钱学森系统科学思想概述

姚轶崭/文

钱学森是坚定的马克思主义者，中国系统科学的奠基人，在世界科学舞台上开创了独具特色的中国系统学派，系统工程与总体设计部思想是钱学森毕生的追求。钱学森系统科学思想的形成和发展大体可分为三大阶段：第一阶段从上世纪50年代到70年代末，这一阶段的思想内涵集中体现于《工程控制论》和《组织管理的技术——系统工程》；第二阶段的创新发展凝结在1990年发表的《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》；第三阶段的深化研究，标志是2001年发表的《以人为主发展大成智慧工程》。1986年《我对系统学认识的历程》和1995年《我们应该研究如何迎接21世纪》则是两份重要的系统科学思想综述文件。

第 1 章 系统科学的思想——智慧的钥匙

钱学森的系统科学思想是认识客观世界和改造客观世界的学说，是哲学和科学的统一，终究是要用系统科学方法在思维上获得一把通往智慧的钥匙。钱学森思想是一种哲学的科学，也是科学的哲学。哲学即爱智慧，深刻的理解钱学森系统思想需要从哲学层面把握。

1.1 世界是过程集合体

钱学森的世界观是辩证唯物主义的系统观。钱学森认为恩格斯所说的 “世界是过程的集合体”就是系统，相互作用并发展变化。钱学森把世界暂划为 '胀’、'宇’、'宏’、微’、'渺’五个层次，树立统一而多层次的宇宙观，从哲学高度上扩展了认识宇宙的视野。

1.2 科学是内在的整体

钱学森的认识论是科学内在整体的认识论。马克思的预言：“自然科学往后将包括关于人的科学，正像人的科学包括自然科学一样：这将是一门科学”（《1844年经济哲学手稿》）以及德国著名物理学家普朗克的话：“科学是内在的整体，它被分解为单独的部分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。”是钱学森科学认识论的依据。

1.3 性智和量智的统一

钱学森的哲学观是东西融合的智慧观。钱学森借鉴熊十力“新唯识论”，认为人的智慧由“性智”和“量智”构成，此为“大成智慧学”。熊十力创建的“新唯识论”体系会通儒、佛两家哲学，从体用不二的哲学纲领出发，以体用关系沟通性智与量智、哲学与科学，把分离的两者再度联系起来。熊十力指出哲学的根本是证悟本体的性智，它不同于科学认知的量智；性智、量智是两种不同的认识，但性智是量智的源头，而量智则是性智在形气中的显发，如此则科学认识论的基础就奠基在哲学本体认识论的基础之上；中国传统的心性涵养之学不同于西方现代的科学认识论，是达到性智呈现的工夫路径。

1.4 《矛盾论》和《实践论》的指导

钱学森的方法论是矛盾和实践相统一的辩证法。钱学森直截了当地指出：“我们之所以能搞出metasynthesis(也指出metanalysis之不足)就得益于马克思主义哲学、《实践论》、《矛盾论》”。“他们似乎没有从思维创造上讲清社会思维的意义。人是怎么认识客观事物的?毛泽东同志的《实践论》讲得最清楚：是一个辩证综合过程。”

1.5 辩证唯物主义的系统观

用辩证唯物主义的系统观点和方法认识某某系统/体系是钱学森思想的核心。这句话隐含着三层意思：一是主体的系统观点。即一切皆系统，用辩证唯物主义的系统思想认识客观世界；二是客体的系统模型。系统就是由许多部分所组成的整体，也是一种复杂思维或高级思维的基本模型；三是主客作用的系统方法。即主客体相互作用，要用辩证唯物主义的系统方法改造客观世界。系统学所研究的对象隐含可以加上后缀，某某“系统”或某某“体系”，诸如现代科学技术体系包括基础理论、技术科学、应用技术；系统科学体系包括系统论、系统学、系统理论、系统工程；方法论体系包括实践主体、实践对象、实践方法，构成实践系统。

在《再谈开放的复杂巨系统》中，钱学森指出：“哲学界现在争论的许多问题，如什么是主体，什么是客体，什么是思维，什么是意识等等，都会有一个正确的答案了。从唯物主义的观点来看，这些问题是很清楚的。人认识客观世界靠什么？靠大脑，而大脑是物质的，是物质世界的一部分。人靠实践来认识客观世界。这不过是人脑这一部分物质，通过物质手段，与更大范围的客观物质相互作用的过程。什么主体，什么客体，什么思维，什么意识，都只不过是讨论研究这一相互作用过程中使用的术语而已。每次所认识的，只是客观世界的很小一部分，所以要再实践，再认识，才能不断扩大我们对客观世界的认识，这个过程是无穷尽的。所以，哲学界争论不休的问题，从开放的复杂巨系统的观点和从思维科学观点来看，都是很清楚的。”

钱学森所理解的辩证唯物主义，绝不是狭隘的辩证唯物主义；只有从性智、量智、涵养的融汇，唯象、唯理、唯识的统一，矛盾、认识、实践的反复，才能真正窥探钱学森全部思想的隐秘发源地。钱学森在《书信》中说，是“文化大革命”教育了他，使他认识到，仅仅懂得自然科学知识是不够的，他必须扩大自己的视野，学习社会科学。所以在改革开放以后，他努力学习社会科学，尤其是哲学。从《书信》中你会了解到，钱学森不仅学习“正统的”马列著作，同时他还读过黑格尔、普列汉诺夫、布哈林、卡尔·波普等等在当时看来并不那么正统的哲学家著作。他还从中国古代的儒、墨、道、法、佛和易经等等哲学思想中吸取精华。

第 2 章 系统科学的框架——现代科学技术体系

钱学森开拓纵横，以吸纳一切人类科学和经验的勇气要为国家社会主义建设提供一个科学框架——现代科学技术体系。钱学森的系统科学是辩证唯物主义下的系统科学，是现代科学技术体系下的系统科学，是通向大成智慧学说的系统科学。

2.1 系统科学的系统——互为参照的自指系统

钱学森在《我对系统学认识的历程》中谈到：“什么'系统学’？我想把'系统学’一词的英文译作Systematology。讲'系统学’也必然联系到'系统论”，给'系统论’起一个英文名字，我想是不是可以叫Systematics。…要讲这个问题，我必须先说一下人类的知识问题。…”也就是说，钱学森是在一个更高的、更广的“人类知识体系”范围内俯瞰、审视和讨论“系统科学”的。

“一切皆系统”是钱学森思想的隐秘前提，即系统科学自身也是一个系统，有其开放性、动态性、协同性、演化性；这意味着系统科学是一个“自我指涉”的系统。这种自我指涉也使得系统科学在现代科学技术体系中的位置非常特殊，系统科学是现代科学技术体系的一门类，现代科学技术体系也是系统科学的一系统；离开现代科学技术体系谈钱学森的系统科学是狭隘的，没有系统科学的思想理解现代科学技术体系也是茫然的，这两者是自我指涉、互为参照的。系统科学作为一个“自我指涉”系统，在本体论、认识论、方法论层面达到了内在的统一。

2.2 现代科学技术体系——动态的复杂网络体系

钱学森把全部的人类知识看作一个系统，对整个系统做结构上的分析，并确定系统组成的元素,形成包括横向的层次结构和纵向的门类结构的现代科学技术体系。钱学森特别强调科学技术体系是个开放的复杂的动态网络体系，是人类认识客观世界，改造客观世界的整个知识体系。可以把现代科学技术体系看作“洋葱”模型，顶端的哲学是一统性的，中间的科学层则是分化的，底端的工程是综合性的，科学在哲学层面获得了抽象统一，在工程层面获得了综合应用。

图2‑1 现代科学技术体系

随着社会的发展、科学的进步，这个体系不仅结构在发展，内容也在充实，还会不断有新的科学部门涌现，指出它在全人类不断认识和改造客观世界的活动中发展变化。即这张矩阵表应该看作一个“活系统”，和外界不断的进行信息交流，认识和改造客观世界的所形成的经验，成为前科学；内部在性智和量智的运动下前科学成为科学，科学上升为哲学，哲学又反过来指导科学，信息元素纵横交叉流动，集大成得智慧，形成更高层面的智慧。

1、横向的层次结构——按实践的层次分类

钱学森在构建现代科学技术体系时，把科学技术分为工程技术（应用技术）、技术科学、基础科学和哲学四个层次。辩证唯物主义处在这个体系的最高端，它是人类知识的最高概括，也是人类智慧的最高结晶。马克思主义哲学的核心是辩证唯物主义。这个核心加上通过十一大科学技术部门的桥梁就形成了马克思主义哲学本身的体系结构。但哲学体系又不独立于现代科学技术之外，而是通过十一架桥梁，指导着十一大部门的研究工作，这是科学技术发展的一个根本思想。

恩格斯早就说过，由于自然科学的兴起，“自然哲学就最终被清除了”（《马克思恩格斯选集》，第 4 卷，第 242 页）。现在由于科学技术的形成，只有同全部科学技术相结合的哲学才是马克思主义哲学，其他的所谓“哲学”也将“最终被清除了”。从这个意义上说，这就彻底解决了马克思主义哲学的对象问题。

2、纵向的门类结构——按研究的角度分类

钱学森的系统思想在科学技术体系中的体现，最核心之处是：基于各门科学研究的对象都是统一的物质世界，区分只是研究的角度不同。这种科学分类方法打破了以往按照某个固定对象、固定的物质形式对科学进行分类的局限，开阔了研究问题的思路。这有利于人们多学科、多视角的研究问题，更全面和综合的解决问题。

自然科学研究整个客观物质在时空中运动这个侧面；社会科学是研究整个客观世界中人类社会的运动和发展；数学科学是研究客观世界中数量与质量的辩证统一；系统科学就是从系统的结构与功能的观点出发去研究整个客观世界；思维科学是从人认识整个客观世界的角度去研究；文艺理论是从美的角度去研究的；军事科学早已不限于战争，而是从矛盾斗争的角度去研究整个世界，包括“科技战”、“智力战”，还有商战；而行为科学是从个人与社会的相互作用这个角度去研究整个客观世界的。

2.3 系统科学知识体系

系统研究以及复杂性研究吸引了国内外众多领域的专家学者，但都从各自专业角度使用认为适合的名称，一度比较混乱，正如许国志院士所说的：“人各一词，莫衷一是。”钱学森建立的系统科学体系层次分明，不仅指明了已有学科的层次归属，还指出了进一步发展的方向，使上述局面变成为“分门别类，共居一体”，这对系统科学的发展具有重大意义。

在钱学森建立的系统科学体系中，处在工程技术或应用技术层次上的是系统工程，这是直接用来改造客观世界的工程技术，但和其它工程技术不同，它是组织管理技术。处在技术科学层次上直接为系统工程提供理论方法的有运筹学、控制论、信息论等；而处在基础科学层次上属于系统理论的便是系统学和复杂巨系统学。系统学和复杂巨系统学都是揭示客观世界中系统普遍规律的基础科学，这是需要建立的一门新兴学科。这样三个层次结构的系统科学经过系统论通向辩证唯物主义。系统论属于哲学层次，是连接系统科学与辩证唯物主义的桥梁。关于系统论，钱学森曾明确指出：“我们所提倡的系统论，既不是整体论，也非还原论，而是整体论与还原论的辩证统一。”

图2‑2 系统科学体系

钱学森的系统思想是进行分析与综合的辩证思维工具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学的表达形式，在运筹学、控制学、信息学、事理学等系统理论那里取得了定量的表达形式，在系统工程那里获得了丰富的实践内容。

第 3 章 系统科学的研究——创建中国系统学派

自上个世纪80年代初开始，钱学森积极倡导和推动创建系统学的工作，致力于发展系统科学的基本理论。钱学森指出，创建系统学是发展整个系统科学学科体系的基础，“创建系统科学的基础理论——系统学已经是时代给我们的任务。你不把这门学问搞清楚，把它建立起来，你就没有一个深刻的基础认识。”“我觉得系统学的建立，实际上是一次科学革命，它的重要性绝不亚于相对论或量子力学。”

3.1 系统学派

上世纪以来，系统科学研究已经形成了一些有重大影响的理论和有特色的研究“学派”。其中有以非线性自组织理论为基本内容的“欧洲学派”；以复杂自适应理论为代表的“美国学派”；以开放的复杂巨系统理论为代表的“中国学派”。

表3‑1 系统学派

系统学派	基础理论	代表人物	工具	研究起点	核心概念
欧洲学派	自组织理论 耗散结构 协同学 超循环 突变论	普利高津 哈肯	非线性数学	物理系统 化学系统	耗散结构 序参量 吸引子
美国学派	复杂自适应理CAS	圣菲研究所 霍兰	计算模拟	经济系统	涌现 隐秩序
中国学派	开放的复杂巨系统理论	钱学森	人机结合 以人为主	宇宙系统 地理系统 社会系统 人体系统 大脑系统	系统态 功能态 灵感思维 集体思维 大成智慧

欧洲学派是以普利高津、哈肯及其学派为研究主体的。使用非线性数学工具把物理系统和化学系统的自组织理论(耗散结构理论、协同学)严密化、体系化，并使这些理论普适化，拓展到生物系统、经济系统和社会系统。

美国学派其主要研究基地是美国的圣菲研究所。1994年霍兰提出复杂适应系统 (CAS，Complex Adapt System)理论，把系统元素理解为“活的”、具有主动适应能力的主体，引进了宏观状态变化的“涌现”(emergence)概念，从而对从简单中能够产生复杂的观念进行了逻辑性的阐述。

以钱学森为代表的中国系统科学工作者，提出了开放的复杂巨系统及其方法论，把研究基点放在“人的因素”上，就是说放在以人为元素的系统或者有人的因素的系统。开放的复杂巨系统的四类典型系统：地理与生态环境系统、社会经济系统、人体系统、人脑系统，其共同特点是都涉及生命现象，而且是涉及人的高级生命现象。人具有意识，人的主动性的本质，体现在能动地认识世界和改造世界；人，不仅有自然属性，还有社会属性和精神属性。钱学森对于“人具有意识”特别重视。由于人的因素极端复杂，开放的复杂巨系统的研究，目前还没有形成从微观到宏观的理论，但有了研究这类系统的方法论，就是钱学森与其合作者提出的“从定性到定量综合集成方法”和“从定性到定量综合集成研讨厅体系”。这是方法论上的创新，给出了研究和解决复杂巨系统和复杂性问题的有效途径。

3.2 系统分类

系统在自然界、人类社会包括人自身是普遍存在的，因而现实中存在着各种各样的系统，这样也就有了各种各样的系统分类。系统分类反映着系统理论的出发点，按系统的实际内容可分为：一般系统与具体系统，天然系统和人造系统，物质系统与观念系统，生命系统与非生命系统；按系统的数学模型可分为：封闭系统与开放系统，静态系统与动态系统，线性系统和非线性系统，)连续系统和离散系统，确定系统与非确定系统（概率系统和模糊系统），黑色系统、白色系统、灰色系统，大系统与中小系统，子系统、分系统、超系统。美国系统论专家罗素·艾柯夫(Russell L. Ackoff)从目的性出发,认为这个世界上有四套系统：机械系统、生物系统、生态系统，和社会系统。

以上系统的分类虽然比较直观，但着眼点过份地放在系统的具体内涵，反而失去系统的本质，而这一点在系统科学研究中又是非常重要的。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：简单系统是指组成系统的于系统数量比较少，它们之间关系自然比较单纯。简单系统小系统。如果子系统数量相对较多（如几十、上百），如一个大工厂，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。

简单巨系统：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。若巨系统中子系统 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。

开放的复杂巨系统：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。些系统无论在结构、功能、行为和演化方面，都很复杂。

开放的特殊复杂巨系统：再上一个层次，就是以人为子系统主体而构成的系统，而这类系统的子系统还包括由人制造出来具有智能行为的各种机器。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系统与系统中的子系统分别与外界有各种信息交换；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。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。我们把上述系统叫作开放的特殊复杂巨系统，即通常所说的社会系统。

系统的这种分类，清晰地刻画了系统复杂性的层次，它对系统科学理论和应用研究具有重大意义。

3.3 系统理论

在中国系统学派的建立上，钱学森的开创性贡献有：

1、明确系统学的学科性质。指出系统学是研究系统结构与功能（系统的演化、协同与控制）一般规律的科学，是研究系统一般规律的基础科学。

2、提出系统学的建立途径。关于系统学的建立途径。钱学森强调，发展系统科学基本理论，需要从各相关学科的发展中去综合、抽象和提炼，除了需要从系统工程实践以及运筹学、控制论、信息论等这些系统科学体系内的技术科学去提炼、概括以外，还需要从自然科学中的物理学、化学、生物学等学科中汲取素材，特别是与系统的演化与协同有关的自组织理论、非线性系统动力学、超循环理论等，它们都揭示了许多的系统规律。他说：“我认为把运筹学、控制论相信息论同贝塔朗菲、普里高津、哈肯、弗洛里希、艾根等人的工作融会贯通，加以整理，就可以写出《系统学》这本书。”[钱学森等著《论系统工程·前言》（增订本），湖南科学技术出版社，1988 年]

3、指出系统学的研究内容。钱学森认为应该从一个一个具体的开放复杂巨系统入手进行研究，当这些具体的开放复杂巨系统的研究成果多了，才能从中提炼出一般的开放复杂巨系统理论，形成开放的复杂巨系统学，作为系统学的一部分。五十年代形成工程控制论就是采用这个办法，从一个一个自动控制技术中提炼出来的。

宇宙系统、地理系统、社会系统、人体系统和大脑系统是五个最为典型的开放复杂巨系统。其中：实践经验和资料累积最丰富的是社会系统和人体系统；前者是关系到国家事务的大问题，后者是涉及人民保健医疗的大问题。钱学森指出地球上生命演化过程“从无生命到有生命，然后进一步的生命演化现象，这里面有过程演化的大量素材，也有许多没有解决的问题，是系统学的一个可用武之地”。在更宏观的尺度上，地理科学也必须用系统科学的方法，从系统的角度考虑地球表层与人类社会活动的相互影响。脑科学、思维科学，以及心理学基本理论的突破在于找出人体巨系统的规律，这完全得靠系统学。从大脑到思维的关键问题是从神经元的微观到思维这一宏观现象，应该强调网络或系统的整体作用。

4、提炼系统学的重要概念，包括：还原论和整体论、系统态和功能态，结构与功能、信息与控制、混沌与有序、竞争与协同、物理和事理、层次性、复杂性等。

（1）还原论和整体论

系统论是还原论和整体论的辩证统一。

（2）系统态和功能态

系统状态(System State)是描述开放的复杂巨系统的整体行为概念，如有奇异吸引子，即为系统态(System Eigenstate)。由于开放的复杂巨系统是多层次的，其功能状态变化的可能性是非常广泛的，有可能出现一些超出常规的现象。人体系统出现的人体特异功能，这是意想不到的，使不少人不能接受，但又是客观存在的。社会经济系统的'良性循环’、'协调发展’就是一种系统态。中国共产党领导的这个社会系统，只要组织得好，是可以作出意想不到的成就，这就是中国这个社会的“特异功能”。

（3）结构与功能

系统内部结构和系统外部环境以及它们之间的关联关系，决定了系统整体性和功能，揭示系统存在、演化、协同、控制与发展的一般规律，就成为系统学和复杂巨系统学要研究的基本问题。

（4）信息和控制

从辩证唯物主义角度来认识，信息还是物质的，是物质运动的表现。信息和动量、能量一样，是人认识物质运动的需要而提炼出来的概念，物体自身是不知道什么叫动量和能量的。

系统学不仅要揭示系统规律去认识系统，而且还要在认识系统的基础上去控制系统，以使系统具有我们期望的功能。把控制的思想与概念引入到系统学，是钱学森的一个重要学术思想。

（5）混沌和有序

微观混沌(就其无序意义来说)是宏观有序的基础。

（6）物理和事理

钱学森等人提出“事理”这个崭新的科学概念，科学上第一次区分了物理和事理。物理即物质运动的规律，事理即人们办成办好事情的规律。物有物理，享有事理。运筹属于事理，运筹学属于有关事理的科学，运筹学是办事的理论。系统工程是办事的技术。

钱学森给出界定；“运筹学，那是在一定外部规范及信息条件下，使系统取得最佳运行的学问。”“事理学，那是专门研究系统内部各种运行的条件和法律、法规，目的是使系统运行优化。”又说：“运筹学和事理学都是利用环境以求最佳效益，不同之处在于运筹学是即时效益而事理学是长时期的效益。对一个系统的多次运筹考虑后也自然会发现事理学性质的启示。”

（7）层次性

层次是钱学森特别重视的一个概念，在不同领域都有层次性思维，在这个层次无法认识的问题，在下一个层次可以获得认识。钱学森提出物质世界渺观、微观、宏观、宇观、胀观（Swelling-cosmic）五个层次。

图3‑1 钱学森五观层次

在某些局限性下出现的非决定性问题，在更高层次中又会变为决定性的。

我们称基本粒子的世界为微观世界，那超弦的世界不应该称为更下一个层次的渺观世界吗？这就使我猜想；微观层次的量子力学所表现出来的非决定性，实际是决定性的渺观层次中十维时空运动的混沌所形成的。本来是决定性的运动，但看来是非决定性的运动。这是因为超弦的渺现世界是十维时空，有六维在微观世界看不见，不掌握，因而有六个因素没有考虑，漏掉了。可以说是因为微观世界科学家的“无知”，造成本来是决定性的客观世界，变得好像是非决定性的了。这才是“隐秩序”，藏在渺现的秩序。

（8）复杂性

钱学森认为的复杂性是系统的复杂性，是在不同的外界条件下它的形态、功能的多样化。复杂性研究是开放复杂巨系统的动力学问题，实际上属于系统理论畴。钱学森从方法论角度来区分复杂性和简单性问题，凡现在不能用还原论方法处理的，或不宜用还原论方法处理的问题，而要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题。

（孟云飞转自八号院研讨厅）