1、生成的邏輯與內涵價值的科學超循環理論及其哲學啟示    內容提要本文認為，超循環理論是系統科學從有機整體論走向生成整體論的開始，超循環，分形與混沌揭示的是世界生成演化的規律。生成規律本質上是信息規律，生成的“單元”是信息載體，生成過程是兩種相反相成力量或趨勢相互作用，并形成反饋和多層次回環，層層涌現的過程。本文提出以“復元論”或“歸源論”超越“還原論”，認為超循環理論揭示了超穩定系統生成的內在機制，生成的邏輯除了形式邏輯，還需借助辨證與類比推理。本文認為更重要的是，超循環理論第一次將價值引入了科學，證明選擇價值是生成進化得以實現的必然性依據，第一次展示了

2、內涵價值的世界圖景，為人類建構基于信息的生成論科學開辟了方向。沿此方向發展的科學不僅需要新的研究方法，新的數學，而且需要新的方法論和形而上學基礎。在科學的這一發展中，中國傳統文化與科學當可提供重要的啟示與資源。關鍵詞：自選擇 自組織 生成 信息 載體 “復元論” 價值貝塔朗菲創立系統論的初衷本是要開創一種機體論的新科學，但由于仍然不能超越構成論 即整體由部分構成的預設，其后的發展幾乎仍然向著制造“更復雜的機器”前進，以致許多人認為系統科學并非科學革命，因為它并未逃脫機械的邏輯和“還原論”的“如來佛”掌心。在這個意義上，筆者認為，系統科學后又一輪重大突破是從超循環理論開始的，超循環直接探究生命發

3、生的奧秘，終于沖破了機械論的遮蔽，揭示了生成的邏輯及由之生長起來的整體的規律。由此，它不僅推動了系統科學從有機整體論走向生成整體論，而且展示出內涵價值的自然界生成演化的世界圖景，為人類建構基于信息、內涵價值的新科學提供了重要啟示。一、自選擇與自組織整體生成的內在機制艾根于20世紀70年代提出超循環理論，與達爾文進化論不同，超循環研究的不是宏觀個體的物種進化規律，而是分子水平上微觀整體“擬種”*的進化規律。根據超循環理論，作為“擬種”的一個自復制單元（即一個催化劑）不僅能催化生成一個類似的循環，這些循環還會耦合成一個更大的循環，這更大的循環又能進一步成為新的更大循環的單元而催生出更高層次的循環。

4、超循環即指二級或二級以上的催化循環系統。如此類推，理論上可生成無窮層次自相嵌套的循環生長系統。根據超循環機制，從無生命到生命的進化實質上是一種生成的過程，即生命發生及其完成的過程。這是系統在遠離平衡條件下，從不穩定到重建新的整體穩定的過程。與構成性整體不同，生成不是從實體到實體，從部分到整體的既成“原子”之組合，而是信息不斷選擇和組織質料（信息載體），而質料不斷生滅的過程，由此生成的整體在原則上不僅不可逆轉，也是不可還原的（或不具有經典意義上的可還原性）。為明確整體生成與構成的差別，筆者將超循環機制或過程概括為自選擇、自組織與自穩定三個主要階段：1、自選擇：即具有進化優勢的突變體作為偶然漲落而

5、出現，并通過自復制實現自我選擇。這種自復制機制相當于“正反饋”放大作用。通過自復制，信息選擇質料，功能相似的突變體越“生”越多，它們逐漸聚集起來，使進化信息得以積累。這里，突變體的出現及其自復制作為總體現象乃發生于遠離平衡的不穩定狀態下，或者說，突變體的發生和生長本身就是一種遠離平衡態下打破系統原有穩定的行為。2、自組織：經選擇生成的突變體通過自組織進行功能整合。選擇出來的眾多突變體經相互競爭、相互協同，功能慢慢耦合起來，并在此過程中逐漸建立起負反饋機制，最終生成總體穩定的封閉環。顯然，若干自復制單元組成的總體的功能整合，必然要求在所有成員中建立催化聯系，這樣，突變體通過自組織成為一個整體，從

6、而作為更大循環功能整合的單元進入更高層次的進化過程。3、自穩定：在高度關聯的組織中，由突變體組織成的循環逐步地自我穩定。突變體能夠在新的穩定序中復制、保存、轉換、傳送進化信息，經過因果的多重反饋循環、自我選擇和組織，在新的穩定序中，系統的整體功能不斷完善，信息不斷積累，并層層轉換傳送，形成具有“長程相干”的多層回環，最終使系統整體得以穩定生長，實現向高度有序的宏觀組織進化。艾根指出：催化超循環的作用，不僅是選擇，更重要的是它的這種整合功能，由此它才能推動系統迅速越過不穩定點，建立新的整體穩定，它同時滿足三個條件：為保存信息而競爭。允許不同單元競爭協同，自己組織起來。建立某種穩定的共存。我們看到

7、：正是在超循環這樣的生成系統中，攜帶進化信息的突變體不斷被創生并自己組織起來，并通過競爭和篩選聯結在一起，從而使每一個體的優勢都能夠被所有成員加以利用，成為一種整體性的協同進化。艾根指出：這就是一切系統能在沒有“外部選擇者”的情況下，自己有選擇地組織自己，完成進化的奧秘。筆者認為，生成整體的不可還原性正是由以上超循環的生成機制所決定的，或者說，是超循環過程的必然結果。與構成性整體不同，超循環起源于某種達爾文擬種的突變體分布中，它是從自復制單元出發的，這種自復制單元不是還原論意義上的“原子”、“分子”，它從一開始就是整體，不是部分，更重要的，它是信息載體，具有某種排列序，而非單純物質。信息（而非

8、形式）賦予質料方為載體，載體離開信息即成死物。特別值得注意的是，超循環機制的關鍵是自選擇和自組織。這種自選擇和自組織乃是信息對質料的選擇和組織。載體所攜帶的信息將指導生成發育的全過程。這里，信息是主動的，質料是被動的。信息規定了選擇和組織的基本法則和標準，根據這一法則，質料與能量不斷被選擇、組織和協調。由此，超循環生成的過程必然是一遠離平衡的過程，即與外界不斷進行物質、能量、信息交換的過程，在此過程中，只有信息相對穩定，而作為信息載體的質料則是不斷生滅的。正如艾根所說：信息是生物學的典型性質，信息的物質載體（核酸分子），同別的化學物質一樣不穩定。 但蘊含在核酸分子中的遺傳信息卻是穩定的，經過自

9、我復制而生生不息，大約3、5到4萬億年前，即核酸開始貯存和傳遞信息，連續地改變信息，并以修改過的形式轉錄信息的時候，貯存在我們基因中的信息原理上就被產生。在這些過程期間，材料載體僅有有限的生命，只有非材質的信息幸存。1因此，筆者認為：生成規律本質上是信息規律，是信息選擇、組織物質和能量的規律。生成的過程是從整體到整體，而不是從部分到整體的過程，從根本上說，生成是信息的創生、保存、傳送、翻譯和轉換，而不是物質的運動，也不僅是能量的傳遞與轉換，或者說后者只是表面現象。二、 “復源論” 關于生成的方法論原則根據超循環機制，我們可以邏輯地推出：1、超循環生成的系統原則上是不可還原的。因為一個通過超循環

10、機制生成的整體，不僅相同層次各單元間具有功能耦合的非線性反饋關系，而且不同層次間亦存在不可割斷的功能偶聯和信息回環關系。這里，被生成者反過來生成自己的生成者，回環即指不同層次間對自我進行組織、生產的反饋整體。顯然，與構成系統不同，生成整體在小尺度與大尺度之間存在“長程相干”的“強相互作用。” 由于生成過程中貫徹始終及一切層次的信息規律之一致性和時間綿延性，決定了生成的整體不僅不可逆轉，也是不可還原的。此外，根據超循環生長機制，可以推出一切生成系統必然具有蝴蝶效應。因為微觀尺度上的微小變化如基因變異必然會被放大為宏觀的整體突變。2、超循環生成的系統必然是超穩定系統。由于通過自復制自組織生成的每一

11、部分（如突變體）都攜帶著某種整體信息。因此，一旦系統的物質結構被破壞，乃至毀滅的情況下，只要信息尚存，其每一部分或“單元”皆有可能成為“種子”或“生成元”，被破壞的系統便可能通過超循環機制再次生長起來，重新修復系統。但注意：可修復決不意味著原系統可逆或可還原。這里，修復是再生，是信息對質料的重新選擇和組織，修復的系統乃由新的載體實現，它雖與原系統結構相同，但卻具有完全不同的質料。筆者認為，超循環理論揭示了超穩定現象的內在機制或原因。可以推測，經由超循環機制生成的系統，只有在信息本身被破壞，或其生長信息不能再適應環境變化時，才面臨真正的滅絕或淘汰。同時，也只有在信息“進化”時，系統才可能有真正的

12、進化。總之，在宇宙長期的進化過程中，“經常性再生的無序則是對組織有序不斷進行再生建構的必要部分。”“一切存在。一切生命，它們都靠不平衡和不穩定得以長存。”2 而系統進化的差別在于這種不平衡、不穩定表現的方式，因為系統突變的類型是多種多樣的。3、超循環是一種層層涌現的整體性生長過程。如果說，涌現是（emerge）是一個“無中生有”產生新秩序的過程，或“可變結構的受限生成過程”那么，涌現本身就是一種生成現象。注意到哈肯曾將序參量稱為“信息子”，并指出序參量的功能乃是作為宏觀信息的信源，向子系統發出如何組織和行動的命令。3 那么，一旦組織成整體的循環作為“單元”在宏觀層次上出現，它就相當于一個序參量

13、。“涌現”使生成過程充滿不穩定的突變點，這是超循環論與“自然界無飛躍”的達爾文漸變進化論之又一顯著差異。 綜上所述，超循環理論不僅揭示了從無生命到生命的機制，揭示了達爾文進化論的前提，更重要的是揭示了系統整體或群體生成演化的普遍規律，為我們研究自然界生成進化及一切生成性組織現象奠定了新的科學基礎。它本身蘊含著一種新的科學研究方法與方法論原則。筆者以下試提出以生成論為基礎的“復元論” 或“歸源論”，以圖超越以構成論為基礎的還原論：首先，探索世界生成演化的科學方法應建立在信息及生成論的基礎上，肯定生成整體原則上的不可還原性。盡管它也需從某種“單元”出發，但它所需觀察和研究的是如何從這種“單元”生長

14、為新的整體之過程，而非將整體靜態分解為基本物質實體。因此，它是一種動態的過程研究，而不是靜態的結構研究。其次，作為新的科學方法之基礎或邏輯起點的“單元”是整體，不是部分；它本身亦是生成進化的產物或過程。“種子”或“生成元”是信息載體，而非“死物”原子，區分二者的關鍵在于：1、是以信息為基礎還是以質料為基礎，前者具有復雜性，因為它攜帶或蘊藏著整體生成信息， 2、是生成整體的信息源，還是構成整體的“本原”。信息源是“時間最初”，而非“空間最小”，更非層次最低。3、關鍵是破譯和掌握載體所攜帶的信息及其生成法則，還是分析物體的運動或物質成分。如果說整體是“質”，部分是量，那么，生成整體論的方法乃是“以

15、質還質”，而不是“以量控質”的。進而，如果科學必遵循某種因果律，那么，由此出發可以開出兩條路：一條是遵循構成因果律，還原到最小物質實體，這是眾所周知的傳統還原論的研究方法；另一條則是遵循生成因果律，復歸（恢復、回歸）到最初生命之“信源”或“生成元”，筆者將后者稱為“復元論” 或“歸源論”，以區別于還原論。迄今，此二者分別引領了科學發展的兩大主流，以前者為范導，科學找到的是分子、原子、基本粒子、夸克及由之構成的世界；以后者為范導，科學發現的則是宇宙大爆炸奇點、奇怪吸引子、各種信息載體或“生成元”基因、細胞、胚胎、種子及由之生成的世界。筆者認為，“復元論”和還原論展示的是兩種不同的世界圖景，研究“

16、生成”抑或“構成”需要兩種不同的科學方法論。也可以說，兩者對“分”有著完全不同的理解。顯然，對于一顆“種子”，我們不能同時既觀察其內部結構，又觀察其生成過程，為全面理解和探索世界生成演化的規律，“復元論”與還原論這兩種不同的科學方法應是互斥互補的。在一定情況下，“復元論”可將還原論作為靜態的特例包容在內。三、辯證與類比生成進化的邏輯與數學透過超循環機制，我們進一步看到，以信息為基礎的生命性活動，從一開始就涵有與物質構成及機械運動不同的邏輯。艾根的研究表明：在進化過程中，必須具備三個條件才能充當信息載體，那就是：代謝作用，自復制與閾值范圍內的突變。與這些條件對應的正是載體實現或完成進化的三種必要

17、能力：即保持系統遠離平衡態與外界交換的能力，積累和保存信息的能力以及自我否定、自我革新或超越的能力。顯然，這些條件從一開始就已將兩種相反相成的因素統一在信息載體之中。為進一步研究遺傳的保守性與變異的革新性的關系，艾根提出了最大信息量的閾值關系。該關系表明，復制錯誤是進化的必要條件，在這個意義上可以說“錯誤導致進化”，但復制錯誤是有限定的，當突變率處于某種閾值時，進化最快，但突變率不能超過閾值。否則，只要一次錯誤突變，就會使進化過程中積累起來的信息喪失殆盡。這里，誤差閾保證了內穩定性的需要，但它也限定了擬種進化的能力，規定了生成進化只能是“遺傳變異”。從自選擇、自組織過程看，進化信息誕生于不穩定

18、，卻完成于穩定。可以說，生命起源于兩種相反相成力量的相遇和作用。或者說，自選擇、自組織、自穩定本身就是平衡與不平衡，穩定與不穩定，正反饋與負反饋兩種相反相成的過程。生成意味著：“在起源、生存和常態上，時間之存在都以復雜的方式（即在對立中合作的方式）在自己體內包含了反組織活動的形式，也就是說，它把解體的基本因素統合為組織的基本因素。”4 如果我們將這種相反相成的力量或因素歸結為生與滅兩種作用或過程，那么，一切生成系統都必然內涵生與滅兩種循環。由此，筆者認為：生成進化，特別是生命的邏輯必然需要能涵容互補、互含、互根或互生關系的辯證思維。顯然，在超循環理論等非線性科學觀念與方法論中，蘊涵著當代辨證邏

19、輯深化發展的重要契機。其次，對于不可還原的生成整體，量的守恒律不再適用。但以遺傳變異為基礎的進化，在其不同進化階段或不同層次間必然具有某種相似性。由此，以質的相似性為基礎的“類比邏輯”亦日益引人關注。令人鼓舞的是，隨后分形理論的創立為超循環的生成提供了相應的數學形式。分形通過簡單的幾何變換法則的重復，或方程迭代，或直接應用迭代方程，揭示了超循環生長的普遍規律，并可以利用多媒體計算機技術，生動而形象地展示出具有非線性自催化特征的生長過程。值得注意的是，生長的整體性表現在變換并非是一部分一部分完成的，而是每變換一次，所有相應部位便一起變換，也就是說，所有相關部位是同時生長的。這里，我們看到貫穿所有

20、層次的信息或規律的一致性與自相似性，這決定了生成性整體必然會“牽一發而動全身”，這是與構成性整體的又一明顯差異。此外，如果說一個方程代表一個系統，解方程意味著對系統的靜態分析，那么，迭代方程便意味著系統整體隨時間的演化。注意到迭代將反饋回環表現為數學上的遞歸，而遞歸在邏輯上則意味著自生產或再生的過程，由此可以說，分形提供了關于生成的邏輯基礎和數學形式， 混沌學作為生成動力學深刻地揭示了自然生成的普遍規律。我們知道，混沌的關鍵在找到奇怪吸引子，而奇怪吸引子具有分形特征。需要強調的是，這種分形所表示的既非物質結構，亦非運動軌跡，而恰恰是信息傳輸的通道即信息從小尺度傳向大尺度的通路。混沌學通過各個不

21、同學科，以各種不同方式證明了，生命性的發生與完成實質上是信息的創生、儲存、傳送與轉換，這種獨特的信息活動方式和生成發展規律，不僅決定了系統生長的基本形態，而且決定了系統整體生成進化的基本道路。筆者以為：奇怪吸引子的渦流正是一種超循環的螺旋，它源于穩定與不穩定兩種作用的相遇，它生成旋渦，又每時每刻孕育著旋渦得以再生的組織，并由此維系著整體的動態穩定，正是這種渦流的形式“不僅是發生學性質的，總體性質的，也是生成性的。”5 而進化的限度與超循環生成的非線性、反饋與回環特性，決定了分叉、S形，螺旋與網絡才是生成性系統的基本形態。 如果將智能泵站連接到中央計算機控制系統上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁

22、閥之間復雜的系統將由一個高度智能化的系統管理起來，可做到最大限度地節水、節能，最大限度地保護系統設備運行，避免灌溉系統常發生的下列幾種問題： 過量灌溉或灌水不足，浪費水資源或不能滿足植物需水； 管網破裂，漏失水； 系統運行壓力不合理； 水泵運行效率低下； 地形起伏不平時或土壤入滲率低產生地面徑流，浪費寶貴的水資源； 降雨時，灌溉系統照常灌溉； 管理、維護成本高。 3.7 百果園灌溉的自動化控制設計 百果園一期工程灌水基本實現了半自動化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開啟。我們可在其基礎上加以改進與提高，使其實現灌水的全自動化，具體見下： 3.7.1 控制原理 自動化控制采用電子技術對田間土壤溫

23、濕度、空氣溫濕度等技術參數進行采集，輸入計算機，按最優方案，控制各個閥門的開啟及水泵的運行狀態，科學有效地控制灌水時間、灌水量、灌水均勻度，為項目區作物提供一個良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產、穩產。同時進行控制軟件及優化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專家決策系統。另外，通過變頻器控制改變電機轉速，調節管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動化提供依據。具體包括以下幾個方面： 田間土壤含水量、鹽分、地溫、空氣溫度、濕度、降水、風速、管道壓力等參數的自動化采集 自動化控制設計安裝 監控軟件設計 變頻系統設計，通過改變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動化提供依據 系統運行管理模式評價，包括系

24、統評價、灌水指標、灌溉制度等 3.7.2 控制系統的組成 欲實現真正意義上的全自動控制，需要控制田間參數及對象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對濕度、降水量、風速、管道壓力、閥門開啟、水泵電機旋轉等，都要送入控制器。考慮到要控制的對象較多，又要滿足良好的人機界面要求，可以采用工業控制計算機作為整個控制系統的核心，來協調各部分的工作。 系統的組成如下圖所示,整個系統的工作主要工控機和變頻器兩部分來控制，其中變頻器主要用于控制水泵電機的旋轉，工控機主要用來采集田間土壤及氣象指標，按照設定的程序，控制各地塊中電磁閥的開啟，并通過變頻器控制電機的運行狀態，協調整個系統的工作。  

25、60;     3.7.3 監控軟件監控軟件是工控機能夠完成控制功能的重要基礎，監控軟件設計的好壞直接關系到整個系統的質量和可靠性。根據項目要求及滴灌的特點，筆者建議百果園采用雨鳥公司的“maxicom”中央控制系統，該軟件只需用戶輸入各地塊種植作物種類及種植日期，系統便會自動計算當前作物所處生育期，確定出各自要求的土壤狀況及氣象信號，控制水泵電機的運行狀態及閥門的開啟，自動完成整個灌水過程，完全不需要人工干預，實現全自動控制。 該控制軟件在此所完成的主要功能及特點如下： 自動采集田間數據：系統根據軟件中所預先設定的時間，自動地采集土壤濕度、溫度風速、雨量等參數，

26、進行相應的處理后，實時顯示在屏幕上。 作物生育期的判斷：當管理人員輸入各地塊所種植的作物及種植日期后，系統便根據計算機時鐘自動計算出各種作物已種植的天數，判斷出作物所處的生育期，自動查找資料庫中所存的原始資料，確定出當前作物最適宜的土壤含水量及灌水定額。 滴灌的全自動控制：系統采集田間及氣象數據后，將當前各地塊土壤含水量與作物適宜含水量相比較，若土壤實際含水量小于作物要求下限值，便自動開啟該地塊的第一個電磁閥。進行灌溉。達到所需灌水定額后，自動關閉第一個電磁閥，同時開啟下一個電磁閥，直到完成整個地塊的灌溉任務。灌溉過程中，若出現溫度過低、風速過大以及降雨過程等天氣時，系統會自動暫停當前的灌溉任

27、務，并保存當前狀態。當氣象條件滿足時，繼續進行未完成的任務。 形式多樣的控制方式：全自動控制外，系統還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式。全自動方式只需運行人員輸入各地塊的作物信息，系統便會根據作物、土壤、氣象等條件自動完成灌溉的全過程，無需人工干預。所謂半自動方式，是指系統允許用戶根據實際情況控制開停機。用戶可人為啟動某個閥門，或某個地塊，甚至是所有地塊均輪灌一次。當然這些操作全部都是通過鍵盤或鼠標來完成的，而且在工控機屏幕上均有明顯的提示。所謂手動方式是指人工去開啟各個電磁閥，筆者建議百果園選用美國雨鳥公司生產的電磁閥：手動、電動兩用閥門，既可手動，又可電動，使用非常方便。當手動打開某

28、個電磁閥時，噴頭出水，主干管道壓力開始下降，系統會自動通過變頻器升高水泵電機轉速，維持管道壓力的恒定，直到完成灌溉任務。 豐富的辦公自動化功能：系統在運行過程中，可自動生成各種定時、日、月、年報表，并通過打印機打印出來。其內容包括各種氣象及土壤參數，可從各報表中得到土壤濕度變化曲線、日最高風速、月平均氣溫、全年總降水量等原始資料，為用戶研究當地的氣象及土壤變化情況提供翔實的依據。 良好的可維持性：可維護性是衡量軟件質量好壞的重要指標之一，在編寫本系統時我們也充分考慮了這一點，例如用戶在種植一類新作物時，可能系統的資料庫中并沒有該作物，便無法確定其適宜土壤含水量和灌水定額。此時，用戶可按自定義按

29、鈕，通過鼠標各鍵盤輸出這些參數，系統便會根據用戶所定義的數值運行。另外，用戶還可很方便地修改灌水定額、管道壓力等參數，滿足實際情況的需要。 友好的人機界面：系統中大部分界面均為示意圖形，實時顯示各傳感器送來的數值及系統當前的運行狀態，一目了然。需要用戶操作的部分全部為中文界面，工作人員無需學習便可完成所有操作。另外，在任一界面下，用戶都可以通過按幫助按鈕得到相應的提示，指導用戶完成相應的功能。 3.7.4 效果 百果園通過增加自動化控制系統后，灌水時間、灌水量和灌溉周期等完全根據果樹某些需水參數自動啟閉水泵和自動灌溉，人的作用僅僅是調整控制程序和檢修控制設備。既提高了水的有效利用率，又節省了人

30、力，同時也提高了果樹的產量，可以產生良好的經濟效果。 3.8 第二期工程的設想 正在建設第二期工程計劃今年完工，第二期工程的滴灌系統我建議基本上參照第一期工程建設，也采用滴噴灌相結合的方式，其水源計劃應采用水塔蓄水，用以緩解枯水期水庫少水的矛盾，該可以區采用先進的電腦全自動控制方式，實行精確灌水，管道布置采用固定式（干管、支管）和移動式（毛管）的有機結合。二期工程應該吸收一期工程中的好的經驗，改進一期工程中毛管布置形式的不足，還特別是應該增加灌水的全自動控制部分，實現灌水的全自動化，精確控制作物的有效灌水。 4 存在的問題及建議 通過對滴灌系統的學習與認識，筆者系統的學習了滴灌這種先進的果園節水灌溉方法，在實踐的基礎上深化了理論，并對滴灌和滴灌系統有一些不成熟的