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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

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这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(4)复杂科学是系统科学发展的新阶段  

2013-03-06 10:26:41|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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(4)复杂科学是系统科学发展的新阶段

 http://it.caep.ac.cn/yxd/ztjz/zc-06.htm

 

20世纪两个重大发现(相对论、量子力学)使科学取得了更大进步。但进入80、90年代后,科学界开始思考“科学向什么方向发展”的问题?目前学术界有两种观点:一种是《科学美国人》杂志资深编辑柯根(Cohen)的观点,在访问了若干科学家后,他在《科学的终结》(End of Science)一书中认为科学已面临终结:“科学特别是纯科学已经终结,伟大而激动人心的科学发现时代已经一去不复返了,将来的研究已经不会产生多少重大的新发现了,而只有渐增的收益递减。”另一种观点是许多有识之士认为的科学不是面临终结而是面临新时代,如系统科学家普里高津指出:少数派开始怀疑这种乐观的论调,就是说科学已经到头,尽善尽美,就在我们的宏观层次上仍有一些问题还远未得到解答,曾经有过一些关头,经典科学似乎已经近乎功德圆满,但每到这时候总有一些事出了差错,于是方案必须扩大,待探索的疆域又变得宽广无际了。又如桑塔费研究所(Santa Fe Institude)的第一任所长柯夫曼(Kauffman)认为:“通过诺贝尔奖的堂皇道路通常是用还原论的方法开辟的,当为一群不同程度被理想化了的问题寻求解决的方案,但却多少背离了真实的世界,并局限于能找到一个解答的地步,这就导致科学的越分越细碎,而真实的世界却要求我们采用更加整体的方法。”再如诺贝尔物理奖获得者盖尔曼(Munay Gell-Mann)提出“必须给自己确立一个确实宏伟的任务,就是实现正在兴起的包括多学科的科学大集成。”

 

通常趋向于第二种观点的,现在是从经典科学走向新科学的时代,因为人类文明已经由机械工业文明向信息生态文明转变,这一转变必然伴随着科学的大转变,以还原论、经验论、纯科学为基础的经典科学正在吸收系统论、理性论和人文精神的发展,成为新的一门科学——复杂科学(Complicated Science)。

 

复杂科学是21世纪的科学,是研究复杂性、复杂系统的科学。自贝塔朗菲最早于20世纪40年代提出系统科学以来到现在,系统科学观念经过一段大的发展演变过程。

 

第一,人们认识到系统整体大于它的部分之和,即当一些组元组成一个系统时,它就会出现一些它的个体(组元)所没有的性质。对此还原论是认为系统等于组成部分之和,而复杂科学更前进一步,认为系统是其组元的函数。

 

第二,人们发现系统具有层次结构和功能结构,研究系统的结构时要考虑层次结构和功能结构的重叠和它们之间的关系。

 

第三,认识到系统处在不断发展变化之中,系统是动态的。

 

第四,系统经常与它的外界环境进行物质、能量和信息的交换。

 

第五,系统在远离平衡的状态下也可以稳定(耗散结构理论、自组织理论)。

 

第六,确定性系统有其内在的随机性(混沌)。

 

第七,随机的系统有其内在的确定性(突现),看似完全随机的系统有自组织功能,能突现出若干种特殊的结构来。

 

这些新观念不断冲击经典科学的传统观念,从而使系统论、信息论、控制论、相变论(主要研究平衡结构的形成与演化)、耗散结构论(主要研究非平衡相变与自组织)、突变论(主要研究连续过程引起的不连续结果)、协同论(主要研究系统演化与自组织)、混沌论(主要研究确定性系统的内在随机性)、超循环论(主要研究在生命系统演化行为基础上的自组织理论)等新科学理论也相继诞生。在这样的背景下也就产生了复杂系统和系统的复杂性两个范畴。

 

系统的复杂性主要表现在:

 

(1)系统各单元之间的联系广泛而紧密,构成一个网络。因此每一单元的变化都会受到其它单元变化的影响,并会引起其它单元的变化。

 

(2)系统具有多层次、多功能结构,每一层次均成为构筑其上一层次的单元,同时也有助于系统的某一功能的实现。

 

(3)系统在发展过程中能够不断地学习并对其层次结构与功能结构进行重组及完善。

 

(4)系统是开放的,它与环境有密切的联系,能与环境相互作用,并能不断向更好地适应环境的方向发展变化。

 

(5)系统是动态的,它处于不断发展变化之中,而且系统本身对未来的发展变化也有一定的预测能力。

 

而复杂系统最本质的特征是其组成部分具有某种高度的智能,即具有了解其所处环境,预测其变化,并按预定目标采取行动的能力,也就是具有自组织、自适应、自驱动的能力。这也就是生物进化、技术革新、经济发展及社会进步的内在原因。

 

根据上述理解,复杂科学有三个主要特点:

 

(1)研究对象是复杂系统,例如植物、动物、人体、生命、生态(生物链)、企业、市场(股票市场)。经济、社会、政治等方面的系统。还可以包括物理、化学(例如择报催化)、天文、气象等方面的系统。

 

(2)研究方法是定性判断与定量计算相结合、微观分析与宏观综合相结合、还原论与整体论相结合、科学推理与哲学思辨相结合的方法。其所用的工具包括数学、计算机模拟、形式逻辑、后现代主义分析、语义学、符号学等等。

 

(3)研究深度不限于对客观事物的描述,而是更着重于揭示客观事物构成的原因及其演化的历程,并力图尽可能准确地推测其未来的发展。例如为什么一个受精卵能演化成具有脑、眼、口、鼻、肝、肺等器官的人体?为什么处于大致相同环境的企业各有成败?等等。

 

 

 

复杂科学是21世纪的科学,是研究复杂性、复杂系统的科学。自贝塔朗菲(Ludwig Von Bertalallffy)最早于20世纪对年代提出系统科学以来到现在,系统科学观念经过一段大的发展演变过程。

 

首先,人们认识到系统整体大于它的部分之和,即当一些组元组成一个系统时,它就会出现一些它的个体(组元)所没有的性质。对此还原论是认为系统等于组成部分之和,而复杂科学更前进一步,认为系统是其组元的函数。

 

其次,人们发现系统具有层次结构和功能结构,研究系统的结构时要考虑层次结构和功能结构的重叠和它们之间的关系。

 

再次,认识到系统处在不断发展变化之中,系统是动态的。

 

第四,系统经常与它的外界环境进行物质、能量和信息的交换。

 

第五,系统在远离平衡的状态下也可以稳定(耗散结构理论、自组织理论)。

 

第六,确定性系统有其内在的随机性(混沌)。

 

第七,随机的系统有其内在的确定性(突现),看似完全随机的系统有自组织功能,能突现出若干种特殊的结构来。

 

这些新观念不断冲击经典科学的传统观念,从而使系统论、信息论、控制论、相变论(主要研究平衡结构的形成与演化)、耗散结构论(主要研究非平衡相变与自组织)、突变论(主要研究连续过程引起的不连续结果)、协同论(主要研究系统演化与自组织)、混沌论(主要研究确定性系统的内在随机性)、超循环论(主要研究在生命系统演化行为基础上的自组织理论)等新科学理论也相继诞生。在这样的背景下也就产生了复杂系统和系统的复杂性两个范畴。

 

 

复杂性科学研究主流发展的三个阶段

 

复杂性科学研究主流发展的三个阶段主要是指:埃德加?莫兰的学说、普利高津的布鲁塞尔学派、圣塔菲研究所的理论。

 

(一)埃德加?莫兰的学说

 

埃德加?莫兰是当代思想史上最先把“复杂性研究”作为课题提出来的人。莫兰正式提出“复杂性方法”是在他1973年发表的《迷失的范式:人性研究》 一书中。莫兰复杂性思想的核心是他所说的“来自噪声的有序”的原则,该原则可以简要表述如下:将一些具有磁性的小立方体散乱地搁置在一个盒子里,然后任意摇动这个盒子,最后人们看到盒子中的小立方体在充分运动之后根据磁极的取向互相连接形成一个有序的结构。在这个例子中,任意地摇动盒子是无序的表现,显然单靠它不能导致小立方体形成整体的有序结构。小立方体本身具有磁性,是产生有序性的潜能,但是这个潜能借助了无序因素的辅助或中介而得以实现。在这个原理里,无序性是必要条件而不是充分条件,它必须与已有的有序性因素配合才能产生现实的有序性或更高级的有序性。这条原理打破了有关有序性和无序性相互对立和排斥的传统观念,指出它们在一定条件下可以相互为用,共同促进系统的组织复杂性的增长口 。这正是莫兰在其书中阐发的复杂性方法的一条基本原则,它揭示了动态有序的现象的本质。

 

(二)普利高津的布鲁塞尔学派

 

比莫兰稍晚,普利高津在他与斯唐热于1979年出版的法文版《新的联盟》一书中提出了“复杂性科学”的概念(此书的英文版改名为《从混沌到有序》)“ 。在那里,复杂性科学是作为经典科学的对立物和超越者被提出来的。他说:“在经典物理学中,基本的过程被认为是决定论的和可逆的。”今天,“我们发现我们自己处在一个可逆性和决定论只适用于有限的简单情况,而不可逆性和随机性却占统治地位的世界之中”。因此,“物理科学正在从决定论的可逆过程走向随机的和不可逆的过程”。普利高津紧紧抓住的核心问题就是经典物理学在它的静态的、简化的研究方式中从不考虑“时间”这个参量的作用,从而把物理过程看成是可逆的。实际上,普利高津并没有提出一个明确的“复杂性”的定义,他提出的复杂性的理论主要是揭示物质进化过程的理化机制的不可逆过程的理论,即耗散结构理论。

 

(三)圣塔菲研究所的理论

 

1984年5月成立的美国圣塔菲研究所,由各学科的第一流精英参与,受到美国公私财政机构的大力资助,被视为世界复杂性问题研究的中枢。然而,圣塔菲研究所的复杂性观念与莫兰和普利高津的复杂性观念有很大的区别。例如,圣塔菲研究所的学术领头人盖尔曼(M.Gell~mann)指出 :“在研究任何复杂适应系统的进化时,最重要的是要分清这三个问题:基本规则、被冻结的偶然事件以及对适应进行的选择。”“被冻结的偶然事件”是指一些在物质世界发展的历史过程中其后果被固定下来并演变为较高级层次上的特殊规律的事件,这些派生的规律包含着历史特定条件和偶然因素的影响。盖尔曼认为,事物的有效复杂性只受基本规律少许影响,大部分影响来自“冻结的偶然事件”。盖尔曼随后还指出了复杂系统的适应性特征,即它们能够从经验中提取有关客观世界的规律性的东西作为自己行为方式的参照,并通过实践活动中的反馈来改进自己对世界的规律性的认识。也就是说,系统不是被动地接受环境的影响,而是能够主动地对环境施加影响,因此,他认为复杂性科学研究的焦点不是客体的或环境的复杂性,而是主体自身的复杂性—— 主体复杂的应变能力以及与之相应的复杂的结构。

 

 

复杂性研究的孕育和产生

 

简单与复杂是一对含义相反的术语,历来是在相互比较的意义上使用的:一个事物或事件或问题未被认识、没有找到解决办法前是复杂的,被认识、找到解决办法后就成为简单的了,因而算不上科学或学术概念。直到1990年代初,复杂性科学传入国内不久,我国科学界的领袖人物仍然持这种看法。从400年来的科学传统看,这很正常。

 

1、事情的变化肇始于20世纪初,后来被称为系统科学的早期探索者正是复杂性研究的拓荒者。控制工程、通信工程等技术问题,特别是军事对阵的定量分析、电话拥挤现象分析、企业管理、投入产出分析等事理问题,既产生了应用自然科学方法作定量分析的强烈要求,又遇到单凭自然科学方法不能解决的困惑。尽管还没有把复杂性提炼成科学概念,但在思维的深处已把复杂性不再只当成尚未认识的简单性,事实上已经把复杂性当作复杂性对待。

决定性的一步是由创立系统科学的那一批学者迈出的,提出一些研究复杂性必不可少的概念,如系统、信息、通信、控制、反馈等,着手制定新的科学方法论。贝塔朗菲表达了他们的共识:“我们被迫在一切知识领域中运用‘整体’或‘系统’概念来处理复杂性问题。”(《一般系统论》)维纳把动物、机器、社会一起作为科学的研究对象,以信息、通信、控制、反馈为基本概念。认识最透彻、眼界最深邃的是信息论专家韦沃尔,在《科学与复杂性》(1948)一文中,第一次把复杂性作为科学概念,把科学研究的对象划分为简单性和复杂性两类,判定20世纪以前科学研究的是简单性,20世纪以来的科学研究复杂性,并提出无组织的复杂性和有组织的复杂性概念,认为20世纪上半叶科学研究的是无组织的复杂性,20世纪下半叶科学转向研究有组织的复杂性。这些看法对近60年来的科学发展产生了深远影响。《科学与复杂性》一文是复杂性研究的宣言书。

 

2、1940年代尚不是复杂性科学的诞生期,对复杂性的认识还很笼统,关于复杂性的概念体系尚未建成,对新的方法论的理解还比较模糊,赞同韦沃尔观点的学者还是极少数。50-70年代是复杂性科学的产前孕育期。

 

(1)软系统统方法论。控制论、运筹学、系统工程在50-60年代前期的大

发展以及随之而来的困惑使人们明白了,线性的、有良好结构的系统是简单的,还原论方法稍加改进即可解决问题;非线性的、结构不良的系统才是复杂的,必须在方法论上有重要突破。

 

(2)札德的模糊集理论从另一角度揭示出一类特殊的复杂性——模糊性

(事物类属的不分明性),提出处理模糊性的方法论。

 

(3)耗散结构论(普利高津)、协同学(哈肯)等是第一批科学形态的自

组织理论,揭示出自组织是物理化学领域复杂性产生的根本机制,对于理解生命、社会领域的复杂性也颇具启发。60年代发现耗散结构使人们认识到,物理学领域也有复杂性,物理耗散结构代表物质世界的“最低复杂性”。

 

电子计算机技术和计算机科学的长足进展,为复杂性研究提供了技术支撑,在超级计算机上做模拟计算成为复杂性研究的实验手段。复杂性科学便呼之欲出。

 

3、1980年代是复杂性科学的诞生期。重要标志:

 

(1)普利高津等人提出复杂性科学这个概念(70年代末至80年代初),

给40-70年代这四十年的零散研究竖起一面统一的旗帜,尼克里斯和普利高津推出专著《探索复杂性》一书,为科学前沿的这一重要动向制定了响亮的战斗口号;

 

(2)在三位诺贝尔讲得主盖尔曼、按德森、阿罗的推动下,世界上第一个以研究复杂性为目标的学士机构SFI(圣塔菲)成立(1984),吸引了一批批能力卓著的学者参与,迅速发展为世界复杂性研究的枢纽,产生了广泛而巨大的影响;补充了耗散结构、自组织、涌现、突变、混沌、分形、模糊性、非线性、混沌边缘等概念,形成一个较为完整的复杂性研究的概念体系;

 

(3)60年代发现混沌这种最复杂的动力学现象,70年代发现分形这种最

复杂的几何现象,建立起混沌学和分形学这两个公认属于复杂性研究的新学科。沌学、分形学、非线性科学的问世,表明复杂性科学已经具备若干足以在现代科学殿堂占有一席之地的分支;

 

(4)各个学科部门先后开展本领域的复杂性研究,迅速成燎原之势,世界

重要国家都在开展这复杂性研究;

 

(5)日益得到科学主流的承认,<Science>杂志1999年推出的复杂性研究专集就是一个证明。

 

(6)在中国,最早注意到复杂性科学的是钱学森,他是在创建系统学的探索中走向复杂性研究的。从1986年初起,在他指导下探索如何创建系统学的讨论班开始运转,复杂性成为讨论班经常提及的话题。钱老最早注意到SFI的工作,要他的助手们注意盖尔曼和阿罗的“联姻”。但1980年代中期以前,他也是在比较的意义上讲简单与复杂的,甚至把复杂性作为系统概念的必要内涵之一(“我们把极其复杂的研制对象称为‘系统’”,1978),不赞同把复杂系统作为系统学的必要概念,主张用巨系统概念概括复杂性,未认识到有必要必给复杂性和复杂系统以专门的界定。通过几个讨论班多年探索,钱开始思考是否需要(1984,人体科学讨论班)以及如何界定“复杂”(1987,系统学讨论班)一词,提出系统的新分类,把巨系统分为简单的与复杂的两类,把系统学分为简单巨系统学和复杂巨系统学,把探索的重点放在复杂巨系统学(1987年底)。1989年进一步完善为开放复杂巨系统概念,并功诸于众,着手探索建立开放复杂巨系统理论,制定了从定性到定量综合集成法。1993年给出他的复杂性定义,终于形成自己一套独特的复杂性研究的思路和方法论。

 

 

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