钱老系统科学的形成与发展

1钱学森系统科学思想的形成发展与创新人类社会进入20世纪之后，特别是迈进21世纪以来，由于微电子信息技术及一大批高新技术的飞速发展，社会进入了高速发展的轨道。各门科学既高度分化，越分越细，越深入，又高度综合，相互渗透，相互耦合，显示出科学技术深刻而复杂的发展规律和底蕴。同时，在现代信息技术和高新技术的推动下，各个国家的工业、农业、以至金融、服务、交通运输、城市建设、文化艺术等等，也都发展很快，世界经济几乎联在一起，哪个国家也不可能再闭关自守，必须相互促进、相互借鉴，与国际国内各种人和事物相互联系频繁交往，才能在解决各种复杂性问题中不断发展、艰难行进。客观世界出现的这些前所未有的变化、新的特质，宣告解决各种复杂性问题，仅仅运用过去的还原论方法、孤立分析的已不够用了，必需掌握新的世界观、方法论。钱学森所倡导的系统科学特别是开放复杂巨系统的探索与研究，是当今人类社会和现代科学技术发展的需要，也是当今重大的科学问题和哲学问题。他的系统科学思想形成发展与创新，有一个历史过程。21、中国传统文化的熏陶开启系统思想之路钱学森认为人们的系统思想自古就有，因为无论在自然界还是人类社会中，系统的存在、发展与变化是很普遍的。在中国，古人为了进行生产、改善生活，在长期的生产实践中积累起对各种农作物的生长与种子、水分、肥料、土壤、地形、季节、气候等相互关系的思想，在《管子。地员篇》、《诗经》农事诗《七月》等著作中都有简单的表述。其实这种合理地利用各种有关事物之间相互作用、相互关系的思想和活动，就是一种朴素的系统思想和简单的系统工程。又如，战国时期秦国李兵父子设计修造的伟大的都江堰水利工程，包括“鱼嘴”岷江分水工程、“飞沙堰”分洪排沙工程、“宝瓶口”引水工程以及120个附属渠堰工程，各工程之间的关系处理得非常好，形成一个协调运转的系统工程总体。这是古人在改造自然环境的实践过程中，在水利工程方面表现出的十分系统的思想。这些辉煌的成果和思想给钱学森留下了深刻的印象。再如，古人为了增强体质、延续生命，在长期与各种疾病和衰老做斗争的实践活动中，逐渐开始认识到人体各器官的有机联系、生理现象和心理现象相关、身体健康与自然环境的变化分不开等等，积累了一套辨证施治的治病防病方案和医术，在西汉初3年的《黄帝内经》等医学著作中，有很详细的记载。反映出中国传统文化中朴素的辩证的系统思想和整体观念。钱学森一贯对于学习研究中国传统文化兴趣盎然，深受古代哲人以及《易经》、《黄帝内经》等古代文献、著作中朴素的辩证思想和模糊的整体观念的影响。他并且注意汲取现代著名哲学家熊十力、张岱年、冯契等哲学思想的精华，逐渐积累起自己在系统科学思想等方面中国传统哲学与文化的深厚底蕴。2、西方文化与科学技术对系统思想的重要启发在西方，古代希腊也有的哲人提出过整体观念和系统思想。例如，赫拉克利特（约公元前460-370）在《论自然界》一书中说：“世界是包括一切的整体”；德谟克利特（约公元前540-480），认为宇宙是个大系统等等。但是，由于这种认识主要来自一些哲人的直觉、和天才的臆想。当时人们还没有能力对宇宙世界总的联系做进一步细微的分析、观察与研究，所以这种以少数哲人为代表的整体观念和系统思想只是一种朦胧的、朴素的自然哲学。15世纪下半叶，生产和技术的发展推动近代自然科学兴起，当时人们要想排除自然哲学中那些模糊的、臆想的东西，硬要从整个系统切入进去考察其内在联系很困难，只能先掰开揉碎了一口一口地啃下去，逐渐深入，刨根问底，也就是采用还原论的方4法，把自然界各个领域、各个细部从总的自然联系中暂时抽取出来，分门别类地进行研究、分析、实验、解剖、观察。于是，力学、天文学、物理学、化学、生物学等学科逐渐从包罗万象、浑然一体的自然哲学中分离出来，获得迅猛发展。这种还原论的方法，实质上是一种孤立、静止、片面的形而上学的研究方法和思维方法，它对推动近代自然科学的发展做出了巨大贡献，是一个进步，但是也往往使人们在思想方法上，忽略了系统的、整体的观念，阻碍人们从部分走向整体去洞察事物普遍联系的道路。19世纪前半期，由于自然科学的伟大成就，特别是能量守恒与转化定律、细胞学说和进化论等的发现，使人们不仅能够觉察到自然界各个领域内的过程之间的联系，而且也能看出各个领域之间的联系了。这样，人们就能够依据自然科学的的成果，近乎系统地描绘出一幅自然界相互联系的图景。恩格斯也由此提出：“一个伟大的基本思想，即认为世界不是一成不变的事物的集合体，而是过程的集合体。其中各个似乎稳定的事物以及它们在我们头脑中的思想映象即概念，都处在生成和灭亡的不断变化中。”1当时，这些科学成就和认识成果成为辩证唯物主义形成的科学依据。总之，钱学森青少年时代，在国内外的学习研究活动中，不仅受到中国传统哲学与文化的熏陶，而且熟悉了西方文化并掌握了许多门重要的现代自然科学技术，当他走进各门科学技术的深1恩格斯：《路德维希·费尔巴哈和德国古典哲学的终结》，《马克思恩格斯选集》第4卷，第239页。5处时，曾发现它们之间有着相互渗透、相辅相成的关系，看到了系统地、整体地、发展地去观察问题和解决问题的曙光，而辩证唯物主义世界观和方法论给了他重要的启迪，使他对系统科学的研究，特别是如何把整体与局部、宏观与微观有机地统一起来，克服还原论的局限性等问题，产生了浓厚的兴趣和信心。钱学森深谙马克思恩格斯哲学思想的基本要义，他认为科学的系统思想与辩证唯物主义的产生和发展并行不悖、相辅相成，科学的系统思想是辩证唯物主义的重要内容，系统科学的发展离不开科学技术的发展，也离不开辩证唯物主义世界观和方法论的指导。1、系统科学思想在血与火的战斗中形成与发展然而，真正炼就并打造钱学森系统科学思想的重要内容和坚实基础的外因，是第二次世界大战的洗礼和锤炼。战争的需要加速了现代科学技术的发展，也促进了现代系统科学的形成与发展。二战爆发后，当时在美国，钱学森和他的老师冯·卡门（TheodorevonKármán1881～1963）等一大批科学家被罗斯福(FranklinRosevelt1882～1945)总统和国防部邀请去帮助解决复杂的战略战术的决策问题，以及组织并参与庞大的尖端武器的研制和试验工程。钱学森深深体验到，战争中决策的成败关系到国家民族的生死存亡，交战双方不仅要知己知彼，还必须运用科6学的系统思想，既要从全局出发，把握住各种复杂事物瞬息万变的相互关系，在以整体观念进行宏观谋略的同时，又要考虑微观的战术和具体的战斗行动，把宏观与微观紧密结合起来，抓准各种战机，指挥各兵种、各类军事装备等准确地（定量化地）相互配合、协同作战，这样，才有可能争取全面胜利。二战期间美国秘密研制原子弹的“曼哈顿计划”，实际就是以罗伯特·奥本海默（J.Robert.Oppenheimer1904～1967）为首,15000多人参加的高科技队伍，分门别类地严格组成的一项庞大的系统工程，他们最终研制出了美国的第一颗原子弹。钱学森对这项精心组织的大型系统工程有所了解。那时钱学森在美国不仅从理论和技术上创造性地解决了超声速飞机飞行中所遇到的“声障”、“热障”的难题，以及高速飞行中金属薄壳的稳定性问题，在空气动力学方面做出了杰出的贡献，而且亲自组织并参与美国的喷气式超声速飞机以及美国最初的火箭、导弹的设计、研制与试验工程，他曾担任美国航空喷气公司（AerojetCompany）的技术顾问。他曾参加“火箭小组”，为研制出美国最初的火箭和导弹做出重要贡献，这些尖端的科学技术与大型系统工程的成果，在二战中为美国打击德、日、意法西斯发挥了无可估量的作用。1945年4月底，钱学森作为美国科学咨询团的专家顾问，与冯·卡门一起，随军前往英、法尤其是德国的军工重地探赜索隐。从中掌握了最新军事科技机密，搜缴了德国最新装备与导弹7武器等方面的重要军事物资和资料。钱学森回到美国后，又有机会走访了美国国家及各地的有关机构、研究中心和实验室，从而对美国航空事业的发展现状与潜力，有了比较全面的了解。随后，以冯·卡门为首钱学森为核心成员的科学咨询团为美国陆军航空兵完成了远景规划报告，题为《迈向新高度》（TowardNewHorizon）。共有九卷。钱学森在其中撰写的第三、四、六、七、八卷和技术情报附录，构成远景规划报告的主要内容。《迈向新高度》为美国空军提出了战略性发展的独创见解和切实可行的技术路线，也为第二次世界大战后，美国代替德国在航空科技上的领先地位奠定了重要的理论基础，使得美国的航空、航天事业在20世纪下半叶得到了飞快的发展，成为世界第一军事强国。与此同时，钱学森在这二次大战血与火的残酷斗争中，炼就出了从整个世界风云发展变幻的战略高度观察和思考问题的思维定式，以及把一个宏大的总体目标组织成为切实可行、成效最佳的大型系统工程的方法。战争年代不断被强化使用的这种系统思想和系统工程的实践活动，也使得钱学森触摸到了现代化战争中所需要的系统分析（SystemAnalysis）系统工程（SystemsEngineering）运筹学（OperationsResearch）、控制论（Cybernetics）、信息论（Informatics）等新学科，看出了这些学科与现代系统科学理论与实践的密切关系，从而在更广泛的意义上对现代系统科学的实质和内容，有了进一步的理解和体会。1948年夏，钱学森被任命为古根海姆（Guggenheim）喷气8推进中心（JPL）的首任主任。1953年，钱学森发表了《物理力学——一个工程科学新领域》（PhysicalMechanics—anewFieldinEngineeringScience）一文，说明“物理力学”是物理、化学和力学的交叉学科，其目的在于通过对物质的微观分析，把有关物质宏观性质与实验数据加以总结和整理，从而找出规律，得到所需要的数据，并且可以由此预见到新型材料的宏观性质，为发展新材料、新工艺服务。此后，钱学森在加州理工学院的教学与研究中，不断充实与深化其内容，形成厚厚一本《物理力学讲义》正式出版。钱学森的《物理力学讲义》倡导研究复杂性难题需多学科综合利用，强调走宏观与微观相结合的系统科学思想和工作方法。得到学术界广泛的共识和运用。“工程控制论”是系统科学在技术科学层次上的重要内容。第二次世界大战的炮声渐渐远去之后，钱学森进一步总结并阐释火箭与导弹的控制与制导原理。1948年，麻省理工学院的数学老教授维纳（N.Wiener1894－1964）的《控制论》一书问世，原名《控制论：关于在动物或机器中控制和通讯的科学》（CyberneticsorControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine）提出建立一门“控制论科学”。维纳在《控制论》中论述的信息、反馈、通讯、控制、稳定、系统等概念，以及强调重视整体综合，开发边缘科学等观点，给钱学森以启发。钱学森在麻省理工学院（MIT）和加州理工学院（CIT）长这个JPL后来发展为今天的美国宇航局NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration）喷气推进实验室。钱学森是其创始人之一。9期进行航空航天技术与工程的教学与研究中，特别是在二战期间研制从弹道火箭到可控和制导火箭技术的过程中，曾运用控制论的原理，解决了一批喷气技术中稳定和制导系统的一些关键问题，如火箭喷管的传递函数、远程火箭的自动导航以及火箭发动机燃烧的伺服稳定等问题。钱学森并且意识到，控制论不仅在火箭技术领域，而且可以推广应用到整个工程技术范围及一切被控制的系统。因此，很有必要用一种统观全局的方法，来充分了解和发挥上述导航技术和控制技术等新技术的潜在力量，以更开阔的眼界，用系统的、整体的方法来观察、研究有关问题，从而为控制论发展揭示出前所未有的前景。不久，他在加州理工学院开设了一门新课——“工程控制论”，作为一门新的技术科学，虽然内容有些高深，但引起了学生、校方以至出版商的极大兴趣。1954年，他的《工程控制论》（EngineeringCybernetics）以英文版，由麦克劳·希尔（McGrawHill）图书公司在美国出版。