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非线性科学及其在心理学中的应用非线性科学及其在心理学中的应用2010-04-22 21：15李小平(南京师范大学教育科学学院，江苏南京210097)摘要：长期以来，心理学一直以线性的科学模型作为理论基础，追求一种简单明了的因果关系，并以此来说明人类行为的确定性规律并预测行为的变化和发展。但是，线性的方法只是在简单系统中是有效的，作为开放、演化和复杂的心理系统，我们是难以用确定性的方法来加以描述的，而非线性科学则为我们理解真实、复杂系统提供了一个新的视角。由于人的心理的本质是非线性的，所以非线性科学的概念和方法已经受到了心理学界的广泛重视，并开始运用于心理学的许多领域。关键词：非线性科学；复杂性；心理学的发展中图分类号：文献标识码：文章编号：1001 4608(2005)02 0084 05非线性科学是一门旨在探索复杂性的横断性学科。自从1960年代爱德华洛伦兹(Edward Lorenz)研究大气湍流，提出所谓的蝴蝶效应并进而导致混沌概念的产生以来，非线性问题已经在物理、化学、生物学、社会学乃至心理学领域受到了广泛的重视，并成为当今世界科学的前沿和热点。美国著名未来学家，第三次浪潮的作者阿尔文托夫勒将非线性科学的产生看作是改变科学本身的一个杠杆，是当今科学的历史性转折的一个标志，它迫使我们重新考察科学的目标、方法、认识论、世界观1(p.7)。的确，当我们用非线性的概念和方法来考察自然、社会和人的心理的时候，展现在我们面前的是一片广阔而崭新的天空。一、线性、非线性的概念界定线性与非线性本来是一对数学概念。所谓线性的数学含义是指两个变量之间具有正比例关系，它在笛卡尔坐标平面上表示为一条直线，线性由此而得名。一般说，如果一个多项式函数的最高次幂是一次的，就称它为线性函数或线性方程，否则就是非线性函数或非线性方程。非线性函数的变量之间没有像正比例那样的直线关系，在坐标平面上表示为一条曲线。线性函数具有简单的比例关系，满足叠加原理，即若1、2是方程的两个解，则其线性组合a1+b2也是该方程的一个解，它表示在线性函数中，整体等于部分之和。而非线性函数则不具有简单的比例关系，叠加原理也不成立，整体也不是局部之和。从线性与非线性的物理含义来讲，它们的区别主要表现在三个方面，首先在运动形式上非线性现象表现为从规则运动向不规则运动的转化和跃变，而线性运动一般表现为时空中的平滑运动；第二，从系统对外界影响和系统参量微小变化的响应上看，非线性系统中参量的极微小变化，在一些关节点上，可以引起系统运动形式的定性改变，而线性系统往往表现为对外界影响成比例的变化；第三，反映在连续介质中的波动上，非线性作用可以促使空间规整形结构的形成和维持，而线性行为则表现为色散引起的波包弥散结构的消失。第三点的含义是指在一个非线性系统中，系统自身存在自组织机制，它能够使系统由无序转变并维持一种有序的结构。二、线性科学及基于线性科学模型的心理学从牛顿、伽里略时代开始，线性思想一直是近现代自然科学所遵循的基本准则。科学相信宇宙的和谐，并以研究自然界的秩序和规律为宗旨。经典科学或牛顿体系所描绘的世界是一个机械的、由决定论支配的世界，在这个世界中，每一个事件都由初始条件决定，而只要给出了初始条件，我们就不仅可以预言未来，甚至还能追溯过去。决定论的思想在拉普拉斯(P.S.Lap lace)那里被发挥到了极致。2(p.77)尽管当时已经出现了概率论，但拉普拉斯认为，概率论研究的是尚未被我们充分认识的事件，而不是客观上不确定或类似偶然性那样的事件。决定论的思想，包括拉普拉斯的观点，在科学界曾经盛行一时。人们坚信世上万事万物的形成和变化都有其确定的内在原因，而对确定的因果律的探寻就成为科学研究的终极目标。而正是这些理论及理论的哲学基础-实证主义，深深地影响了心理学的发展。决定论及实证主义的思想使得心理学在20世纪的大部分时间里一直在追求一种线性的、或者说一种简单明了的因果关系，并试图用这种因果关系来说明人类行为的确定性规律并预测行为的变化和发展。将线性的科学模型作为自己理论基础的最典型的就是行为主义和精神分析理论。斯金纳就像拉普拉斯一样，相信只要能发现强化相依(rein2forcement contingencies)关系，行为就是可以预先决定的，也是可以预测的了。经典的精神分析理论同样采用线性的科学模型，弗洛伊德的固着退化(fixation regression)模型就来自他这样一个观点：种系发生的力量要超过个体发生的力量，儿童发展的不同阶段就是人类祖先的经验在他们记忆中的恢复与固着，而心理的病态就是个体退化到种系发生中某一阶段的结果。那么心理疾病治疗的目的就是逐渐发现心理创伤所对应的某个固着点3(pp.25 26)。由于心理病态能够追溯到不同的固着点，因此，人的发展就是线性的。线性的发展观把人的发展看作是一个连续的过程，这个过程可以被测定分解为一个个小的不连贯的步骤。不仅在行为主义和精神分析理论中，而且在1960年代发展起来的认知心理学也受到了线性科学的影响，它采用形式计算系统或符号运用来研究人的认知活动，将人和机器进行类比，希冀像自然科学通过把自然视为机器获得成功那样，把人视为机器来获得成功。美国联邦矫正机构的临床心理学家Glenn D.Walters就说过，虽然人类的行为被界定为是在相互作用中产生的动态过程，其中有些是线性的，有些是非线性的，但不幸的是大量的心理学研究却是集中在静态的、单维的和线性的关系方面4(p.188)。就线性科学对心理学的影响来看，可以概括为这样三个方面，一是认为心理的发展是渐进的，过程是平稳的。心理发展的间断、跳跃及突变既是心理疾病的原因，同时也被看作是心理疾病的症状。换句话讲，心理的平衡与稳定往往就被看作是心理健康的标志，治疗的目的主要是将不平衡转化为平衡，使不稳定趋向于稳定。二是认为整体是局部之和，通过分析性研究即可获得关于心理现象的整体性知识，比如人格的整体性就可以通过其组成部分来表示。三是强调行为的客观性和因果制约性，同时追求因果的透明性和相互作用的简单性，力求在每一种情形中都辨认出原因和结果来。如果说，在心理学发展的早期，线性思想作为一种科学形态的方法论尚能促进心理学的发展的话，那么时至今日，当我们面对真实、复杂的人的心理的时候，以确定性和简单性为特征的线性思想就会阻碍心理学的发展。其实，就像牛津大学的杰罗姆布鲁纳所说的，在心理学与自然科学结盟并采用传统的自然科学方法来研究心理现象的那一天开始，就已经开始饱尝将心理学的研究与真实的人的心理相分离的苦果5(p.41)。这是因为线性的方法只是在简单系统中是有效的，而对复杂的、充满能动性与创造性，即以非线性为其本质特征的人的心理来讲，线性方法是难以探究人的真实的心理活动规律的。从心理学研究中使用最多的观察法及实验法来看，为了控制观察或实验的条件，我们总是把行为从日常发生的背景中抽离了开来，而实验的情况控制得越紧密，行为从背景中抽离得越是严格，所得的结果越是精确，也越是微不足道。5(p.45)三、非线性科学的产生及其对心理学发展的影响长期以来，诸如刚体定点运动和三体问题等非线性问题一直被人们看作是一类复杂的问题，尤其是按线性思维的方式，非线性问题总是令人感到困惑，也很难找到一个令人满意的解决方案。真正揭开非线性现象研究序幕并开创了一个科学探索新纪元的是从气象学家洛伦兹研究天气预报时发现的所谓蝴蝶效应开始的。在20世纪50年代，美国麻省理工学院的气象学家洛伦兹在选择数值天气预报方程时，由于偶然的原因，他把输入计算机的数值改变了万分之一，而就这微小的误差竟使得计算机输出的结果发生了极大的改变。对气象现象来讲，这万分之一的误差大约相当于一阵轻柔的微风，结果却使得天气预报变成了一片混乱。这就是后来被称为的蝴蝶效应6。从这偶然的发现，洛伦兹得出了一个结论：一个确定性的系统能够以最简单的方式表现出非周期的形态。7(p.129)在洛伦兹对大气湍流的研究后不久，科学家们就意识到这类问题的普遍性与重要性，并开始用混沌(Chaos)这个词来形容这些系统没有规律和无法预测的运动方式。混沌概念的提出是人类思维的重大进步，对我们认识世界的方式产生了深远的影响。在混沌概念出现后不久，美籍数学家伯怒瓦曼德布罗特(BonoitMandelbrot)提出了分形几何理论，法国物理学家大卫罗尔(David Ruelle)等人又提出了奇异吸引子理论。这样，从1960年代到1970年代，相继出现了混沌学、分形理论和吸引子理论以及由伊里亚普里高津(Ilya Prigogine)创立的耗散结构理论和由赫尔曼哈肯(Hermann Haken)所提出的协同学理论。而对不同领域中非线性问题的研究终于导致了一门新兴的交叉学科-非线性科学的诞生。虽然非线性科学诞生于对物理、化学等现象的研究，但它揭示了一个开放的、复杂的世界的本质特征，它使我们认识到，我们真正面对的是一个与牛顿、爱因斯坦创建的决定性的简单和谐模式不同的世界。一个演化、开放、复杂的世界是一个更接近真实的世界，世界的本质是非线性的。因此，对一个复杂系统要准确地描述它未来运动的轨迹只能是概率的。就像第一次混沌国际学术会议的主持人之一、物理学家福特(J.Fort)所说的：相对论消除了关于绝对空间与时间的幻想；量子力学则消除了关于可控测量过程的牛顿式的梦；而混沌学则消除了拉普拉斯关于决定论式可预测性的幻想。8(p.4)可以说，混沌学或非线性科学的创立是自相对论和量子力学问世以来对人类知识体系的又一次巨大冲击，是物理学的第三次革命。作为一门横断性学科，非线性科学所揭示的规律不仅对自然界，而且对社会系统及生命系统都具有普适性的意义，这种意义不仅表现在理论上，更重要的是表现在方法论上。它使我们用一种全新的眼光看待自然、社会乃至生命及心理的演化过程。1983年，在德国的巴伐利亚召开了国际脑的协同学论坛大会，这是首次将非线性科学运用于神经科学的学术交流会议。哈肯在随后出版的论文集脑的协同学的前言中写道：人的大脑最有可能是目前我们所知道的最复杂的系统，而协同学则提供了一个将实验的结果和理论的探索相交叉以处理脑的结构和功能的复杂问题的方法。9就协同学在神经生物学的应用来看，众多的研究已经揭示出脑是一个高度复杂的协同系统，它具有对称破缺、临界慢化和临界涨落等特征。在这样一个系统内，因果关系是非线性的，即因果之间具有随机性，确定性的因果关系在一因多果和一果多因以不确定的方式出现。比如当来自各种不同的感觉道上的冲动汇聚在大脑的网状结构上时，只有一部分达到相应的皮质区域(特异性激活)，而另一部分则表现为弥散的、非特异性感觉形态的激活，它使大脑半球的状态具有了随机性。从1980年代末开始，非线性理论不仅在神经科学中，而且在心理学的各个领域受到越来越广泛的重视，并吸引了众多的心理学家将非线性科学的概念和方法运用于心理学的研究中。具有标志性意义的是1991年在美国成立了心理学与生命科学混沌理论协会(The Society for Chaos Theory in Psychology and Life Sciences)。该协会坚持每年召开一次年会，并出版一本名为人类行为中的非线性动力学的论文集，至2003年已经是第13卷了。另外，非线性动力学、心理学和生命科学、动态心理学等刊物也相继问世。心理学中的混沌理论(Abraham，F.D.&Gilgen，A.R.1995)、心理学和生命科学中的混沌理论(Robertson，R.&Combs，A.1995)、非线性动力学：在心理学中的技术与应用(Richard A.Heath，2000)等十多本探讨非线性理论在心理学中的应用的著作先后出版。从已有的文献来看，目前非线性科学运用的比较集中的一个领域是临床心理学。将非线性的概念，尤其是混沌的思想用来解释心理治疗中的问题，产生了新的看待心理疾病的视角，并形成了新的治疗理念和方法。如果把非线性看作是生命运动的主要特征，那么混沌就是个体适应新环境时由于受到挑战与冲突而产生的一种正常心理状态，也是心理在发展过程中出现的转折点。所谓心理的疾病则是来自个体对自我的封闭，即拒绝与环境沟通与协调，以企图维持旧有的认知方式，并抵制实际上是不可避免的变异进入他的生活。所以，心理治疗就不是让患者的心理恢复常态或重返有序，而是帮助个体协调与环境的关系，重新组织认知结构并建立新的平衡关系。Christopher R.Williams和B ruce A.Arrigo在他们合著的Law，Psychology，and Justice：Chaos Theory and the New(D is)order一书中甚至提出要放弃心理治疗，用有益服务取而代之(beneficial service)。10(pp.153 162)因为大部分所谓的病人其实并没有病，他们所需要的是帮助他们适应变化的环境与自我，而不是带有强制性质的治疗。在团体治疗中，Virginia Brabender提出在团体出现无序状态时不应加以干预，团体内部的纷争及团体成员与治疗者的矛盾恰恰就是团体治疗的一个重要环节，治疗者在这一阶段的任务就是告诉团体的所有成员，准备忍受可能出现的混乱，并对将要经历的一个你不知会发生什么的时期有思想准备。Virginia Brabender认为团体内成员只有经过充分的互动和情感的释放才能在团体内形成新的秩序和规范，并进而取得治疗的效果。11(pp.23 32)不仅在生理心理学和临床心理学方面，而且在人格心理学、认知心理学、发展心理学、社会心理学中，非线性科学的概念和方法也产生了很大影响。比如，在人格心理学中，勒维斯(Marc D.Lewis)等人提出了人格吸引子的概念，他们将人格吸引子定义为是人在社会与情绪性行为中表现出的熟悉的和可预测的状态。12(p.44)人格吸引子是变化与发展的人格中相对稳定的那部分内容，也是个体的心理在历经种种变化甚至突变后又复归于稳定的主要原因。同样把吸引子理论用于心理与行为研究的还有Charles S.Carver等人，Carver用动态系统和突变理论来重新认识皮亚杰自我调节(self regulation)的观点。他们认为人的行为是由目标导向和调节，并通过反馈来控制的，而目标就是一种吸引子13(pp.252 265)。在认知心理学中，Dauwalder等人指出，最近认知科学的发展表明复杂性理论与动力学的一般方法对行为和认知科学正产生重要影响，这种影响主要表现在两个方面，一是已经建立的动力学范式在方法上可以给我们最好的帮助，二是智力活动的目标导向观点很好的体现了动态协同方法的思想14。另外，将线性与非线性的时间序列分析应用于认知研究，可以检测人类认知精细的时间过程以及对反应时、心理运动技能和决策过程进行分析。15在发展心理学中，非线性的观点将个体的发展看作是间断、跳跃，并存在突变的，而不是平稳和连续的。在社会心理学中，诺维克(Andrzej Nowak)与瓦莱契(Robin R.Vallacher)所著的动态社会心理学用非线性动力学的观点分析了社会生活中的自组织活动、人际互动、社会判断与社会影响等社会心理现象16。值得一提的是，将非线性科学的观点用于创造性研究也是近年来的一种趋势17，有的研究将复杂的学习过程看作是具有混沌性质的动态过程，而个体的创造活动正是在混沌状态下认知发生突变的结果18(pp.319 342)。由于非线性科学或混沌理论对心理学的普适性意义，在美国心理学会早在1993年1月出版的月报中甚至发表过一篇题为混沌，混沌，无所不在的理论(Chaos，chaos everywhere is what the theoriststh ink)的文章。美国北德克萨斯大学的马哈里(Michael J.Mahoney)等人更是认为，非线性动力学将成为21世纪心理学最重要的中心之一，而且非线性动力学与心理学的关系在应用领域将尤其明显。19(p.187)瑞士苏黎世大学的西契尔(Christian Scheier)教授曾就非线性科学对心理学发展的科学意义作了较为精辟的概括，她认为，非线性科学之所以对心理学有强烈的吸引力是因为：(1)非线性科学提供了一套新的概念去阐明那些复杂的、看起来不可捉摸的心理现象。(2)非线性科学的数学方法使心理学理论更精确、更具有普适性意义。(3)非线性的时间序列分析使对心理现象，尤其是具有动力学性质的大尺度范围的心理系统演化的实证研究成为可能20(pp.27 28)。就非线性动力学对心理学发展的哲学意义来看，它改变了心理学长期赖以生存的实证主义哲学基础和信奉的决定论的思想。它告诉我们，对任何一个演化、开放、复杂的对象，都不能用决定性的简单模式来反映。对决定性的简单模式的服从仅在线性系统中是有效的。而在非线性或复杂系统中，则表现出混沌现象，即在非线性系统中存在一种并非由外界随机因素所驱动而是系统自身所固有的随机行为。尤其是心理学所面对的是和别的自然科学完全不同的有意识、有无限创造性和能动性的人，我们更应该认为某种心理现象的产生是概率的而不是决定性的。作为世界上最复杂事物之一的人的心理，在我们多年追求行为变化的确定性规律而未果之后，我们应该醒悟到，那些被认为是意外的、不确定的、和理论不符的、甚至在心理学研究中希望加以摆脱的，正是我们应该致力去认识的更具有普遍性意义的东西。心理世界的本质是概率的，而一心想获取任何简单的因果性联系并因此来解释人类复杂的心理活动的努力肯定是行不通的。参考文献：1A.托夫勒.科学和变化AI.普里戈金.从混沌到有序C上海：上海译文出版社，1987.2丘仁宗.科学方法和科学动力学M.上海：知识出版社，1984.3Frank Masterpasqua.Toward aDynam ical Developm ental Understanding of Disorder.In Frank Masterpasqua and Phyllis A.Perna(Ed.)，The Psychological Meaning ofChaos：Translating Theory into Practice.Washington，1997，DC：American PsychologicalAssociation.4Glenn D.Walters.The Self2A ltering Process：Exploring the Dynam ic Nature of Lifesty le Developm ent and Chang，2000，Greenwood Publishing Group，Inc.5杰罗姆布鲁纳.心理学与人的图像A.亨利哈里斯.科学与人C.北京：商务印书馆，1996.6Lorenz，E.N.Does the flat of abutterf lyps wings in Brazil set off atornado in Texas?1979，Address at the annual meeting of the American Association for the Advancement of Science in Dallas，Texas.7洛伦兹.混沌的本质M.北京：气象出版社，1997.8王东升，曹磊.混沌、分形及其应用M.合肥：中国科学技术大学出版社，1995.9Haken，H.Preface.In E.Basar et al eds，Synergetics of the Brain，1983，Sp ringer2Verlag.10Christopher R.Williams&Bruce A.A rrigo.Law，Psychology，and Justice：Chaos Theory and the New(D is)order，2002，State University of New York Press，Albany.11Virginia Brabender.Chaos，Group Psychotherapy，and the Future of Uncertainty and Uniqueness.Guoup，Vol.24，No.1，2000.12Marc D.Lewis and Natalka Junyk.The Self2organization of psychological defenses，In FrankMasterpasqua and PhyllisA.Perna(Ed.)，The 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