论科学自组织系统的非线性关系

1、论科学自组织系统的非线性关系陈金祥【专题名称】科学技术哲学【专 题 号】B2【复印期号】1997年10期【原文出处】系统辩证学学报(太原)1997年03期第81-85页【作者简介】陈金祥男，武汉大学研究生，430072武汉内容提要本文从自组织理论出发，结合科学史料，阐述了科学自组织机制的非线性根源；科学认识系统中理论思维与观察实验间的相互作用、科学社会系统中科学家之间的竞争与协同、科学知识系统中学科内部及学科之间的相互作用，以及科学三系统的互动所构成的非线性关系网络。关键词非线性关系；相互作用；竞争与协同科学是社会生产和人类认识活动发展到一定阶段的产物，是社会大系统和人类总的认识活动中的一个子

2、系统。科学既是由“主体和客体，经验（观察实验）和理性（理论思维）”等要素构成的认识活动系统，也是由科学家在科研过程中形成的竞争与协同的社会活动系统，又是由科学事实、概念、原理、定律、理论及学科等构成的知识形态系统（1）。科学就是科学认识系统、科学社会系统和科学知识系统的有机统一体。它是区别于政治、经济、文化和军事等外部社会环境而独立存在的自组织演化系统。科学自产生以来，就具有了自组织系统的特征，有一个从低级到高级，从简单到复杂的演化发展历史和自组织程度不断提高和深化的过程。而科学的这种自组织机制并不是凭空产生的。它深深地植根于科学认识系统、科学社会系统和科学知识系统的非线性关系所构成的非线性关

3、系网络之中。一科学认识系统的非线性关系科学认识系统是由主体和客体、经验和理性所构成的。它的非线性关系，一方面表现为科学主体和客体的相互作用，包括主体的不断客体化和客体的不断主体化，即主体与客体的规定性和客体与主体的需要性相适应的过程；另一方面又表现为经验与理性、观察实验和理论思维的相互作用。由于前者必须以后者为前提和实现途径，因此，理论思维与观察实验的相互作用是科学认识系统的非线性关系之本质。科学理论思维与观察实验的非线性相互作用表现为，观察实验对理论思维的提示作用和检验作用，而理论思维对观察实验起指导作用和设计作用。（一）观察实验对于理论思维的提示作用和检验作用。这种提示作用是指观察实验为科

4、学理论的创立和发展提供线索与经验材料基础。任何科学理论都是直接或间接地以观察实验为前提和基础的。它们有的是在观察实验所提供的充分的经验材料基础上概括归纳而成的；有的是在个别极不充分的观察实验所提供的研究线索前提下通过科学假说先行而获得的；有的虽是受某个或某几个理论的启发而提出的，是直观上的“理论产生理论”，但观察实验是通过对前提理论的直接作用而对结论理论起间接作用的。观察实验对于科学理论的检验作用是无可非议的，因为任何科学理论的最初形态都是科学假说，它必须在接受观察实验的检验后才能被逐渐地纳入科学定律和理论的范畴，正如瑞士学者阿伽西所言“理论的目的是提供概念空间（一种合理性框架），但仍要与指称

5、相联系”。而实验的任务正是“为一个理论的句子所表达的意义提供指称”。不过“实验对指称的证实或否证只涉及理论的一个有限部分”（2）。（二）理论思维对观察实验的指导作用和设计作用。对于科学观察，这种作用可以从科学哲学中的“观察渗透理论”中得到说明。“科学的观察不是单纯的感性活动，而是由科学理论知识与科学思维方法所武装起来的认识活动，理论渗透于观察过程的始终，指导着观察活动”（3）。因为一方面由于人们背景知识不同，组织经验的方式不同，对于同一种客体，结果所看到的东西是有差别的。另一方面，理解观察结果，又必须具备相应的理论知识。理论思维对观察实验的作用是理性向感性的渗入过程。对于科学实验，理论思维的指

6、导作用和设计作用表现为如下几个方面。其一，实验的目的方向必须通过理论思维来设定；其二，实验设计必须依靠理论思维对实验对象的深入分析；其三，实验目的的具体可操作性必须依靠理论思维精心构思出的实验原理；其四，实验观测方案必须依靠理论思维的构思设计；其五；实验结果必须依靠理论知识和辩证思维方法作出理论解释（3）。上述观察实验与理论思维的非线性相互作用，使得观察实验与理论思维互为对方的催化剂，既加速了理论的形成，又保证了观察实验的顺利进行。它们的耦合，使其各自得到对方的催化支持，从而又在更高的层次上加速对方的发展，使科学以指数型加速发展。科学研究就是实验经验材料理论检验组织更广泛的新材料新的理论的不断

7、循环。二科学社会系统的非线性关系近代以来，科学家的科研活动早已不是单枪匹马的了，而是愈来愈离不开科学家之间的交流、竞争、合作所形成的科学社会关系，这种社会关系及其相应的社会建制便构成了科学社会系统。在当代，科学社会系统作为科学系统的神经中枢地位已不可代替。正是科学社会系统中科学家之间的竞争与协同的非线性相互作用关系，才使科学认识活动持续不断地进行，才使科学知识呈现出非线性的指数增长。（一）科学家之间的竞争。科学上的竞争是指科学家争夺科学首创发现的归属上的社会承认的过程。科学家之间的竞争主要有两大类，一是对同一科学成果的首创权之争，二是科学上不同观点之间的学术争论（4）。1.首创权之争。科学家之

8、间的首创权之争并不是科学家们好于争名夺利的自我中心表现，而是由科学自身的内在规定性决定的。因为科学的目标是增加知识，科学研究的社会规范把独创性定为最高的价值。因此，首创权之争实际上是反映了尊重科学发现的独创性规范，把科学知识增长的贡献放在首位的特征。科学家之间的首创权之争大体可分为两个方面。一方面表为作出科学发现前的各方竞赛与奋斗；另一方面是对成功后谁是首先发现者的争论即优先权之争。2.学术争论。这是不同科学家因关于同一问题的学术观点不同而产生的争论，它是科学知识系统中学科内部旧理论与新理论及新理论之间相互作用的反映，它既包括科学家之间的争论，也包括学派间或个人与学派间的争论。科学上的学术争论

9、，既是对科学研究对象内在矛盾本性的反映，也是对科学活动创造性和探索性本质以及科学自身的有条理怀疑主义规范的反映。科学史上有大量学术观点的争论案例。如爱因斯坦同以玻尔为代表的哥本哈根学派间长达30年之久的争论。它是现代科学前沿领域各种学派、学说间的争论更趋激烈的反映。纵观科学史，一个新生的科学观点、思想与理论，很少有不经过科学家间的激烈争论而被接受的。（二）科学家之间的协同。科学社会系统的协同即指科学家之间的联接、合作、协调与同步行为和机制。其基本方式是科学家之间的学术交流与合作研究。1.科学交流。按照美国社会学家门泽尔的说法，就是影响科学家直接或间接传递科学情报的出版、机构、机遇、学会活动和传

10、递的总和。它包括正式和非正式两种过程。正式交流的特点是付诸印刷，也就是把科学思想、信息和理论以书面的形式呈现给读者，以便传播知识和评价知识。非正式交流的特点是“交谈”，或者是面对面的直接接触和通信形式，或者是专业学术团体活动特别是学术会议形式。近代以来，正式交流愈来愈在科学家的互动过程中居于支配地位。但非正式交流仍有其不可替代的作用，它是科学家追踪科学最前沿的根本手段。如科学社会学家克兰所指的“无形学院”，之所以能追踪急速变化的科学前沿，并且在快速发展时期能够跟上新的发现，关键就在于其领袖人物的非正式交流，而稳定的正式交流是无法胜任的。（5）科学交流是由科学发现的公有性规范所决定的，由科学家追

11、求的社会承认目标及科学奖励系统所推动的。“科学交流不过是非线性关系在社会系统中的一种具体表达”。（5）2.科学合作。从广义上说，科学合作是科学研究部门、情报部门、组织部门内部及相互之间的协作。从狭义上看，是科学家之间为了获得同一项社会承认而进行的协作研究，它通常意味着联合署名、共同发现并分享所有奖励。科学合作也源于科学自身。它是科学作为一般劳动的协作性和自身特有的继承性的反映，也是由于仪器问题、经费问题、跨学科问题等所促成的大科学时代特性的反映。合作研究的根本优点就在于“形成了智力上的互补，而产生了系统要素的协同效应，从而发挥了集体智慧的效能，极大地促进了研究的深入”。（4）科学发展到当代，随

12、着科学的体制化，合作研究已愈来愈成为现代科学研究的最有效形式。三科学认识系统与科学社会系统的非线性关系科学认识系统对社会系统的作用主要表现在：它把科学假说和实验事实作为系统运行的产物以专著或期刊论文等形式，输入到科学社会系统。这是由科学的公有性规范所决定的。也是使科学假说和实验事实被确认为科学理论和科学事实的唯一途径。科学社会系统也以各种途径作用于科学认识系统。其一，是通过首创权之争以“激励”形式为科学家提供精神情感动力。其二是通过科学家之间的学术争论以“产生问题”的形式为科学家提供研究课题。其三是合作研究以“智力互补”的形式缩短科学发现的智力思考时间。其四是科学交流以“提供信息”的形式加速科

13、学家对问题的解决。信息包括研究状况、科学问题、思想观点、实验事实、方法手段等。当代若离开科学交流系统而独立地作出科学发现几乎是不可能的，科技文献之间的引证就是证明。科学的发展必须依赖于科学认识系统与社会系统的相互作用，既表现为认识过程，又表现为社会过程。这样就使得“科学知识的指数增长成为一个传染的过程。在这个过程中，早先的接受者影响后来的接受者，这就依次产生了出版物数量和进入新领域的研究人员数量的指数增大”。（5）这个过程也伴随着科学学派和科学共同体的分解组合。四科学知识系统的非线性关系科学知识系统作为人类认识的成果，是波谱尔的“世界3”系统。它的非线性关系主要包括学科内部诸要素及学科之间的相

14、互作用关系。（一）学科内部要素间的相互作用关系。一门学科内部一般包括科学事实、科学概念、科学原理、科学定律和科学理论等五大要素。“这些要素间无疑存在着非线性相互作用。这些相互作用可以形式地表示为一个科学演化的内部作用矩阵”。（4）不过，这种学科内部的非线性相互作用只是对学科的一种静态分析，而一门学科的运动，其根源应在于科学社会系统不断输入的新的科学理论和科学事实所造成的学科旧理论与新事实、新理论与旧理论、新理论之间及其与新事实的非线性相互作用。它们具体表现为如下几方面。1.学科旧理论与新事实间的相互作用关系。它表现在旧理论对新事实的说明吸纳和怀疑阻碍，新事实对旧理论的支持巩固和解构重组。一方面

15、旧理论能直接或间接（通过调整自身）对新事实进行解释说明，从而把新事实纳入理论体系，此时新事实扩大了旧理论的应用范围，支持和巩固了旧理论的地位。另一方面当旧理论无法直接或间接地对新事实进行解释说明时，旧理论会对新事实构成怀疑，阻碍和延缓新事实被承认和接受，此时新事实就会对旧理论构成反对，甚至引起旧理论的崩溃并重组出新理论。旧理论与新事实的相互作用关系是科学进化和科学革命的根源。2.学科旧理论与新理论的相互作用关系。学科旧理论与新理论的相互作用一方面表现为学科旧理论与新理论和谐相处，旧理论是新理论的基础，新理论是对旧理论的深化和发展。另一方面表现为学科旧理论与新理论相互冲突，因为新理论是为了解决旧

16、理论与新事实的矛盾而提出的。这时旧理论会阻碍和延迟新理论的发展和被接受，新理论又反过来会导致旧理论逐渐自我调整发展或被抛弃。3.新理论之间及其与新事实之间的非线性相互作用。两种非线性相互作用是紧密联系在一起的。新理论之间的相互作用集中表现为两种或多种理论假说之间的竞争与协同。理论之间的竞争是以新事实与新理论的相互作用作为手段和动力的。一般来说，新事实对新理论的支持与否以及支持的数量如何，或是新理论对新事实能否解释说明以及解释说明的程度如何，与新理论的竞争力是成正向关系的，从而也决定了不同的新理论在竞争中的命运。不是一个新理论战胜另一个新理论，就是两个新理论长期共存，或者是两个新理论归并成一个综

17、合性理论，归并通常是两种片面性理论或虚拟冲突理论竞争的结局。新理论之间的竞争同时又伴随着理论之间的协同，即新理论之间相互吸收有利于自身的内容，并逐渐修正、改进和补充竞争中显露出来的缺陷与不足，从而达到相互促进、相互渗透、共同发展。（二）学科之间的相互作用关系。所谓学科就是以特定的物质层次和运动形式作为研究对象，以特定的科学概念为核心，并辅之以相应的科学方法的系统化的知识理论体系。学科间的相互作用关系，表现为学科的分化与综合，它与不同学科的理论间的相互作用是不能相提并论的。科学的分化，即学科的专门化，是指从原有的学科中逐步分离出分支学科和相关学科。这些分离出来的新学科，与原有学科相比，研究对象范

18、围缩小，认识的层次更加深入。它是学科间相互分离、相互独立和相互排斥的表现。它有纵向分化、横向分化和交叉分化三种形式，科学的综合化，即科学的整体化，它是通过学科的相关发展，通过学科的概念、理论、方法和技术手段的转移和渗透实现的。它既表现为某一门学科内部各个分支之间的相关协同，又表现为不同门类学科之间的相关协同，乃至自然科学、技术科学、社会科学和人文科学之间的相关协同。科学的综合也有不同的形式，一是将一门学科的某些理论、方法或手段移植于另一门学科之中而产生新学科的综合，带头学科与其他相关学科之间的发展，便是这种形式；二是将两门或两门以上的学科相互渗透、相互融合而建立一门新学科的综合；三是将诸多学科

19、的知识运用于某个复杂对象的研究而建立的新学科，如海洋科学；四是将某些学科中具有的共同性、整体性知识加以概括而建立的新学科，如系统科学。（6）科学的分化与综合构成了科学内在的重要非线性关系机制，科学的发展就是一个学科间不断分化和综合的过程。五科学知识系统与科学认识系统、科学社会系统间的非线性关系科学知识系统并不是独立存在的，而是与科学认识系统和社会系统相互作用、紧密结合的。科学认识系统向社会系统输出的科学假说和实验事实经过科学家之间的竞争与协同机制被确认为科学理论和科学事实后便沉淀到科学知识系统中。它们有的促进了已有学科知识体系的发展，有的开辟了新的学科领域，促进了学科的分化综合。而科学知识系统

20、接受到科学理论和科学事实后，一方面经过学科内部的非线性关系，产生出学科旧理论与新理论、新事实之间的不和谐，从而产生出潜在“问题”，这些问题被输入到科学社会系统，经过科学家之间的竞争，特别是学术争论，转化为科学界的现实问题，从而成为一些科学家认识活动的对象，重新汇入到整个科学系统的循环作用中去。另一方面通过学科之间的非线性关系，为各学科问题的研究提供了大量的信息（概念、理论、方法等）来源，这些信息来源经过科学社会系统科学家之间的协同，通过跨学科研究和移植法研究，成为现实的可用信息，加速了科学家对问题的解决，从而也重新汇入到整个科学系统的循环发展中去。上述两个方面的作用会催生出更多的科学理论和科学事实，从而不断地推动科学的发展演化。科学认识系统、社会系统和知识系统的非线性关系以及它们之间的互动作用便构成了整个科学发展演化的非线性关系网络，成为科学自组织机制的源泉和动力。OntheNonlinearRelationshipinSelforganizationSystemsofS