试论科学的融合

早在一百多年以前，马克思就曾经预言：“自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面，正如同关于人类的科学把自然科学总括在自己下面一样：它将成为一个科学”。钱学森教授十分推崇这句话，并称这一过程为自然科学与社会科学的一体化。在他的影响下，我国系统工程界的一些学者开始注意学习社会科学知识，并与社会科学家联合研究一些软科学及管理科学问题，且已取得了一些成果，如《国家12个重要领域技术政策的研究》、《人口系统定量研究及其应用》、《2000年的中国》等。

从科学的发展历史中可以看出，在科学处于萌芽阶段的古代文明中，科学是一个统一的体系。作为古代科学代表人物的亚里士多德，就是将哲学、自然科学与社会科学综合在一起而建立了一个包括哲学、天文学、物理学、动物学、植物学、逻辑学、政治学、美学等等方面的体系。以后哲学逐渐独立出来，并被迫披上了神学的外衣，而科学的发展也由于受到社会政治动乱的干扰和宗教意识形态的压制，基本上长期处于停滞的状态，仅在中国及阿拉伯国家取得了一些进步。直至15世纪下半叶，在文艺复兴运动的推动下，随着社会的进步及生产的发展，科学才逐渐分化为自然科学与社会科学两大部类，而每一部类又逐渐分化为各门学科，这一过程直到18世纪才基本完成，并分别形成了自然科学与社会科学两大科学体系。这一科学分化的过程至今仍在继续，并已经形成了自然科学、技术科学、社会科学与人文科学四大部类。

在科学不断分化的同时，科学的融合过程也在悄然兴起。一是同一科学部类内部的有关学科之间的相互交叉与渗透，产生了例如物理化学、生物统计、射电天文、经济地理等学科；二是不同部类的有关学科之间的相互交叉与渗透，产生了例如数理经济、社会生物、计量历史等学科；三是由于科学与技术的紧密结合，使得许多学科实现了工程化，产生了例如化学工程、生物工程、知识工程、金融工程等学科；四是近数十年来出现了系统论、控制论、信息论、协同论、突变论、耗散结构论、超循环论、混沌理论等一批“横断”学科，它们所发现的一般规律正在越来越多的学科中得到应用；五是由于科学研究活动的群体化及社会化程度不断提高，以及数学模型及计算机的普遍应用，自然科学家要学习经济与管理知识，而社会科学家则要学习数学与计算机知识，双方的相互了解日益增多。目前这一融合过程还在继续并不断增强，最后将会在此基础上实现新的综合，进而实现科学的融合。

实现科学融合的哲学基础是客观世界的系统性，即客观世界是一个由相互联系的各部分所组成的，不断发展变化的系统。由于每一门学科的研究对象仅是这一系统中的一小部分，因此在研究过程中决不能忽视其研究对象与系统其它部分的联系。而只有将各门学科及各学科部类的研究成果综合集成起来，才能取得对客观世界的全面的认识。著名的物理学家普朗克早就指出：“科学是内在的整体，它被分解为单独的整体不是取决于事物的本身，而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在着从物理到化学，通过生物学和人类学到社会学的连续的链条，这是任何一处都不能被打断的链条”。近年来，一些有识之士不断大力鼓吹和推进跨学科研究，试图由此找到一条通过学科间的融合来解决复杂性问题的道路，并已取得了一些有意义的成果。

但是，应当看到，实现科学融合是一个长期的、艰巨的、有时甚至是痛苦的过程。由于各门学科的研究对象、发展历程、研究方法等方面的不同，再加上长期以来的学科分割、“隔行如隔山”、“文人相轻”等主观因素，以及缺乏人才、技术及经费等客观因素，使得学科之间的综合集成难以实现，距离科学融合的目标就更加遥远了。

近年来有些未来学家指出，由于科学发展的代价增大及科学研究中的保守倾向，科学发展的速度可能变慢，甚至出现一种知识危机，而为了获得最大限度的科学进展，至关重要的是研究科学中的方法，而不是科学中的技术。本文试图从战略的高度来探讨推进科学融合的几个重要问题，希望能引起各方面对此问题的重视，并在推进科学融合的过程中不断实现科学方法的创新。

自本世纪初以来，由于社会实践的广度及深度的迅速扩展，以及科学技术的高度发展，人们对客观世界的系统性及系统的复杂性的认识也更加全面而深入。这种认识可以概括为以下几个方面的结合（辩证的统一）：

1．微观与宏观的结合。人们从个体的角度（微观）来认识事物与从总体的角度（宏观）来认识事物有相当大的区别。为了对客观世界取得全面而深入的认识，必须注意微观与宏观的结合。

2．层次结构与功能结构的结合。系统有两种基本的结构，即层次结构（由物理位置或逻辑位置相近的单元所组成）与功能结构（由实现同一功能的单元所组成）。研究一个系统时，必须注意这两种结构的结合。

3．静态与动态的结合。由于客观事物在研究过程中会不断变化，若想获得尽可能全面的认识，通常只有两种办法，一是将其某一状态人为地“冻结”起来，再在“离线”的情况下进行详细的研究；二是尽量加快研究的进程，从而可在研究对象的状态变化尽可能小的“在线”情况下完成。最好的方法是将静态与动态结合起来，从一事物过去的状态推移来加深对其现状的认识，并预测出其发展变化的方向。

4．系统与环境的结合。系统与环境之间有着千丝万缕的联系，并常有物质、能量及信息的交换。因此在研究一个系统时必须注意其与环境的联系，特别是在系统与环境边界处所发生的过程。同时还应注意系统与环境之间的相互作用。

5．明确性与模糊性的结合。应当承认，客观世界从哲学上说是可知的。但在实际上却总有未知的部分。因此我们应当承认在对客观世界的认识中存在着一定的模糊性，并采取适当的方法来处理这种模糊性，使其相对地“明确化”。

6．确定性与随机性的结合。应当承认，确定性与随机性都是客观存在的。从较短的时期内和较低的层次上看来，随机性可能会出现较多，甚至会起主导作用；但是从较长的时期和较高的层次上看来，确定性还会起主导作用。例如人类历史的发展方向从长远和全球的角度看来是确定的，但在某一时期或某一国家内则完全可能出现混乱、倒退或反复。人们永远不可能准确地预测未来，但概括地预测未来是完全可能而且十分必要的。这就是确定性与随机性的结合。

7．自组织与他组织的结合。由于系统内部各单元之间的相互作用，可以使系统向功能更强、更加适应外部环境的方向发展变化，例如生物的进化、技术的进步、社会的发展，等等。这一过程就称为系统的自组织。在某些情况下，可以通过外部环境的改变，人为地加速或延缓系统的发展变化，这一过程可称为系统的他组织。例如在经济系统中，无数企业及个人的日常经济行为通过市场这一“看不见的手”在促进经济的发展，而政府这只“看得见的手”也可以通过调整利率、税收政策及货币发行量等手段来进行宏观调控。在任何一个国家的经济系统中，都存在着这两只手的作用，只不过在二者相对的强弱上有所区别。但应当注意的是，宏观调控决不能违反客观的经济规律，否则将会适得其反。

在上述认识的基础上，美国的一些科学家于80年代初明确提出了系统的复杂性问题。例如SFI的科学家们认为，复杂系统是由大量相互作用的单元构成的系统，复杂性的研究内容则是研究复杂系统如何在一定的规则下产生有组织的行为，进而提出了复杂的适应性系统的概念。在这一思想指导下，他们集中了一批优秀的科学家进行了跨学科的研究，并已在经济系统的发展、免疫系统的形成、人工生命、人工神经网络计算等方面取得了一些有意义的成果。

如果说自50年代以来，科学家们已逐渐接受了客观世界的系统性的观念，那么在90年代的今天，科学家们还应当接受系统的复杂性的观念。综合中外科学家迄今为止在复杂系统方面的研究成果，可以认为系统的复杂性主要表现在以下几个方面：

（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、多功能的结构，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，它不断处于发展变化之中，而且系统本身对未来的发展变化有一定的预测能力。虽然每一个学科所研究的对象仅是客观世界的一小部分，而且各不相同，但如果科学家们都能对客观世界的系统性及系统的复杂性取得一致的认识，将会极为有利于促进科学的融合。

尽管各部类科学的研究方法大不相同，即使在同一部类的各学科之间的研究方法也不尽相同，但从方法论的高度上说，对复杂系统应当有一个带普遍性的研究方法。可以认为，钱学森教授于1990年提出的定性与定量相结合的综合集成方法是迄今为止最值得重视的方法。这一方法的实质是将科学理论、经验知识和专家判断相结合，提出经验性的假设，再用经验数据和资料以及模型对其确实性进行检测，经过定量计算及反复对比，最后形成结论。它是研究复杂系统的有效手段，其主要特色如下：

1．定性分析与定量分析相结合

定性分析广泛用于社会科学与人文科学的领域内，这一方面是由于难以对其研究现象作定量的描述，另一方面则由于它主要依靠研究人员的经验。定量分析广泛用于自然科学与技术科学的领域中，这一方面是由于其所研究的对象是数量化的，另一方面则由于它主要依靠丰富的数据及严密的推断，依靠经验的成分较少。当前应当注意克服重定量而轻定性的倾向。特别是有些自然科学家和技术专家片面地认为只有定量的方法才是科学的方法，对定性的方法采取排斥的态度，这种偏见对科学的融合是极端有害的。实际上，只有定性分析与定量分析相结合，才能得出真正科学有效的结合。

2．分析与综合相结合

简单地说，分析就是了解一个已有系统的单元、结构及功能，而综合则是将有关的单元集成为一个具有预定功能的系统。在研究复杂系统时，这两种手段是交替使用、相辅相成的。我们既要了解一个系统是由哪些单元所构成，其层次结构和功能结构如何，系统的总体功能是什么，也要了解系统是如何通过组织及自组织而不断演化的，如何由低级状态逐步发展到高级状态。对某一层次的分析通常会为其上一层次的综合打下基础。

3．专家知识的集成

复杂系统的研究通常需要多学科领域的专家们参加，这就需要有一个将各领域专家的知识进行集成的方法，而且这一集成过程应当贯彻研究的全过程。决策者应当向软科学专家提出课题，并尽量参加总体框架的制定及方案选择的讨论，还要在研究过程中经常与软科学专家及领域专家交换意见。

4．专家经验判断与计算机运算的结合

专家的经验判断是十分宝贵的，它通常包含着对系统的结构及动力学的深刻了解，但是这种判断往往是定性的，而且不尽一致。而计算机运算则具有强大的数据处理能力，能够以很快的速度定量地显示专家的判断，展示系统的结构与发展，并能模拟出各种假想方案的预期结果。因此复杂系统的研究需要人脑与电脑的结合。一般来说，人脑比较擅长于形象思维，富有创造性，适于进行定性分析；而电脑则擅长于快速计算及按照既定的规则进行严格的逻辑推理，虽然可以具有自学习功能，但绝无创造性，适于进行定量分析，二者正好可以相辅相成。

为了发展并完善定性与定量相结合的综合集成方法，需要在一些关键技术上有所突破。例如在软科学研究中就需要突破定性变量及其相互关系的量化技术、开放的复杂巨系统的总体表征技术、价值体系的建立及表达技术、群决策中的妥协技术，等等。

为了促进科学的融合，需要采取以下几项战略措施：

1．鼓励科学家自觉地学习并掌握马克思主义哲学

大多数科学家是具有朴素的辩证唯物主义倾向的。如果他们能自觉地学习并掌握马克思主义哲学，一定会如虎添翼，更有利于推进其研究工作，并促进科学的融合。

2．鼓励跨学科的研究

建议先围绕国家目标，选择一批重大的课题，打破学科、行业、部门的界限，组织起跨学科研究的队伍，并不断探索改进其组织体制及运行机制。目前有些名为跨学科的课题，实际上其内部还是学科壁垒森严，各行其是，这种状况应当改变。管理科学与软科学是自然科学与社会科学的接合部，理应成为推进科学融合的突破口。

3．努力培养跨学科研究人才

这类人才是一种复合型人才，他们既要有扎实的理论基础、掌握系统工程的基本方法、能熟练地使用计算机、有较强的外语能力，又要思想敏锐、勤奋好学、知识面较广、有较强的分析能力及组织能力。为此应当认真挑选一批思想及业务素质好、有志献身于跨学科研究事业、文化程度在大学毕业以上的青年加以培养。鼓励他们在业务上深入钻研，在实践中刻苦锻炼，不断积累经验。同时还应当为他们创造较良好的工作及生活条件，使他们能安心于跨学科研究。同时还要在现有的领域专家中选择一些思路清晰、学识广博的人员加以培训并赋予重任，使他们能逐渐成为跨学科研究中的帅才。从长远看来，在高中似不宜实行文理分科，在大学中应当提倡让学生适当选修一些其它专业的课程。

4．为科学的融合创造必要的条件

在我国实现科学的融合还需要克服许多困难，估计需要相当长的时间，但是从现在起应当努力为此创造条件。建议可先安排一批有关的基础研究课题，例如复杂性研究等，同时应适当增加对管理科学及软科学研究的投入。还可以通过举办研讨会、学习班等形式，增强自然科学界与社会科学界的相互了解。

实现科学的融合是一项长远而艰巨的任务，其中有许多问题还需要从理论上进行深入探讨并在实践中不断积累经验。笔者之所以不揣浅陋地提出这一问题，正是希望能引起更多有识之士的重视，并为实现这一宏大的目标而共同努力。