科学融合：历史、途径与框架，本文主要内容关键词为：框架论文,途径论文,科学论文,历史论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 科学统一的历史
从20世纪20年代以来，物理学家们一直在猜测并探索这样一种可能性：各种不同的力能够被融合在一种一般的理论中。事实上，在整个科学领域，也一直存在着如何融合的问题。可以说科学融合同样也是多少年来众多科学家未竟的宿愿。
最原始的科学融合模式是科学系统论。它把众多研究领域、学科合并成更大的学科，这种“分而合之”的观点可以说自有科学以来就存在着[1]。但是，科学研究既包括人类社会，也包括自然界。在研究如此不同的客观对象如何使认识的原则、方法或理论融合？出现这个问题的确是十分自然的。在17至18世纪，包括社会物理学在内有许多将社会科学与自然科学结合的尝试，即将自然科学的具体领域的观点、方法直接移植到社会科学领域[2]。
进入本世纪30年代，以Otto Neurath为首的维也纳小组，包括Rudolf Carnap，领导了一场以逻辑经验主义为指导思想的科学统一运动。他们认为，整个科学领域应该有同一的语言或术语，这是一种以物理主义为核心的具有普遍性的时空语言，远比物理学语言丰富[3]。同Diderot、d′Alembert一样，他们反对科学的系统观，积极倡导百科全书式的科学模式[4]。30至40年代，L.V.Bertalanffy创立一般系统论。Bertalanffy认为将物理学的语言作为科学的通用语言是不现实的。科学融合应以不同领域的同型规律为依据；不同领域的定律和概念系列的一致性和同型性赋予科学以统一性。一般系统论旨在寻找能统一“纵向”贯穿于各个学科的共性的原理以达到科学大统一[5]，从而掀起了从科学方法统一角度探索科学统一的浪潮。第二次世界大战期间，关于“科学、技术与社会”的研究（简称STS）兴起，在60年代后期风靡世界许多国家。STS把人类、自然和社会看作一个有机统一体，用相互作用、相互联系的观点对自然科学、工程技术科学、社会人文科学进行研究，是最大的多学科、跨学科和综合学科的探索，代表着一种新的科学观[6]。1958年，Oppenheim和Putnam提出连续微还原方法，由此将各种科学理论逐步归结为一个关于基本粒子的理论框架，通过将全部科学理论还原成一个学科的规律来实现科学规律的统一，最终达到科学统一[7]。D.Price于1963年提出了“大科学”思想。一些学者认为，大科学是自觉规划和系统管理的科学[8]。70年代初日本科技厅提出软科学思想，旨在通过自然科学与社会科学的多学科交叉综合解决现代社会的复杂的政策问题[9]。1978年以色列David L.Szekely提出跨学科科学统一理论，认为跨学科科学统一在机器语言层次上于人脑中的确存在[10]。1986年，我国学者赵营波创立大协调学，旨在引导调动一切科学技术和人类全部智慧统筹解决各种日趋严重的全球性问题[11]。在美国著名哲学家E·Laszlo看来，科学最终是一个由规律支配的复杂系统[12]。1994年，钱学森提出了集古今中外的哲学、社会科学和自然科学之大成的“大成智慧学”思想[13]。J·Mittel strass强调：科学统一并不是科学体系、理论或方法的统一，而是科学实践的统一[14]。
科学融合的确存在许多难点，如社会系统还难以象自然系统那样可以定量描述、可以重复实验，而且各个学科发展的成熟度千差万别[15]，特别是大量综合性学科兴起，给科学融合进程又增添了新的问题。由此我们可以看出，关于科学融合还没有一个基本框架，还缺乏对科学分化特点的深刻认识以及对当前科学整体化发展规律的认识，许多研究忽视了系统的、相互作用的思想观点，对融合的科学是否应该具有统一的研究对象、研究步骤仍未涉及。本文将根据科学的研究对象是统一的、科学的应用或实践过程是统一的思想，通过对科学研究对象、实践过程的统一性分析，提出了以全系统工程为核心的广泛的科学统一的框架。这种框架是对科学融合的一种尝试。
2 科学融合途径：从学科间的交叉到整合
事实上，科学的最初融合是基于对自然、社会等研究对象的总体的朦胧认识。科学的分化发展格局，是从科学研究对象的分化和具体化开始的，由此才导致了诸多学科的概念、方法、规律等的多样化、复杂化。而科学研究对象的分化，一方面是研究对象“部分”化，即将科学研究对象分割成相对独立的个体部分，如科学分化为天文学、地学、生物学，或自然科学与社会科学；另一个方面是科学研究对象的“方面”化，即对科学研究对象从多重角度研究，如科学分化为数学、物理学、化学以及逻辑学、语言学、艺术学、政治学、法学等。所以，随着总体上对科学研究对象的深层次的全面了解，将科学研究对象重新统一并以此作为科学统一的基础是十分自然的。这种科学研究对象从分化到逐步一体化的过程已在今天的科学整体化发展中体现出来。
科学整体化格局一方面表现为单一研究对象的多学科性，如环境作为科学研究对象既需要从数学、物理、化学、地学、生物学等自然科学学科角度来研究，也需要许多社会科学学科的参与，如社会学、心理学、经济学等。这样在“环境”周围聚集着大量学科，这种现象叫学科的综合；科学整体化的另一个重要表现是单一学科的多研究对象性。这主要有两种情况：其一，一些学科向方法性学科转化，如物理学、社会学的方法可以应用到许多研究领域；其二是产生了一些新的方法性学科，如系统科学、非线性科学，它们可以横跨许多研究领域。这种单一研究对象的多学科化以及单一学科的多研究对象化，使各种学科与它们的研究对象的对应关系变得十分复杂，而原来它们之间基本上是一一对应的。
尽管交叉科学已成为现代科学发展的主要形式[16]，但有一种新的科学现象值得注意，这就是学科间的整合。与学科间的综合不同，学科间的整合主要表现在许多学科的研究对象的一体化，以及它们的研究方法一体化。特别是不同学科研究对象的一体化、系统化，致使科学的部分统一，而且随着学科整合数量与强度的增加，诸多学科将逐渐走向融合。科学研究对象、科学语言、方法等的统一是科学融合的前提。目前最典型的整合学科产生在自然科学领域，它就是地球系统科学。
地球系统科学是80年代中后期美国科学家为迎接全球环境问题的挑战而提出的战略学术思想。从研究对象、方法和思路来看，地球系统科学全然没有地球科学诸多分支学科的色彩，它把复杂的地球系统相互作用归结为物理气候系统和生物地球化学循环系统二者的相互作用。过程研究象一根线一样将地球科学诸多分支学科的有关分析步骤整合在一起，立足地球系统的历史与现在，预测地球系统的未来。
或许现在说“地球系统科学在中宏观尺度上基本实现了自然科学的统一”有些过份，但它显然为科学融合提供了很好的范例。
3 科学融合的框架
贝塔朗菲曾经指出：“研究孤立的部分和过程是必要的，但是还必须解决一个有决定意义的问题：把孤立的部分和过程统一起来的，由部分间动态相互作用引起的、使部分在整体内的行为不同于在孤立研究时的行为的组织和秩序问题[17]。”
科学融合，既来自科学本身发展的驱动，又来自科学实践的需求。从科学本身发展来看，科学融合是科学发展的最高形态。科学融合，需要从系统、相互作用的角度对科学各个分支学科、对科学研究对象——自然与社会以高层次的完整的认识，使之成为一种客观存在，可观测的实体系统，从而搭起了科学融合的空间框架，这可能是科学融合的关键所在。科学融合，同时也需要从时间或过程角度即科学实践、人们利用科学解决问题的过程角度，对与时间、过程有关的学科理论与方法进行交叉整合。从科学实践需求来看，今天全人类面临许多重大问题仅靠传统的科学体系已难以解决。科学体系需要再组织。这就要求科学不仅是一个多样化的体系，更应是一体化、系统化的体系。近年来国际社会相继推出一系列跨学科研究计划，如国际地圈—生物圈计划，就显示了对科学融合的需求。
(1)搭起科学融合的空间摆架——科学研究对象的空间系统化
自然与社会是一个整体系统。从层次性来看，自然与社会作为实体系统从微观到宏观表现为以下几个层次：夸克、基本粒子、核、原子、分子、物体（三态物质）、地球及天体（包括太阳系、银河系、宇宙）等八个层次。其中在物体层次上，当物体为生物时可将之再细分为生物高分子、细胞、组织、器官及生物个体。
自然与社会系统的空间框架一方面体现在层次上，一方面体现在某一层次内以及两个层次间的相互作用上。除“物体”层次外，各个层次之间及每个层次内的相互作用都已有了十分系统的探讨。只是在“物体”层次上，其系统认识差异很大。
在中观尺度上如何从系统角度认识自然与社会这个整体呢？自然的系统框架已为地球系统科学全面阐述。显然，自然是由地球系统及其内外环境共同构成，其中地球系统是由两两相互作用的五大圈即岩石圈、土圈、大气圈、水圈、生物圈等组成，内外环境分别为地球内部及地外系统（包括月球、太阳系等更大天体）。人工自然是人类改造自然的产物，如果它不包含在“自然”中，那么必然包括在“社会”系统中。这样，“社会”则是由“人”和“人工自然”的组合。这里的“人”是“社会人”，人的躯体部分已纳入“自然”部分，而“人”的“社会”部分基本“贮存”在人的大脑中，它包括人的精神状态以及文化内容，二者分别对应着波普尔的世界2、世界3[18]，我们概称之为“符号”。我们之所以称之为符号是由于人脑是作为一个符号系统工作的[19]。符号尽管不能直接观测，但它可以间接表达与感受，是依托人脑某种物质体系的客观存在，也是可以间接测量的（当测量技术、临境技术更完善时有些符号可以直接观测）。社会科学的全部目的都在于解释人类的行为[20]。而人类的行为是符号行为；全部文化依赖于符号，没有符号，就没有文化，人也就仅仅是动物[21]。故用符号概称人的“社会”部分。关于人工自然，不论是汽车、火箭、航空母舰还是城市、卫星、钻井平台，均可划归为两类：产品或工程。产品与工程最大区别是，产品是可以并容易移动的，而工程则是相对固定的、不易移动的。当然，由于自然、人、人工自然的漫长演化，三者存在着成因联系，从而使得在三者之间存在一些过渡类型，但总体上并不影响“自然”与“社会”的界限。因此，自然与社会作为科学的研究对象是由岩石、土、水、大气、生物（包括人）、符号、产品与工程等八个系统以及它们的共同环境——地球内部及球外天体构成，并处于两两相互作用之中。我们将上述八个系统构成的更高一级的系统叫全系统（A Pansytem)。这种科学研究对象的全系统化，使得“社会”实体系统化，而且符号系统可以用实体系统表达，从而使得社会科学与自然科学二者的研究对象共同建立在客观的条件下。广义地讲，社会系统不过是人、符号、产品、工程系统的组合，只是不同社会系统其组合特点不同而已。政治、文化、技术、经济等因素均可以用全系统表达，而各级社会单元包括家庭、企业、学校、国家或地区等也都可以归结为全系统。
(2)拉起科学融合的时间之箭——科学实践过程的整体系统化
尽管科学并不是一个过程，但科学的实践却是一个过程。科学融合的时间框架以科学实践或人们解决实际问题的一般过程相似，如规划、计划、决策、研究以及管理等过程，都基本上与确定目标、问题分析与预测以及解决问题的具体方法措施选择等有关。因此，科学融合自然而然地需要吸收与过程分析有关的学科的思想、方法乃至概念，如预测科学、管理科学、战略科学、决策科学、系统科学以及地球科学、环境科学等。当然，科学融合的这种时间框架与其空间框架是统一的。这两种框架耦合共同构成了实体系统的目标过程的控制与管理，从而使融合的科学作为咨询者与“用户”——决策者等之间能建立良好的“界面”，并具有解决重大问题的能力。
根据以上分析，我们将这种时间框架分为目标分析、对象系统分析、环境系统分析、趋势分析、可协调性分析、系统协调、系统管理与可靠性分析等八个步骤，它们相互制约共同构成一种解决问题的系统分析程序[22]。它们具体内容是：
第一，目标分析：与决策者共同建立解决问题的目标，关键是将目标实体系统化，而不是一些抽象的、描述性的目标。这也是规划、管理、决策中常常遇到的问题，是科学融合目的性的具体反映；
第二，对象系统分析：将研究对象做为一个空间实体系统进行全面分析，包括对象系统内部各子系统相互的作用、相互制约关系；
第三、环境系统分析：将研究对象所处的环境也作为一个空间实体系统（而不是一些零散因素的组合），分析其内部的相互作用、相互制约关系；
第四、趋势分析：分析对象系统与其环境的相互作用，预测对象系统到目标限定时间时的状态与变化趋势。这与一般的战略分析、预测分析本质是一样的，是对研究对象的动态过程分析；
第五，可协调性分析：根据对象系统的未来状态与趋势，判定到目标限定时间时对象系统与目标实体系统的差异程度。这是一种比较分析，主要为实现具体目标的措施选择提供主要依据；
第六、系统协调：根据目标要求和可协调性分析的结果，选择确定具有可操作性的技术性措施，修正对象系统对目标的偏离。主要包括改变对象系统、环境及其相互制约关系。这是实现目标的关键所在；
第七、系统管理：根据目标要求与系统协调措施，建立对象系统及其环境的监测探测系统、信息管理系统、法规条例系统及行政管理系统等四个目标保障性系统，从而实现对对象系统的全方位的动态的管理；
第八、可靠性分析：利用对象系统或与之相近系统的历史数据，对可协调性分析、系统协调、系统管理等三个方面的分析结果与措施的有效性、可信度进行定量评价。上述过程是对象系统的动态调控过程，也是从目标确立到目标实现的动态管理过程。
全系统工程就是全系统与上述过程框架的耦合，是对全系统的动态控制与管理，是在中宏观层次上对科学融合的一种尝试，属于本文所提出的时空框架的一种。
4 结语
科学融合是科学家的历史之梦。科学的整体化发展，特别是交叉学科的大量涌现使科学成为网络化体系，不同学科之间出现的综合与整合，极大地加快这一进程。
科学融合需要一种时空框架做为基础。科学融合的空间框架不仅仅限于自然或社会从微观到宏观的各个层次，也需要一种系统的、相互作用的概念框架；科学融合的时间框架是一种与空间实体系统相伴的、从目标确立到目标实现的动态管理过程。地球系统科学为科学统一的时空框架构筑提供了很好的例子。科学融合，并不意味着科学的分支学科的消失，也不是科学发展的终结。而更多的是由于支离分散的科学体系难以适应众多愈加严重的外部挑战，而这些挑战需要科学自身具有解决问题的“组织性”和“自主性”。由此看来，科学的融合也是科学发展的自组织性、自主性的体现。