【十一溜达】重读了《科学系统论》，超级干货_风闻

这是关于李喜先编著的《科学系统论》的读书笔记。

05年买的书，超级喜欢，让我对世界的认识高出一个层次。整本书如同灯塔一般，照亮我探索的旅程，是我所学的所有知识里边，最有高度的知识体系。十一有空，就在家里重新读了一遍，并把特别喜欢的段落整理摘抄了出来，与原文不太一致，拿来分享。十五年过去了，书里边的一些预测已经变成了现实。比如关于芯片的看法……我甚至认为，再过五十年，这本书都不过时。

上篇-理论

1.科学系统

1.1科学

严格意义下的科学形成于近代。技术的发端早于科学。

1.1.1 起源和演化

上古和中古时期的科学，统称古代科学。

公元前4000年，至公元5世纪，上古时期里，人们只能以原始的研究方式，往往还要依靠思辨和猜测，从宏观上，整体上认识现实世界，从而获得包罗万象的知识，形成古代科学的雏形，称为古代哲学。以自然哲学的形式含在哲学知识总体之中。古代文明古国如中国、埃及、巴比伦、希腊和印度，都形成了发达的知识系统。在“希腊时代”（公元前8世纪至4世纪），古希腊的自然科学发展成为欧洲古代最典型、最发达的知识系统，如亚里士多德建立了哲学、逻辑学、心理学、伦理学、政治学、历史学、美学、物理学、数学、天文学、气象学、植物学和动物学等方面的庞大的知识系统。在古代中国，也有着非常丰富的自然哲学思想，主要表现在阴阳学说、五行学说、元气论，也设计对社会的研究，如荀子在《王制》、《富国》篇中就论及这些内容。

在中古时期，5~15世纪，欧洲的“黑暗时代”，欧洲的哲学、科学与神学融为一体，成为“神学的奴仆”。根据人类和社会两方面的观念塑造出来的综合物，即政治、社会地理和人类学的概念。11~14世纪哲学发展成经院哲学，15世纪哲学才脱离神学。这段整整一千年的时间里，欧洲科学发展停滞，而中国、印度和阿拉伯世界，自然科学却不停发展，并遥遥领先。在中国，由传统农学、中医药学、天文学、数学、物理、化学、地学、动植物学和建筑学等组成的实用科学系统相当发达。

在近代时期，15~19世纪，近代自然醒得到了比较全面系统的发展。近代自然科学在欧洲文艺复兴后诞生。首先哥白尼发表了《天体运行论》，是自然科学采用了实验、观测和数学方法而取得独立的宣言书。后来，牛顿建立了经典力学体系，并对其他学科产生了重要影响。直到19世纪，自然科学以垂直发化的方式，在中观层次上形成了比较庞大的学科系统。在这一时期的自然科学，主要运用分解、分析的方法，即把复杂的研究对象分离成各个要素，以进行分门别类的研究，从而形成了各种专门化的经典学科。这时还形成了一些小跨度的交叉学科。这一时期的哲学被称为近代哲学。在17、18世纪，社会科学开始有了决定性的思想，严格说，19世纪才形成社会科学。

在现代时期，19世纪末以后，科学在微观、中观、宏观上得到了充分发展。迄今为止，中观层次上约5550门学科，非交叉科学学科约2969门，交叉科学学科2581门。交叉科学高级阶段就是综合科学。它通过融合多学科，在整体上形成学科优势互补格局，从而产生科学整体化、综合化的进程。使现代科学迅速地发展为一个层次纷繁、纵横交叉、极端复杂的网络系统。

1.1.2 科学的定义

关于自然、社会和思维的知识体系。

一是系统化的认识。一是理论化的知识。科学是认识和知识相统一的复合体。

1.2 科学系统的涵义

科学系统是相互联系和相互作用的科学认识要素、知识要素和社会要素有机的结合成特定的结构，从而具有新的有序结构进化的整体。

1.2.1 科学认识系统

认识，是不断建构产物。

1.2.2 科学知识系统

科学知识系统是人类认识而产生的成果——科学概念、科学定律、科学理论、学科等所构成的一个整体。

微观层次上，科学知识系统是理论系统。

中观层次上，科学知识系统是学科系统。

宏观层次上，科学知识系统就是科学整体。

1.2.3 科学社会系统

是人类在科学认识或知识生产中产生特定的社会关系而形成建制化的小社会系统。

1.4 科学系统观

一个缺乏科学精神和科学价值观的国家、民族是必定要衰落的。

科学系统在未来的社会系统中将主宰一切，成为权力的象征。

未来学家托夫勒在《权力的转移》中阐述了知识在权力三要素——暴力、财富和知识中的轴心地位。他指出，权力——一种有目的的支配他人的力量，以知识为基础，知识就是财富；它在不断地升值，是一种符号财富，具有无限的延伸性，可同时使用，取之不尽；它可代替资本，代替种种形式的资源；整个知识系统，或者说是高技术世界的“信息层”正在重组和综合……

科学系统观，是科学系统的“序参量”一样，标志着科学体统的有序程度，并主宰着科学系统整体的进化过程。

2.科学系统的结构

2.1科学知识系统的结构

2.1.1科学知识的三维性

现象维；分析维；基旨维。

美国科学史家霍尔顿认为，对科学的传统理解只关注现象和分析，忽视了信念、直觉、预想这类历史、社会、心理因素，这些被忽视的因素就是基旨维。

2.1.2科学理论的逻辑结构

科学理论是一个命题系统。

理论的逻辑形态是科学知识系统的固有特征，不因表达方式而改变。

从逻辑推理结构分析，系统中的概念和命题又被区分为三部分：

a.作为推理前提的基本概念或基本定律；

b.作为逻辑演绎物的定理或定律；

c.作为推理结论的经验命题。

2.1.3科学理论的形式化结构

2.2科学认识系统的结构

2.2.1 科学认识的四面体结构

认识活动正四面体SOKL。

顶点S代表认识主体科学家，顶点O代表认识客体对象，顶点K代表认识结果知识，顶点L代表上述三者的联系媒介语言。

这样一个模型基本上可以概括科学认识活动的各个方面。

六条边线：

SO——研究者和研究对象的关系，认识论。

SK——研究者和获得的知识的关系，方法论。

KO——知识和原型的关系，本体论。

SL——科学家和语言的关系，语用学。

OL——客观世界和语言的关系，语义学。

KL——知识和语言的关系，语形学。

四个面：

SOK——科学基础论。

SLO——科学认识论。

SLK——科学逻辑学。

KLO——科学解释学。

2.2.2 科学认识的信息结构

2.2.3 科学认识的语言结构

2.3科学社会系统的结构

科学社会的智力结构；科学社会的权威结构；科学社会的规范结构。

科学精神气质概括为四种道德规范：普适性；公有主义；无偏态度；怀疑精神。

3.科学系统的功能

3.2.2科学理论的作用

解释功能；预见功能；导向功能。

3.3.3科学通过技术转化为现实生产力来推动经济发展

3.4科学系统的社会功能

政治功能；军事功能；文化功能；生态功能；科学通过体制实现社会变革功能

4.科学系统的环境

5.科学系统的进化

中篇-模型

6.科学系统知识增长的数学描述

6.1数学模型的一般知识

数学模型，即由共识、方程或逻辑表达式等组成的某种数学结构，它所表达的内容与所研究的对象的行为、特性一致或似一致，这种数学结构就叫该对象的数学模型。

6.1.1 建模步骤

A.建模准备

明确建模目的，收集信息与统计数据等。

B.建模假设

对问题进行适当的简化，用精确的语言做必要的假设。

C.建立模型

利用适当的数学工具，写出各个量之间的等式或不等式关系，列出表格、画出图形或确定其他数学结构。

D.模型求解

解方程，画图形，证明定理或进行逻辑运算等。

E.模型分析

根据问题性质，分析各变量之间的依赖关系或稳定性质。有时根据结果做数学预测，有时给出数学上最优决策或控制。

F.模型检验

回到实际的对象，对模型的合理性与适应性作出检验。

6.1.2模型分类

A.按变量情况分类

连续模型与离散模型

确定性模型与随机性模型

线性模型与非线性模型

单变量模型与多变量模型

B.按时间变化对模型的影响分类

静态模型与动态模型

参数定常模型与参数时变模型

C.按研究方法与对象的数学特征分类

初等模型

优化模型

逻辑模型

稳定性模型

扩散模型

D.按对对象的了解程度分类

白箱模型

灰箱模型

黑箱模型

E.按研究对象的实际领域分类

人口模型；生态模型；经济模型；生理模型；社会模型等。

6.2知识增长的三种模式

6.2.1 封闭模式

6.2.2 开放模式

6.2.3 自由模式

6.3数学描述

6.3.1封闭模式的动力学描述

A. 连续动力系统与逻辑斯蒂方程

在作为封闭系统的研究领域，其知识增长存在着一个稳定的极限，这种知识增长的逻辑斯蒂依赖关系已经为相当多的研究问题领域的个案分析所证实。如农业社会学、有限群论、行列式与矩阵理论、噬菌体理论。

B.离散动力系统与混沌结构

6.3.2开放模式的动力学过程

将无组织信息转变为有组织的知识过程，这个过程通过科学共同体完成，科学共同体有着非线性转换的作用。

A.流动模型。

对于流动的方程组及其稳定性、平衡态动力学等，生物数学中已经有大量的研究，有些结果可以被应用于只是增长流动模型的数学分析和解释。

B.伏尔泰拉方程

意大利数学家伏尔泰拉为了描述亚德里亚海中食肉鱼与被食鱼数量变化而首先提出的数学模型。

特点是震荡和涨落。

C.传染模型

D.竞争模型

6.3.3随机模型

7.数学系统中的模式与力

7.1数学是什么

数学家斯蒂恩说，数学是模式的科学。数学家在数中，在空间中，在科学中，在计算机中，以及在想象中寻找模式。数学理论解释模式间的关系；函数和映射，算子和射将一类模式与另一类模式联系起来，产生永久的数学结构。数学应用则利用这些模式解释和预测跟它们相符的自然现象。模式可以启发出新的模式，常常会出现模式的模式；通过这种方式，数学按其自身的逻辑，从科学的模式开始，通过添加由此派生的所有模式而成形。这里的模式，可以理解成诸如集合、拓扑空间、流形、群、环、域、微分方程等现代数学中的抽象形式概念，其结构由各种公理定理确定。

数学系统是数学知识体系、数学社会建制和数学观念的有机统一体。

数学知识体系和建制、观念的对应联系

之所以把数学建制和观念独立考虑，是鉴于数学史中几次大的演进都与此有关。笛卡尔因欧式几何的尺规作图限制了对光学镜片形状的探究，提出要建立能研究一切自然现象中出现的次序和数量的普遍科学——数学，这种观念为解析几何的创立奠定了基础。笛卡尔及其他学者关于科学数学化的思想成为整个17、18世纪主流的数学观念，促成了分析学的诞生与迅猛发展。19世纪由于非欧几何和非交换代数的出现，人类能自由创造数学的观念有逐渐占据了主要地位，这对于相对独立于数学外部世界的纯粹数学的高速发展，对于数学研究中的专门化倾向，对于数学家人数的大幅度增加都起到了推动作用。

7.2数学知识演化的历史学模式

7.2.1个体创造模式

7.4推动数学科学系统演化的力

7.4.1遗传力各要素

容量、质度、强问题、概念力、尊崇度、悖论或不相容性

7.4.2聚合机制：力和过程

8.社会科学模型

8.1社会科学研究

8.1.2分类问题

联合国教科文组织《社会科学和人文科学研究中的主要趋势》

社会科学：社会学、政治学、心理学、经济学、人口学。

人文科学：语言学、人类学、史学、艺术及艺术科学、法学、哲学。

8.3.2模型与模型化方法

社会科学研究者的大部分职能应着重于发现问题和解决问题。而解决问题的前提不仅是数学模型，而且是广泛的理论模型。

解决社会现象的认识问题，同样须具备模型、概念、分析过程（方法论）和数据信息这四大元素。 8.3.3多级系统分析与决策

社会科学的理论发展分三个阶段：

经验阶段（指描述社会现象历史过程的演进）

理论阶段（阐明社会对象发展的机制和规律）

预测阶段（在掌握事物发展规律的基础上，推测未发生而又会发生的现象与趋势）

决策程序是迭代的，并包括三个阶段的循环过程。

一，确定性阶段。对问题系统分析，确定影响系统的要素变量及其相互关系、分配价值。一般以数学语言买书系统诸变量的各种关系过程。

二，概率阶段。在重要变量上引入概率分配，它在不确定的情况下提供最好的解决办法。

三，信息阶段。是最重要的阶段。在决策前，信息阶段被专门用来判断一项可能花费很大的信息收集是否值得。这就是所谓的洞察力价值。

8.3.4经典案例——经济模型

9.交叉科学模型

10.哲学科学模型

10.1哲学科学的涵义

10.1.1哲学的各种规定

康德把哲学内容分为三个方面：

我们能够做什么？

我们应该做什么？

我们希望做什么？

哲学内容细分为7类：

宇宙论；知识论；伦理哲学；社会政治哲学；历史哲学；教育哲学；宗教哲学。

10.1.2哲学作为科学

哲学分为两类：哲学的科学和作为统摄科学的哲学。

哲学的科学分为：

认识论（知识的本质、真理和确定性等）

逻辑（反思方法的科学）

科学哲学（科学的本质）

语言哲学（词、思想、事物等的意义）

形而上学（存在的本质）

价值论（善与恶，价值的类型）

美学（美是什么？艺术是什么？）

伦理学（正确与错误，责任义务等）

宗教哲学（对宗教的理解）

分为三类：

知识或经验的问题（认识论、逻辑、科学哲学、语义学）

实在或存在的问题（形而上学、包括本体论、宇宙论和神学）

价值及其社会表现的问题（价值论、美学、伦理学、宗教哲学、社会哲学、政治哲学、经济哲学、教育哲学）

作为统摄科学的哲学有三大功能：

批判科学；综合科学及成为科学之母。

10.3科学哲学理论

科学哲学理论包括三个方面：

A.前科学理论

B.元科学理论

C.系统哲学理论

10.3.1前科学理论的特征

前科学建立的两种方式：

日常观察资料和思辨性的基本假定。

思辨性：解释和推论；类比与隐喻。

下篇-应用

11.科学分类

分类是一般的认识手段，也是普遍的方法论。

分类分四个方面：定义；区别；划分；归类。

每一门科学知识的内在结构可以分为四个层面，它们在分类中处于中心地位，是分类的基础，自然在一般的分类框架中反映出来。

A.哲学与范畴层面

B.逻辑与方法论层面

C.理论层面

D.经验层面

11.3科学分类方案

11.3.1六大门类

科学分为六大门类，A置于B上，B置于其他四类上。

A.哲学类：包括哲学、元科学与前科学。

B.符号科学或形式科学类：介乎哲学与经验科学（或实证科学）之间，包括语言科学、逻辑科学、数学科学、系统科学等。

C.自然科学类：包括纯科学（物理学与化学）与真正的自然科学（天文学、地球科学、生物科学），其中特别包括体质人类学、人种学、也包括所谓人体科学。

D.社会科学类：包括经济学、政治学、社会学、文化人类学等。

E.心理科学类：主要指波普尔的第二世界，关于人的纯粹意识、记忆、智能、思维、创造等现象及活动。

F.文化科学，即精神产品对象类：主要包括波普尔的第三世界大部分，特别是艺术科学、技术科学、宗教科学、历史科学等。

11.4科学分类大纲

11.4.1哲学

A.认知哲学

B.本体哲学

C.价值哲学：如美学。

D.规范哲学：如伦理学。

介乎纯粹哲学与理论科学之间，有各种前科学与元科学。如：自然科学、宇宙论、身心哲学、生命哲学等与本体哲学相联系；科学哲学、数学哲学、逻辑哲学、语言哲学、系统哲学、历史哲学、艺术哲学、宗教哲学、技术哲学等与认知哲学相联系。

11.4.2符号（形式）科学

A.一般语言学：符号学、语义学、语法学、语用学等。

B.逻辑与方法学（形式逻辑；普遍方法学，包括定义、区别、划分、分类、排序；启迪学，指发现科学认识的方法和学说，包括观察、实验、描述、说明等；阐释学，这是人文科学及文化科学重要的方法论，对心理科学及社会科学也有重要意义）

C.数学（操作技术，计算方法、作图方法、统计方法等；操作理论，误差理论等；操作对象理论，代数方程论，微分方程论等；对象理论，数论、型论、函数论、算子论等；结构理论，群论、一般拓扑学、代数拓扑学、格论、巴拿赫空间论、算子代数理论等；元数学）

D.系统学（一般系统论；系统与控制理论；信息科学）

11.4.3 自然科学

A.力学（理论力学；实验力学；固体力学，弹性力学、塑性力学；流体力学、振动波动与声学等）

B.物理学（实验物理学；理论物理学；计算物理学；数学物理学；粒子物理学；核物理学；原子分子物理学；固体物理学；结晶学；表面物理学；热学；电磁学；光学）

C.化学（元素化学；无机化学；有机化学，脂肪族，芳香族，杂环；高分子化学；分析化学，合成化学，实验化学，计算化学）

D.天文学（观测天文学；理论天文学；光学天文学；射电天文学；X射线天文学；红外天文学；紫外天文学；γ射线天文学；粒子天文学；结构天文学；宇宙学，星系天文学，银河天文学，太阳系天文学；天体演化论）

E.地球科学（外层空间科学；大气科学；海洋科学；地质学；自然地理学）

F.生物科学（分子生物学，细胞生物学，个体生物学；前生物学，微生物学，植物学，动物学，人类学；形态学，生理学，生物化学，生物物理学；遗传学，胚胎学，发育学，进化论，时间生物学，古生物学；生态学，生物地理学；病理学、免疫学、药理学）

11.4.4社会科学

经济学；政治学；社会学；文化学

11.4.5心理科学

认识科学（感知觉心理学——信息输入；记忆心理学——信息编码存贮检索及提取；思维心理学——信息内部加工；智能科学——信息加工系统）

情感心理学

意志心理学

行为科学

11.4.6文化科学

艺术科学

技术科学

宗教科学

历史科学

12.科学的未来和预测

12.2科学预测的实践与方法

预测失误与预测含糊是科技预测两大痼疾。

预测失误：漏报失误；虚报失误；否真失误；信伪失误；方向选择失误；成果判断失误；定量失误；时间失误。

12.3 预测的框架系统

从纯学科本身到社会需求的预测分为十个层次，

它们是：纯科学的基本问题，各学科的理论体系，各学科的方法体系（观测、实验、计算等），统摄科学，即复杂系统的科学技术性科学，产业性需求的科学技术，军事需求与其他集团需求的科学技术，社会大规模建设与改造所涉及的科学技术，社会日常生活需求的科学技术，文化与意识形态有关的科学技术。

12.3.1 纯科学的基本问题

两个方面：

A.结构问题

物质的基本结构，大统一理论。

核及核以下粒子的生成、反应与过程。

化学反应的机理。

催化。

组成、结构与性质的相关性。

生命的本质，生命的可能样态。

形态发生、分化的机理。

遗传密码的破译，遗传密码增减改变的可能性与相容性。

智能的本质，智能改变与改善的可能性。

时空结构。

B.历史问题

宇宙起源及演化

银河系的起源及演化

太阳系的起源及演化

地球的起源及演化，物质生成及分布，海洋大陆大气的形成，地壳变迁。

地球上的生命起源。

地球上的生命进化过程。

人类的起源与进化。

智能的起源与进化。

语言的起源与进化。

脑演化的可能性。

12.3.2 学科的理论体系

对学科理论体系应按科学系统论建立分类标准以及多层体系，每层次有其基本问题。主要任务是找空白点，以及在基本问题解决后，向多样性发展，通过常规性，及特殊性的研究，以取得新进展。在这方面，物理化学理论体系比较成熟，体系的进步往往是技术上的困难问题。但生物科学、心理科学问题还相当多。

例如：

生理节律

人脑的机制、视觉、记忆等。

睡眠与梦。

衰老问题。

思维与创造。

意识问题。

12.3.3 各学科的方法体系

12.3.4统摄科学

最大的统摄科学是大环境科学，它可以无所不包。现在还不成熟，预测主要集中在探测技术的改进、事实的积累、关系的发现。

12.3.5 技术性科学

理论上难以达到精确程度，而需诉诸实践经验，经验又难以达到全面系统的地步。

大致分为：材料科学，能源科学，控制科学，信息科学。

12.3.6 产业性的科学技术。

产业主要是生产产品满足市场需要并获得利润。

重视的方向：

机器人。

用生物技术对动植物的品种改良。

废弃物再处理与循环。

高集成度芯片。

多功能个人电脑。

更简易、更安全、更有效的电池，特别是太阳能电池。

无缺陷加工技术和趋精密加工技术的开发。

材料保存技术、防锈蚀的问题。

生产、贮藏、流通系统合理化。

土木建筑技术的革新。

12.3.7 武器预测

武器预测与国际政治形势有关。但改进的方向有探测性精度改进，激光及粒子束武器，自动控制飞机，以及先进舰船等。

12.3.8 社会大规模建设与改造的科学技术

沙漠的改造，森林绿化、生态保护，自然灾害发生机制的解释和灾害的预测预报，水资源有效开发与利用，大规模工程（海底隧道，填海造陆，运河开凿等），新交通运输系统的开发，新通信信息系统的开发与联网，海洋开发与资源利用，大气污染、海洋污染、污物、放射性物质的防治与处理，国土综合开发及城乡规划与建设。

12.3.9 社会日常生活需求涉及的科学技术

提高日常的生活质量

保鲜食品，食品营养，使人精神正常的饮食，各种清洗、洗涤的用品与药剂。

身心健康的增进

常见病、多发病的治疗及预防，早期诊断与自动诊断，牙齿技术自然化，口腔保健，减肥。

生活工作能力的恢复

先天性残疾的治疗，人工肺器，遗传疾病的治疗，老化的延缓。

通讯的改进。

12.3.10 文化及意识形态的需求

积极方面：

教育的提高，文化生活的丰富，艺术创造的多样性，思想交流的便捷，精神与肉体能力的提高。

消极方面：

思想控制，精神与肉体的压制（去势），精神探测。

13.论科学的发展战略

13.5 论中国科学发展战略

历史的反思

长期的封建体制作为外环境是束缚中国产生近代自然科学的主要根源。

中国科学近代化的起点是以1582年意大利传教士利玛窦的科学输入为标志，后有洋务运动的技术引入和知识分子的科学文化运动。直到1956年，中国才实现了科学近代化。

13.5.3 战略重点

大力发展哲学和社会科学。

大力发展交叉科学、综合科学和横断科学。

在自然科学中，大力发展基础科学、应用科学中的基础部分。

13.5.4 战略措施

转变科学研究的结构。

增大国家科学技术部的功能。

扩大国家自然科学基金委员会的功能。

增大科技经费投入。

重组中国科学院。

增强中国科学院的建设。

重视各级教育。

提高科技人员的社会地位。

14. 论科学政策

15. 论科学系统管理

​附录： 系统。

1.系统概念

2.系统定义

3.系统分类

自然系统和社会系统

宇观系统、宏观系统和微观系统

动态系统和静态系统

开放系统、封闭系统和孤立系统

稳定系统和非稳定系统

平衡系统、近平衡系统和远平衡系统

观念系统（概念系统）、符号系统和实物系统

白色系统、黑色系统和灰色系统

天然系统、人工系统和复合系统

并列系统和时序系统

线性系统和非线性系统

4.系统特性

整体性、有序性、层次性、相关性、动态性

5.系统结构

6.系统功能

7.系统环境

8.系统关系

相依共存

竞争求存

吞食关系

破坏关系

9.系统行为

10.系统演化

系统发生

系统发展

系统老化

系统消亡

11.几种系统理论

一般系统论

耗散结构轮

协同学

超循环理论

全文完，希望给喜爱吃瓜的网友提供一些新角度，祝大家节日快乐，吃瓜事业蒸蒸日上~