科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新復(fù)雜性系統(tǒng)研究

1、科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新復(fù)雜性系統(tǒng)研究    摘 要 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新過程是復(fù)雜的。運用復(fù)雜性系統(tǒng)理論，轉(zhuǎn)變思維模式，關(guān)注關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與環(huán)境共同演化，進行整體思考是有效的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新管理模式。主題詞 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 復(fù)雜性系統(tǒng) 整體思維 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新是復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，而復(fù)雜性來自混沌與秩序的邊緣。在圣塔菲研究所成立的時候，原來“混沌理論”一詞已被宏大的“復(fù)雜性理論”所取代了。混沌理論對其范圍有嚴格限制，僅限于對自然界系統(tǒng)的非線性動態(tài)行為的數(shù)學(xué)研究。相反，復(fù)雜性理論則被認為可以用于復(fù)雜自然系統(tǒng)和社會系統(tǒng)中隨時間變化的行為層面。社會系統(tǒng)并不僅僅是由它們的組成部分之間相互作用的

2、固定規(guī)律所限定的“復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)”（complex adaptive systems）。相反，它們是可能隨時間演化而改變其自身發(fā)展規(guī)律的“復(fù)雜演化系統(tǒng)”（complex evolving systems）。科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)創(chuàng)新運動是一個貌似無規(guī)則運動的有序性演化過程，具有典型的復(fù)雜系統(tǒng)特征。第一，多因素性。技術(shù)本身是各因素非線性相互作用的結(jié)果，技術(shù)不等于各因素簡單相加。各技術(shù)要素在技術(shù)系統(tǒng)中也不再是原來的因素，因素自身在技術(shù)系統(tǒng)動力下也發(fā)生了相變，或者說，技術(shù)性因素、實體性因素與知識性因素都具有了技術(shù)所擁有的整體性。技術(shù)因素的作用方式要受技術(shù)系統(tǒng)運行模式和運行狀態(tài)的制約。第二，多層次性。盡管技術(shù)的

3、各因素受技術(shù)系統(tǒng)動力的作用發(fā)生了相變，但技術(shù)本身卻生成了一種穩(wěn)定模式。技術(shù)的穩(wěn)定模式是由技術(shù)本身決定的，是由科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用與技術(shù)理論的層次性決定的?？茖W(xué)技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)有穩(wěn)定的周期解，周期解內(nèi)還有混沌區(qū)，這種結(jié)構(gòu)無窮次重復(fù)著，具有各態(tài)歷程和層次分明的特征，即存在有界性。第三，多變性。復(fù)雜非線性科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新過程本質(zhì)就是經(jīng)歷混沌走向有序，因此具有混沌伸長和折疊的特性，這是形成敏感依賴于初始條件的主要機制。伸長是指系統(tǒng)內(nèi)部局部不穩(wěn)定所引起的點之間距離的擴大；折疊是指系統(tǒng)整體穩(wěn)定所形成的點之間距離的限制。經(jīng)過多次的伸長和折疊，軌道被攪亂了，形成了新對稱結(jié)構(gòu)或混沌。由于科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)具有典型的復(fù)雜非線性系

4、統(tǒng)特征，因此，可對其運用復(fù)雜性理論進行管理。1 轉(zhuǎn)變思考方式牛頓力學(xué)是近代科學(xué)的典范，是近代科學(xué)建立的基礎(chǔ)，牛頓力學(xué)是典型的決定性理論，是可測量和可預(yù)測的。20世紀初物理學(xué)的兩次重大變革所創(chuàng)立的相對論和量子力學(xué)，分別排除了牛頓的絕對時空觀和測量過程的完全可控性。混沌理論的誕生打破了拉普拉斯決定論，被視為20世紀繼相對論和量子力學(xué)的第三次革命?；煦缋碚撜J為，非線性系統(tǒng)運動具有無窮大周期且始終限于有限區(qū)域、軌道永不重復(fù)的、性態(tài)復(fù)雜的運動，不可能無限精確和無限長時間地測量和計算連續(xù)變量。混沌理論解決了困擾牛頓（Newton）力學(xué)的三體問題，創(chuàng)立了研究n維相空間的不確定解的理論，混沌理論使人們認識到非

5、線性系統(tǒng)演化既是決定論的又是隨機論的。決定論的可預(yù)測性，只適用于那些宏觀的緩慢的周期或準周期的穩(wěn)定運動，然而，這樣的運動實在是太少了?？茖W(xué)技術(shù)創(chuàng)新復(fù)雜系統(tǒng)倡導(dǎo)最重要的事情是改變固有的思考方式，放棄機械論和宿命論，學(xué)會欣賞并應(yīng)付聯(lián)系、物力論（Dynamism）和不可預(yù)測性。因為科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新過程是多因素復(fù)雜非線性相互作用的結(jié)果，所以對確實存在的運行模式（即現(xiàn)實存在）進行領(lǐng)會，即正視多元化存在，并對不可預(yù)測的事件進行反應(yīng)。為了使科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新過程自我發(fā)展為“復(fù)雜演化系統(tǒng)”，有必要對學(xué)習(xí)、多樣性和影子系統(tǒng)（Shadow system）觀點的多元化進行鼓勵。2 并不是對每件事都需要進行控制科學(xué)技術(shù)對客觀事

6、物既進行決定論描述又進行概率統(tǒng)計論描述，這兩種描述方法已經(jīng)共存了幾百年。決定論認為，任何一個力學(xué)系統(tǒng)只要知道現(xiàn)在的行為就可預(yù)測系統(tǒng)的未來行為。概率統(tǒng)計論認為，受許多偶然因素的影響，系統(tǒng)的未來狀態(tài)并不完全確定，需要用概率統(tǒng)計方法來描述。KAM定理很好地解決了決定論和概率論這對貌似矛盾的問題。KAM定理指出，保守系統(tǒng)有可積和不可積之分，可積系統(tǒng)的運動是規(guī)則的，遵循決定性規(guī)律，不可積系統(tǒng)表現(xiàn)出隨機性，成為統(tǒng)計物理學(xué)的基礎(chǔ)。對不可積系統(tǒng)，KAM環(huán)面包圍著隨機層，當(dāng)不可積系統(tǒng)的自由度少和擾動不大時，KAM環(huán)面包圍的隨機層測度極小而可忽略不計，統(tǒng)計物理學(xué)就不適用了，而應(yīng)該應(yīng)用牛頓定律。當(dāng)不可積系統(tǒng)的自由度

7、和擾動很大時，根據(jù)“阿諾德擴散”，KAM環(huán)面逐漸減少而隨機層迅速擴大，系統(tǒng)只具有極少數(shù)的規(guī)則運動，規(guī)則運動變?yōu)榇我?，系統(tǒng)出現(xiàn)了大量的混沌運動，這時才能用統(tǒng)計物理學(xué)來研究該系統(tǒng)?？茖W(xué)技術(shù)創(chuàng)新過程是一個近可積哈密頓系統(tǒng)，隨機成分有限，導(dǎo)致不可積性的擾動項很小。在科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新知識系統(tǒng)處于混沌性態(tài)時，確定論和概率論隨機交替作用，但確定論占據(jù)主流位置，基本能朝向希望的途徑發(fā)展。隨機成分確實存在但有限，因此，在復(fù)雜的非線性技術(shù)創(chuàng)新過程中，不可能對每件事都進行控制。應(yīng)該相信混沌性態(tài)是貌似不規(guī)則的有序，科學(xué)技術(shù)復(fù)雜演化系統(tǒng)不僅反作用于環(huán)境，還會反作用于自身，隨著時間的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)總會不斷出現(xiàn)新的有序狀態(tài)。

8、3 與環(huán)境共同演化復(fù)雜性理論借鑒湍流研究思路和方法，認為科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)同時存在混沌子空間和對稱子空間，兩種性態(tài)此消彼長，不斷和外界環(huán)境互動而發(fā)生轉(zhuǎn)換。在湍流中規(guī)則運動包含有小尺度的混沌運動，在混沌運動中又包含著更小尺度的規(guī)則運動。這說明，科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)是與外界環(huán)境緊密聯(lián)系，并不斷互動發(fā)展的耗散系統(tǒng)?？茖W(xué)技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)與環(huán)境相互影響、共同演化，這就需要時刻準備好對環(huán)境進行反應(yīng)，憑直覺領(lǐng)會那些驅(qū)動科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新變遷的環(huán)境模式，根據(jù)需要進行適應(yīng)，而且隨時準備抓住各種出現(xiàn)的機遇。科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)的三種性態(tài)，穩(wěn)定區(qū)域（墨守陳規(guī)）、不穩(wěn)定區(qū)域（瓦解崩潰）和混沌邊緣（變革棲息地）中，混沌邊緣最適宜與環(huán)境共同

9、演化。在混沌邊緣，在一種“有限不穩(wěn)定狀態(tài)”下，正統(tǒng)系統(tǒng)（主流文化、結(jié)構(gòu)權(quán)力等級體制）和影子系統(tǒng)（蘊藏矛盾、變化潛力的非正式組織）能維持一種具有創(chuàng)造性的張力。正統(tǒng)系統(tǒng)可以提供清楚的指導(dǎo)，對適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和程序進行授權(quán)，以及抑制人員中的不安情緒。同時，影子系統(tǒng)可以激發(fā)觀點的多樣性，并且削弱正統(tǒng)系統(tǒng)的力量迫使它進行不斷變革。這樣，組織行為表征為耗散結(jié)構(gòu)，組織在不斷變化的現(xiàn)實面前能以新的方式執(zhí)行基本任務(wù)或者追求嶄新的基本任務(wù)，組織的創(chuàng)造性和創(chuàng)新方面的潛能都展現(xiàn)了出來。4 整體思考技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)的復(fù)雜非線性要求尋找整體模式來思考問題，并用整體的方式來控制創(chuàng)新過程，而不是試圖控制每一個細節(jié)。整體思考是探索那些在

10、不利的模式下能夠產(chǎn)生最大影響的微小變化，并施加微擾改變系統(tǒng)運行軌道，避免蝴蝶效應(yīng)。4.1 建立連接 在經(jīng)典物理學(xué)中，時間是可逆的，事物的發(fā)展不存在演化；空間是平滑的、線性的；時間和空間不相關(guān)聯(lián)，各自獨立存在。復(fù)雜性理論認為，由于非線性的作用，時間的變化是單向的、不可逆的，既可以實現(xiàn)從有序到無序的變化，也可以通過自組織實現(xiàn)從無序到有序的演化；空間也不是平滑的，不僅存在整數(shù)維也存在分數(shù)維，整數(shù)維是分數(shù)維的近似和抽象。此外，通過考察系統(tǒng)中某一物理量隨時間的變化序列，可以重構(gòu)相空間，得出奇怪吸引子的維數(shù)。這表明復(fù)雜性空間的形成也反映了事物發(fā)展在時間上的積累。因此，在復(fù)雜非線性系統(tǒng)運動中，時間和空間是相互關(guān)