科学自组织的演化.docx

导 论一“自组织”系统演化的动力、条件和基本途径概述本世纪70 年代以来，当代科学前沿出现了一大批像“耗散结构理论”、“协同学”、“混沌理论”、“分形理论”这样的新兴学科，它们研究的对象都是非线性的复杂系统。在这类复杂系统中，自组织系统尤为引人注目。自组织系统无需外界指令而能自行组织、自行创生、自行演化，即能自主地从无序走向有序。自组织系统不仅极为普遍，而且与人类关系密切。由于这些新兴学科的出现，人们现在对自组织系统发展的动力、条件、途径已经有了比较科学的认识，甚至可以加以科学的刻画。此外，在自然界和人类社会，也存在着与自组织系统性质完全相反的另一类系统，它不能自行组织、自行创生、自行演化，即不能自主地从无序走向有序，而只能在外界指令的推动下组织和演化，从而被动地从无序走向有序，这类系统我们称之为“他组织系统”。举例来说，包办婚姻是“他组织”，而自由恋爱则是“自组织”；工人在工头的命令下劳动是“他组织”，工人自愿结合地劳动则是“自组织”。“自组织”系统演化的动力在系统内部。协同学创始人H.哈肯指出：“如果系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中，没有外界的特定干预，我们便说系统是自组织的。”（H. 哈肯：信息与自组织，四川教育出版社1988 年版第29 页）这表明系统的演化动力在系统内部而不在系统外部。按照哈肯的观点，系统演化的动力是系统内部各个子系统之间的竞争和协同，而不是外部指令，只有如此的系统才是自组织的系统。他指出，系统内部各个子系统通过竞争而协同，从而使竞争中的一种或几种趋势优势化（自组织科学理论称之为形成“序参量”的过程），并因此支配整个系统从无序走向有序，即自组织起来。举例来说，假如有许多人在一个有限的舞池中跳舞，也没有人指挥大家怎样跳舞，一开始舞池中的次序肯定是混乱的，大家会你碰我我碰你。然而，在跳舞的过程中有些舞对就会发现，只要与他们旁边一对舞伴（或别人）跳舞的方向一致就不会发生碰撞。这种行为会像滚雪球一样逐渐扩大。于是，舞池中的秩序逐渐形成：大家都按某一方向绕舞池的中心旋转。当然，也会有个别舞对反方向跳舞，但是他们很快就会发现逆潮流的问题，而不得不改正过来。这也正如大江东去中的水分子一样，一方面存在着热运动，另一方面又都融汇在东去的大潮流之中，即融合在“序参量”支配下的总的运动模式之中。换言之，自组织系统演化的动力来自系统内部的两种相互作用：竞争和协同。子系统的竞争使系统趋于非平衡，而这正是系统自组织的首要条件；子系统之间的协同则在非平衡条件下使子系统中的某些运动趋势联合起来并加以放大，从而使之占据优势地位，支配系统整体的演化。辩证法认为，事物发展的根本原因在于事物内部的矛盾。然而，系统内部存在着各种各样的矛盾，何种矛盾才构成推动事物自组织发展演化的动力呢？当代自组织科学理论丰富和发展了唯物辩证法关于事物发展的根本原因在于事物内部的矛盾的观点。在自组织科学理论中，系统内部各个子系统的竞争和协同，必须是一种非线性的相互作用，只有如此，这种竞争和协同才能成为系统自组织演化的动力。这正是自组织理论的创始者们把“非线性”称之为“有序之源”的缘故。我们知道，相互作用就是矛盾双方的排斥、吸引，在线性相互作用下，作用双方的质量相当，各种作用之间很少发生关联，因此系统内部各个要素或子系统之间很少协同甚至根本没有协同。与此相反，在非线性相互作用下，各种作用相互关联起来，形成协同，因此系统才能产生整体行为，才形成一种你中有我、我中有你的不可分割的关系，并使系统局部的小涨落得到放大，从而引起系统的从稳到非稳再到新的稳定的跃迁式演化。在实际系统中，现在不仅在物理、化学、生物系统的自组织演化过程中证明了非线性相互作用下的竞争和协同是系统演化的动力，而且人文社会系统的自组织演化过程亦同样可以说明这一原理的正确性和适用性。例如，在科学史上就充满了竞争和协同推动科学研究发展进步的案例。不同观点的争论、同时的发现、发现前后的奋斗和竞赛，有谁能说它们没有推动科学的进步呢？科学社会学家H.朱克曼经过对1901 年1972 年间286 位诺贝尔奖金获得者的调查研究发现，那种认为优秀科学家都是单干者的观点，或认为科学贡献都是个体思维的产物的观点，纯属陈腐观念。她发现，其中185 人即占获奖人总数64.7的人是因与他人合作研究而获奖的（参见美H.朱克曼：科学界的精英，商务印书馆， 1982 年版，第243244 页）。这表明，从19、20 世纪之交起，合作研究与从事合作研究的科学家分别正在成为科学研究的主要方式和主要力量。而这种变化既不是外加的也不是人为的，而是自然而然地自组织起来的。再如对技术创新经济学的研究表明，在市场经济条件下，完全竞争或完全垄断的经济结构都不利于技术创新，而既有垄断又有竞争的市场结构才最有利于技术创新（参见厉以宁：“技术创新经济学它的由来和当前研究的问题”，科技导报，1990 年第2 期，第38、11 页）。虽然垄断并不完全等于协同，但是垄断总是一些大企业的联合行为，其间又包含着竞争行为。因此，这种发现既竞争又协同对技术创新有巨大推动作用的研究所表明的事实，不也恰恰印证了当代自组织科学理论关于系统自组织演化的动力的基本观点吗？在系统演化的过程中，自组织科学理论还特别强调“涨落”对于系统自组织演化的动力作用。什么是涨落呢？从系统的存在状态看，涨落是对系统稳定的平均状态的偏差；从系统的演化看，涨落这种偏差则是系统演化过程中的随机性非平衡因素。任何一个系统都必然存在着涨落，涨落的这种无处不在无时不在的特性是由运动的不灭性造成的，涨落的发生又是不确定的，是无法精确预见的。涨落的这种随机特征，不是人们的认识反映不精确造成的，而是系统演化的客观特性。自组织理论（如混沌理论）揭示，完全确定的系统，即可以用确定论方程描述的系统，在自己的进一步演化中也会出现不确定性，使系统演化结果变得不可预料，其原因就是系统中存在着“涨落”。所以，系统自身的涨落实际是一种内在随机性。在如何看待涨落作用的问题上，传统思维一般把它仅作为不利于系统稳定的干扰、噪声来对待；而在自组织理论中，涨落被赋予新的意义，“通过涨落达到有序”，则是当代自组织理论的基本结论。自组织理论认为，涨落是系统进化到更有序状态的诱因，涨落驱动了系统中各个子系统在获取物质、能量和信息方面的非平衡过程。因此也可以把涨落视为是与必然性的非线性作用动力不同的另一类自组织演化动力，即随机性动力。例如，在有机界，微小变异的随机涨落（包括基因随机漂移）最终会导致物种的进化；科学上的意外发现，有时则会带来突变式的“科学革命”。一个系统要想成为“自组织”系统，也需要一些基本条件。从系统内部来说，组成系统的要素必须大于三，即至少需要三个要素以上。这是保证系统内部存在非线性相互作用的前提，而非线性相互作用又是“自组织”系统演化的基本动力。从系统外部来说，“自组织”系统并不是不需要与外部环境相互交换物质、能量与信息，恰恰相反，只有当外部环境向系统输入的物质、能量和信息达到一定阈值时，系统的自组织才能发生。换言之，系统必须是开放系统。所以闭关锁国不行，改革开放才对。但是，外界向系统的输入不能是特定的“干预”，不能只给予系统中的某一要素或某一部分，特别是作为系统的外部控制参量不能向系统内部输入特定的“指令”。否则，系统的演化就变成了“他组织”的了。关于“开放”这一条件，我们经过研究（参见自组织的哲学一种新的自然观和科学观）发现，这里有两点需要注意，第一，输入阈值的存在表明，有一个最小开放度，低于这个开放度，系统将不能自组织，或是自组织起来了也会坍塌下去；同样，系统也不能百分之百开放，开放度等于100，意味着系统与它的环境之间不再存在边界，意味着系统已经解体。令开放度为K，对应输入阈值的开放度为Kc，则KcK1。此外从系统与环境的关系上看，开放意味着系统与环境之间既存在着边界也存在着跨界线的部分。按照系统理论，边界对输入输出起着过滤、隔离和标准化的作用；而跨界线的部分则在系统和环境之间缓冲着它们的输入和输出。两者都对系统演化的稳定性、持续性有着重要作用。一般而言，“自组织”系统的演化要优于“他组织”系统的演化。当然也有例外，只有当“他组织”系统的外部指令系统能够接收内、外全部信息，并能对其全部加以处理时，“他组织”系统的演化可以优于“自组织”系统。“包办婚姻”偶尔也会比“自由恋爱”更符合当事人的长远利益，但其前提是包办者相当于一个全能的“神”。“自组织”系统的演化之所以要优于“他组织”系统的演化，关键在于“自组织”系统的演化动力在系统内部，是系统内部子系统的相互作用推动了系统的演化，因此，系统整体和内部各个子系统都具有活力。相反，“他组织”系统的动力来自于系统外部，系统整体的活力依赖于外部控制参量，外部控制参量是个“拉普拉斯妖”（即全能的神），系统整体可以向理想状态逼近。外部控制参量是个“孬种”，系统运转就会失灵。此外，无论哪种情况，系统的子系统都是缺乏活力的，都是被推动的。自组织现象纷繁复杂、丰富多采。然而，无论无机、有机系统还是人文社会系统的自组织过程都存在着内在统一性，即它们都采取了“循环”的演化形式。什么是循环呢？如果一个系统是由A、B 两个子系统组成，其中存在着A 作用B、B 又作用A 的作用链，那么就构成了一种最简单的“循环”。由这种简单的反应循环作为环节再构成的更复杂的循环在自组织理论中被称之为“催化循环”；而再由催化循环作为环节所构成的更为复杂的循环就是所谓“超循环”（Hypercycle）了。上述的“反应循环一催化循环一超循环”链，实际就是系统自组织演化的层次跃迁与复杂性增长的过程链。反过来看，系统在其自组织演化过程中只有采取这些“循环”耦合的组织形式，才能有效地聚合、利用能量，促进系统内部非线性的竞争和协同的整合，自我复制、交互复制，分叉、选择，突变，从而促使系统增长复杂性，即更加有序。一般而言，系统自组织演化的途径有三种：第一种，经过“临界”状态的突变途径；第二种，不经过“临界”状态的突变途径；第三种，渐变途径。其中，经过“临界”状态突变途径的自组织演化过程最为新奇，引人注目。例如，在“临界”状态下即系统经过“临界点”时，系统突变前的状态与突变后的状态变得无法区分，此时，系统的状态是极不稳定的，系统突变前的状态与突变后的状态是你中有我我中有你，相互胶织缠绕在一起。严格地说，此时系统的状态，既非系统突变前的状态也非突变后的状态，此时系统演化的微观图景呈现为一种有着系统突变前状态花纹与突变后状态花纹、你中有我我中有你、相互胶织缠绕且动态演化的样子。（参见于渌、郝柏林：相变和临界现象，科学出版社，1988 年版）而不经过“临界”状态的突变途径则没有这般复杂，在此时系统演化的微观图景中，系统突变前的状态与突变后的状态是可以区分的。在演化早期，系统以突变前的状态为主要状态，而突变后的状态是以一种“晶核”的形式含在系统突变前的状态中的；而后，系统的这种“晶核”（即突变后的状态）愈益发展，最终变为系统的占据支配地位的状态。在第一种演化途径中，突变的是系统的某些关键性演化性质，系统的整体状态并未突变；而在第二种演化途径中，突变的是系统的整体状态，系统的某些关键性演化性质并未突变。由于自组织系统演化存在着途径的多样性，所以在自组织系统演化的现象上往往表现出一种丰富多采的“分叉”行为来，使系统的演化呈现出一种“树形”结构，一种从简单到复杂、从少到多的不断的分叉图景。对于这种图景的描述和解释，是自组织理论群中的“分形”（Fractal）理论与混沌（Chaos） 理论。传统上，“混沌”常常被当做乱七八糟、混乱无序的同义词。热力学平衡态的混沌的确如此。中国古代寓言中的“混沌”也是如此，给它凿开七窍，让它转变为秩序，它就会“死寂”。（见庄子·应帝王）。平衡态的混沌，即系统宏观没有演化而微观（内部）演化毫无规律，而混沌理论中的非平衡态的混沌则表现为系统宏观演化无规律而微观（内部）演化有规律。从时间上看，这种规律表现为长时段不可预测，其精确的定义为：确定论系统中的内在随机性。从空间上看，混沌状态是系统自组织的运动收缩到状态空间中有限区域的一种形式，科学上把它称为“奇异吸引子”。它奇异就奇异在可使系统一切在吸引子外的运动轨线被吸引子吸引，即具有把吸引子外的运动积聚到吸引子态上的凝聚力，反映了极强的稳定系统运动的作用；而一旦系统状态都引入吸引子，则又向外排斥这些运动，所以系统宏观运动表现为“乱七八糟”而微观运动则有其内在的规律性；其空间结构呈现为一种“分形”结构，其空间维数也不是整数，而是分数。这种“分形”，从几何角度看，则为那些具有不规则形状、内部具有层次结构与不均匀性的形体。现在已经发现，事物自组织地从简单向复杂演化时，其演化的“分叉”结构就是一种分形结构。所以，分形与混沌又是度量自组织系统演化复杂程度的标准。自然界存在着大量的分形结构，例如，分叉的树、凹凸不平的山峦、大脑的褶皱皮层、心脏的血管，等等。我们也发现，科学研究的前仆后继的研究路线，科学学科的不断分叉，都具有分形结构。分形理论表明，规则整形的事物只是这个世界的特例和理想的抽象，而不规则分形的事物才是世界的普遍现象。有的科学家认为，分形和分数维的发现，其意义可能是划时代的。我们已知的一切物质形态和运动都存在于小于三维的空间中，那么余下的间隙维中存在着什么形态和运动呢？这是我们可能面对的一个崭新的课题。（参见高歌：“对非线性科学的理解、体验和思考”，科技导报，3/1991，35，17）我们认为，分形的发现，从一个崭新的角度提供给我们一种度量自组织演化复杂性的工具，为我们判定一个系统是否自组织提供了一种图景性的理论根据；而混沌现象的揭示，则使我们进一步看到了系统自组织演化的全过程，它亦包含三个阶段、两个飞跃，即：混沌（平衡态）有序混沌（非平衡态）。其图景则表现为一种从简单到复杂的“分叉”，样态（如图0.0）：图0.0 混沌（平衡态）有序混沌（非平衡态）“分叉”样态综上所述，自组织系统理论所刻画的系统演化可以概括为：在开放的、远离平衡的和有外部物质、能量、信息的非特定输入/输出的条件下，系统以其内部子系统之间的非线性相互作用为动力即以其子系统之间的竞争和协同为动力，同时受到内、外涨落的随机启动，产生出集体运动的协同效应，其协同关联所产生的“序参量”（即集体运动的基本模式）又进一步支配了系统内各个子系统的竞争与协同，从而使系统走入循环、交叉作用并关联于放大的循环链圈之中。于是，通过这种有效利用物质、能量和信息的循环过程，系统便经历多种突变、渐变从无序跃变为有序或使有序程度进一步得以提高；于是，系统便从混沌（平衡态）走向有序，又进一步演化为包含有序结构的非平衡混沌；于是，呈现在人们面前的，便是一幅系统从简单到复杂、从无序到有序、从低级到高级的自然历史演化的图景。二 科学是自组织的吗？当我们以自组织的思想考察科学的演化时，我们首先遇到的问题就是：科学的演化是自组织的吗？在“导论”的第一部分中，我们已经提及，在历史上有自组织演化的科学，也有被组织演化的科学。我们认为，近代在西欧产生的科学，其演化是自组织的，而从古代到近代发展的中国科学，其演化从表现上看则是被组织的。第一，说中国古代到近代的科学演化从表现上看是被组织的，是因为这一时段的环境没有为科学提供“阈限”以上的物质、能量和信息，外部对科学研究控制得过死。第二，中国古代的科学作为一种知识形态，始终未与其它知识形态分离开来，这表明，此时的科学还处在一种平衡态的“混沌”状态之中；但是，谁又能保证它未来的发展不能自发地自主地演化为今天科学的形态呢？第三，如果仅从微观上考察所有的科学研究，我们就会发现，微观科学研究具有共性，科学研究基本上是自组织的。这里，让我们先来限定一下，即这部分所说的科学，无论微观还是宏观，都是指西欧演化而来的那种科学形态和科学研究。我们已经提出，这个科学的演化是自组织的，现在就让我们来加以证明。说科学演化是自组织的，意味着要问：第一，科学是不是系统？是不是从非系统演化成为系统的？第二，如果科学是系统，作为一个系统的科学是不是具备自组织演化系统的全部特征？首先，现代科学毫无疑问是系统。它不仅是系统而且是十分复杂的复杂系统。系统都是有结构的。我们亦可以清晰地发现科学的结构。科学系统可有三个层次的结构：微观结构、中观结构和宏观结构。所谓微观结构的科学即指单个的科学理论，很明显，它包括科学概念、定律和逻辑程序以及由此推论的命题，它是有结构的。所谓中观结构的科学即指一组同在一个研究领域的科学理论群，通常把它们称之为科学体系。如经典物理学即指经典力学、电磁学、分子运动论和经典统计物理学等学科构成的体系，再如现代物理学就是由基本粒子物理学、核子物理学、原子分子物理学、凝聚态物理学、等离子体物理学和相对论等构成的科学体系。所谓宏观结构的科学即指由众多门类的科学组成的整个科学。如现代自然科学就是由现代物理学、现代化学、现代生物学等单领域科学和现代环境科学等综合科学以及现代系统科学等横断科学所组成的复杂系统。现代科学也毫无疑问地是从古代科学形态经由近代科学形态演化而来的。这种演化也毫无疑问地是从简单到复杂、从无序到有序的过程。即是一个从非系统到系统演化的过程。问题在于，这种演化是自组织的还是被（或他）组织的？我们都知道著名科学社会学家默顿的代表作十七世纪英国的科学、技术和社会。在那本著作中，默顿有说服力地证明了近代科学是伴随近代资本主义的产生自发地发展起来的。官方或政府并没有刻意地去组织科学，然而近代科学却在欧洲蓬勃地发展起来了。相反，我们在古代的中国却看到了另一幅图景：官方政府把科学中的若干门类收归国有，使之成为官方科学，如天文学、医药学，并且禁止民间习之，这些科学学科虽然有过辉煌其辉煌期恰恰都是官方对科学采取比较宽松的政策允许民间从事天文历算和医药养生活动之时，但在明朝却都衰败下去了（明朝对民间从事天文历算医药养生研究的禁令最严）。这不很能说明问题吗？！当科学被组织或他组织时，它反而不能很好地生长；当不去人为地组织科学时，科学反而生长起来了。说这话的意思决不是可以不管科学，让它自生自灭；而是说一方面既不创造科学发展的条件，一方面又不顾科学发展的规律，人为地规定科学发展方向，是必定要使科学衰落下去的。可以看出，对科学发展演化至关重要的，是有无一个开放的适宜的环境。自组织的环境亦有一些要求，如开放性和开放程度上的要求、控制参量即外部“科技政策”的控制程度上的要求、系统与系统边界和跨边界部分的相互关系上的要求，等等。当这些条件都被满足时，科学就可以稳定地自组织地演化发展起来；当这些条件中只有部分被满足时，科学可以自组织起来，但却不能自组织地演化下去；当条件根本不具备时，科学就无法自组织起来了。所以，重要的是要创造一个适宜科学生长的环境。现在让我们回答第二个问题。科学具备自组织系统的全部特征吗？回答：是，现代科学的自组织系统特征和自组织演化特征是非常明显、清晰的。自组织理论告诉我们，自组织系统的动力是系统内部各个子系统或要素之间的竞争和协同。科学在它的系统的三个层次上都反映出了这一特点。在微观层次，一个科学理论的内部至少包括五种要素，即经验事实、原理、概念、定律、科学思想。这五种要素之间的相互作用推动了理论的进化（如理论的完善、理论修改和革命）。在中观层次上，科学体系内部有多种理论，这些理论的建立和发展亦有自己的轨迹，当理论之间出现不和谐时，理论之间的相互作用或推动理论体系完善化，或促使理论体系解体、发生革命，理论之间的竞争和协同就这样成为科学中观层次演化的动力。在宏观层次上，整个科学在各种研究和各个学科的自我演化基础上，不断出现新学科和新分支，各个科学理论不断分化不断综合，这种种相互作用使整个科学呈现出丰富多采的演化态势，不断从简单奔向复杂，从无序奔向有序，从平衡奔向非平衡，奔向更高级的非平衡混沌。很明显，这动力主要来自科学内部，而且是自发的、自主的、自动的。这里也要说明，说科学演化的动力在科学内部，并不是说推动科学进步的全都是理论要素；这里也有经验要素即实践要素的作用，而且这个作用也是最重要的。这里有一个重要问题，即经验要素是科学内部要素呢，还是外部要素？依我的看法，如果我们把科学定义为必定涉及经验对象的学问，那么“经验”就是科学内部要素。而科学无论自然科学还是社会科学必定以经验对象为研究课题。所以，说科学演化的动力在科学内部实际是指科学中的理论要素和经验要素的相互作用。现代科学的环境也具有自组织系统演化的环境特点。从现代科学来看，科学是一个开放系统，科学与技术、科学与生产、科学与社会都有着相互作用。而相互作用就意味着它们之间相互交换着物质、能量和信息。不仅如此，与以往相比，科学与它们的物质、能量和信息的交换无论是在性质上还是在数量上都达到了无可比拟的程度。技术供给着科学研究的仪器设备，有了技术科学才有了进一步深入研究和大规模研究的可能；试想，如果没有望远镜特别是今天的射电天文望远镜，那么对几百亿光年远的星体我们能有所研究吗？如果没有显微镜特别是场隧道扫描显微镜，那么微乎其微的分子原子我们能有所观察吗？反过来，科学则向技术不断输送着创造新技术的思想和理论，在科学的指导下，技术从个体的手工方式下解放了出来，从工匠的秘方演变成了科学的应用。科学与技术日益演变成为一体化的事物，在今天，科学和技术就是一枚硬币的两面，它们已经成了须臾不可分开的事物了。今天的社会化大生产和科学的关系也日益密切起来，与往日相比，古代和现代科学与社会的相互关系简直不可同日而语。社会化的大生产不断向科学提出新的和更高的要求，它以社会需求的方式向科学输送信息，以资金支持的方式向科学输入物质和能量，以教育人才向科学输入后备力量。它也更希望科学能够给它提供更多的财富。科学不负众望，的确为社会创造了源源不断的财富。试问，社会生活和生产的丰富与提高，又有哪一点没有科学的贡献呢？在今天，社会与科学在两者的相互关系上已形成了有效的制度化的建制和规范。社会对科学的控制不再是古代中国宫廷那种为所欲为的控制，也不是那种“命令式”的行政控制；而是一种参量控制。特别是在市场条件下，长期以来已经形成了一种有效的市场调节性控制。通过资金流动、社会需求和政府调节等方式来控制科学，使科学不仅有效地服务于社会，而且也为之提供了宽松的适宜的生长环境，使科学能够以自组织的方式演化发展起来。科学在自己的演化过程中也向社会不断地提出更高的要求，它要求社会更为民主，要求社会生产和管理更为科学，要求提高人的素质。社会为了利用科学和技术，它也必须按照科学的要求或受科学影响而演化，社会不得不接受科学的这些信息输入；科学通过将自己的理论、方法和观点输入给社会教育系统，通过科学家本身的社会活动，为社会的现代化培养合格人才，为社会的科学化、民主化创造条件，从而也为自己的自组织演化创造着条件。特别是由于科学认识活动也有自己演化行为的承担主体即科学家，并且也形成了自己的社会组织，有自己的行为规范，并以自己的社会活动即科学家之间的竞争和协同来激励科学研究；那么这种行为规范也就和社会的行为规范之间形成相互作用，从而对社会精神生活的演化发生影响和作用。而这种影响一旦发生，就会产生不可逆转的作用，就会对社会和科学的进步都产生良好的影响。科学自组织演化的最重要特征还表现在科学发展的形式和途径上。科学从古代到现代大致经历了三种形态：古代科学、近代科学和现代科学。我们现在如果把这三种形态的科学放在一起加以比较，就会发现从古代到现代的科学演化是以分叉的方式分支演化而来的。我们知道，古代科学如果以古希腊科学为例，那么其形态即为自然哲学。而自然哲学的特征即为其中的知识是未分化的、混沌一片的。按照自组织理论的观点，此即为“无序”或“平衡态混沌”。从古代进入近代，科学开始了分化。“科学”（science ）一词在英文原意上即分门别类的知识，所以，当西方科学传入日本时，日本人非常准确地把科学翻译为分门别类的知识。而近人康有为再翻译时始将此词译为（分）科（的）学（问）。近代科学从自然哲学脱胎而来，首先分化出力学（其中又分化为静力学和动力学），而后又分化出物理学的若干学科如声学、热学、电磁学，还有化学，生物学等学科。按照自组织理论的观点，此即为“有序”即有结构状态。从近代到现代，科学既高度分化又高度综合。今日科学已是一个层次纷繁结构嵌套纵横交叉的网络系统。有人统计，迄今为止，科学就其门类而言已有5500 门以上学科，其中非交叉学科约有近3000 门，交叉学科2500 多门。（见李喜先：“复杂的科学系统理论及其应用”，自然辩证法研究Vol.8， No.1，1992， 2933， 64）由该数字可以看出当代科学演化的又分化又综合的趋势，其中交叉学科的门类就明显地反映着综合的网络性质，而非交叉学科的门类之多，也说明分化的趋势有增无减。按照自组织理论观点，这一个层次纷繁结构嵌套纵横交叉的网络系统即为远离平衡的“混沌”，或正在走向远离平衡的“混沌”。这样，从迄今为止科学演化的全过程来看，科学发展的道路正是自组织系统演化的道路，即从无序走向有序，再从有序走向非平衡混沌。科学的分叉发展，使科学演化的过程结构成为一种“树状”结构。而自然界的树木已被科学家证明是典型的自组织结构 “分形”（fractal）。我们已经找到了从一种科学研究方向或一个学科研究演化出多种科学研究方向或多个学科研究的案例（1944 年荣获诺贝尔物理学奖金的物理学家I.I. Rabi 的分子束核磁共振实验研究分叉为各种核磁共振研究和其它研究分支是一个极有典型意义的案例，见吴彤：“论科学的自组织演化”，内蒙古社会科学1995 年第6 期）；至于科学从古代到现代演化出5500 门之众的学科更是很好的案例。这些演化的图象都是“树状”的分形。这表明，演化中的科学是具有分形结构的过程系统。科学演化所采取的发展途径也是自组织的典型途径。一般而言，系统在自组织演化时，往往采取相变的方式。物理学意义上的相变，常常有两种典型途径：即经过临界点的性质突变的相变，在临界点以下的状态突变的相变；至于临界点以上的渐变由于不能使系统从一种状态（或性质）改变到另一种状态（或性质），因此不能称之为“相变”。不过，在第二种相变中，系统状态的改变由于不是一下子完成的，因而常常把这种相变称之为渐变式相变。这两种相变有一个很奇怪的特点，即如果是性质突变的相变，那么它在状态上就表现为两种状态你中有我我中有你的无法区分的情形，而如果是状态突变的相变，那么在性质上就不发生突变。科学也是这样，科学演化有两种方式（三种途径）即科学革命（有两种不同形式的科学革命）和科学进化。首先，我们把正确的理论取代错误的理论、或在科学基础观念（如时空观、物质观等）和基本思维方式上发生了重大变革的科学演化称为科学革命，把科学在常规阶段的不超出原有理论的基本思想和基础的演化它常常表现为量的扩张称为科学进化。在这样定义后，我们就会发现，科学革命就像物理学意义上的相变一样，有两种相变，正确的理论取代错误的理论，这种科学革命相当于状态突变的相变，因为革命前后的理论完全是两种状态不同的东西，而科学基础观念（如时空观、物质观等）和基本思维方式上发生了重大变革的科学革命是根本性质发生了突变，而革命前后的理论形态则具有内在继承性即理论状态未发生突变，所以它相当于性质突变的相变。前一种科学上的相变如哥白尼日心说取代托勒密地心说，后一种科学上的相变如狭义相对论对经典力学的继承和发展。而那种经常性的、科学家对科学中的常规问题的研究则可以称之为科学的进化，它带来的是科学的点滴的进步，但是这种点滴的进步的日积月累最终也为科学的革命奠定了基础。正如德国物理学家劳厄所说：一门科学的历史只能记载科学研究的高峰以及参加这些研究的那些人。但自从十七世纪以来，有成千上万不知名的人曾把物理学向前推进，他们献身于这门科学 .有时还做出了自我牺牲。但是，他们的工作决不是多余的， 也31不是徒劳无益的。只有这许多人的默默的协作才能完成大量必要的观察和计算，保证了科学的持续前进。只有多种多样的兴趣和才能才防止了把科学研究限制在少数几个预先规定的方向里；这许多人的作用过去是、现在还是做出卓越的或者甚至是天才的贡献的必不可少的准备。 .物理学是集体的贡献，这也是一个历史事实。（M·v·劳厄：物理学史，商务印书馆1978 年版，第11 页）由此可见，科学演化的基本途径有三，即临界（性质）突变、非临界（状态）突变、积累性渐变。而演化的方式则采取分叉的方式，采取你中有我我中有你的交互作用（即表现为“循环”或“超循环”Hypercycle）的形式，或革命或进化。当然，科学之所以采取分叉和循环或超循环的演化形式是长期演化的自然结果；是因为这些形式可以最有效地利用有限的物质、能量和信息，是因为这些形式是反映系统内部各个子系统或要素之间非线性相互作用的最佳形式。科学在自组织的演化过程中自发地找到了这些形式，而这些形式一旦出现，又反过来促进了科学的自组织演化。三 科学发现的自组织观点（一）科学发现的环境、条件第一，科学发现和更一般的科学研究首先需要一个开放的环境：有充分的科学交流。W. I.B. 贝弗里奇指出，“一个人如果被隔绝于世，接触不到与他有同样兴趣的人，那么，他自己是很难有足够的精力和兴趣来长期从事一项研究的。 .这正如培养细菌时需要有几个有机个体，生火时必须有几根柴一样。”（W. I.B. 贝弗里奇：科学研究的艺术，科学出版社，第161 页）通过与同事讨论、合作研究、阅读论文、参加学术会议等方式，科学成为了一种颇有成效的、名副其实的“远离平衡”的交流开放系统，而这正是科学系统自组织的前提条件。第二，进入科学研究问题研究领域的科学家（包括理论科学家和实验科学家）的数量越来越多，质量越来越好，产生发现的可能性就越大。定性地看，这使科学研究的物质、能量和信息输入越来越大，从而达到或越过“阈限”，即为引发“发现”创造了条件；而科学家之所以被吸引到某一科学研究领域来，用科学社会学家默顿的话说，那是科学活动的价值关联性质造成的，即科学家通常总是选择那些与当时占主导地位的价值和兴趣密切相关的问题作为研究课题的（默顿：十七世纪英国的科学、技术与社会，四川人民出版社，1986 年版，第73 页）。第三，从科学研究的背景研究来看，所有研究的资料都具有非特定输入的特点，即它们都不是直接针对“发现问题”的。第四，问题是逐步清晰的、明朗的，并且是问题在引导科学家，从自组织科学的观点看，先前模糊而后清晰的问题就像某种自组织的“吸引子”一样，规范了科学家，而不是相反。科学家被问题所吸引，问题引导了科学家，而后，问题经过科学家的研究变得比先前清晰了，这清晰了的问题又进一步吸引科学家，规范科学家，这一点实际是反映科学发现为自组织的最本质的特征之一。33（二）科学发现的自组织的动力现在再让我们进一步来讨论科学发现的自组织动力。许多学者都从心理学角度寻求科学发现的动力，认为可以从心理需求（如按马斯洛五层次需求理论）即自我实现需求来解释科学家科学研究和科学发现的动力，这甚至可以说是解释的主潮流与主传统。例如，爱因斯坦表示，没有什么合乎逻辑的方法能导致这些基本定律的发现。有的只是直觉的方法，辅之以对现象背后的规律有一种爱好。 （W. I.B.贝弗里奇：科学研究的艺术，科学出版社，第60 页）科学哲学家波普尔说：“不论真假，我对这个问题的观点是，没有获得新思想的逻辑方法，或这个过程的逻辑重建。我的观点可以这样表达：一切科学发现都包含着非理性因素，或柏格森意义上的创造性直觉。” （K.popper，“The Logic of Scientific Discovery，”ThePhilosophyof Science，edited by Richard Boyd，P.Gsper，J.D.Trout.The MITPress， 1991.p. 100）不错，从科学家个人来看，他们从事科学创造活动有其个人的动机，或出于功利，或出于智力兴趣，或出于更高的信仰，等等。但是，无论科学家个人出于哪种动机，都能保证他做出科学发现吗？显然不能。所以，在科学家个人来看，“科学发现”于是就成了某种“奇遇”。例如，细菌学家史密斯认为，“新发现是一种奇遇，而不是思维逻辑过程的结果。敏锐的、持续的思考之所以有必要，是因为它能使我们始终沿着选定的道路前进，但并不一定会通向新发现。” （W.I.B. 贝弗里奇：科学研究的艺术，科学出版社，第86 页）这句话后半部分是对的，前半部分是错的。科学发现绝不是科学家的“奇遇”（想想巴斯德的名言：机遇只偏爱有准备的头脑），也不是科学家在那里苦思冥想的结果，能否做出“发现”首先是由被发现的对象决定的。“发现”不是“发明”，首先得有被发现的对象存在才能做出发现；这一点正如R.K. 默顿所说：“科学家的工作在每一点上受到他所探讨的现象的内在要求的影响，并且或许同样直接地受到他对其他科学家可以推知的批判态度或实际批评的反应的影响，受到他自己的行为以符合于这些批判态度的这种调整的影响。”（见R. K. 默顿：十七世纪英国的科学、技术与社会，四川人民出版社1986 年版，第333 页）也正如B.巴伯所说：“科学发现不是那些不可解释的个人天才之神秘的产物；而是部分地能加以说明的社会过程的结果，在此过程中，个人和社会都各尽所能各司其职。”（B. 巴伯：科学与社会秩序三联书店1991 年版，第222 页）其次，从主观上看，保证“发现”的是研究是否对路，即主观是否符合客观。而对路与否则依赖于研究的问题。再进一步地看，问题的揭示又依赖于一定理论指导下的实验。这里出现了三个要素：问题、理论和实验。我们认为，正是这三个要素的相互作用成为科学发现的动力。理论和实验的不和谐或矛盾引发问题，问题又进一步推动对理论的研究，推动实验的发展。实验和理论的再次作用，又使问题进一步深化