【十一溜達】重讀了《科學系統論》，超級乾貨_風聞

這是關於李喜先編著的《科學系統論》的讀書筆記。

05年買的書，超級喜歡，讓我對世界的認識高出一個層次。整本書如同燈塔一般，照亮我探索的旅程，是我所學的所有知識裏邊，最有高度的知識體系。十一有空，就在家裏重新讀了一遍，並把特別喜歡的段落整理摘抄了出來，與原文不太一致，拿來分享。十五年過去了，書裏邊的一些預測已經變成了現實。比如關於芯片的看法……我甚至認為，再過五十年，這本書都不過時。

上篇-理論

1.科學系統

1.1科學

嚴格意義下的科學形成於近代。技術的發端早於科學。

1.1.1 起源和演化

上古和中古時期的科學，統稱古代科學。

公元前4000年，至公元5世紀，上古時期裏，人們只能以原始的研究方式，往往還要依靠思辨和猜測，從宏觀上，整體上認識現實世界，從而獲得包羅萬象的知識，形成古代科學的雛形，稱為古代哲學。以自然哲學的形式含在哲學知識總體之中。古代文明古國如中國、埃及、巴比倫、希臘和印度，都形成了發達的知識系統。在“希臘時代”（公元前8世紀至4世紀），古希臘的自然科學發展成為歐洲古代最典型、最發達的知識系統，如亞里士多德建立了哲學、邏輯學、心理學、倫理學、政治學、歷史學、美學、物理學、數學、天文學、氣象學、植物學和動物學等方面的龐大的知識系統。在古代中國，也有着非常豐富的自然哲學思想，主要表現在陰陽學説、五行學説、元氣論，也設計對社會的研究，如荀子在《王制》、《富國》篇中就論及這些內容。

在中古時期，5~15世紀，歐洲的“黑暗時代”，歐洲的哲學、科學與神學融為一體，成為“神學的奴僕”。根據人類和社會兩方面的觀念塑造出來的綜合物，即政治、社會地理和人類學的概念。11~14世紀哲學發展成經院哲學，15世紀哲學才脱離神學。這段整整一千年的時間裏，歐洲科學發展停滯，而中國、印度和阿拉伯世界，自然科學卻不停發展，並遙遙領先。在中國，由傳統農學、中醫藥學、天文學、數學、物理、化學、地學、動植物學和建築學等組成的實用科學系統相當發達。

在近代時期，15~19世紀，近代自然醒得到了比較全面系統的發展。近代自然科學在歐洲文藝復興後誕生。首先哥白尼發表了《天體運行論》，是自然科學採用了實驗、觀測和數學方法而取得獨立的宣言書。後來，牛頓建立了經典力學體系，並對其他學科產生了重要影響。直到19世紀，自然科學以垂直髮化的方式，在中觀層次上形成了比較龐大的學科系統。在這一時期的自然科學，主要運用分解、分析的方法，即把複雜的研究對象分離成各個要素，以進行分門別類的研究，從而形成了各種專門化的經典學科。這時還形成了一些小跨度的交叉學科。這一時期的哲學被稱為近代哲學。在17、18世紀，社會科學開始有了決定性的思想，嚴格説，19世紀才形成社會科學。

在現代時期，19世紀末以後，科學在微觀、中觀、宏觀上得到了充分發展。迄今為止，中觀層次上約5550門學科，非交叉科學學科約2969門，交叉科學學科2581門。交叉科學高級階段就是綜合科學。它通過融合多學科，在整體上形成學科優勢互補格局，從而產生科學整體化、綜合化的進程。使現代科學迅速地發展為一個層次紛繁、縱橫交叉、極端複雜的網絡系統。

1.1.2 科學的定義

關於自然、社會和思維的知識體系。

一是系統化的認識。一是理論化的知識。科學是認識和知識相統一的複合體。

1.2 科學系統的涵義

科學系統是相互聯繫和相互作用的科學認識要素、知識要素和社會要素有機的結合成特定的結構，從而具有新的有序結構進化的整體。

1.2.1 科學認識系統

認識，是不斷建構產物。

1.2.2 科學知識系統

科學知識系統是人類認識而產生的成果——科學概念、科學定律、科學理論、學科等所構成的一個整體。

微觀層次上，科學知識系統是理論系統。

中觀層次上，科學知識系統是學科系統。

宏觀層次上，科學知識系統就是科學整體。

1.2.3 科學社會系統

是人類在科學認識或知識生產中產生特定的社會關係而形成建制化的小社會系統。

1.4 科學系統觀

一個缺乏科學精神和科學價值觀的國家、民族是必定要衰落的。

科學系統在未來的社會系統中將主宰一切，成為權力的象徵。

未來學家托夫勒在《權力的轉移》中闡述了知識在權力三要素——暴力、財富和知識中的軸心地位。他指出，權力——一種有目的的支配他人的力量，以知識為基礎，知識就是財富；它在不斷地升值，是一種符號財富，具有無限的延伸性，可同時使用，取之不盡；它可代替資本，代替種種形式的資源；整個知識系統，或者説是高技術世界的“信息層”正在重組和綜合……

科學系統觀，是科學系統的“序參量”一樣，標誌着科學體統的有序程度，並主宰着科學系統整體的進化過程。

2.科學系統的結構

2.1科學知識系統的結構

2.1.1科學知識的三維性

現象維；分析維；基旨維。

美國科學史家霍爾頓認為，對科學的傳統理解只關注現象和分析，忽視了信念、直覺、預想這類歷史、社會、心理因素，這些被忽視的因素就是基旨維。

2.1.2科學理論的邏輯結構

科學理論是一個命題系統。

理論的邏輯形態是科學知識系統的固有特徵，不因表達方式而改變。

從邏輯推理結構分析，系統中的概念和命題又被區分為三部分：

a.作為推理前提的基本概念或基本定律；

b.作為邏輯演繹物的定理或定律；

c.作為推理結論的經驗命題。

2.1.3科學理論的形式化結構

2.2科學認識系統的結構

2.2.1 科學認識的四面體結構

認識活動正四面體SOKL。

頂點S代表認識主體科學家，頂點O代表認識客體對象，頂點K代表認識結果知識，頂點L代表上述三者的聯繫媒介語言。

這樣一個模型基本上可以概括科學認識活動的各個方面。

六條邊線：

SO——研究者和研究對象的關係，認識論。

SK——研究者和獲得的知識的關係，方法論。

KO——知識和原型的關係，本體論。

SL——科學家和語言的關係，語用學。

OL——客觀世界和語言的關係，語義學。

KL——知識和語言的關係，語形學。

四個面：

SOK——科學基礎論。

SLO——科學認識論。

SLK——科學邏輯學。

KLO——科學解釋學。

2.2.2 科學認識的信息結構

2.2.3 科學認識的語言結構

2.3科學社會系統的結構

科學社會的智力結構；科學社會的權威結構；科學社會的規範結構。

科學精神氣質概括為四種道德規範：普適性；公有主義；無偏態度；懷疑精神。

3.科學系統的功能

3.2.2科學理論的作用

解釋功能；預見功能；導向功能。

3.3.3科學通過技術轉化為現實生產力來推動經濟發展

3.4科學系統的社會功能

政治功能；軍事功能；文化功能；生態功能；科學通過體制實現社會變革功能

4.科學系統的環境

5.科學系統的進化

中篇-模型

6.科學系統知識增長的數學描述

6.1數學模型的一般知識

數學模型，即由共識、方程或邏輯表達式等組成的某種數學結構，它所表達的內容與所研究的對象的行為、特性一致或似一致，這種數學結構就叫該對象的數學模型。

6.1.1 建模步驟

A.建模準備

明確建模目的，收集信息與統計數據等。

B.建模假設

對問題進行適當的簡化，用精確的語言做必要的假設。

C.建立模型

利用適當的數學工具，寫出各個量之間的等式或不等式關係，列出表格、畫出圖形或確定其他數學結構。

D.模型求解

解方程，畫圖形，證明定理或進行邏輯運算等。

E.模型分析

根據問題性質，分析各變量之間的依賴關係或穩定性質。有時根據結果做數學預測，有時給出數學上最優決策或控制。

F.模型檢驗

回到實際的對象，對模型的合理性與適應性作出檢驗。

6.1.2模型分類

A.按變量情況分類

連續模型與離散模型

確定性模型與隨機性模型

線性模型與非線性模型

單變量模型與多變量模型

B.按時間變化對模型的影響分類

靜態模型與動態模型

參數定常模型與參數時變模型

C.按研究方法與對象的數學特徵分類

初等模型

優化模型

邏輯模型

穩定性模型

擴散模型

D.按對對象的瞭解程度分類

白箱模型

灰箱模型

黑箱模型

E.按研究對象的實際領域分類

人口模型；生態模型；經濟模型；生理模型；社會模型等。

6.2知識增長的三種模式

6.2.1 封閉模式

6.2.2 開放模式

6.2.3 自由模式

6.3數學描述

6.3.1封閉模式的動力學描述

A. 連續動力系統與邏輯斯蒂方程

在作為封閉系統的研究領域，其知識增長存在着一個穩定的極限，這種知識增長的邏輯斯蒂依賴關係已經為相當多的研究問題領域的個案分析所證實。如農業社會學、有限羣論、行列式與矩陣理論、噬菌體理論。

B.離散動力系統與混沌結構

6.3.2開放模式的動力學過程

將無組織信息轉變為有組織的知識過程，這個過程通過科學共同體完成，科學共同體有着非線性轉換的作用。

A.流動模型。

對於流動的方程組及其穩定性、平衡態動力學等，生物數學中已經有大量的研究，有些結果可以被應用於只是增長流動模型的數學分析和解釋。

B.伏爾泰拉方程

意大利數學家伏爾泰拉為了描述亞德里亞海中食肉魚與被食魚數量變化而首先提出的數學模型。

特點是震盪和漲落。

C.傳染模型

D.競爭模型

6.3.3隨機模型

7.數學系統中的模式與力

7.1數學是什麼

數學家斯蒂恩説，數學是模式的科學。數學家在數中，在空間中，在科學中，在計算機中，以及在想象中尋找模式。數學理論解釋模式間的關係；函數和映射，算子和射將一類模式與另一類模式聯繫起來，產生永久的數學結構。數學應用則利用這些模式解釋和預測跟它們相符的自然現象。模式可以啓發出新的模式，常常會出現模式的模式；通過這種方式，數學按其自身的邏輯，從科學的模式開始，通過添加由此派生的所有模式而成形。這裏的模式，可以理解成諸如集合、拓撲空間、流形、羣、環、域、微分方程等現代數學中的抽象形式概念，其結構由各種公理定理確定。

數學系統是數學知識體系、數學社會建制和數學觀念的有機統一體。

數學知識體系和建制、觀念的對應聯繫

之所以把數學建制和觀念獨立考慮，是鑑於數學史中幾次大的演進都與此有關。笛卡爾因歐式幾何的尺規作圖限制了對光學鏡片形狀的探究，提出要建立能研究一切自然現象中出現的次序和數量的普遍科學——數學，這種觀念為解析幾何的創立奠定了基礎。笛卡爾及其他學者關於科學數學化的思想成為整個17、18世紀主流的數學觀念，促成了分析學的誕生與迅猛發展。19世紀由於非歐幾何和非交換代數的出現，人類能自由創造數學的觀念有逐漸佔據了主要地位，這對於相對獨立於數學外部世界的純粹數學的高速發展，對於數學研究中的專門化傾向，對於數學家人數的大幅度增加都起到了推動作用。

7.2數學知識演化的歷史學模式

7.2.1個體創造模式

7.4推動數學科學系統演化的力

7.4.1遺傳力各要素

容量、質度、強問題、概念力、尊崇度、悖論或不相容性

7.4.2聚合機制：力和過程

8.社會科學模型

8.1社會科學研究

8.1.2分類問題

聯合國教科文組織《社會科學和人文科學研究中的主要趨勢》

社會科學：社會學、政治學、心理學、經濟學、人口學。

人文科學：語言學、人類學、史學、藝術及藝術科學、法學、哲學。

8.3.2模型與模型化方法

社會科學研究者的大部分職能應着重於發現問題和解決問題。而解決問題的前提不僅是數學模型，而且是廣泛的理論模型。

解決社會現象的認識問題，同樣須具備模型、概念、分析過程（方法論）和數據信息這四大元素。 8.3.3多級系統分析與決策

社會科學的理論發展分三個階段：

經驗階段（指描述社會現象歷史過程的演進）

理論階段（闡明社會對象發展的機制和規律）

預測階段（在掌握事物發展規律的基礎上，推測未發生而又會發生的現象與趨勢）

決策程序是迭代的，幷包括三個階段的循環過程。

一，確定性階段。對問題系統分析，確定影響系統的要素變量及其相互關係、分配價值。一般以數學語言買書系統諸變量的各種關係過程。

二，概率階段。在重要變量上引入概率分配，它在不確定的情況下提供最好的解決辦法。

三，信息階段。是最重要的階段。在決策前，信息階段被專門用來判斷一項可能花費很大的信息收集是否值得。這就是所謂的洞察力價值。

8.3.4經典案例——經濟模型

9.交叉科學模型

10.哲學科學模型

10.1哲學科學的涵義

10.1.1哲學的各種規定

康德把哲學內容分為三個方面：

我們能夠做什麼？

我們應該做什麼？

我們希望做什麼？

哲學內容細分為7類：

宇宙論；知識論；倫理哲學；社會政治哲學；歷史哲學；教育哲學；宗教哲學。

10.1.2哲學作為科學

哲學分為兩類：哲學的科學和作為統攝科學的哲學。

哲學的科學分為：

認識論（知識的本質、真理和確定性等）

邏輯（反思方法的科學）

科學哲學（科學的本質）

語言哲學（詞、思想、事物等的意義）

形而上學（存在的本質）

價值論（善與惡，價值的類型）

美學（美是什麼？藝術是什麼？）

倫理學（正確與錯誤，責任義務等）

宗教哲學（對宗教的理解）

分為三類：

知識或經驗的問題（認識論、邏輯、科學哲學、語義學）

實在或存在的問題（形而上學、包括本體論、宇宙論和神學）

價值及其社會表現的問題（價值論、美學、倫理學、宗教哲學、社會哲學、政治哲學、經濟哲學、教育哲學）

作為統攝科學的哲學有三大功能：

批判科學；綜合科學及成為科學之母。

10.3科學哲學理論

科學哲學理論包括三個方面：

A.前科學理論

B.元科學理論

C.系統哲學理論

10.3.1前科學理論的特徵

前科學建立的兩種方式：

日常觀察資料和思辨性的基本假定。

思辨性：解釋和推論；類比與隱喻。

下篇-應用

11.科學分類

分類是一般的認識手段，也是普遍的方法論。

分類分四個方面：定義；區別；劃分；歸類。

每一門科學知識的內在結構可以分為四個層面，它們在分類中處於中心地位，是分類的基礎，自然在一般的分類框架中反映出來。

A.哲學與範疇層面

B.邏輯與方法論層面

C.理論層面

D.經驗層面

11.3科學分類方案

11.3.1六大門類

科學分為六大門類，A置於B上，B置於其他四類上。

A.哲學類：包括哲學、元科學與前科學。

B.符號科學或形式科學類：介乎哲學與經驗科學（或實證科學）之間，包括語言科學、邏輯科學、數學科學、系統科學等。

C.自然科學類：包括純科學（物理學與化學）與真正的自然科學（天文學、地球科學、生物科學），其中特別包括體質人類學、人種學、也包括所謂人體科學。

D.社會科學類：包括經濟學、政治學、社會學、文化人類學等。

E.心理科學類：主要指波普爾的第二世界，關於人的純粹意識、記憶、智能、思維、創造等現象及活動。

F.文化科學，即精神產品對象類：主要包括波普爾的第三世界大部分，特別是藝術科學、技術科學、宗教科學、歷史科學等。

11.4科學分類大綱

11.4.1哲學

A.認知哲學

B.本體哲學

C.價值哲學：如美學。

D.規範哲學：如倫理學。

介乎純粹哲學與理論科學之間，有各種前科學與元科學。如：自然科學、宇宙論、身心哲學、生命哲學等與本體哲學相聯繫；科學哲學、數學哲學、邏輯哲學、語言哲學、系統哲學、歷史哲學、藝術哲學、宗教哲學、技術哲學等與認知哲學相聯繫。

11.4.2符號（形式）科學

A.一般語言學：符號學、語義學、語法學、語用學等。

B.邏輯與方法學（形式邏輯；普遍方法學，包括定義、區別、劃分、分類、排序；啓迪學，指發現科學認識的方法和學説，包括觀察、實驗、描述、説明等；闡釋學，這是人文科學及文化科學重要的方法論，對心理科學及社會科學也有重要意義）

C.數學（操作技術，計算方法、作圖方法、統計方法等；操作理論，誤差理論等；操作對象理論，代數方程論，微分方程論等；對象理論，數論、型論、函數論、算子論等；結構理論，羣論、一般拓撲學、代數拓撲學、格論、巴拿赫空間論、算子代數理論等；元數學）

D.系統學（一般系統論；系統與控制理論；信息科學）

11.4.3 自然科學

A.力學（理論力學；實驗力學；固體力學，彈性力學、塑性力學；流體力學、振動波動與聲學等）

B.物理學（實驗物理學；理論物理學；計算物理學；數學物理學；粒子物理學；核物理學；原子分子物理學；固體物理學；結晶學；表面物理學；熱學；電磁學；光學）

C.化學（元素化學；無機化學；有機化學，脂肪族，芳香族，雜環；高分子化學；分析化學，合成化學，實驗化學，計算化學）

D.天文學（觀測天文學；理論天文學；光學天文學；射電天文學；X射線天文學；紅外天文學；紫外天文學；γ射線天文學；粒子天文學；結構天文學；宇宙學，星系天文學，銀河天文學，太陽系天文學；天體演化論）

E.地球科學（外層空間科學；大氣科學；海洋科學；地質學；自然地理學）

F.生物科學（分子生物學，細胞生物學，個體生物學；前生物學，微生物學，植物學，動物學，人類學；形態學，生理學，生物化學，生物物理學；遺傳學，胚胎學，發育學，進化論，時間生物學，古生物學；生態學，生物地理學；病理學、免疫學、藥理學）

11.4.4社會科學

經濟學；政治學；社會學；文化學

11.4.5心理科學

認識科學（感知覺心理學——信息輸入；記憶心理學——信息編碼存貯檢索及提取；思維心理學——信息內部加工；智能科學——信息加工系統）

情感心理學

意志心理學

行為科學

11.4.6文化科學

藝術科學

技術科學

宗教科學

歷史科學

12.科學的未來和預測

12.2科學預測的實踐與方法

預測失誤與預測含糊是科技預測兩大痼疾。

預測失誤：漏報失誤；虛報失誤；否真失誤；信偽失誤；方向選擇失誤；成果判斷失誤；定量失誤；時間失誤。

12.3 預測的框架系統

從純學科本身到社會需求的預測分為十個層次，

它們是：純科學的基本問題，各學科的理論體系，各學科的方法體系（觀測、實驗、計算等），統攝科學，即複雜系統的科學技術性科學，產業性需求的科學技術，軍事需求與其他集團需求的科學技術，社會大規模建設與改造所涉及的科學技術，社會日常生活需求的科學技術，文化與意識形態有關的科學技術。

12.3.1 純科學的基本問題

兩個方面：

A.結構問題

物質的基本結構，大統一理論。

核及核以下粒子的生成、反應與過程。

化學反應的機理。

催化。

組成、結構與性質的相關性。

生命的本質，生命的可能樣態。

形態發生、分化的機理。

遺傳密碼的破譯，遺傳密碼增減改變的可能性與相容性。

智能的本質，智能改變與改善的可能性。

時空結構。

B.歷史問題

宇宙起源及演化

銀河系的起源及演化

太陽系的起源及演化

地球的起源及演化，物質生成及分佈，海洋大陸大氣的形成，地殼變遷。

地球上的生命起源。

地球上的生命進化過程。

人類的起源與進化。

智能的起源與進化。

語言的起源與進化。

腦演化的可能性。

12.3.2 學科的理論體系

對學科理論體系應按科學系統論建立分類標準以及多層體系，每層次有其基本問題。主要任務是找空白點，以及在基本問題解決後，向多樣性發展，通過常規性，及特殊性的研究，以取得新進展。在這方面，物理化學理論體系比較成熟，體系的進步往往是技術上的困難問題。但生物科學、心理科學問題還相當多。

例如：

生理節律

人腦的機制、視覺、記憶等。

睡眠與夢。

衰老問題。

思維與創造。

意識問題。

12.3.3 各學科的方法體系

12.3.4統攝科學

最大的統攝科學是大環境科學，它可以無所不包。現在還不成熟，預測主要集中在探測技術的改進、事實的積累、關係的發現。

12.3.5 技術性科學

理論上難以達到精確程度，而需訴諸實踐經驗，經驗又難以達到全面系統的地步。

大致分為：材料科學，能源科學，控制科學，信息科學。

12.3.6 產業性的科學技術。

產業主要是生產產品滿足市場需要並獲得利潤。

重視的方向：

機器人。

用生物技術對動植物的品種改良。

廢棄物再處理與循環。

高集成度芯片。

多功能個人電腦。

更簡易、更安全、更有效的電池，特別是太陽能電池。

無缺陷加工技術和趨精密加工技術的開發。

材料保存技術、防鏽蝕的問題。

生產、貯藏、流通系統合理化。

土木建築技術的革新。

12.3.7 武器預測

武器預測與國際政治形勢有關。但改進的方向有探測性精度改進，激光及粒子束武器，自動控制飛機，以及先進艦船等。

12.3.8 社會大規模建設與改造的科學技術

沙漠的改造，森林綠化、生態保護，自然災害發生機制的解釋和災害的預測預報，水資源有效開發與利用，大規模工程（海底隧道，填海造陸，運河開鑿等），新交通運輸系統的開發，新通信信息系統的開發與聯網，海洋開發與資源利用，大氣污染、海洋污染、污物、放射性物質的防治與處理，國土綜合開發及城鄉規劃與建設。

12.3.9 社會日常生活需求涉及的科學技術

提高日常的生活質量

保鮮食品，食品營養，使人精神正常的飲食，各種清洗、洗滌的用品與藥劑。

身心健康的增進

常見病、多發病的治療及預防，早期診斷與自動診斷，牙齒技術自然化，口腔保健，減肥。

生活工作能力的恢復

先天性殘疾的治療，人工肺器，遺傳疾病的治療，老化的延緩。

通訊的改進。

12.3.10 文化及意識形態的需求

積極方面：

教育的提高，文化生活的豐富，藝術創造的多樣性，思想交流的便捷，精神與肉體能力的提高。

消極方面：

思想控制，精神與肉體的壓制（去勢），精神探測。

13.論科學的發展戰略

13.5 論中國科學發展戰略

歷史的反思

長期的封建體制作為外環境是束縛中國產生近代自然科學的主要根源。

中國科學近代化的起點是以1582年意大利傳教士利瑪竇的科學輸入為標誌，後有洋務運動的技術引入和知識分子的科學文化運動。直到1956年，中國才實現了科學近代化。

13.5.3 戰略重點

大力發展哲學和社會科學。

大力發展交叉科學、綜合科學和橫斷科學。

在自然科學中，大力發展基礎科學、應用科學中的基礎部分。

13.5.4 戰略措施

轉變科學研究的結構。

增大國家科學技術部的功能。

擴大國家自然科學基金委員會的功能。

增大科技經費投入。

重組中國科學院。

增強中國科學院的建設。

重視各級教育。

提高科技人員的社會地位。

14. 論科學政策

15. 論科學系統管理

​附錄： 系統。

1.系統概念

2.系統定義

3.系統分類

自然系統和社會系統

宇觀系統、宏觀系統和微觀系統

動態系統和靜態系統

開放系統、封閉系統和孤立系統

穩定系統和非穩定系統

平衡系統、近平衡系統和遠平衡系統

觀念系統（概念系統）、符號系統和實物系統

白色系統、黑色系統和灰色系統

天然系統、人工系統和複合系統

並列系統和時序系統

線性系統和非線性系統

4.系統特性

整體性、有序性、層次性、相關性、動態性

5.系統結構

6.系統功能

7.系統環境

8.系統關係

相依共存

競爭求存

吞食關係

破壞關係

9.系統行為

10.系統演化

系統發生

系統發展

系統老化

系統消亡

11.幾種系統理論

一般系統論

耗散結構輪

協同學

超循環理論

全文完，希望給喜愛吃瓜的網友提供一些新角度，祝大家節日快樂，吃瓜事業蒸蒸日上~