[摘要]系统科学是研究“整体”和“整体性”的科学。不论从本体论还是形而上学根基讲，整体性是系统科学最基本的特征。然而究竟什么是系统的“整体性”？“整体性”作为一个科学概念，其内涵与特质是如何逻辑地展开、从而使得系统科学思想史成为可能？本文从系统整体性的外在表征、整体性产生的内在原因及系统整体的生成演化机制三个方面揭示系统科学整体性思想演进的内在逻辑。
[关键词]系统；整体性；生成论；演化机制
[中图分类号]N949[文献标识码]A[文章编号]1671-511X（2012）02-0023-04
“人们通常都把系统等同于整体。实际上，系统是整体的一种描述方式。人们真正关心的不是系统而是整体，人们着眼系统的目的和实质在于整体。系统的整体思维，其精髓是它的整体性，系统其实是整体的一种表达方式。”
整体论作为一种哲学思想，至少可以追溯至亚里士多德，但直到20世纪20年代才有人（施穆滋Jan Smuts）创造了“整体论”（holism）这一范畴，以此彰显“在自然界中，通过创造性进化而产生的整体大于部分之和的趋势”。
整体性问题是系统思想中的一个经典问题。这源于系统本体的整体性、层次性、关系性与自组织等特性。而从科学范式的角度讲，系统科学区别于经典科学的最大特征即系统的整体性。按照不同的角度系统可以分为不同的类别，但是不同类型的系统具有一些共同的基本的性质或特征，其中最基本的性质就是整体性。贝塔朗菲（Bertalanffy，L.v）明确提出系统论是研究“整体”或“整体性”的科学；拉兹洛（E.Laszlo）则将“整体性”列在他所概括的系统的几大特征之首。
然而，系统的整体性作为一个科学概念到底具有哪些内涵？这些内涵是如何逻辑地展开因而使得系统科学思想史成为可能？本文拟述之。
一、新质涌现：整体性的行为表征
系统整体性的行为表征（或外在表现）是新质涌现。即质的新颖性是系统整体性的直观体现。系统是要素、外部环境和结构三方面相关联的具有特定功能的整体，系统的整体性是相对于其外部环境而言的，这是系统的一种外在表现、行为表征。也就是说，我们之所以能看到或感知到一个系统，首先是因为它从外在展示了一种整体性的表现。而一个活的系统，维持其生命力的一个主要的外在表现就是不断地涌现新质。
涌现（emergence），当代系统科学理论也曾称之为“突现”。新质涌现是指这样一种情况：被考察的客体原来没有的质或特性，在某一变化过程中骤然出现，或者相对于实施考察的主体而言是骤然出现的，同时形成了一种与新突起的质或特性相对应的系统。
由于涌现现象似乎总是给人以神秘感，导致它长期被排除在科学研究的视野之外。系统科学的发展使对涌现性的重视和研究重登科学舞台。贝塔朗菲最先冲破这一禁忌，把涌现概念引入系统科学，并把对涌现现象的描述作为系统科学的基本问题之一。但是，贝氏对突现性的理解还是构成性的思维，他借亚里士多德的名言把突现表述为“整体大于部分之和”，因此涌现的实质注定不会在贝氏那里得到准确的阐释；霍兰（Hpland J H）把涌现表述为“多来自少”、“复杂来自简单”，欧阳莹之认定“只有系统的额外特征才有资格为涌现”；这些命题仍带有某些神秘色彩，或多或少使人觉得那些额外涌现出来的东西（定性的或定量的）来路不明，无迹可求。由于这个缘故，许多人把不可解释性当成涌现的基本特征。特别是那些把还原论当成科学方法论之唯一可能形式的人，至今视涌现一词为非科学术语，拒绝接受。
实际上，涌现现象并非凭空出现的，它具有可以查寻的客观根源和能够用科学揭示的产生机制，因而原则上具有可解释性。消除突现的神秘性，应考察它的现实来源，揭示其产生机制。苗东升认为，系统突现性来自系统的组分、结构和环境三方面：构材效应、规模效应、结构效应、环境效应四者共同造就系统的整体涌现性。
在人们的认识过程中，系统的整体性最初表现为其突现出的各组成要素所不具有的新质。这种质的新颖性就是整体性的直观体现。从实质上看，系统的整体性也只有就这种质的新颖性而言，才具有客观的意义。以生命系统为例，生物体的特性不等同于细胞的特性，更不能归结为组成细胞的分子、原子等成份的特性，生物体所突现的新质不是别的，正是“活的”生命有机体这种复杂系统所展示出的一种整体性，如新陈代谢、生长发育、自我调节，甚至病变消亡等。
二、对称破缺与多元协同：整体性的内在原因
从本质上看，由新质涌现所体现出的整体性并不意味着系统内部的单纯性和均一性。恰恰相反，正是由于系统内部结构、要素之间的关系发生了激烈的变化，从而使系统的构成要素产生一种对称破缺、高度分化、质的规定性多元化，才有可能造就出某种形式的整体性。
整体性产生的原因包括：开放环境可能导致熵减；非平衡是产生新的有序之源头；涨落导致有序；非线性导致自组织。而非平衡、非线性及涨落状态的形成均离不开系统内部的对称性破缺。因此要研究新整体产生的原因，必须研究对称性破缺的问题。
1.新整体诞生的条件：对称破缺
所谓对称破缺，是指观察者视线中系统构成要素的对称程度降低或对称性质丧失。它意味着一种分化，即系统结构由一种均匀的同质状态转变为性质不对称的异质状态。对称性与有序性密切相关。对称程度越高，则有序性越强。普利高津在耗散结构理论中对此进行了深刻的揭示和论述，“耗散结构一旦形成，时间以及空间的均匀性可能遭到破坏，我们更加接近亚里士多德所提出的‘生物学’的空时观。”所谓“生物学”的时空观，就是对称破缺的时空观，它包括空间对称破缺与时间对称破缺。
空间对称破缺：表现为系统的各构成要素在三维空间中分布的非均匀性。根据耗散结构理论，对称破缺展示出系统的不同构成要素之间或系统与其外部环境之间的本质差别，这种本质差别为演化这种复杂行为的出现提供了一个首要的先决条件，它使得原来在无差别介质中根本不可能发生的演化过程，在对称破缺的条件下可以成为现实。例如著名的贝纳德花纹实验，就是系统达到某一阈值时，由对称性破缺而产生的一种空间宏观有序结构。 时间对称破缺：显示为系统定向运动变化及其周期性、节奏性。经典力学认为时间是可逆的，这就意味着“过去”和“将来”没有质的区别；热力学第二定律对此提出挑战，揭示了孤立系统的熵随时间的推移趋向极大值，但不足的是这种对时间的非对称性的描述仅仅限于孤立系统。而耗散结构理论等自组织理论，则更一般也更深入地揭示了开放系统、不可逆系统的方向性。它们指出，任何开放系统都有一个随时间而创生、发展和消亡的过程，这个过程是绝对不可逆转的。对于开放系统来说，时间t总是单向的、对称破缺的。它的意义已非一个简单的几何参量，而是一个决定系统演化的具有历史意义的变量。作为耗散结构论中的一个新概念，时间t是与系统不可逆过程相联系的一个内部变量。如化学钟实验，即著名的B-Z反应（Belousov-Zhabtin-shi），就是经过时间对称破缺，形成一种新的动态稳定的有序结构。
对称破缺作为整体性的内在特征，表现为三维空间上的非均匀分布和一维时间上的不可逆演化。有了不可逆性，即时间对称破缺，才有空间对称破缺的产生维持和发展。时间对称破缺具有更为基本的意义。对称性破缺可以引起我们对两个问题的反思，一是关于秩序问题，二是关于不可逆性问题。
2.对称破缺是自组织系统进化的标志
事实上，无论是平衡结构的产生还是非平衡结构的产生，都表现为某种对称破缺。在进化生物学中，首先是有机分子旋光性的对称破缺，被巴士德等人看作是“生命的唯一判据”。没有这种破缺就没有真正的生命；其次是遗传密码和遗传信息流的对称破缺，它们是原始生命得以产生和延续的关键；而细胞内部及细胞之间的对称破缺，是原始生命继续进化与发展的前提。
当外界条件具备时，系统发生对称破缺是必然的；而对称破缺是如何实现的，却有很大随机性，而在这时涨落则起了重大作用。比如磁体磁场的方向、激光的频率和相位、正反粒子数之差等，都是随机决定的。系统科学家詹奇说：“现在与海森堡不确定关系描述的量子力学的不确定性并肩而立的是结构中的宏观不确定性。”这些都是系统整体性的具体体现。
3.整体性涌现的动力学机制：多元协同
系统的新质突现表现为外在的整体化和一体化，而对称破缺则意味着内在的分化和多样化。这两个方面相反相成、互相促进；一方面，系统的整体性来自于对其构成要素特性的扬弃，即在新的关联过程中，要素间自身个体性的相互协调，从而达到某种程度上的和谐一致。另一方面，只有对称破缺、高度分化和质的规定性的多样化，系统构成要素之间的相互关联才具有实际的意义。要素间的相互作用促成整体的新质突现。
邦格（M Bunge）认为，系统作为一个整体的新颖性，往往是在性质相异的事物结合形成系统的过程中产生的。如果说系统内部的相互关联使其各构成要素相互协调、彼此一致地突现为具有新质或宏观信息的统一整体，那么，正是各构成要素充分发展了的对称破缺和相互作用更加丰富、更加紧密、更加具有新质的创造性。
于是，“系统的整体性最终可被理解为：以多元协同为内在动因或突现机制的对立统一体。”而在理解多元协同时，需注意：（1）系统内多样性的关系是多元协同产生的前提条件。系统中大量子系统的存在，使得它们之间竞争性的独立运动和关联性的合作运动成为可能。正是系统内多样性的存在，为协同作用的产生提供了可能。（2）大量子系统之间相互作用的关联导致了所谓非加和性，即相干性。多元协同的效果之所以能产生，就是因为相干性的存在。普利高津认为由于有了相干性，系统就显示出了整体的行为。哈肯也认为，子系统在相当规则的形式下会发生相互合作，从而使整个系统的状态出现从无序到有序的转化。因此不能将系统分解为子系统，并用纯粹的、无规则的子系统作用简单叠加来说明系统的特性。通过子系统之间的相互合作，确实能够导致在宏观层次上信息的创生。这种信息反映了系统的总的状态，它是由系统中的合作即协同作用所产生的，所以被称为协同学信息。
总之，多元协同是整体系统的和协之源。它具有动力学的性质，是在动力学过程中发挥效能的。耗散结构论和协同学等系统自组织理论，详细地探讨了系统在演化过程中的动力学机制。系统内部的对称破缺使其构成要素彼此有了区分，由完全均一的一元化变成了高度不对称的多元化，而系统对称破缺之后要素间产生的相互关联，则产生了新的效应——多元协同。故，对称破缺、多元协同共同构成了整体性的突现机制。
三、走向生成整体论：系统整体的生成机制
科学的历史发展到量子理论阶段时，科学家波姆（D J BOhm）提出了生成性的整体论。以往的整体论更强调系统的空间结构，生成整体论则更关注时间的延续性与系统的动态性。而系统科学发展到非线性科学阶段，其整体论思想的主要特征即生成性。
按照生成整体论，整体是动态的和有生命的，整体不是由部分组成的，而是从生之时起就是整体。生与成联在一起，成长壮大，是任何机器系统所不具有的。特别是生命系统，其整体有着自组织性和突现性两大基本特征，它们是自己创造自己的。按照生成整体论，部分只是整体的显现、表达与展示，整体通过连续不断地以部分的形式显现其自身。
对于生成，重要的不是物质的空间运动，而是信息和能量的跨层次传送和转换，由此生成整体必然具有自组织性、突现性、多层次性、不可分性和不可还原性。按照李曙华的观点，生成的过程是信息指导物质的生成（如基因指导蛋白质的生成），是新事物不断出现的过程。生成整体论的使命就是：如何突破还原分析的传统方法，找到整体作为整体、非平衡作为非平衡、非线性作为非线性的新的研究方法，而不满足于在构成的基础上附加考虑相互作用，在局域平衡的基础上附加考虑子系统间的不同情况，或考虑如何将非线性问题转化为线性处理。在这里，信息是生成的重要条件。
1.逻辑起点：生成元
系统科学之于经典科学，除了还原论与整体论的对立外，还有构成论与生成论的对立。在经典科学中，原子是构成世界的终极因，它是构成一切而自身不被构成者。原子的假设为经典科学提供了一个逻辑起点，其特点是：从实体和部分出发，因此“质料因”是最基本的；认为整体由部分构成，因此可分；由于认定部分与整体是同质的，所以了解了部分即可了解整体；所谓变化就是指不变原子的分解与组合，或受力点在空间的运动；原子相对不变或稳定的属性是质量，即“原子量”。 而建立在整体论基础之上的系统科学的逻辑起点是“生成元”。按照李曙华的生成理论，她将生成元与原子的差别归纳为：（1）生成元首先透显的是“动力因”和“目的因”，而不是“质料因”；（2）生成元不是既存的，而是生成的，因此生成元可生可灭，本质上是过程；（3）生成元是整体，不是部分；部分由分化生长而成，具有整体性与分形性；（4）生成元相对不变或稳定的属性是生成规则（中国文化中所谓“理”或“道”），而实体则是不断生长变化的；（5）决定生成元生长的是信息，而不是载体的原子质量。系统科学的各支理论中，隐藏着不同的生成元，如耗散结构中可以放大为巨涨落的涨落、突变论中突变点上的整体控制型、协同学中的序参量、超循环中拟种的突变体、混沌中的吸引子、分形中的分形元等。
总之，生成元是系统整体生成的逻辑起点，也是新结构诞生的“胚胎”。生成元的生成过程包括反应增殖（简单信息增殖为复杂的整体信息）、展现进化（潜在信息进化为强大显在的序），此二过程不可回避，否则生成过程将变得神秘。
生成元其实就是广义信息论中的潜在信息。生成过程包括信息增殖——简单信息相互反应为复杂信息；信息进化——潜在信息组织无序的物质能量放大展现为显在序这两种过程。以上两种过程都是超循环过程的片段，超循环起到了选择、正反馈增强、稳定结构一过程链、不断自我复制的作用。于是自组织、自稳定、自复制的有机整体遂在动态中生成。
2.整体重建与生成：分形生长与混沌动力
根据自组织理论，突变点上系统进化的问题，实际上是系统的整体重建问题。其机制是各子系统通过自组织形成超循环，并实现内在的价值选择，关键在保证代表进化的某种“生成元”在突变点上诞生并迅速生长，完成进化。按照非线性科学的观点，分形与混沌理论则进一步揭示了系统生长的形态学与动力学机制。分形几何学揭示了系统形态生长的普遍的数学规律，并进而涉及能量、信息与功能的分布等规律，而混沌理论则发现了奇异吸引子——世界生成过程中信息创生及跨层次传递信息和能量的重要机制和渠道。
如果说贯穿整个机械过程的基本规律是能量的形式转换与守恒，那么贯穿整个生成过程的基本机制则是信息的反馈、复制与转换。“生成规律本质上是信息规律，是信息选择、组织物质和能量的规律。生成的过程是从整体到整体，而不是从部分到整体。从根本上说，生成是信息的创生、保存、传送、翻译和转换。”
四、结语
系统科学从诞生之日起，其理论先锋贝塔朗菲就说“科学需要重新定向”，所谓“重新定向”，其内在意蕴之一是指系统科学整体论思维对经典科学还原论纲领的超越，这是科学范式形而上学根基的转换。目前系统科学正在从机械构成论走向生成整体论。从系统科学思想史的角度讲，系统科学这一学科群不仅正在逐渐形成一套新的概念、新的工具体系、探索新的研究领域，而且发现了经典科学未曾发现的关于生成演化的规律，这一演化规律的基础即生成整体论。作为“最大的一次科学革命”，系统科学，正在生成逻辑的基础上创建以价值内在取代价值无涉、以生命隐喻取代机器隐喻的范式体系。之于经典科学体系，这是一种突破，也是一种超越。以生成整体论为基础的系统科学范式及其思想史对于当代科学的认识论与方法论势必产生重要影响。
系统科学整体性的外在表征、产生的内在原因，以及全面走向生成整体论的这一演进逻辑，也是系统科学思想史演进的内在逻辑。如果说系统科学不足百年的发展史可以依次概括为系统理论、自组织理论、非线性科学三种主流形态的话，那么贯穿这三个阶段的整体性思想主线就应当是结构整体论、进化整体论与生成整体论，这一关于系统科学内部整体论思想内涵和表征的变迁，笔者将另篇论证。
