《全球脑》10/系统科学

层层剥开洋葱,你就不断地取得了进展。
——威廉·卡尔文[i]

随着科学技术的发展,在科学领域出现了很多新的理论,系统科学就是其中之一。它为我们分析复杂系统提供了帮助。举例来说,一般系统论、耗散结构理论、协同学,等等,这些都属于系统科学。借助于系统科学,我们可以方便地从系统角度来分析复杂的系统。例如,从系统角度来看,全球生命体是一个具有等级制度的系统。在这一点上,全球生命体和其他生命体具有一定的相似性。此外,从系统角度来看,全球生命体也是一种耗散结构。那么,什么是耗散结构呢?

简单来说,“耗散结构是指一个远离平衡状态的开放系统,由于不断和外环境交换物质、能量和熵(熵被用于计算一个系统中的失序现象)而能继续维持平衡的结构。”[1]

让我们再来看一看全球生命体。在全球生命体中,变化很快,这说明全球生命体远离平衡状态。与此同时,全球生命体与外界也没有不可突破的屏障,这说明它是一个开放系统。此外,全球生命体为了生存,需要不断和自然环境交换物质、能量和熵。与此同时,为了生存,在全球生命体中也存在大量的循环现象,例如人流、物质流、能量流,等等。这说明,全球生命体正在维持一个动态平衡的结构。所以说,全球生命体是一种耗散结构。它的变化具有一定的规律性。

事实证明,全球脑的变化同样具有规律性。例如,在兴奋区域方面,全球脑就具有这个特征。由于人的平均睡眠时间是8小时,同时一天有24小时,那么就意味着,全世界总有三分之二的人是清醒的。他们所在的区域处于兴奋状态,表现得很活跃。与此同时,另外三分之一的人则处于睡眠当中。他们所在的区域处于抑制状态,表现得不活跃。

我们知道,在春分(或秋分)的时候,太阳直射点恰好位于赤道上。假设在这个时候,全球脑清醒的区域会发光,而睡眠的区域只有微弱的光芒(忽略因反射太阳光而产生的亮度),那么,我们将看到,地球面向太阳的区域是明亮的(在经度上大约跨越240度左右,可以想象为一个桔子里三分之二的桔子瓣),而背对太阳的一侧(在经度上大约跨越120度左右,可以想象为一个桔子里三分之一的桔子瓣),则表现得光线黯淡。

由于地球正在自转,所以相对地球来说,发光区域将沿着与自转相反的方向推进。这就是在当天,以地球南北极轴线为旋转中心,全球脑兴奋区域所发生的周期性位置移动。而在其他的日子(除春分、秋分以外),全球脑兴奋区域也会呈现类似的运动规律,只是略有不同而已。在了解了全球脑的变化之后,下面,让我们来看看全球脑的组成。

从外表上,我们无法找到两个相貌完全相同的人。类似的,从内心里,我们也无法找到两个爱好完全相同的人。例如,有的人喜欢白色,有的人喜欢蓝色;有的人喜欢看动作片,有的人喜欢看恐怖片;有的人喜欢从事销售工作,有的人喜欢从事设计工作。两个人的大脑不能处在同一状态下,即使双胞胎也不例外。所以说,全球脑是一个由众多不同的个体聚集而成的巨大整体。

此外,我们发现,全球脑是一个分布式系统。它的决策主要由各级子系统作出,因此全球脑不是中央集权的。例如,在某个领域内,不同级别的组织分别拥有不同的影响力。相对而言,国际组织影响范围较大,区域性组织影响范围较小。与此同时,全球脑处于异步状态,也就是不同步状态。例如,一个国际组织常常无法包含全世界所有的国家,所以世界各国在具体事务上的决策并不一致。这说明,全球脑看起来并不是完全有序。这是我们必须面对的现实,井然有序的理想状态是不存在的。不过即便如此,全球脑仍然在朝着有序的方向演化。

* * *

一个独立生存的活细胞,经过复制可以形成一个由多个细胞结合成的有机体。在这个新的有机体中,细胞之间形成了新的控制机制,并导致了细胞分化。为了描述该现象,瓦伦蒂·特琴(Valentin Turchin)提出了一个新概念,也就是元系统[2]跃迁。

事实上,以整个地球的宏观角度来分析,从无生命物质演化为繁茂的生物圈,直到更复杂的人类社会,其中包括不断的元系统跃迁过程:

无机物的组合 → 有机物

有机物的组合 → 细胞

细胞的组合 → 多细胞生物

生物的组合 → 生物圈

人和计算机的组合 → 全球脑

人和人造物的组合 → 全球生命体

当然,在微观上也存在元系统跃迁现象。例如,细胞相互结合,可以形成组织;组织进一步结合,则可以形成器官。人的双手、鹰的翅膀、猫的眼睛,等等,所有这些器官都是细胞跃迁的结果。类似的,在人类社会中,以个体为基础,也跃迁出了大量的组织机构,例如学校、公司、协会,等等。与此同时,在这个过程中还出现了分工现象,导致新的职业不断涌现。例如,在农业社会,在人群中出现了农夫。之后,在工业社会,出现了打字员、纺织工和工程师。如今,随着信息社会的到来,出现了网站管理员、网店店主和网络作者。

我们知道,早期的社会结构通常都比较简单。然而,随着分工的不断细化,却可以导致社会结构变得复杂起来。显然,这都是元系统跃迁的结果。与此同时,人造物在人类的影响下,也存在不断跃迁的现象。例如,电灯相互结合,可以形成照明系统;医院相互结合,可以形成医疗系统;电脑相互结合,可以形成互联网。以此类推,最终的结果是,人和计算机相互结合,可以形成全球脑;人和人造物相互结合,可以形成全球生命体。

路德维希·冯·贝塔朗菲指出:“表面上看来某个层次上持存的组织系统,实际上是在下一个较低的系统——细胞内的化学组分系统、多细胞有机体内的细胞系统、生物群落内的个体系统不断的变化、形成、生长、消耗和死亡的过程中保持的。”事实上,全球生命体正是这样的组织系统。它的各级子系统不断经历上面提到的这些过程。例如,国家不断经历独立、扩张、萎缩和灭亡的过程;公司不断经历创立、发展、稳定和衰落的过程;个人不断经历出生、生长、衰老和死亡的过程。在了解了贝塔朗菲的观点之后,下面,让我们来看看另一位学者的观点。

在1974年,赫尔曼·哈肯提出了协同学理论。这个理论描述了各种非平衡系统中从无序到有序转变的自组织规律。

为了理解这个规律,让我们先从一个熟悉的例子开始。在衣着方面,每个人都有自己独特的选择,例如款式、颜色、大小,等等。这样看来,在街头上的人群中,人们的衣着应该处于一种完全无序的状态。然而,事实并非如此。在这看似无序的状态下,却存在着一定的秩序。例如,在同一个时期,女性服装常常具有特定的流行色。很多女性会在这个时期内有意地选择包含流行色的服装,或者有意地选择包含流行色的饰品。那么,我们就可以认为,这个流行色是这个时期内女性服装在色彩方面的稳定结构。

另外,在蜂巢中,每一个蜂室都是六角形的,蜂室的这个独特形状也可以认为是蜂巢的稳定结构。其结果是,六角形的结构成为了一种标准,可以支配蜜蜂去建造同样结构的蜂室。此外,上面提到的流行色也成为了一种标准,可以支配女性去选择同样颜色的服装。从这两个例子可以看出,稳定结构一旦形成,就可以为子系统之间的自组织提供参考,以主导系统的演化方向。

事实证明,一种元素可以存在多种稳定结构。这是因为,一种元素经过不同的化学过程,可以形成不同的结构方式。例如,氧元素既可以形成氧气,也可以形成臭氧。其中,氧气分子由两个氧原子构成,而臭氧分子则包含了三个氧原子。类似的,磷元素既可以形成白磷,也可以形成红磷。其中,白磷分子由四个磷原子构成。然而,当白磷加热至250℃之后,却可以转变为红磷。红磷在结构上表现为多分子不规则排列。

在人类活动中,同样存在多种稳定结构。例如,在投资方面,存在独资、合资、合伙等不同的投资方式;在跑步方面,存在100米、200米、400米等不同的跑步距离;在绘画方面,存在中国画、油画、版画等不同的画种。

正如我们所见,稳定结构既可以是静态的稳定形式,例如六角形的蜂室;也可以是动态的稳定形式,例如行星环绕恒星公转。无论是动态的还是静态的,这些稳定结构表现出了一定的规律性。它们支配着子系统的行为。反过来,这些子系统的行为也维持着系统的有序状态。

在一个系统中,子系统之间通过相互作用,可以形成多种结构方式。随后,这些结构方式开始相互竞争。之后,在自然选择的作用下,可以获得一种或多种稳定结构。另外,需要注意的是,在全球脑中存在的许多稳定结构,并不是单方面依靠自然选择获得的,而是包括智能选择所起的作用。例如,一个女孩喜欢穿红色的外套,这显然是她经过思考后作出的决定。在这个例子中,参与选择的是个体智力。在全球脑中,既然意识是多层级的,那么智能选择同样也是多层级的。例如,公司通过智能选择来决定自身的业务模式;国家通过智能选择来调整国家的区域划分;全球脑则通过智能选择来指出全人类的发展方向。

在自然界中,无机物之间的自组织行为是无目的性的。在生物体内,基因重组即基因之间的自组织行为也是无目的性的。然而,在全球脑中,人与人之间的自组织行为却呈现出了目的性。既然有智能参与的自组织行为增加了目的性,因此我们可以认为,它是一种更高级的自组织现象。

在生物圈中,一个物种可以被当成是由有机物和无机物聚合而成的一种稳定结构。这意味着,人类仅仅是数目众多的稳定结构之一。值得警惕的是,人类活动导致了其他稳定结构的减少甚至是消失。种类繁多的稳定结构之间是相互依存和共生的关系。其他的稳定结构如果消失了,人类这种稳定结构也将无法存在。因此,人类正致力于保障所有的稳定结构可以分别保持合适的比例。

从系统角度来看,全球生命体就是从无生命的系统,通过自组织形成有生命的系统,一直到形成星球规模的生命系统。在这个过程中,位于同一层级的子系统通过竞争和协作,可以产生更高一级系统的有序状态。各级系统在宏观上的有序性就是这样逐级建立起来的。毫无疑问,为了维持全球生命体的存在和发展,我们必须爱护赖以生存的生物圈,尤其是种类繁多的生物,以及由它们所组成的极其复杂的生态系统。


  • [1] 耗散结构的定义引自维基百科。
  • [2] 元(哲学概念),指世界统一的基础、世界的组织细胞、世界的具体存在和表现形式。元系统是一个由一大堆有着共同特质的元素组成,但是本身却有着不同属性的系统组合。(引自维基百科,有修改)

[i] 引自威廉·卡尔文. 大脑如何思维:智力演化的今昔[M]. 杨雄里,梁培基 译. 上海:上海科学技术出版社,1996.

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