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《洞见新的世界:钱学森与他开启的智慧之门》

2022-12-07

全国新书目 2022年11期
关键词:迷雾微积分钱学森

《洞见新的世界:钱学森与他开启的智慧之门》钱学森智库 著五洲传播出版社 科学出版社2021.6/60.00元

本书可分为“从拂晓到黎明:新的思想之光”“时代的呼唤:创建系统学”“系统观念下的科学预见”“从此岸到彼岸:新世界的猜想”四个部分,用通俗易懂的方式,全面阐述了钱学森的系统论思想,特别是开放的复杂巨系统理论的缘起、发展、成熟、创新,试图拨开时代的迷雾,为人类认识客观世界、改造客观世界提供新的理论武器。

牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中统一了“天上”和“地上”,让人类第一次认识到,曾经象征神祇的星系运行原来也同人间的苹果落地一样遵守着相同的法则,行星的轨道、潮汐的韵律、炮弹的痕迹都可以用一组微分方程来描述、解释和预测。

以微积分为开端,数学规律影响了文明世界近400年。微积分的成功在于把复杂问题切分成大量微小而又易于处理的部分,然后再逐一解决、重新组装,这种“分而治之”的策略造就了人类现代文明。

人们曾经坚信,宇宙规律是高度数学化的。特别是过去的100多年中,麦克斯韦用一组简洁的公式统一了电、磁和光;爱因斯坦用一组美丽的方程统一了质量和能量、时间和空间;理论物理标准模型把自然界四种基本力中的三种(电磁力、强核力、弱核力)统一在一个框架中。人类似乎就要找到一组公式,能体现统一宇宙的“万物至理”,从而继续奏响毕达哥拉斯学派“万物皆数”的凯歌。

然而人们很快发现,“分而治之”的思想遭遇复杂化的世界后,人类对简洁之美的追求显得越来越力不从心、捉襟见肘。

当物理学家试图把引力与其他三种力融合起来,形成一个大统一理论时遇到了空前的困难,爱因斯坦生命的最后30年基本上就在为寻找这样一个大统一理论不懈努力。但遗憾的是,直到今天,人类尚未找到可被证明的大统一理论。

1900年4月,开尔文在回顾物理学取得的伟大成就时说:“物理学的大厦已经落成,所剩只是一些修饰性的工作了!”在他看来,“物理学美丽而晴朗的天空只被‘两朵乌云’所笼罩”。这两朵小小的乌云催生了“相对论”和“量子理论”的革命性突破,物理的天空似乎变得一片光明了。可是现在我们发现,人类文明面临的不仅是几朵“乌云”,而是难以驱散的重重“迷雾”。

这重重迷雾是“复杂性的迷雾”。面对俄罗斯套娃一样千万重嵌套的复杂系统,“分而治之”的光辉已经无法将其穿透,因为系统的每一层都有无中生有、变化多端的“新质”涌现。系统整体不等于部分的简单相加,不同层次的系统会涌现出全新的规律。低层的规律在高层领域里几乎不发挥作用,高层组织具有凌驾于低层组织之上的特性。例如,当无机物发展到有机物、细胞发展到人体的时候,“涌现性”的复杂程度已经无法用数学公式来表达。正如诺贝尔物理学奖得主罗伯特·克劳林所说:“涌现论时代的来临,使数学绝对权威的神话寿终正寝。”

以牛顿为开端,以爱因斯坦为终结,“分而治之”的时代正在谢幕。解决复杂系统问题,人类需要新的“微积分”。钱学森所开创的系统论思想,正是这样一种新的思想利器。

钱学森指出:一个系统是由子系统组成的。如果子系统的数量极大,达到成万上亿、上百亿、上万亿,那就是巨系统了。如果巨系统中的子系统种类不太多,有几种、几十种,我们称之为开放的简单巨系统,普利高津、哈肯等发展起来的耗散结构理论或协同学理论在处理开放的简单巨系统上很成功,解决了不少问题。但是如果巨系统里的子系统种类太多,子系统相互作用的花样繁多,那这巨系统就成了开放的复杂巨系统,比如生物体(尤其是人体)、人脑、地球环境以及社会。复杂巨系统的处理分两种情况:一是搞耗散结构、协同学的一派人生硬地用处理简单巨系统的理论去处理复杂巨系统,包括一批热衷于美国所谓“系统动力学”的中国人,他们当然无法成功。二是一下子上升到哲学,空谈系统的运动是由子系统所决定的,因此微观决定宏观,以致提出什么“宇宙全息统一论”。这些人没有看到的是人类对子系统尚不能说完全认识,子系统内部还有更深更细的子系统,以不全知去论不知,于世何补?

钱学森进一步提出:现在能用的、唯一处理开放的复杂巨系统(包括社会系统)的方法,就是“从定性到定量的综合集成方法”——把许多人对系统的点点滴滴的经验认识,即往往是定性认识,与复杂系统的几十、几百个参数的模型,即定量的计算结合起来,通过研究者的反复尝试,并与实际资料数据对比,最后形成理论。在这个过程中,不但模型计算要用大型电子计算机,而且在人的反复尝试抉择中,也要用计算机帮助判断选择。定性与定量相结合的处理开放的复杂巨系统的方法在社会经济问题上进行试用后,效果良好。

正如钱学森所说:“我们现在有了新的发现,有人说,我们这个方法是新时代的‘微积分’。我想只要我们真正运用这个方法,科学地解决社会经济这样的复杂问题,并通过实践,进一步深化和发展这个方法,解决运用这个方法过程中的各种具体问题,我们将有可能掀起一次新的文艺复兴,吹响新的文艺复兴的号角。”

这一新的思想利器,就像高山之巅已现光芒、喷薄而出的红日,帮助我们驶向文明复兴的光辉彼岸。

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