錢學森“開放複雜巨系統”理論爲什麼如此重要

“開放複雜巨系統”是錢學森系統思想中一個非常重要的概念，如果我們的頭腦中沒有這樣的概念，就會傾向於把這個世界簡單化，從而得出一系列表面的片面的結論，反之，如果我們掌握了這樣的概念，就能一眼看穿很多理論乃至某些學科荒謬的本質。

正如錢學森在《處理開放的複雜巨系統不能簡單化》一文中所說：什麼是開放的複雜巨系統？比方人體，就是一個開放的複雜巨系統。人腦也是一個開放的複雜巨系統。國外國內都有一些研究人工智能的人，把人腦看得很簡單，提出所謂模擬神經元的計算機系統等等。實際上這樣的認識，是把人腦看得太簡單了，是錯誤的。人腦這麼複雜的一個系統，你還沒搞清楚它的內部結構及其相互聯繫，怎麼模擬呀？還有一個例子，是地理系統，就是人生活的地球環境，包括人在內，這個環境也是一個複雜巨系統，而且也是開放的，因爲它跟太陽，跟宇宙之間是有交往的。我們最關心的這個社會，是一個特殊複雜巨系統。爲什麼要加上“特殊”一詞？因爲社會的行爲都有人蔘與，而人不簡單，人的行爲不是簡單的條件反射，他有思維，要思考，然後做出判斷，這是一個非常複雜的過程，所以我們稱它是一個特殊複雜巨系統。

認識這些複雜巨系統是有個過程的，因爲我們都曾經頭腦簡單過，曾經想用簡單的方法來處理，但結果不行，碰了釘子。中國到現在還有好多人要簡單化處理，恐怕我們國家的好多個部門都是這麼個概念。外國也是這樣，前不久中國科協安排我見一下民主德國科普協會的第一副主席，叫弗來舍爾，是位博士、教授，現在五十多歲。他到中國來訪問，見面時給我一份材料，說他從前對所謂不可逆熱力學過程感興趣，所以那天我就跟他談這個問題。我說，這個不可逆熱力學也爲你們一位德國人哈肯發展協同學提供了理論基礎。他說有人用這個理論來解決經濟問題、社會問題。我說弗來舍爾博士，是有人這麼幹，哈肯就是這麼幹的。有人硬要把協同學、系統動力學的方法用到經濟研究上，我認爲是沒有道理的。後來我就給他講了一大套我們關於開放的複雜巨系統的概念，用定性定量相結合的方法來處理。講完後，他很佩服，說今天收穫不小。所以這位民主德國的科學家經過聽我解釋開放的複雜巨系統的概念以後，後來他是懂了。

回過頭來想一想，我們得到這個認識，也是總結了前人的經驗和教訓的。比方說對於人體，許多西醫就把它簡單化了。當然有經驗的好醫生是不會簡單化看問題的。解放軍總醫院的心血管系統專家王士雯說，一個有經驗的大夫和一個剛畢業的醫生的重要區別是：剛畢業的醫生主要是憑書本上的知識，於是容易犯簡單化的毛病。而有經驗的醫生認爲同樣是一種病，但人跟人不一樣，各人有他的身體條件和生活習慣，這都有關係。你要給他治病，就得考慮這些因素。還有名醫張孝騫，他是個西醫，但是因爲他經驗很豐富，看問題就不那麼簡單化，他查房後對年輕醫生寫的病歷總要給以修改補充，認爲他們太簡單化了。去年在黑龍江休假時和我國泌尿科的大名醫吳階平在一起，他就認爲人是很複雜的，光靠醫書是治不了病的。所以這些都說明，能夠認識人體是開放複雜巨系統的還只是少數人，恐怕還有很多人在那兒簡單化地處理問題。對此我們不能着急，要允許別人有個認識過程。人的認識都是由簡單到複雜的，人認識一個客觀現象開始總是把它簡單化，碰了釘子以後才能逐步地改變認識。所以這樣一想，開放的複雜巨系統的概念恐怕有很廣泛地意義，從簡單到複雜，這是人認識客觀世界的一個飛躍。比如關於社會經濟問題，在美國，經濟學家議論紛紛，各說各的，結果老闆們對這些經濟學家的預測也不置可否，甚至有的說還不如擲般子。爲什麼會這樣？就是把開放的複雜巨系統簡單化了。

既然“開放複雜巨系統”這麼重要，那怎麼判斷一個系統是不是“開放複雜巨系統”呢？錢學森在和於景元、戴汝爲合著的《一個科學新領域——開放的複雜巨系統及其方法論》中說：

根據組成系統的子系統以及子系統種類的多少和它們之間關聯關係的複雜程度，可把系統分爲簡單系統和巨系統兩大類。

簡單系統是指組成系統的子系統數量比較少，它們之間關係自然比較單純。某些非生命系統，如自測量儀器，這就是小系統。如果子系統數量相對較多（如幾十、上百），如一個工廠則可稱作大系統。不管是小系統還是大系統，研究這類簡單系統都可從子系統相互之間的作用出發，直接綜合成全系統的運動功能。這可以說是直接的做法，沒有什麼曲折，頂多在處理大系統時，要藉助於大型計算機或巨型計算機。

若子系統數量非常大（如成千上萬、上百億、萬億），則稱作巨系統。若巨系統中於系統種類不太多（幾種、幾十種），且它們之間關聯關係又比較簡單，就稱作簡單巨系統，如激光系統。研究處理這類系統當然不能用研究簡單小系統和大系統的辦法，就連用巨型計算機也不夠了，將來也不會有足夠大容量的計算機來滿足這種研究方式。直接綜合的方法不成，人們就想到本世紀初統計力學的巨大成就，把億萬個分子組成的巨系統的功能略去細節，用統計方法概括起來。這很成功，是普里高津和哈肯的貢獻，它們各自稱爲耗散結構理論和協同學。

如果子系統種類很多並有層次結構，它們之間關聯關係又很複雜，這就是複雜巨系統。如果這個系統又是開放的，就稱作開放的複雜巨系統。例如生物體系統、人腦系統、人體系統、地理系統（包括生態系統）、社會系統、星系系統等。這些系統無論在結構、功能、行爲和演化方面，都很複雜，以至於到今天，還有大量的問題，我們並不清楚。如人腦系統，由於人腦的記憶、思維和推理功能以及意識作用，它的輸入輸出反應特性極爲複雜。人腦可以利用過去的信息（記憶）和未來的信息（推理）以及當時的輸入信息和環境作用，做出各種複雜反應。從時間角度看，這種反應可以是實時反應、滯後反應甚至是超前反應，從反應類型看，可能是真反應，也可能是假反應，甚至沒有反應。所以，人的行爲決不是什麼簡單的“條件反射”，它的輸入輸出特性隨時間而變化。

對於這類系統，“開放”與“複雜”具有新的更廣的含義。這裡開放性指系統與外界有能量、信息或物質的交換。說得確切一些：①系統與系統中的於系統分別與外界有各種信息交輯；②系統中的各子系統通過學習獲取知識。由於人的意識作用，子系統之間關係不僅複雜而且隨時間及情況有極大的易變性。

一個人本身就是一個複雜巨系統，現在又以這種大量的複雜巨系統爲子系統而組成個巨系統社會。人要認識客觀世界，不單靠實踐，而且要用人類過去創造出來的精神財富，知識的掌握與利用是個十分突出的問題。人已經創造出巨大的高性能的計算機，還致力於研製出有智能行爲的機器，人與這些機器作爲系統中的子系統互相配合，和諧地進行工作，這是迄今爲止最複雜的系統了。這裡不僅以系統中子系統的種類多少來表徵系統的複雜性，而且知識起着極其重要的作用。這類系統的複雜性可概括爲：①系統的子系統間可以有各種方式的通訊；②子系統的種類多，各有其定性模型；③各子系統中的知識表達不同，以各種方式獲取知識；④系統中子系統的結構隨着系統的演變會有變化，所以系統的結構是不斷改變的。我們把上述系統叫做開放的特殊複雜巨系統，即通常所說的社會系統。

錢學森在《再談開放的複雜巨系統》中，繼續總結道：

對開放的複雜巨系統，我們可以說：

1.系統本身與系統周圍的環境有物質的交換、能量的交換和信息的交換。由於有這些交換，所以是“開放的”。

2.系統所包含的子系統很多，成千上萬，甚至上億萬，所以是“巨系統”。

3.子系統的種類繁多，有幾十、上百，甚至幾百種，所以是“複雜的”。

過去我們講，開放的複雜巨系統有以上三個特徵。現在我想，由這三條又引伸出第四個特徵：開放的複雜巨系統有許多層次。

這裡所謂的層次是指從我們已經認識得比較清楚的子系統到我們可以宏觀觀測的整個系統之間的系統結構的層次。如果只有一個層次，從整系統到子系統只有一步，那麼，就可以從子系統直接綜合到巨系統。我覺得，在這種情況下，還原論的方法還是適用的，現在有了電子計算機，從子系統一步綜合到巨系統，這個工作是可以實現的。從前我們搞核彈，就是這麼幹的。因爲，核彈儘管很複雜，但理論上僅有一個層次——從原子核到核彈。國外對於這種一個層次的問題，如混沌，即便是混沌中比較複雜的問題，如無限維Navier-Stokes方程所決定的湍流，還有我們在這個學習班上講過的自旋玻璃，都可以這麼處理，他們把這種問題叫複雜性問題。我認爲這種所謂的“複雜性”並不複雜，還是屬於有路可循的簡單性問題。我把這種系統叫簡單巨系統。我們所說的開放複雜巨系統的一個特點是：從可觀測的整體系統到子系統，層次很多，中間的層次又不認識，甚至連有幾個層次也不清楚。

通過錢學森一遍遍解釋，我們終於知道了，真正符合“開放複雜巨系統”特徵的系統，並不是很多，但是，每一個對我們都極端重要，從人腦到人體再到地理和社會，無不關係着個體乃至全人類的生存和發展。今天的人類，看似科技已經非常發達，知識也極大豐富，但是，在那些最核心的問題上，我們還沒有真正突破，我們向內並不真正瞭解自己的大腦和身體，向外也不知道如何讓我們的生存環境變得更好以及讓我們的社會更加和諧。如果這些最根本的問題解決不了，人類所有的折騰，只會製造更多的麻煩。

這就是錢學森的思想高度，他用“開放複雜巨系統”這麼一個看似簡單的概念，直指人類最根本的問題，進而引發一系列學科革命：把人腦作爲“開放複雜巨系統”來研究，就是“思維科學”；把地球表層作爲“開放複雜巨系統”來研究，就是“地理科學”；把人體作爲“開放複雜巨系統”來研究，就是“人體科學”；“社會科學”雖然早已存在，但加上“開放複雜巨系統”的視角之後，其科學性大大增強了，否則，現在的“社會科學”怎麼看都不像“自然科學”那麼嚴謹，存在大量“各執一詞相互辯經”的空間。

只有理解了錢學森的系統思想，我們才能迴應那些思想狹隘愚昧無知的人對錢老的質疑。他們說：錢學森是不是膨脹了？我承認錢學森是火箭導彈專家，但他憑什麼每個學科都能隨意評論？他到底懂不懂？尤其是那些西醫的堅定信奉者，他們覺得錢學森推崇中醫簡直是糊塗至極，錢學森的人體科學理論就是天大的笑話。這讓我們想起了《道德經》中的話：上士聞道，勤而行之；中士聞道，若存若亡；下士聞道，大笑之。不笑不足以爲道。

根據“開放複雜巨系統”理論，我們再來看錢學森對第六第七次產業革命的預測，我們就能理解了，爲什麼第六次產業革命是大農業革命，以及爲什麼錢學森所說的大農業包含農產業、林產業、草產業、海產業、沙產業五大產業，這不就是把地球表層所有能利用的地方全部改造一遍嗎？農業系統本身就符合“開放複雜巨系統”的特徵，而農業又和同樣符合“開放複雜巨系統”特徵的“地理科學”息息相關。我們搞第六次產業革命，就是在改造農業系統的同時，改造地理系統，一方面，充分滿足人類物質需求，讓地球上每一寸空間都不浪費，另一方面，也爲人類提供更優美的生存環境。正如錢學森和張沁文在《農業系統工程》一文中所說：在農村就地建設現代化的生產和居住中心，使所有山鄉、農莊和漁村都變成工業化、園林化、高度有文化的新型小城鎮；以及錢學森等人在《我們應該研究如何迎接21世紀》一文中所說：通過“山水城市”建設，使生活區園林化，我國城鎮及居民點建設也將因此而達到新水平。 爲了實現這樣的目標，就必須順應“開放複雜巨系統”的規律去改造，如果不顧規律肆意折騰，這麼大規模的改造，很容易受到大自然的懲罰。

至於第七次產業革命即人體科學革命，涉及到人的潛能挖掘，人的生命質量提升等，如果不能以“開放複雜巨系統”的視角去理解人體，而是盲目相信科技手段能消滅各種疾病並提升人類壽命，同樣是不顧規律肆意折騰的行爲，後果可能是更加慘重的。而且，人體科學革命爲什麼一定要發生在大農業革命之後，就是因爲，人體是開放系統，是要和環境大量交互的，如果人類生存的環境沒有改造，所有人遠離自然擠在城市的鋼筋混凝土建築裡，人體機能水平是不可能發揮到最大的。

但是，很多人還是不相信第六第七次產業革命會發生，更意識不到第六第七次產業革命發生的背後，涉及到世界觀和方法論的轉變。正如我們所說：在中華文明正重新主導世界的今天，全人類必須搞一場思想革命，這場思想革命的重點，就是從“還原論”主導的世界，切換到“整體論”“系統論”主導的世界。

過去，在“還原論”思想的主導下，人類取得了很多成就，很多人就會想當然認爲，只要繼續沿着這條路往下走，一切都會變好。但是，當簡單問題被我們解決得差不多之後，“開放複雜巨系統”就是人類繞不開的課題。面對這樣的課題，舊方法失效了，但絕大多數人都有思維慣性，他們會堅持往上撞，搞不定就加大力氣，相信大力出奇跡，但這種違反客觀規律的行爲，最終只會頭破血流。幸虧我們還有錢學森，他在系統方面的探索，走得很遠很遠，我們只要沿着他的足跡，一條光明大道，就在我們面前展開。“開放複雜巨系統”只是錢學森系統思想中的一個概念而已，接下來還有更多寶貝，等待我們發掘。我們沒有時間等待那些思想落後的人，我們首先要把自己的頭腦武裝起來，踏上未來的征程。我們還要注意到，錢學森不是一個民間學者，他生前和國家領導人一直保持密切互動，國家的很多戰略決策背後，都有他的影子，甚至今天的“五位一體”總體佈局和“人類命運共同體”構建，也都受到了錢學森系統思想的影響，所以說，我們選擇研究錢學森系統思想，就是有志於成爲人類未來的領路人。