互的,如果人类生存的环境没有改造,所有人远离自然挤在城市的钢筋混凝土建筑里,人体机能水平是不可能发挥到最大的。
但是,很多人还是不相信第六第七次产业革命会发生,更意识不到第六第七次产业革命发生的背后,涉及到世界观和方法论的转变。正如我们所说:在中华文明正重新主导世界的今天,全人类必须搞一场思想革命,这场思想革命的重点,就是从“还原论”主导的世界,切换到“整体论”“系统论”主导的世界。
过去,在“还原论”思想的主导下,人类取得了很多成就,很多人就会想当然认为,只要继续沿着这条路往下走,一切都会变好。但是,当简单问题被我们解决得差不多之后,“开放复杂巨系统”就是人类绕不开的课题。面对这样的课题,旧方法失效了,但绝大多数人都有思维惯性,他们会坚持往上撞,搞不定就加大力气,相信大力出奇迹,但这种违反客观规律的行为,最终只会头破血流。幸亏我们还有钱学森,他在系统方面的探索,走得很远很远,我们只要沿着他的足迹,一条光明大道,就在我们面前展开。“开放复杂巨系统”只是钱学森系统思想中的一个概念而已,接下来还有更多宝贝,等待我们发掘。我们没有时间等待那些思想落后的人,我们首先要把自己的头脑武装起来,踏上未来的征程。我们还要注意到,钱学森不是一个民间学者,他生前和国家领导人一直保持密切互动,国家的很多战略决策背后,都有他的影子,甚至今天的“五位一体”总体布局和“人类命运共同体”构建,也都受到了钱学森系统思想的影响,所以说,我们选择研究钱学森系统思想,就是有志于成为人类未来的领路人。