系统高级度:为系统科学研究引进一个新概念

陈剑涛

（湖北黄冈师范学院,湖北黄冈438000）

系统高级度:为系统科学研究引进一个新概念

陈剑涛

（湖北黄冈师范学院,湖北黄冈438000）

本文以唯物辩证法关于相互联系和作用的普遍性以及只有相互作用才是事物的真正终极原因的观点为指导，提出了一个对包括自然、生命和人类社会系统在内的一般系统的进化与发展水平进行量化测评的新标准，初步分析了该标准在系统科学研究，尤其是在社会科学领域内各种系统问题的研究中可能具有的理论地位和应用前景。

一般系统;发展水平；科学度量；系统高级度;理论地位与应用

虽然经过半个多世纪的发展，系统科学已深刻地影响和改变了人们的世界观和方法论。但迄今为止，人们仍未找到一个能够对包括自然、生命和人类社会系统在内的一般系统的进化与发展水平进行科学度量与比较的普适标准。本文在唯物辩证法关于普遍联系和相互作用观点的指导下，尝试提出一个对一般系统的进化与发展水平进行科学度量的新标准——系统高级度。笔者认为该概念的引入对系统科学研究，尤其是对社会科学领域内的各种系统问题的研究，具有重要的意义。

一、度量一般系统进化与发展水平的新标准——系统高级度

本文所谓的一般系统指的就是贝塔朗菲在《一般系统论》一文中定义的那种“由相互作用着的若干要素构成的复合体”[1]1104。一般地讲，这里的要素既可以是抽象的数学元素，也可以是基本粒子、化学元素或本身已具有复杂结构的生命个体或人类社会中的社会成员、企事业单位等等。

传统理论认为，一般系统进化与发展水平的高低，原则上可以通过系统的功能来度量，而系统的功能又依赖于系统的结构。所以人们一般通过对系统结构的分析，来对一般系统的进化与发展水平进行评估。但由于系统的结构变化极其复杂，缺乏统一的度量标准，从而使人们对系统进化与发展水平的研究，长期处于各种矛盾与混乱之中。

笔者认为，唯物辩证法关于普遍联系和相互作用的观点以及关于只有相互作用才是事物的真正终极原因的观点，为我们从普遍联系和相互作用的角度出发，寻找某种对一般系统的进化与发展水平进行科学度量的新标准提供了重要启示。如恩格斯就不仅认为“我们所面对的整个自然界形成一个体系，即各种物体互相联系的总体……这些物体是互相联系的，这就是说，它们是相互作用的……”[2]521，而且还认为只有“相互作用才是事物的真正的终极原因”[3]574。经典作家的这些英明论断，实际上已明确告诉我们，对系统结构或系统进化与发展水平的研究，也必须从相互作用做起。这就为我们通过一个延伸了的因果关系链，将对一般系统的进化与发展水平的研究直接追溯到系统内元素间相互作用的数量、强度等因素，寻找某种对一般系统的进化与发展水平进行科学度量的新方法，提供了重要的哲学依据。

当我们对一般系统内元素间的相互作用与系统进化与发展水平之间的关系进行考察时，发现系统的进化与发展水平与系统内元素间相互作用的以下几方面因素有关：

一是系统内元素间相互作用数量的多少。大量事实告诉我们，当某系统内元素所拥有的平均相互作用数量越多时，该系统的内部结构就越复杂、越高级，其在环境中所表现出来的功能也越复杂、越高级，系统的进化与发展水平也就越高。

对装在一定容器内的理想气体分子系统来说，因这些分子间除了随机的瞬间碰撞作用外，并不存在其他的稳定相互作用，所以该系统内部元素间平均相互作用数量极其有限，不可能形成任何稳定的内部结构或组织，因而其属于功能极其简单的非常低级的系统。

对在地面上由一堆散沙构成的系统来说，若其间的万有引力作用忽略不计，则它们之间因重力而导致的相互挤压摩擦等作用数量也非常有限，且因这些相互作用十分微弱，故亦难以通过其间的相互作用而形成稳定的内部结构或组织，故其外在功能也非常有限。这显然也是一种很低级的系统。

对常温下的氯化钠晶体系统来说，以离子形式存在的每个氯原子与钠原子，因其至少要和与其相邻的其他六个钠原子或氯原子以离子键的形式形成六个较为稳定的相互作用，并因此而构成一种稳定的晶体结构。所以对氯化钠晶体系统来说，其每个元素所拥有的平均相互作用数量便至少等于6。所以，相对于上述理想气体分子系统和沙堆系统来说，我们有理由认为这是一种相对高级一些的系统。

对于由四条肽链、574个氨基酸分子组成的血红蛋白分子系统来说，若我们将氨基酸分子看作是元素的话，则这些元素之间，除了在其系统的一级线性结构上通过肽键形成一种稳定的相互作用外，还在其平面及立体的二、三级结构上通过氢键、二硫键以及范德瓦尔斯力等多种方式形成多种相互作用，使每个元素所拥有的

而在生命的基本构成单元——单个细胞系统中，为了维持生命的活性，该系统内的各个组成部分（细胞器）之间每时每刻都在发生着数以千计的生物化学反应。这些错综复杂但又高度有序的化学反应在细胞的不同组成部分（元素）之间，建立起了大量的生物化学作用链。虽然到目前为止，人们对细胞内时刻都在进行着的生化反应，究竟在细胞的不同组成部分（元素）之间形成了多少种具体的相互作用尚不得而知，但其数量肯定有近百或数百种之多[4]72-74。可见，相对于一般物质系统来说，细胞生命系统内元素间相互作用的数量已大为增加，而该系统显然是一种更为高级的系统。

在多细胞生命系统中，为了准确控制它们的生长或分裂等活动，在不同细胞之间通过各种激素、局部介质、神经递质和神经电冲动等方式而实现的各种高一层次的相互作用，目前已知的就有一百多种（而且每个细胞都还在细胞器、蛋白质分子等更低层次上存在着大量的其他相互作用）。显然，多细胞生命系统内不同层次元素间相互作用的种类和数量都有了更大的提高，使其表现出更高的进化与发展水平。

而在人类的大脑皮质系统内，每个神经元平均可以和10000个左右的其他神经元建立起各种极其复杂的相互联系，从而在它们之间形成成千上万的相互作用[4]297。而且从目前已知的事实来看，人类大脑系统也是一种进化与发展水平最高的系统。

系统的进化与发展水平与系统内元素平均拥有的相互作用数量之间的这种成比例关系，在人类社会系统内也同样存在着。如在社会经济系统内，以家庭为基本经济单位（元素），从不或很少与其他经济单位发生相互作用的自然经济系统，是一种大家公认的低级经济系统；而通过物物交换，使经济单位之间可以发生少量相互作用的原始市场经济，却无疑是一种进步些的经济系统；而在以货币为基本作用载体和度量单位，以健全的法律法规为保障，以物质、能量和信息的高速交换为特征的现代市场经济系统中，各生产经营单位通过市场而发生的各种相互作用，却种类繁多。而我们已公认，相对于自然经济系统以及内部相互作用数量也相对较少的纯粹计划经济系统来说，现代市场经济系统是一种更为高级的系统。

同样的关系也表现在社会政治、文化及其他系统内。在封建专制政治系统中，作为系统元素的各种组织或个人所可能拥有的平均相互作用数量，就要比现代民主政治系统内各元素所拥有的平均相互作用数量要少得多。与此相应的事实是，封建专制政治系统是一种比现代民主政治系统要低级得多的政治系统。

由此可见，无论是一般的物质系统、生命系统还是人类社会系统，其进化与发展水平的高低，无不与其内部元素间相互作用数量的多少密切相关。而且由上面的讨论可以看出，两者之间呈现出一种明显的正比关系。

二是系统内元素间相互作用强度的大小。一般系统进化与发展水平与其内部元素间相互作用强度的大小有关这一事实是很容易理解的。因为从一般系统的定义来看，元素间不存在任何相互作用的“系统”根本就不可能称之为系统，其进化与发展的程度也就无从谈起。而元素间相互作用太弱的系统，或根本就不可能形成各种内部结构或组织，或因这些结构或组织的稳定性太差，而使系统的外在功能受到很大的限制，从而使系统表现出较低的发展水平。所以只有当元素间相互作用的强度足够大的时候，系统才可能表现出一定的进化与发展水平。可见，系统进化与发展水平的高低，与其内部元素间相互作用强度的大小有着密切的关系。大量的事实告诉我们，在一定的范围内，一般系统的进化与发展水平是与其内部元素间相互作用强度的大小成正比的。

三是系统内元素间相互作用传递速度的大小。元素间相互作用传递速度较慢的系统，不仅使系统作为一个整体，在应对来自环境的各种相互作用（尤其是有害作用）时反应迟钝，对其在复杂环境中的生存与发展不利，也必将影响到系统功能的发挥，从而使其表现出较低的进化与发展水平。这种现象在生命和社会系统中表现得最为明显。不同物种或个体对环境作用的反应速度的大小（由其内部元素间相互作用传递速度的大小所决定），不仅直接影响到它们的生死存亡，同时也标志着该物种或个体作为一种有机生命系统，其进化与发展水平的高低。因为我们完全有理由认为，在其它生存能力相同的前提下，具有较快反应速度的生命系统是一种进化与发展水平也较高的系统。这种元素间相互作用的传递速度与系统的进化与发展水平正相关的现象，在人类社会系统中表现得也十分明显。因为人类社会系统内人员旅行以及物质、能量和信息传递速度的提高与人类文明进步之间的正比关系，早已得到人们公认。

综合上述三方面事实，我们就从相互作用而非系统结构的视角出发，得到一个度量一般系统进化与发展水平的新标准——系统高级度。显然，系统高级度与系统内元素所拥有的平均相互作用数量（或系统的内部作用丰度）成正比，与元素间相互作用的平均强度成正比，与元素间相互作用的平均传递速度成正比。考虑到系统高级度与热力学熵和信息熵之间可能具有的潜在关系，本文将系统高级度定义为“系统高级度等于系统内相互作用的丰度与系统内元素间相互作用的平均强度和元素间相互作用传递的平均速度的乘积的以2为底的对数”。用公式表示为：

其中H即为系统高级度，g为作用丰度，p、v分别为平均作用强度和平均作用传递速度。

因右边首项l o g2g＝G代表了系统内部作用丰度对系统进化与发展所做出的贡献，其取值的大小主要与系统的结构复杂程度有关，故本文称其为系统的结构高级度或组织度；第二项l o g2p＝P代表了系统内元素间相互联系或相互结合的紧密程度对系统进化与发展所做出的贡献，且其取值的大小与系统存在状态的稳定性密切相关，故本文称其为系统的刚强度或稳定度；而第三项l o g2v＝V代表了系统内元素间相互作用传递的速度对系统进化与发展所做出的贡献，且其取值的大小与系统作为一个整体在环境中行为的敏捷性密切相关，故本文称其为系统的敏捷度。从而一般地有：

系统高级度＝系统组织度＋系统稳定度＋系统敏捷度

即有：

于是我们得到了一个能够跨越无机自然界、生物界和人类社会领域内各种具体系统之间的巨大差别，而从一般意义上对它们的进化与发展水平进行统一讨论和量化测度的新标准。

二、系统高级度概念的理论地位与应用前景分析

本文认为，系统高级度概念的引入，为我们对自然物质系统、生命系统，尤其是人类社会系统的进化与发展的水平与方向等问题进行量化研究，提供了一种新工具，为扩大系统科学在人文社会科学研究中的运用范围开辟了一条新途径，具有比较重要的理论和应用前景。

（一）为揭示包括生命和人类社会系统在内的一般系统的进化与发展的本质与方向提供了一个新视角

在生物进化和人类社会发展研究中，由于我们一直缺少一个对生命和人类社会系统的进化与发展水平和方向进行科学测量与评价的统一标准，从而在对系统进化与发展的本质与方向等重大问题的研究中，很难形成真正的理论共识。而系统高级度概念的引入，却从一个新的角度揭示了一般系统进化（或汉语语境中的进步）与发展的本质，即：一般系统的进化与发展，在本质上对应于系统内部存在状态的某种历时变化，在该变化发生的过程中，其系统高级度的取值有所提高。由此，我们还得到了一个对一般系统状态演化的性质进行科学判断的简单判据：若在各种内外因素的影响下，某系统的系统高级度在一定的时间内，从其初态的H1变为末态的H2，则当H2－H1＝⊿H＞0时，我们就说该系统在该段时间内的状态演化是一种进步（进化）或发展；反之，当⊿H＜0时，就说该系统在该段时间内的状态演化是一种退化或倒退了。

（二）为深入理解自然物质系统、生命系统和人类社会系统之间的内在统一性，提供了一条新途径

承认自然界和人类社会在其物质性、运动性、普遍联系和螺旋式发展等方面的内在统一性，既是马克思主义哲学的理论前提，也是其深化和发展了的重要理论成果之一。作为在马克思主义哲学基本原理指导下取得的一个新成果，系统高级度概念的提出和它所揭示出的自然物质系统、生命系统和人类社会系统在进化与发展水平的度量方法上的一致性，为我们提供了一个联结自然、生命和人类社会系统的新纽带，为更全面、深入地理解马克思主义哲学关于自然和人类社会之间的内在的历史统一性，增加了一个新范例。

（三）为正确理解和推动一般系统的进化与发展提供了一个新的理论依据

从系统高级度概念的定义可以看出，我们对任何系统的进化与发展问题的科学研究与分析，都必须从系统的组织度、稳定度和敏捷度这三个维度出发进行全面的综合考察。在人为地推进各种系统，尤其是人类社会系统科学发展的过程中，如果不能正确地把握好上述“三度”之间的辩证关系，过分强调通过某一维度的突出发展来带动系统整体的发展，而忽视了其它维度的发展，不仅会出现事与愿违的“欲速则不达”现象，还有可能因此而导致系统整体的倒退。因为系统的“三度”发展之间存在着一些内在的制约机制，这些机制要求一般系统的发展必须是系统的“三度”在相互制约基础上的全面、协调的发展。而且只有这样的发展，才是健康和科学的发展。

这些制约机制主要体现在以下几方面：

1.系统组织度的提高会导致系统敏捷度和稳定度的下降。首先，系统组织度的提高会导致系统敏捷度的下降。由于在系统的元素构成、元素间相互作用的性质以及这些相互作用的实现方式不变的情况下，仅仅依靠元素的简单堆积并不能提高系统内元素间相互作用的平均数量，所以在各种现实系统的进化与发展过程中，其内部作用丰度的提高，主要是通过形成一些具有枢纽性地位的作用节和在更高结构层次上涌现出各种新的相互作用的方式来实现的。在单细胞生命系统中细胞核的出现、多细胞生命系统中神经系统的发生、社会经济系统中市场的出现和政治系统中各种权力机构和政治组织的产生等，都属于在原来的“平面型”结构中，通过形成具有枢纽性地位的各种作用节的方式来提高系统的组织度，从而提高系统整体进化水平的现象；而在细胞器层次上通过生物化学反应实现的细胞器之间的相互作用、在细胞层次上通过神经冲动实现的多细胞之间的相互作用、通过市场在本已高度组织化的大型企业之间实现的相互作用、一国内的多个政党或政治组织之间产生的相互作用或更高层次上的不同国家的政党或政府之间形成的各种相互作用等，显然都属于通过在系统更高层次结构上涌现出各种新的相互作用的方式来提高系统组织度的情形。虽然这些新的作用节和新的相互作用方式的出现，一方面确实提高了系统的组织度，但另一方面，却又往往因为这些新的相互作用的形成或实现的机制更为复杂，而在一定程度上降低了系统的敏捷度。如神经元内神经冲动的产生，虽然在本质上可归因于传递速度等于光速的电磁相互作用，但极为复杂的形成和传播机制，却使其实际的传递速度只有1—100米/秒左右。再如在现代政治系统中，虽然多种政党和多种权力机构的出现，提高了社会政治系统的组织度，但由于在这种复杂的政治系统中，各种决策的形成和实施机制亦变得更为复杂，从而使社会政治作用的形成和传递速度亦大为下降，并因此降低了系统的敏捷度。

其次，系统组织度的提高亦会降低系统的稳定度。由前面的讨论已知，系统组织度的提高主要是通过在系统内形成新的作用节和在更高层次内形成新的相互作用的途径实现的。但由于这些新的相互作用的产生占用了大量的系统资源，从而使系统内元素间相互作用的平均强度有所下降，降低了系统的稳定度。如具有复杂内部组织和丰富内部作用的生命体，其系统结构的物理稳定性就比内部结构比较简单的物质系统要低得多；具有更多复杂社会组织和内部相互作用的社会政治、经济系统，其系统稳定性也会相对下降。亦即系统组织度的片面提高，是要以牺牲系统的稳定度为代价的。如期望单纯通过推行多党民主政治的途径来提高社会系统整体发展水平的做法，不仅有可能因系统敏捷度的下降而降低系统整体的发展速度，还有可能因此引起社会的混乱或动荡，造成社会整体发展水平的倒退。

此外，由于系统组织度的提高是通过在其内部形成各种具有枢纽性地位的作用节和不断的层次性进化实现的，故任一元素数量有限的系统，其系统组织度的取值必存在一个理论上的最大值。原因很简单：当每个元素都成为“枢纽”后也就没有什么枢纽可言了；当每个元素都自成为一个“层次”时，这种“层次”反而蜕变成一种简单的一维线性结构了。由此也可发现，企图通过单纯提高系统组织度的方式来提高系统整体进化与发展水平的做法，不仅是片面的，甚至有可能是适得其反的。

2.系统稳定度的提高有可能导致系统组织度的下降。虽然在一般情况下，随着系统内元素间相互作用的不断增强和系统稳定程度的不断增大，系统的组织度和敏捷度都有可能随之增大，但元素间相互作用过强的系统，却有可能损害系统的组织性，导致系统组织度的下降。因为极强的相互作用，会使那些通过相对微弱的相互作用而形成的不同层次上的各种组织或结构发生解体。如在质量极大的黑洞中产生的极强的万有引力作用，会使那些通过相对微弱的其他相互作用而形成的细胞、分子、原子甚至原子核等层次上的物质结构发生坍塌，极大地降低物质系统的系统组织度；在高度垄断的经济系统和高度专制的极权政治系统中，也会因为某种强有力的经济或政治作用的存在，而使其他社会组织的存在变得更为困难，从而在一定程度上降低这些经济或政治系统的组织度。

3.系统敏捷度的提高也有可能导致系统组织度的下降。从上面对系统组织度和敏捷度之间的关系的讨论已知，复杂系统内的许多相互作用都是由系统内的一些复杂组织通过各种复杂机制而产生的。虽然这些复杂组织的存在提高了系统的组织度，但却要不可避免地降低系统的敏捷度。反过来，系统敏捷度的提高，自然要在一定程度上以牺牲系统的组织度为代价。

（四）为社会科学领域内各种系统问题的研究提供了一种新工具

迄今为止，我们在关于政治与经济体制改革，民主与法制建设的意义与地位等重大社会问题的研究中，始终缺少一个精确的量化研究手段。而系统高级度概念的引入却为我们在上述领域内的研究数学化和精确化提供了一个重要的工具。许多原来只能进行定性研究或很难进行定量研究的社会科学问题，都可以利用系统高级度概念进行较为严密的定量研究。

[1]贝塔朗菲.一般系统论[M]//邢贲思.影响世界的著名文献——自然科学卷.北京:新华出版社,1997.

[2]马克思恩格斯选集（第三卷）[M].北京：人民出版社,1972.

[3]马克思恩格斯全集（第二十卷）[M].北京：人民出版社, 1972.

[4]程红.生命科学导论[M].北京：高等教育出版社,2003.

[责任编辑：黎峰]

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1002-7408（2010）06-0029-04

陈剑涛（1961-），男，湖北老河口人，黄冈师范学院政法学院博士，主要从事心灵与认知哲学和科学技术哲学研究。平均相互作用数量大为增加。而且正是这些相互作用的存在，使血红蛋白分子形成了其自身特有的空间构象，并使其在特定的生理环境中表现出特定的生理载氧功能。显然，蛋白质分子是一种更为高级的系统。