还原论与整体论在线视频

同学们好

今天开始我们学习第二单元“系统工程方法论”

什么是方法论呢

我们平时比较熟悉的是方法

是说用来完成一个既定任务的

具体的技术和操作

而方法论呢 是指进行研究和探索的一般途径

是对方法如何使用的指导

也就是说 是如何

把这些方法组织起来 告诉大家怎么样

在各个环节上

使用这些方法的一个顶层的指导框架

也可以把它称作为方法的方法

我们还很深刻地记得

中学老师告诉我们在解决一个应用题的时候

应该按照什么样的步骤进行

包括这样六步

首先是理解题意

然后是列出已知条件和要求的问题

第三是设定位置参数

四是列出方程 然后是解方程

然后是回答问题 整个这样思考

和表达以及解决问题的一个过程

是一个框架

这就是方法论

对于这样一类的问题 都是

按照这样一个一般性的框架

来解决的

而其中怎么样来解方程

什么样的

未知数把它列为变量 这些具体的问题

就是方法

所以方法论

可以说它就是如何使用这些方法的方法

是一个框架性的东西

而系统工程方法论呢

是指分析和解决系统的开发 运行

以及管理实践中的问题

所应该遵循的那些工作程序

逻辑步骤以及基本方法的总和

是系统工程思考和处理问题的

一般方法和总体框架

咱们第二个单元

首先将要学习

还原论和整体论两种认识世界的方法论

然后

介绍系统工程的三种典型的方法论

分别是霍尔三维结构

切克兰德的调查学习模式

以及钱老的综合集成工程方法学

在霍尔三维结构和切克兰德的调查学习模式上

我们还通过

案例

来进行详细的理解

首先看第一个问题 还原论和整体论

什么叫做还原论呢

它的意思是说在认识世界的时候

要将物质的高级运动形式

比如说生命运动

归结为低级运动形式

如机械运动

然后用低级运动形式的规律

来代替高级运动形式的规律的形而上学方法

物质的高级运动形式

总是被认为

是由低级的运动形式

通过一定的方式组合而成的

只要对所有的低级运动形式

都研究清楚了 就认为

高级运动形式的规律已经掌握了

可以提炼出来了 可以自然而然地总结出来了

还原论认为

各种现象都可以被分解

还原为一组基本要素

各个基本要素之间彼此独立

不会因为外在因素而改变它们的本质

通过对这些基本要素的研究

就可以推知整个系统的

整体性质

比如说

通过研究微观粒子

就可以推知整体的规律

咱们大家是不是有这样的印象呢

我自己还非常深刻地记得

我的高中化学老师告诉我物质的活性

是一个什么样的规律 并且告诉我一个口诀

钾钙钠镁铝锌 铁锡铅氢 铜汞银铂金

甚至还有一些比较

幽默的化学老师还总结了这样一个

比较有意思的

一个口诀来记这个活性的顺序

捡个大美女

身体细纤轻 总共一百斤

什么叫做物质的活性呢

如果从微观粒子上来讨论的话

就是说

它的原子是不是容易失去电子

这就是物质的活性

要注意了

这里面说的物质活性并不是说这一块钙

或者这一块钠 或者这一块锂

它具备什么活性

而是钠 或者钙 或者锂

这种物质所具备的宏观特性 不是特指的

这就是从微观粒子的研究

推知了整体的规律

还原论

是把事物分割开来

分别地进行试验和研究

然后再综合起来 它是西方科学的灵魂

这里所说的分割开来

分别地进行研究试验

这就是分析的观点

还原论和分析的方法是相辅相成的

而分析的方法

就是科研的重要的方法

它是现代自然科学发展到今天的基础

而最能体现还原论思想的分析方法

就是西方的公理化方法

所谓的公理化的方法就是一些非常局部的

不需要证明就可以公认的基本道理

比如说在几何上有平行线永远不相交

直线是直的

这些公理的观点

往往非常微观 非常局部

整个科学体系

就是从这些公理逐渐推导 演绎

而建立起来的

这就体现了还原论的思想

还原论的思想和公理化的方法就奠定了

近代和现代科学的基础

特别是在以下几位

培根 笛卡尔 伽利略

等一系列科学家的发扬光大

还原论对于近现代科学的贡献

可以说达到了无以复加的程度

我们这里看一看笛卡尔的四个观点

或者说四个原则

我们重点看一下

第二个

和第三个 第二个

是说问题的分解 笛卡尔的观点是

对于一个复杂问题

要尽量分解成多个比较简单的小问题

然后一个一个分开地解决

第三个是说由易到难

小问题从简单到复杂进行排列

先从容易解决的问题着手

逐步地解决到复杂的问题

最后综合检验

问题解决以后 再做综合检验

看看是不是所有的小问题

由易到难全部都解决了

然后来判断

整个复杂问题是不是解决了

我们现在来解决一个复杂问题

是不是也依据这样的观点

或者这样的原则

事实上是的

我们现在解决很多问题

都是按照这样一个观点或者原则来解决

其实我们就是受了笛卡尔的影响 然后从小到大

被我们的老师教育

解决问题应该分解

应该从易到难 应该最后再来检验讨论

因为我们的老师

也是受笛卡尔思想的影响

还原论对于西方科学的发展

起到了极为重要的作用

也造就了我们当代

非常繁荣的物质文明

但是 在20世纪

基础科学有三个著名的

伟大成就

就是相对论

量子论和复杂科学

这三大成就

它们的核心思想和结论

则分别从宇观 微观和宏观的尺度下

证实了还原论的局限性

我们分别来看一下

首先是相对论对于还原论的动摇

还原论的宇宙观认为 时间和空间是分离的

宇宙里发生的事件和时空是分离的

宇宙是事件发生的舞台

我想大部分人都是持这样的观点对不对

但是

相对论认为宇宙是一个无法彻底还原的整体

宇宙并不是像还原论所描述的那么简单

时间 空间 物质和能量

乃至整个宇宙本身就是一个整体

没有办法分解

只能作为一个整体来研究

比如我们下面看到的两个公式

第一个是质能转换公式

是说当速度达到光速的时候

质量会发生变化

转化为能量

那么质量和能量这两个基本量

你怎么能分解开呢

第二个是说

当速度达到或者接近光速的时候

质量乘以加速度等于力量这样一个规律

是不够的

仅仅对速度进行求微分是不够的

因为这个时候质量也会发生变化

所以质量也要放到微分公式里面

那么对于

质量

和速度 也不能够完全地分解开

你怎么来分解整个宇宙呢

所以宇宙整体

是不能够还原 不能够分解的

第二是量子论对于还原论的动摇

量子论认为世界不是机械的

而是相互联系 不可分割的

也就是不可还原 不可分解的

物质世界的根本元素

不是我们所常说的原子 质子 中子

而是一个有机整体

描述微观世界最为成功的理论就是量子论

而波粒二象性是微观世界的本质特性

也是量子论 量子力学理论思想的灵魂

按照还原论的思想

粒子和波是毫无共同之处的

二者难以形成统一的图案

这是经典物理学

通过部分还原来认识整体的方法

可是

微观粒子在某些实验条件下

只能表现出波动性

而在另外一些实验条件下

只能表现出粒子性

这两种实验结果

不能够同时在一次实验中出现

而且

一个微观粒子的某些物理量

比如位置和动量

或

方位角与动量矩 还有时间和能量等

不可能同时具有确定的数值

对这几组量里面

对 其中任何一个量的测定越确定

那么另外一个量的不确定程度就越大

这就是测不准原理

量子论的问世导致了测不准原理的提出

这就表明了

在对待位置和速度等等基本量上面

还原论也是失效的 这些基本量

它不能分解开

第三是复杂科学

对于还原论的动摇

混沌理论推动了复杂科学的诞生

也排除了拉普拉斯决定论的

可预见性的思想

按照牛顿的观点

世界应该是可以预见的

比如说一个运动中的物体

如果我们知道它现在的位置和速度

还知道

对它施以外力的函数的话

那么未来

过一段时间 它将会

处在什么位置 处于什么速度

应该是可以计算出来的

这就是可预见性 这是机械力学

是不是

放到任何的领域 这个规律都是

成立的呢

可预见性的思想是不是都是正确的呢

混沌理论

推翻了这个可预见性的思想

比如说蝴蝶效应

蝴蝶效应 也许有些同学都已经听说过了

就是说在南美洲的某一个地方

有一只小蝴蝶轻轻的扇动了一下翅膀

结果在美国的某个地方居然

产生了巨大的飓风

也就是说初始的扰动

经过系统的

各个要素之间的复杂关系

最后居然导致了那么大的输出

这个问题怎么来解释

这个可不是可预见性的思想能够解释的

也不是简单的通过牛顿力学的方法

能够描述出来的

同样的例子 在上一个单元咱们还说过了

就是说经济系统它是一个复杂系统

为什么一个伟大的经济学家

说了一句话以后

股市忽然就发生那么大的变化

这是什么道理

而且还不是他所有的话都会产生这样的影响

这就是复杂系统

是不能够事先设计和预测的

所以 复杂科学的问世彻底动摇了还原论

能够用还原论来近似描述的

仅仅是我们的世界里面很小的一部分

还原论确实有用

确实很有用

没有还原论 就没有我们现代的科技

就没有我们现代繁荣发达的物质文明

但是

它能够描述 能够解释 能够解决的仅仅是

我们所处的世界的一个小小部分

相对来说

整体论是什么呢

它的观点是世界 宇宙是一个整体

所有的事物间相互联系

不可以机械分割

整体论的观点就是说

整体的性质和功能

不等于各个部分的性质和功能的简单叠加

按照机械论的观点

整体的功能

就是等于各个部分功能的简单叠加

我们学习过的机械力学里面

一个物体所受的力的总和是怎么计算的呢

就是它在各个方向的受力

之叠加或者说总和

但是整体论不是这么认为的

整体的运动特征

只有在比其部分所处的层次更高的整体层次上

才能够进行描述

整体论的观点下

系统的各个要素只知道

它按照它本身所具备的规则

进行运动 系统整体呈现出来的特性

系统要素是不知道的

站在系统要素所处的

那个更低的层次是看不到的

就好像我们在运动会

之前看到的开幕式里面的团体操一样

表演人员

只知道在什么节拍上

他要站到什么位置 做一个什么样的动作

做一个什么样的动作

整体上呈现出一个什么样的形态 他是看不见的

只有站在比他们层次更高的

那些人 比如说观众 比如说导演

才能看到这个整体形态

整体论思想还认为整体和部分

或者说系统要素

遵从着不同的描述层次上的规律

通过各个部分

按照它本身的规则或者规律进行运行

呈现出

各部分叠加所不能描述的那个整体特性

这个整体特性其实就是涌现性

这个整体特性是通过各个部分

研究不出来的

不能够预先设计的

简而言之

整体性也就是非还原性或者非加和性

最能够反映整体论

和还原论的之间区别的生活中的例子

其实就是中医和西医之间的区别

西医就是典型的还原论的产物

西医强调 分各个科来进行研究

而且越分越细

我们只要到大医院里去看一看就知道了

每一个科的医生都是他所在科的专家

业务越分越细 但是隔行如隔山

消化科的医生不了解心脏科

心脏科的医生不懂得神经科

医生治病是典型的头痛医头 脚痛医脚

他只管他所在专业

用药有的时候容易产生副作用

治好了这个又导致了那个新的毛病

所以在遇到

一些疑难杂症的时候

需要很多科室的医生共同来会诊

这就是典型的还原论的产物

那么中医呢 中医是朴素的

系统论 也是整体论

它强调的是辨证施治 综合调养

一副中药

是由君 臣 佐 使四类药组成的

其中的君药是主药

发挥的是主要的治疗作用

臣药是催化剂

是使得主药更好地发挥作用的 佐药

是用来抑制副作用的

而使药则是协调各味药的

所以把它称作为一个辩证药方

但是中医毕竟缺乏了西医的解剖学 病理学

药理学的基础

缺乏化验

透视 心电图 超声波检查等方面的技术 所以

它对病理的理解

并不像西医那么深刻

而且

中医里面的经络学说以及针灸技术

等等 至今还缺乏现代科学的验证

是现代科学所不能解释的

所以尽管它比较有效 依然

被有些人怀疑为非科学 甚至伪科学

其实在医学界里早就呼吁

要把中西医综合起来

发展成为新的医学

这里给出了一个整体论

和还原论思维的一个准确度的示意图

注意 这是一个示意图

事实上没有人能把它测量的那么清楚的

横轴是复杂性

纵轴是准确度 意思是说

我们所研究的系统越复杂

那么就越适用于采用整体论的观点

越不适用于采用还原论的观点

要解决复杂系统问题

依然用原来的

机械论的 还原论的观点来解释

来回答 来分析

是得不到答案的

而系统越简单

那么就越适用于用还原论的观点

越适用于把系统分解得非常细

先解决微观层次的问题 再来推知

宏观整体的规律

这就是整体论和还原论的观点

整体论 还原论

单独的强调一个都有所偏颇

系统工程方法论

强调的是整体论与还原论相结合

钱学森同志在这个思考的基础上

提出了从定性到定量

相结合的综合集成方法

实质就是要把专家体系 数据和信息体系

以及计算机体系有机地结合起来

从而构成

高智能化的人机结合 人网结合的一个体系

用来解决复杂系统的问题

他强调的是既要从整体到部分的从上而下

就要自下而上由部分到整体 实现1+1>2

强调的就是还原论

与整体论相结合

这和以培根为代表的还原论

从上到下由整体分解到部分

以及以贝塔朗菲为代表的整体论

就是对系统不能分解

从整体到整体这两个观点

是有所不同的

综合集成工程方法学

要解决的是复杂系统工程问题

这种系统工程方法论

我们将在后面的课程中做一个简要的介绍