自然界中的有机整体：以系统方式存在的成果

三、自然界：以系统方式存在着的有机整体

现代系统科学的基本原理和方法为人们认识自然界的存在方式、物质系统之间的相互联系、运动规律，以及从本体论的角度描述自然界的总的图景提供了有力的工具。美国著名系统论哲学家E·拉兹洛就曾形象地刻画道，现代系统论赋予人们一种透视的眼光来考察自然界、世界、宇宙。这是根据一种新的科学规范，一种作为“新的自然哲学”的“系统”观点，认为“‘系统’是总的自然界的模型”⁽⁴³⁾，这种“把世界看作一个巨大组织的机体主义观点，它完全不同于把世界进程看作是盲目的自然法则所统治的机械论观点”⁽⁴⁴⁾。正是在这种意义上，可以认为，伴随着现代系统论的诞生与发展，“一种新的世界观正在全世界先进科学思考者的头脑中形成”⁽⁴⁵⁾。

1.何谓“系统”

“系统”（system）一词，源于古希腊语，拉丁语为“systema”，是表示“站在”“一起”（stand together）或“安置”“在一起”（place together）的意思。这个意思与偶然堆积的意思相反，表示按一定的关系结合起来的意思。

在中国历史上，“系统”这一概念则与古代人朴素的整体观念有着渊源的关系。著名的《黄帝内经》把人体当作一个统一的整体，并认为人体与外界环境有着密切的联系，强调把认识人与人所处的外界环境相关联，体现了早期人们在认识人与自然关系中的系统思想。《周易》中的“八卦说”则通过八卦的排列组合，揭示了天、地、山、泽、雷、风、水、火等八大系统之间的整体联系。此外，《尚书·洪范》等也把自然界和人体看成是由金、木、水、火、土五种要素相生相克、相互制约而组成的有秩序、有组织的整体。但是，究竟什么是系统，只是随着现代系统科学的产生和发展，这一概念才逐渐获得明确的界定。

在现代一般系统论的研究中，美籍奥地利生物学家L·V·贝塔朗菲在1972年发表的“普通系统论的历史和现状”一文中，将“系统”定义为“处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分（要素）的总体（集）”⁽⁴⁶⁾。中国著名科学家钱学森则主张把极其复杂的研究对象称为“系统”，将“系统”表述为“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体”⁽⁴⁷⁾。

在我们看来，尽管人们可以从不同的侧面给系统下定义，但科学地把握系统概念应当注意以下四个要点：其一，系统是由若干要素组成的，要素是构成系统的组分或单元，单一要素不成其为系统，任何一个系统必须有两个以上的要素构成，即承认系统内部应具有可分析的结构；其二，“系统”在于“系”，即系统内诸要素之间、系统要素与系统整体之间的相互联系、相互作用，形成了特定的结构；其三，“系统”还在于“统”，即要素彼此之间联系成为一个统一的有机整体；其四，系统作为一个整体对环境表现出特定的功能，功能之所以为整体所具有，是由于功能以结构为载体，并在系统各要素的功能耦合中突现出来。把这些共同点概括起来，我们就应当把“系统”理解为由两个以上相互联系与相互作用的要素组成的具有特定结构和功能的有机整体。

2.系统：自然界物质存在的普遍形式

在古希腊时代，人们就确认系统是自然界物质存在的普遍形式。公元前6世纪，辩证法的奠基者赫拉克利特在《论自然》一书中写道：“世界是包括一切的整体。”公元前5世纪，原子论的创导者德谟克里特著有《宇宙大系统》一书，明确地把整个宇宙或自然界看作一个巨大的系统。

在文艺复兴时期，德国哲学家、（库萨的）尼古拉斯认为：“一切事物都处于某种相互关系之中，借着这种相互关系，所有个体结合而成为统一的宇宙，并且在这统一的绝对中，实存体的众多性就是单一自身。”⁽⁴⁸⁾

在18世纪，德国哲学家、数学家G·W·莱布尼茨认为，宇宙是“预定和谐”的、“被规范在一种完满的秩序中的统一体系”。法国启蒙思想家D·狄德罗指出，自然界是由各种元素所构成的物质的总体。所谓“元素”就是“异质物质”，亦称“分子”，它们的数量是无限的，性质是各不相同的。他说：“我将把产生一切自然现象所必需的那些不同的异质物质称为元素，而把这些元素组合起来造成的那个现实的总结果或那些相继出现的总结果称为自然。”⁽⁴⁹⁾1755年德国哲学家I·康德在发表的《自然通史与天体论》一书中把太阳系看作一个系统，并追溯到最简单的混沌状态，说明“宇宙体系是怎样从它最原始的状态发展起来的”⁽⁵⁰⁾。1796年法国科学家P·S·拉普拉斯出版的《宇宙体系论》，明确提出物质的宇宙是一个整体、体系的观念，把星系和星云等看作是这个整体中相互联系的组成部分⁽⁵¹⁾。1770年，法国哲学家P·H·D·霍尔巴赫在《自然的体系》的论著中写道：自然就是“由不同的物质、不同的配合，以及我们在宇宙中所看到的不同的运动的组合而产生的一个大的整体”⁽⁵²⁾。

在19世纪初，法国动物学家、古生物学家G·居维叶提出生命有机体是一个由各个部分交互作用并具有目的性的系统的看法。他在《四足动物化石骨骼研究》（1812）一书的“导论”中写道：“每个有机生物都形成一个整体，形成一个完整而严密的系统，它的各个部分都是互相适应的，并通过它们的交互作用，而促成它们的有目的活动。”⁽⁵³⁾1817年，德国著名哲学家G·W·F·黑格尔在《哲学全书》中强调说：“自然必须看作是一种由各个阶段组成的体系。”⁽⁵⁴⁾

19世纪中叶，恩格斯从本体论上考察“系统”，明确指出系统是自然界物质的存在方式。他在《自然辩证法》一书中写道：“我们所面对着的整个自然界形成一个系统，即各种物体相互联系的总体，而我们在这里所说的物体，是指所有的物质存在。”他还说：“只要认识到宇宙是一个系统，是各种物体相互联系的总体，那就不能不得出这个结论来。”⁽⁵⁵⁾

确认自然界的物质系统的普遍性，不仅要把整个自然界看作一个系统，而且要认识到自然界中的所有物质客体都自成系统。从微观的基本粒子到宇观的总星系，从无机界到有机界，从天然自然到人工自然，从人类社会到人类思维，宇宙间的一切事物，都无一不自成系统。现代自然科学的研究成果已经作了极其深刻、丰富的说明，在非生物界如基本粒子、原子、分子、地上物体、地球、太阳系、银河系、星系团、超星系团、总星系等等；在生物界如生物大分子、细胞、个体、群体、生态系统等等，都是由其内部若干要素按一定规则相互联系、相互依赖而组成具有确定结构与功能的相对独立的系统。“场”也是物质存在的一种形式，如电磁场、引力场以及传递强、弱相互作用的相应的规范场，也是以系统的方式存在着的。

自然界的一切物质客体不仅自成系统，而且又互成系统。这也说明了自然界物质系统的普遍性。大系统中有小系统，小系统中有更小的系统，若干小系统相互联系、相互作用组成大系统，一些大系统则又相互联系、相互制约组成更大的系统。如原子系统可看作是由粒子子系统构成的，而分子系统又可看作是由原子子系统构成的，由此类推，直至宇宙系统。

显然，系统与要素的规定是相对的。系统之成为系统，要素之成为要素，只是在特定的联系中才能成立。要素在自身的内在联系中成为系统，系统又在自身的外在联系中成为要素。因此，任何一个系统都是较高一级系统的要素；同时，任何一个系统的要素本身又是较低一级的系统。譬如，就相对于地球、行星而言，太阳系是一个大的系统，而相对于银河系来说，太阳系就只不过是一个要素了。因而，人们要对它们的属性有确切的理解，不能完全抛开系统方式。

3.系统与环境：自然界是一个动态的开放系统

按照普遍联系的观点，不仅自然系统内部各要素之间、系统整体与其中各要素之间相互联系和相互作用着，而且某一系统与环境之间也存在着复杂的相互联系和相互作用。(www.xing528.com)

系统与环境之间的联系体现在三个基本方面：其一，环境对系统的作用，环境是系统存在的必要条件和土壤，环境对系统的发展和演化起着一定的诱导甚至支配作用，系统的性质和功能是通过环境显现出来的；其二，系统对环境的作用，系统有其内在的结构和独立性，它可以通过输入和输出对环境发生影响，系统可将环境要素变为自己的要素，可以抗拒环境的干扰而保持自身稳定和发展，甚至可以通过改变结构以适应环境的变化；其三，系统与系统的作用，环境中事实上亦有其他系统的存在，系统与环境的作用往往表现为系统与系统的作用，系统与系统有并存关系、互依关系、竞争关系、吞食关系等等。

自然系统具有物质、能量和信息“三要素”。依据系统与环境之间是否存在物质、能量和信息的交换，可以将自然系统区分为孤立系统、封闭系统和开放系统。

孤立系统，是与其环境隔绝的系统，亦即与其环境之间没有物质、能量、信息交换的系统。一般说来，孤立系统只是一种理想或近似的状态。根据热力学第二定律，在孤立系统中，物质的微观状态总是趋向最大，从而熵达到最大。

封闭系统，是与外界环境没有物质交换但有能量交换的系统。根据爱因斯坦质能关系式E＝mc²，能量是可以换算为物质的质量的。与外界绝对没有物质交换的系统，当然与外界也就不会有能量交换。不过，在能量交换中所涉及的物质交换数量极少，有时可以忽略不计，在这种情况下我们便有了一个封闭系统。例如，如果忽略从宇宙空间中落入地球上的流星和宇宙尘埃，就可以把地球近似地看作是一个封闭系统，它接收太阳及其他恒星的辐射能，这些辐射能所代表的物质质量与地球质量相比是微乎其微的。一般说来，物理化学也局限于考虑封闭系统的过程。著名的质量作用定律就是只用于封闭系统的真正化学平衡来定义的。化学平衡可以用于转移反应的根据，就是因为这些属于达到平衡的快速离子反应。

开放系统，是与外界环境自由地进行物质、能量和信息交换的系统。开放系统具有非一般的特性。一是开放系统具有“等结果性”。在任何封闭系统中，最终状态是由初始条件决定的，例如在化学平衡中，反应物的最终浓度自然决定于初始浓度。如果初始条件或过程有所改变，最终状态也要改变。而对于开放系统，“不同的初始条件可能以不同的方式达到相同的最终状态”⁽⁵⁶⁾，这就是所谓的“等结果性”。例如，一个正常的海胆个体可以来自一个完整的卵，也可以来自半分开的卵，还可以来自两个整卵合成的卵，等等。二是“开放系统被定义为在同环境交换物质的过程中呈现出输入和输出、自身物质组分的组建和破坏的系统”⁽⁵⁷⁾。这就是说，开放系统的外部特征是存在输入和输出，同环境不断进行物质、能量和信息交换；其内部特征是不断破坏自身旧物质组分，不断组建新的物质组分，可以称为广义的“新陈代谢”。这两方面互为条件。由于内部不断进行组分的建构与破坏，故需与环境不断交换物质、能量；由于物质的输入和输出不断进行，系统内部才可能有组分的不断破坏与组建。“每一种生物本质上都是开放系统”⁽⁵⁸⁾，生命有机体之所以能处于有组织的活动状态，即具有新陈代谢、生长、发育、自我调节、刺激反应和天然的能动性等基本特征，就是由于生命系统能够不断地与外界环境进行物质、能量和信息的交换。

事实上，不仅是生命系统，对任何系统的正确认识和说明离开了对系统与环境关系的研究都是不可能的。需要指出的是，自然界不存在严格意义上的孤立系统、封闭系统，任何系统都或多或少、或快或慢地同环境交换物质、能量和信息。系统就其本性来说，不可能是孤立的或封闭的，只是不同系统的开放程度有很大不同。一个系统的开放性微弱到相对于一定的目的可以忽略不计的程度，作为一种抽象，可以视为一个孤立的或封闭的系统。自然界的物质系统都是非孤立系统、非封闭系统，总是与环境存在相互作用的开放系统。而整个自然界就是由各种动态的开放系统组成的。

现实的自然系统都是开放系统，都有物流、能流、信息流不断地运动；任何自然系统都有一个从孕育、产生、发展、成熟到衰退、消亡的过程。自然系统的这种运动、发展、变化过程，就是它的动态性。从本体论看，世界是物质的，而物质是系统的；不论能量和运动还是信息与控制，都是物质系统的属性。既然没有不运动的物质，那么物质系统便是动态系统，静态仅是动态的特例，所以物质系统是发展变化的系统。系统的发展变化有两个方向，一是进化的方向，一是退化的方向。封闭系统由于熵增加必然从有序走向无序，朝着退化的方向发展，最终达到热平衡而“死寂”。开放系统由于与外界有物质、能量、信息的交换，从外界输入负熵流，依据耗散结构理论与协同学关于非平衡态系统自组织理论，在一定条件下可以从无序走向有序，朝着进化的方向发展。现实世界中的开放系统可以区分为三种类型：热力学平衡态、近平衡态和远离平衡态。在平衡态中，能量和物质流已经消除了温度的差别和浓度的差别，系统的元素处于随机混合的无序状态，而系统本身是均匀的，在动力学上是惰性的；近平衡态是一种线性非平衡态，由具有统计性可预见行为的线性热力学来描述，其温度和浓度有微小的差别，其内部的元素不是随机的，只要使它保持在非平衡状态的那些约束条件一取消，这种系统就立即趋向平衡；在远离平衡态中，系统处于非线性的非平衡态，它可能放大某些涨落，自发形成新的有序结构——“耗散结构”。协同学的创始人H·哈肯则进一步证明，非平衡开放系统在外参量影响下，在内部子系统间的协同作用下，如何形成时空功能有序，并且，他根据宇宙系统所呈现的有序结构，证明宇宙是一个动态的开放系统。

4.自然系统的整体性：整体和部分

整体性是自然系统最基本的特征。所谓系统的整体性，是指系统的各个要素按一定的方式构成的有机整体，系统是诸要素的有机集合而不是各要素的简单地机械加和，系统的性质、功能和规律不同于它的各个组成要素的性质、功能和规律，即系统具有各组成要素所没有的新有性质、功能和规律；另一方面，处于系统整体中的组成要素的整体性质、功能和规律，也异于它们在孤立状态时的性质、功能和规律。

德国著名哲学家G·W·F·黑格尔曾说过：“假如物质被规定为整体，那么它便由部分组成，而在部分中，整体将变为非本质的关系并消失。但部分就其自身来说也是如此，它也不是部分而是整体。”“部分只有在没有整体时才是独立的”⁽⁵⁹⁾。这就是说，部分（要素）组成为整体后就失去了它们原来的质而具有系统整体的质，而整体分解为部分后，各个部分又恢复了独立存在时的质，系统整体的质不复存在了。因此，系统整体性的形成，可以说，就是系统中组成要素的特性的丧失和各要素有机联系产生新质的结果。

“系统是相互作用着的成分……的综合，其性质超过组成它的要素性质的总和。”⁽⁶⁰⁾系统整体性的实质就是这种“非加和性”，即系统的整体性能不等于要素性能的代数和，而是量的综合导致的质的飞跃，产生出各组成要素或要素的总和所不具有的新特性。

整体性是一切自然系统的普遍属性。从基本粒子到总星系，从核酸、蛋白质到人体，从天然自然物到人工自然物，每一具体物质形态都是以系统的方式存在的有机整体，呈现出各种不同的整体性。例如，由许多核苷酸单体按一定方式连接组成的核酸，具有储存和传递生物遗传信息的特性，而单个的核苷酸则不具备这一特性。而当以核酸为主的遗传体系与蛋白质为主的代谢体系之间出现了偶联作用，多分子体系内部建立了信息传递、控制与调节的新关系时，也就出现了新陈代谢、自我繁殖、生长发育和遗传变异等生命特征。人脑有几千亿个神经细胞或神经元。神经元间的连接方式极其复杂，极其精细，正是这些连接所构成的基本神经回路成为脑功能的基础。

自然是“包容统一体的综合”，“其中的任何一个都无法从这关联组织中除去。但其中每一包容体都具有整个综合体所具有的实在性”⁽⁶¹⁾。由于系统整体性的特点，因而组成系统的各个要素不能一一分解成独立的要素。如果硬要分解，那么分解出来的要素就不再具备其在系统整体中所具有的性质、功能和规律。也就是说，组成部分（要素）是在整体制约下的相对独立的成分，一旦脱离了系统整体，就会丧失作为整体组成要素所表现出来的特性、功能和行为。正是在这种意义上，亚里士多德指出：“就本性来说，全体必然先于部分；以身体为例，如全身毁伤，则手足也就不成其为手足，脱离了身体的手足同石制的手足无异，这些手足无从发挥其手足的实用，只在含糊的名义上大家仍旧称之为手足而已。”⁽⁶²⁾G·W·F·黑格尔也曾说过：“一只手，如果从身体上割下来，按照名称虽仍然可叫做手，但按照实质来说，已不是手了。”⁽⁶³⁾“因为这些肢体器官只有在它们的统一体里，它们才是肢体和器官，它们对于那有机的统一体是有联系的，决非毫不相干的。只有在解剖学者手里，这些官能和肢体才是些单纯的机械部分。但在那种情况下，解剖学者所要处理的也不再是活的身体，而是尸体了。”⁽⁶⁴⁾

其实，不仅在生命系统，就是在非生命系统，情况也不例外。比如，微观领域，当我们说强子是由夸克构成时，对于“构成”的含义就不能拘泥于那些引起较上层次的通常理解。“一个自由电子在和原子核结合成原子时，只消耗它的静能的极小一部分来作为结合能，好像它在结合过程中只损失了一根毫毛，仍不失其原来面目。可是夸克在结合成强子时，几乎花费了它全部的静能来作为结合能，这样在结合的过程中，夸克已弄得血肉模糊面目全非了。这样，我们有理由怀疑在强子内部的夸克，和脱离强子而存在的夸克是否是相同的东西。”⁽⁶⁵⁾

由于系统的整体必然出现新的特性以及一个要素和结构合理的人工或复合系统的整体功能或整体效应总是大于它的各组成部分之和，因此，系统的整体性又被表述为“整体大于它的各部分的总和”，用数学语言可形象地表示为“1＋1＞2”。“整体大于各孤立部分之和”是两千多年前古希腊哲学家亚里士多德提出的哲学命题，原意是强调整体不等于它的各构成部分之和，整体除了它的部分（要素）外，还加上它的形式。L·V·贝塔朗菲指出，为了理解一个整体或系统不仅须了解其各个部分，而且同样还须了解它们之间的关系。他强调从事物的关系中、相互作用中去了解系统整体的规律性。因此，L·V·贝塔朗菲用这个命题来表述系统的整体性，他说，亚里士多德的“整体大于各孤立部分之和”的论点，至今仍然是“基本的系统问题的一种表述”⁽⁶⁶⁾。

颇为引人入胜的是，量子理论确认整个自然界存在着不可分割的量子关联。它向人们呈现了有关本体论的新内容：自然界是一个统一的、不可分割的整体，这个整体中的各个部分是普遍关联的，即使其间不存在物理相互作用。

这一思想，最初是N·玻尔在1935年发表的一篇论文“能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？”中提出来的⁽⁶⁷⁾。他强调把经典物理学体系分离为各个部分的处理方法在量子领域内已经失效，因为只要两个体系合成一个单一的体系，即使只在一段有效的时间内，这样的一个组织过程就不再能够分离。之后，经过D·玻姆⁽⁶⁸⁾和J·S·贝尔⁽⁶⁹⁾的研究与分析，特别是1964年J·S·贝尔从定域的、决定论的理论出发，推导出一个与量子力学不同的有关自旋关联问题的不等式（即著名的“贝尔不等式”），使得量子关联的实验检验成为可能。自1972年以来物理学界所完成的实验表明，量子关联确实存在。这种量子关联是非定域性（nonlocality）的，它表明对于一对相关的粒子A与B来说，即使彼此相距很远的距离，人们观察其中一个粒子的方法会影响到另一个粒子的存在方式。这种影响来自两个粒子之间的内在联系，而不是外部信息的传递。这意味着“不经由场或任何别的东西作媒介，当A与B是非定域联系时，其间不存在任何媒介物传递”；非定域的影响意味着“它不随距离的增加而减弱”；非定域的影响是“瞬时的，它们传递的速度不受光速的局限”⁽⁷⁰⁾。这种新出现的特点，只有用整体论才能获得较好的说明。这就是说，它反映了实在的不可分离性，说明自然界是一个不可分的、密合的整体。