第13章  理论信息学的应用

理论信息学原理揭示宇宙间一切信息现象共同的基本规律，与其他一般的信息概念和方法构成整个信息科学的理论核心。它在理论和实践中有着普遍的应用。在理论上，它为有关信息的知识体系提供公理性的基础和最基本的假设，可以成为构造相关理论的基石，或者作为展开逻辑分析的一个基本出发点。在实践上，它可以用来分析和说明日常的、普遍的自然和社会现象。这里，侧重于列举它的几个理论方面的应用实例。

§13.1  作为自然信息学的理论基础

我们的大脑是物质的，但它更是信息的，它是我们借以进行信号处理和符号处理的自然的最为高级的计算机。动物、植物、微生物、细菌、病毒、类病毒等，都可以看成是生物计算设备，不过他们所处理的只能是生物信号。超分子化学把生物学同化学连接在一起了。诺贝尔化学奖获得者J．M Lehn提出信息化学和信息物质科学的概念。他说：“超分子化学已经为朝着理解化学为一门信息科学（information science）铺平了道路^[1]。”中国科学院院士，北京大学化学系徐光宪教授认为应当同时发展化学信息学与信息化学两个学科。在国外，有T．史东尼关于信息物理学研究的“三部曲”，有“万物源自比特”和“一切皆信息”的命题，在国内也有关于物理学到底是否需要信息概念的讨论。这样，传统的物质科学学科，物理、化学、生物、天文、地理等都离不开“信息”，都是某个层次上的信息现象的科学。至于人文社会现象，那更是以符号信息为基础的信息社会科学，尽管许多人文社会科学专家认为信息科学是一门自然科学学科。“学科信息化”正在每一个学科深入发展，理论信息学的概念和原理将不断地向所有的学科渗透。

本章以信息化学为例说明，关于信息的概念，信息思维的方式，信息学的法则是如何指引化学家认识、分析化学领域中的信息现象；或者换言之，化学家们是如何在他们自己的领域中发现其中的信息过程，逻辑的“与门”，“或门”，“非门”，以及“IF…THEN…”语句，等等。这是在超分子化学反应中发现像神经元从事二进制运算那样的运算机制，而不是把计算机芯片用到超分子化学过程中去，就像让芯片与人的神经细胞联合工作那样。这是把计算机逻辑模型当作观念的工具在使用，而不是把计算机当作具体的工具在使用。这些，正是理论信息学研究所需要看到的，正是理论信息学研究的目的。

13.1.1  从分子化学、超分子化学到“软化学”

在宇宙大爆炸之初，物理现象占主导地位。当温度较为温和时，化学随之产生。基本粒子形成原子，这些原子组合成越来越复杂的分子，分子接着締合成聚集体和膜——由此确定了生命的原始细胞。在每一个层次上，出现了新的特点，而这些特点在较低的层次上是不存在的。化学的主要发展方向是朝着复杂体系及复杂性的出现。超分子化学正在为把化学理解为一门信息科学学科铺平道路^[2]。

化学是关于物质及其变化的一门科学，而生命是其最高的表现形式。它提供了具有特定性质的结构，并发展了结构合成的方法。化学为我们理解物质现象，并有能力驾驭、改变、控制这些现象，进而发现它们新的表现形式，起到了最原初的作用。化学也是一门关于转化的科学，是信息中心，是简单和复杂、物理定律和生命规律、基础和应用之间的交汇点。

就方法而言，化学是关于物质相互作用、变化和模拟的科学。而就其研究客体——分子和材料而言，化学体现除了它的创造力。化学合成具有产生带有新性质的新分子、新材料的威力。之所以说其新，是因为它们在通过原子的排列的重组，生成各式各样的新组合、新结构，从而被创造出来之前并不存在的复杂性。

有机合成以压倒一切的姿态迅速发展，产生了一系列辉煌的成就。分子化学已在共价键的基础上建立起来了。如今已到了非共价分子间作用力的时代了。在基于共价键的分子化学之外，形成了超分子化学领域，其目标是控制分子间价键。超分子化学的下一步目标是增加分子之外的、通过非共价相互作用而形成的超分子和有组织的多分子体系的复杂性。

超分子化学如同关于分子的“社会学”。非共价相互作用决定了组分间的价键、相互作用和反应，简言之，即是分字的个体和整体的行为：它们作为众多具有自身组织的分子个体组成的整体的“社会结构”；它们的稳定性和易破损性；它们締和或析离的倾向；它们的选择性、“可选择的亲合力”、种类结构、相互识别的能力；它们的动力学，对排列、分级、张力、运动、重新取向的柔性或刚性；他们彼此之间的相互作用和转换。

分子间的相互作用是形成高度专一性识别、反应、输运、调控等过程的基础。这些过程是在生物学中出现的，诸如底物与受体蛋白的结合、酶反应、多蛋白质复合物的组装、免疫学的抗原-抗体结合、分子信息的读出、基因编码的翻译和转录、DNA结合蛋白的基因表达的调控、病毒进入细胞、神经转换信号的感应、细胞识别等等。超分子化学是一门高度交叉的学科，它涵盖了比分子本身复杂得多的化学、物理和生物学特性，并通过分子间（非共价）键合作用聚集、组织在一起。超分子化学处在化学、物理、生物学的交汇点上，可以从多种学科吸取营养，具有广阔的发展前景。

超分子化学的概念和术语是在1978年引入的。超分子化学定义的表述是：正如基于共价键存在着的分子化学领域，基于分子有序体和分子间价键而存在着超分子化学。当然，它也可以定义为“分子之外的化学”，是关于两个或两个以上的化学物种通过分子间作用力缔合在一起而形成的具有高复杂的有组织实体。超分子代表了继基本粒子、原子核、原子、分子之后的下一个层次的物质的复杂性。用普通语言来表述，则可以说，化学术语中的原子、分子、超分子相当于字母、单词和句子。

在一定的意义上，可以把字母（a，b，c，…）看作汉字的“笔划”，它们只有相互组合起来，或者被放到某种语境之中，才具有表示概念的符号的能力，成为语义三角中的A。可以认为，字母的含义是非常有限的。而单词就成了概念的确定的符号代表，它有自己的“所指”和“能指”，即有能够表达的“含义”和所指的“对象”。句子由单词构成，而单词构成句子的法则是语言的语法规则，而不是物理学规则，是逻辑的力量，而不是物质的力量。在超分子化学中起作用的力，在物理学的强大力量到生物学的微弱力量之间，提供了一道桥梁。

超分子物种是由其组分、建筑或超结构的空间排列，和把组分连在一起的分子间价键的性质来表征的。它们具有非常确定的结构、构象、化学热力学、动力学和分子动力学性质。不同类型的相互作用力是可区分的，它们代表了不同程度的强度、取向、以及对距离和角度的依赖性。这些作用力是：金属离子配位键、静电引力、氢键、范德华相互作用和给体-受体相互作用等等。它们的强度分布由氢键的弱到中等，到金属离子配位键的强或非常强。前者可使得类似于酶-底物这样的结合达到稳定；而后者通过单个金属离子，其强度可达到包含有很多独立相互作用的抗原-抗体作用的强度范围（或更强一些）。然而，分子间作用力通常比共价键要弱，因此超分子物种的热力学稳定性不如分子，但动力学上更易变，因而更具动态柔顺性。所以，超分子化学涉及的是软化学键，代表了一门“软化学”。

13.1.2  分子识别、信号及信息化学

分子识别是通过一个给定的受体分子结合和选择底物过程中的能量和信息来定义的，此过程也可能包括一特殊的功能。单纯的结合不是识别，尽管人们通常是这样认为的。识别是有目标的结合，就像受体是有目标的配体一样，它是通过一系列结构确定的分子间相互作用而组成的模式识别过程。分子识别即是分子存储和超分子读取信息。信息可被储存在受体结构中，在它的结合点处或配体层的环绕键中；它以超分子形成和分解的速率被读取出。

信息已被认为是超分子化学中的主要概念。事实上，它也是最基本和普通的概念，它是贯穿整个超分子领域的主线。在这个意义上，超分子化学可以被认为是“化学信息科学”或“分子信息学”。该学科与分子存储、超分子读取及通过分子或超分子的结构和瞬时特征来处理的信息过程有关。这些特征导致了程序化的超分子体系的概念。用信息含量来定量评估结构和相互作用间的特征是富有挑战性的尝试，与评估分子互补性和相似性有关。

识别就是结合对中几何尺寸和相互作用间的互补性，即受体相对于一给定底物的最佳信息量。这相当于一双互补原理扩展到能量特征和集合特征，后者有“锁和钥匙”体现，也即立体互适的概念。分子识别的完成有赖于找到一种定量地评估互补性和分子相似性的方法。生物分子识别是分子识别中最复杂的过程，它导致高选择性结合、反应、传输及调控等过程。它不仅提供了研究的实例，还可以激发人们探索识别的基本原理，并设计出更多的模拟体系和非生物受体。

分子识别作用是超分子水平上基本的信息处理过程。分子识别过程可能会引起电子、离子、光学和构像特征的变化，并且转换为某一信号的产生。在内受体中，结合点（即信息点）朝向分子凹槽处；受体带有外向位点的外受体出现“信息化”表面，识别可在此表面发生。在内、外分子识别中，利用三维的信息存储/读出操作，并结合物质的转化和易位，可以设计出在分子和超分子水平上进行信息和信号处理的器件的组分。

分子识别过程可在几个关键步骤中起作用：（i）由组分形成器件；（ii）结合到超分子阵列；（iii）对于给定物种（如离子）的选择性操作；（iv）对外部物理、化学激励物（如光子、电子、离子、分子等）的响应，此过程可用于调节器件并使其开和关；（v）产生信号和响应信号转化（如光子-光子，光子-电子，电子-电子，电子-离子，离子-离子等）的性质。

基于识别的信息化器件是分子和超分子器件的代表。通过设计适合于结合到最终超结构、并且对外部激励有影响的组分，可将器件的分子识别过程转化为信号。由化学信号转化表达的分子识别，本质上或在形成产物的速率上相当于产生了一个特殊的分子信号。

这样，产生了一个新的研究领域——信息化学。它是研究分子信号的产生、处理、传递、转移和检测的化学。可以认为它是涵盖所有信号处理的信号学的一个分支。产生信号的器件和承载信号的效应物分别叫做信号源和信号探针。信号中基本的符号称信息符号。信息和信号综合后可共同表示一个具体的信息。信息存储、处理和信号化显然是生命系统的基本特征，从基因信息到细胞传感到脑的功能，逐步达到最高级的表现形式。

13.1.3  超分子逻辑转换器件：化学的“逻辑门”和“程序”

超分子器件对特定底物（质子、电子和离子）起作用时，如果被外界光、电、化学激励所引发，它们的性质可以在两个或多种具有不同特性的稳定状态之间转换。这样的转换器件由两个部分组成：（1）引发物，即转换单元，被外界激励所激活；（2）底物，即被转换物种。他们应该具有有效性、可逆性和抗疲劳的特点。

开关也即分子和超分子双稳态，通过响应特定外界激励或场达到两个热力学稳定态，分子物种或超分子体系在两种状态之间能够可逆转换。孤立的分子或超分子中的双稳态，存在于光学体系中，如光致变色、热致变色的物质和器件；也存在于电子迁移或磁化过程中；还存在于受束缚的底物发生在双位受体的两个结合位点之间的内部迁移。聚分子体系的双稳态是超分子的一个特性，发生在相变或自旋转变过程中，两者都包含相互作用物种的组装。

功能受体对不同底物产生不同响应，在此基础上设计逻辑器件。两个不同的底物同时或其中之一结合到双位点受体，若响应不同，这个受体就叫“AND”门；对两个不同的底物响应相同，那么“OR”功能出现；当结合的是连续的或串列型的，即第二个底物以第一个底物结合为条件，这就是“IF”操作。这些都具有一定的调控能力。输入-输出信号可以是光的、电子的或离子的。若输入是离子（金属离子或分子底物），输出是光学信号，就得到光离子逻辑器件。通过吸收光或者发射光的变化，受体对结合的底物作出响应。例如，在“AND”门时，同时结合质子和Na⁺ 时，发生荧光改变。

13.1.4  范式转变：从凝聚态到组织化、适应性物质，再到有思想的物质

在即将到来的世纪里，化学科学发展的主要方面之一在于对在物质精制与转变过程中的信息特点越来越清晰的理解，更深入的分析和更周密的应用，如此描绘出了从仅仅是疑聚物到越来越高度组织化的物质，朝着复杂性增加的体系发展的路径。

超分子化学最基本和深远的贡献是在化学科学里引入和实现了分子信息的概念及其推论，指令和程序化化学体系，其目的在于获得对有组织的物质的逐步控制。

化学如同在其他领域里一样，随着领域的发展，信息语言正在使组成和结构向越来越复杂的结构体系和行为扩展。超分子化学已经为朝着理解化学为一门信息科学（information science）铺平了道路。我们怎样去思考它，我们如何去执行它，范例里的这种变化将会深深地影响着我们对化学的感知。智能化学（instructed chemistry）从选择性合成和分子结构反应性延伸到了复杂超分子实体的组织与功能。他将考虑多组智能组成而不是纯粹的物质，在复杂的环境里实施反应，通过内在的自过程作用将会导致所期望的物质和性质的产生。

超分子化学已经按照其基本目标（即通过分子间非共价键产生实体的化学）所定义的那种开始并发展了。通过对分子间非共价键相互作用的合理操纵，它已经逐步发展成为分子信息化学，涉及在分子水平上对结构特征的信息进行存储，以及通过专门的相互作用算法，在超分子水平上对信息的检索、转换和处理。随着超分子物种和器件通过自过程（自组装，自组织，自识别…）操作，由组成它们的组分而被建立起来，近年来已经见证了明显应用分子识别作为控制它们发展的一种手段，其活跃性增长巨大。呈现此特征的体系已经被称为程序化超分子体系（programmed supramolecular systems）。

分子程序设计涉及把适合的指令合并到分子组分里，通过自组装产生意义明确的超分子实体。通过设计组分之间的相互作用模式，可以程度不同的对输出物种进行严格的程序设计。程序就是分子，信息包含在共价结构框架内；其通过非共价键识别算法的操作是超分子的。通过分子识别事件处理分子信息，意味着从分子到超分子水平的发展。

自组装里的信息输入可以区别为三个阶段：（i）为达到选择性结合基本组分所需的分子识别；（ii）在准确相关排列里结合组分进行的生长；（iii）过程终止，需要一个内在特征，即一个停止信号，用以指定终点和表示过程达到了完成。

面对宽广的前景，人们会指出涉及范例变化的一个新的观点浮现出了，从“纯化合物”到“智能混合物”，从“单一性”（纯物质）到“多样性+信息”（智能混合物+程序）。不仅仅是追求化合物或材料的化学纯度，人们寻找的是设计智能组分，它作为混合物，通过自过程自发和选择性地形成想要得到的功能性超结构。这也许会使人回想起复杂物种的建立（显示了高度集成的功能），它并行地发生在自组装和活细胞的机械运转里。

人们可大胆地去预测，在未来的年份里这种智能混合物范例（instructed mixture paradigm）的权重将会越来越大：按照明确的程序和相互作用算法，从一预先存在的智能组分“汤”，可自发但是可控地建立起结构组织化、功能集成的超分子体系。它也暗示着组合化学---一个目前研究活跃的主要领域的实现。

结合超分子体系的特征：（I）信息和可编程序性；（ii）动态特征和可逆性；（iii）组合和结构多样性，导致了适应化学（aaptive chemistry）这一广泛概念的出现，它较高地隐藏着复杂性轴。这意味着组合组装、选择和时间可逆性条件下的生长。

超越可程序化体系的复杂性，下一步在于设计化学“学习”（learning）体系，这种体系并不只是智能的，而且还可以被训练、具有响应外界激励的自修改能力和适应性（图14-1）。适应可以是被动的或积极的。五聚和六聚环状螺旋物的可逆互变作为呈现在介质中的阴离子的函数说明了前者，后者暗示着学习过程。

图14-1 面向适应化学----超分子之路

当时间不可逆性被引入，进化化学体系（evolutionary chemical systems）产生了，代表着化学进化的引入。这打开了朝着在环境因素的压力下，体系将经历内部结构的逐步变化的远景。它也预示着从封闭体系到开放体系的通道，开放体系和它们的周围环境被空间和时间连接了起来。

化学科学发展的主要方向之一是面向复杂体系，跨越最宽广的视野，从分离的到疑聚态物质，然后到有组织的和适应的物质，继续到活性物质和有思想的物质，不断提升其复杂性阶梯。

复杂性预示着并起因于多重组分和它们之间的相互作用，还有集成，也就是长程相关性、耦合及反馈。根据属于低级水平的物种和它们的多体相互作用，给定复杂性层次因此而产生，并可以得到解释。例如，从分子的观点来看超分子实体，从超分子实体的观点来看细胞，从细胞来看组织，从组织来看有机体等等，沿着确定复杂性结构体系的等级层次直到社会行为和生态系统。

在每一个增长的复杂性水平，新型特征出现了，它不存在于低级水平，它从更低水平的复杂性可推断出，但不能还原到低级水平的复杂性。

超分子化学，加之物理学和生物学里的对应领域，组成了超分子科学，其已经非凡的成就指向位于前方的挑战。它们在向有组织、复合、适应的物质的这一信息物质科学进军，从无生命的到有生命的并超过之（图14-2）。远景打开了，并随着取得的进步，变得越来越宽，这将在相当长的一段时间里构成未来的天地^[3]！

图14-2  作为信息物质科学的超分子科学

§13.2  为人文社会科学的方法论提供信息学依据

13.2.1  人文社会科学研究对象的自为性与价值性

人文社会学科所研究的对象是人文现象和社会现象。如果人文社会现象与自然现象相比较，没有任何特殊性，那么只是把自然科学的方法论用来解决问题就可以了，人文社会学科就成为自然科学理论的应用领域，成为自然科学的分支学科，而不是与自然科学相互独立的学科。社会学最早的目标就是建立社会物理学，分为社会静力学与社会动力学两个分支。从孔德开始，竭力把物理学的概念、原理和方法用到社会现象的研究当中。这是工业社会中科学的学科“物理-数学化”的重要内容和表现形式。到目前为止，仍然有些学者把建立实证的社会学做为奋斗的目标，他们认为非如此不能把社会学建立成像物理学那样的“硬科学”。但是，“近几十年来，越来越多的社会科学家已经放弃了完全照搬自然科学模式、方法的做法，他们认识到，在社会科学领域内，期待着‘牛顿或爱因斯坦’式的人物去揭示‘永恒的社会规律’是不可能的。社会科学应当超越传统的实证主义和经验主义模式，建构起自己独特的理论和方法论体系^[4]。”

与自然科学相比，人文社会学科的研究对象有特殊性吗？自然科学的经典学科是物理学。物理主义认为，人文社会现象，包括人类精神现象都可以最后还原成为物理学的研究对象，可以用物理学的概念给以充分的说明。其实，还原论的主张在物理学、化学中都行不通。比如，把水还原成氢气和氧气，水的性质就没有了。水的性质不是用关于气体的概念可以解释的。自然状态的铁，可以加热到很高的温度，但是动物体内所含的铁元素所能承受的温度的变化范围是极为有限的。我们曾用一对男女的“恋爱三部曲”来说明，在物理学状态几乎完全相同的情况下，他们由（1）互不相识、（2）坠入爱河，到（3）对簿公堂，其间起作用的是恩爱情仇四个字，而不是物理学的四种基本的力。显然，人文社会现象有它自己的特殊性。

首先，社会学科研究的对象是“社会世界”，各种社会现象是通过人的有目的、有意志、有情感的活动才得以形成，并且各种社会现象的运动、演变也离不开人的有意识、有计划、有选择的活动来维持和推动。因而，社会学科研究的对象具有鲜明的“自为性”。但是，由于个人的先天和后天条件是不同的，所处的环境和受到的教育不同，每一个人的“自为”是各不相同的，其间甚至可能是相互抵触、相互矛盾的。而且，每一个人都可以根据自己的目的编制行为的程序，也可以随时随地改变主意，调整计划。所以，社会现象中的因果关系与自然现象中的受盲目的力所推动的因果关系运动是完全不同的。自为性是社会现象与自然现象的根本区别。

其次，社会学科研究的对象是“社会事实”，人们在创造人文社会事实的过程中必然把情感、意志、价值等因素凝结在其中。社会事实是“事实”与价值的统一。在自然科学中的“事实”是外在于研究者，外在于一切人的，即自然事实的存在和运动是不以人们的意志为转移的。但是社会事实，即使可以外在于某个人或某些人，但是不能外在于一切人。比如，一群人推动一个对他们自己有益的运动，另一群人以为该项运动对他们不利，于是坚决反对。两股势力的较量决定事情的走向。所以，历史总是强者的历史。而且，在记录历史事实的时候，史记官员总是有所选择的记录和删减。

第三，研究者和研究对象具有内在的相关性。这同科学家研究自然现象是完全不同的。比如，自由落体运动，对一切研究者没有区别，他们可以客观地进行测量和数据分析。但是，对于某一项社会改革，不同的人所处的地位不同，改革所带来的直接和间接的得失，目前和长远的利弊必然不同，于是所持的态度必然不同，甚至完全相反。研究者作为一个社会成员，不可能“外在于”这项改革，不可能保持完全的“价值中立”的立场。这样，社会学理论就可能成为统治者的理论，成为具有话语权利者的专利。

正是由于人文社会现象与自然现象具有完全不同的特征，而这些特征又是自然科学所没有兴趣的，所以必须要有特定的学科来研究它们。

13.2.2  研究对象的特殊性对社会科学研究方法的影响

上述人文社会学科研究对象的特殊性，主要是人的自为性、社会事件的价值性，研究者与研究对象的相关性等，对社会现象的研究过程、方法和结果都会产生直接的巨大的影响。

用哲学的术语说，非生命事物和有生命的事物是两种不同的存在。前者是“自在的”存在，后者是“自为的”存在。换言之，无机物的存在就只是存在而已，存在的状态区别于不存在，如此而已。但是，生物的存在就完全不同，它不仅区别于不存在，而且区别于“自在的”存在，它要为自己的生命的存在和延续而积极努力，他为了自己可以根据环境而改变自己，甚至千方百计地去改变它所处的环境。对于我们人类，可以通过学习提高自己，通过观察和实验发现某些规律，可以调整自己的目标、策略和行动计划，表现出极强的奋斗精神和极高的聪明才智。面对这种研究对象，我们照搬研究日月星辰、山川河流的方法，肯定是行不通的。

正是由于社会事件的价值性，由于同一个“事实”对不同的人价值是不同的，事实的存在与否和对其价值的认定也是不同的。这样，给社会科学的收集事实、归纳和概括现象造成了很大的困难。比如，在一个犯罪现场，可能发现许多伪造的“事实”，一些留有犯罪痕迹的事实早已经被有意地销毁了。对同一件事情的判断不仅可能不同，有时甚至完全相反：是与不是，好与不好，罪与非罪。对自然科学家来说，苹果落地对所有的观察者都是一样的。研究者可以通过一次斜抛物体的实验提出一个关于抛物运动规律的假说，然后在重复实验及理论推导中验证它。但是在社会科学研究中，不可能通过一个人、一个组织或者一件事情的观察和分析，得到一个普遍适用的结论。即使得出一个社会学的假说，再拿到社会实践中去检验，也会发现许多例外和不一致。这样，社会科学的研究就必须首先对研究对象所处的社会地位、阶级的和个人的利益需要、受教育程度和认识能力等进行分析，然后分组抽取一定数量的调查样本，才可能得到较为全面、正确的结果。

由于研究者与被研究的对象的内在相关性，研究者和对象之间具有共同的语言、相同或相异的目标、相近或相反的策略，他们需要或者避免实现对话，他们相互顺应、相互制约、相互影响。其中，研究者的阶级地位、政治倾向、宗教信仰、文化观念等都会影响研究者认识的客观性，所以没有“绝对中立”的社会科学家。研究者自觉或不自觉地把自己个人的兴趣、情感、价值取向等转化为一种强烈的认识定势和理解模式，而渗透到对研究对象的观察、理解和解释之中，进而对研究结果产生积极的或消极的影响。被研究者作为有目标、有意志、有计划的人，在研究的过程中可能会有意或无意地改变自己的态度或行为，从而对社会研究资料的可靠性、有效性产生巨大的影响。在自然科学研究中，绝没有被研究对象讲假话、骗人的情况。相反地，自然科学研究者可以对研究对象进行客观的度量和准确的描述，甚至可以把对象的运动轨迹用数学公式加以刻划，然后准确地预测其未来的位置和状态。

13.2.3  为人文社会科学方法论提供理论依据

如果把宇宙现象分为物理、生物、人类社会三个领域的话，那么物理学研究无机世界、生物界和社会活动中的物质现象，生物学研究生物世界和人类社会中的生物现象，社会学只是研究人类社会中的信息过程，主要是符号信息过程。如前所述，自然科学（主要是物理学、化学、生物学）的研究对象是物理世界和生物世界的物质过程和信号信息过程。这两种过程都可以看成实体的物质的运动过程，因此可以使用科学主义的方法、因果关系的方法、定量分析的方法和学科分工的方法。但是，社会学，或人文社会科学，其研究对象是人和社会。在社会现象中，个人、团体、国家或人类社会整体，其认识与行为都不受盲目的物理学力量的支配，他们的生物学需要和文化学需要构成自己的价值立场，他们根据自己的价值评价决定对于认识对象和行为对象的态度，他们根据自己设定的目标和实现目标的策略为行为过程编制程序。语言、符号、程序等是表达、交流、记录的工具。从根本上说，人和社会的现象，不是物质现象，而是信息现象，所以，关于人和社会的研究不能完全照搬物质科学的方法，必须使用信息科学的方法。孔德说，社会科学可以借鉴物理学的观察法、实验法、比较法，但它自己独有的方法是历史方法。历史学的方法就是“理解”和“想象”。他甚至强调，其他一切科学的发展，也同样依赖“社会学”的发展，因为社会学是关于人类发展的一般理论，而一切科学研究终归是人的活动。所以，他把社会学看成是统一百科体系的最高层次^[5]。

自然科学和人文社会科学无论从题材到方法都是根本不同的。历史和文化的世界是一个独特的人造的世界。生命现象可以分为两个基本的类别。一类是生物学意义上的生命；另一类是文化学意义上的生命。前者是物质的生命，后者是信息的生命。人和其他生物个体的生命周期都是极为短暂的，而人类创造的文化生命却可以长存。这样，作为自然科学研究对象的生命事实和人文社会科学研究对象的生命事实，其性质是大不相同的。自然科学只研究物质的外在于意识的客观现象，它的认识和变革对象的方法论可以抽象为：“物质——精神——物质”的过程。人文社会科学实质上是精神科学。在精神科学中，精神作为研究的对象与研究主体是同一的，客体即主体。它的认识和变革对象的方法论就是深入生命的内部，对生命的历程进行“体验”和“理解”。通过生命的体验和理解，就能认识生命的全体和社会历史。

在自然科学中，回答“为什么”这种问题往往采取说明因果关系的形式，因果关系则能根据普遍规律来解释。比如，水锅在一定的温度下会沸腾，就是一例。但是，回答与社会行为相关的“为什么”之类的问题时，答案的性质完全不同，不必涉及物理学意义的因果关系解释。比如，驾驶员在交通信号灯变红时停车，不能用物理学规律来解释，必须用信息学意义上的因果关系来解释，因为驾驶员懂得，根据交通规则，交通信号灯变红时，应该停车。这里是概念、判断、决策之间的因果关系。社会系统的元素是人，人与人之间的联系和相互作用靠语言符号信息来实现。所以，社会行为本身包含着概念、语言的认识和理解。对符号信息的理解是把握人的社会关系的关键。理解是把握说了什么和做了什么的“意义”或“价值”。所以，社会运动的过程不是物质过程，而是信息过程。这样，信息过程理论，特别是符号信息过程理论便是支持人文社会科学方法论的科学依据。

“人文科学”和“社会科学”，作为概念，作为思维的抽象，它们代表着两种思维向度或方法。“人文”这个概念更注重人类活动的传承和历史的方面，而“社会”的概念更注重人类的活动和人类交往关系的结构特征。换言之，人文学科择取的是现实生活中的“意义”或“价值”的方面，即现实生活中人们的有目的的活动中的意义和欲求的方面，而社会科学择取的是现实生活中的社会结构、社会组织的方面，即人们的具体社会生活形式和组织形式。“社会科学的本质在于其整体性，在于其整体化的研究意向、研究维度和研究方法”，“社会的整体性实际上就是指社会结构、社会组织、社会群体超越于个人的特点”。从行为论的意义上说，人文学科是从个人的角度、心理的角度、文化和价值的角度来研究，包括人的价值、理想和幸福的内涵和意义，而社会科学是从社会的整体或社会关系的角度来研究而不涉及具体的人。只是在一定的程度上，个人的行为取决于个人的愿望和意志，而个人选择的范围和选择的倾向是由社会环境决定的。因为，社会结构、社会制度、社会团体以及社会的行为规范、行为方式甚至“社会潮流”，对个人具有决定性的作用和影响。迪尔凯姆说，社会存在的事实是不以个人的意志为转移的，当特定的个人去世或被他人代替时，社会整体依然存在。人们的行为方式、思维方式和感觉方式中都有一种社会的性质，它不仅存在于个人的身体和意识之外，而且具有一种强大的力量，不管个人愿意与否，它们能够用某种强制来使个人服从。法律、道德规范、习俗、社会舆论，包括语言和货币的使用，都具有这种社会强制力^[6]。显然，个人的意志力、社会的强制力是信息的力，人文社会科学需要信息科学提供科学依据。

13.2.4  为人文社会科学范式提供科学基础

早期的社会学研究者在物理学辉煌成功的鼓舞下，坚信他们只要把物理学方法学到家、用彻底，就可以建立物理学式的社会学。物理学家们也鼓励人们把可控实验、量化描述、重复检验、准确预见的方法学贯彻到每一个学科领域中去。在20世纪30年代，所谓的维也那学派雄心勃勃，要用物理学的概念和原理统一描述所有的学科领域内的现象，建立“统一科学”的知识体系。但是，物理学主义者不久就发现，以物理学统一全部科学只是幻想，于是便放弃统一科学的努力，宣称人文社会学科不可能发展成为科学，但这不妨碍物理学原理是放之四海而皆准的命题的正确性。相应地，许多社会学科的研究者也认为，社会现象是如此复杂，以至于它根本不适宜做科学的考察，即便是对其进行科学考察，也要删减其中的非物质的因素，比如心理的、意志的、情感的、文化的等重要因素。在实证科学思潮主导的情况下，至今仍然有不少学者坚持物理主义的研究路线。

虽然许多自然科学家对所谓的人文学科、社会科学的称谓不以为然，但是从事人文社会学科研究的学者们却总是非常慎重地在其研究领域的门前挂上“科学”的标牌。在他们看来，别人不承认是出于偏见，只要自己相信就行了；走自己的路，不管他人说什么。这种信仰上的支撑当然是必要的、正确的。而且，有的人文社会学科的研究者理直气壮地宣称：“我们对‘科学’的理解与实证主义者对‘科学’的理解是有一定差异的。我们认为，科学是用特定的实践手段和论证方法进行的知识创造活动，是用概念、范畴、定理、法则等抽象形式建构的理论知识体系；科学的任务不仅在于揭示对象的本质和规律，而且在于发现、解释现象（尤其是人文社会现象）的意义，从而指导人们认识和改造现实世界。”他们借用胡塞尔的概念，把科学分为两个大的类别：“本质科学”与“事实科学”。本质科学将“本质看作它根本的基础”，而事实科学与经验事实有关，则需要以经验为基础。按照他们的理解，人文社会学科的知识体系也符合科学的标准：（1）可检验性；（2）解释性；（3）内在完备性^[7]。

早在《1844年经济学-哲学手稿》中，马克思就批评了自然科学与哲学、历史学的“疏远”，认为“过去把他们暂时结合起来，不过是离奇的幻想。存在着结合的意志，但缺少结合的能力。”“自然科学往后将包括关于人的科学，正像关于人的科学包括自然科学一样：这将是一门科学^[8]。”在马克思预言的一个半世纪之后，随着信息科学的建立和完善，特别是理论信息学或信息科学通论的建立，人类已经具备了结合自然科学和人文社会科学的能力。因为信息科学本身既是自然科学的，又是社会科学的，它在世界统一于物质的基础上揭示出世界统一于信息的本质特征。事实科学与本质科学，就是可以观察到的现象的科学与需要理解才能把握的本质的科学，就是物质形态的科学和物质所载荷着的内容的科学，就是物质科学与信息科学。信息是信号和符号的含义，具有非实物的特性，是一种抽象的、逻辑的存在，所以才不可以直接观察而需要理解。物理学所能够处理的只是信息的物质载体，信息学才暂时地撇开对象的物质特性专门研究纯粹的信息现象和信息演变与创生的规律。这样，信息科学范式一旦树立起来，整个人文社会科学的研究便有了理论基础，以物理学方法为主所导向的社会科学研究才会转变到由信息学方法为主的发展方向上来。

当然，由于科学范式的转型是一场真正意义上的“科学革命”，这里也需要革命先行者的“前仆后继”，需要在信息科学范式旗帜下的“统一战线”。当前，信息科学技术作为“实物工具”在各个人文社会科学领域中的使用已经是比较好了，今后要让人文社会科学研究者把信息科学技术作为“观念工具”来使用。就像物质科学家建立信息化学和信息物理学那样，人文社会科学家们也在相应的领域中建立信息学科，那才是人文社会科学本来具有的形态。

§13.3  说明系统科学的研究方向

13.3.1  传统系统科学主要研究系统的物质特性

正如要建构信息物理学必须首先讨论信息学一样，系统科学理论建设也首先要讨论信息学的问题。没有完善的信息科学，控制论和系统科学就没有理论基础。在信息时代中，整个科学知识体系如同经济、生活、社会一样，也面临一个全面信息化的过程。当信息科学原理和方法被用来解决传统科学技术中的问题时，就是信息科学范式进行渗透、贯穿、扩展的过程，也是改造和重构传统学科的概念、方法和知识体系的过程。在传统学科信息化的过程中，信息科学的范式逐步地取代了物质科学的范式。比如，在美国大学中的心理学教材几乎照搬香农、维纳和冯诺依曼的概念和模型，就是典型的例子。

“系统科学的两个二级学科‘系统理论’与‘系统分析与集成’大致反映出系统科学的两个研究层次：基础理论层次与应用层次。这种划分是相对的。”也可以说，系统科学作为一个独立的学科，下属两个专业：系统科学理论专业和系统分析与集成专业。目前，系统科学的硕士和博士生绝大多数就读系统分析与集成专业。系统科学学科的信息化与专业的信息化紧密相关。

在某种程度上可以说，以往系统科学的理论基本上是物质系统理论。在物理科学占统治地位时期逐渐成长起来的系统理论，在研究方法上独树一帜，反对还原论、主张整体论，在研究对象上从无机物构成的纯粹物理系统扩展到生物、社会、文化系统。但是，在学科范式和发展方向上，它不能不追随物理学的一套既定的原则。从贝塔朗菲开始，把数学形式化作为系统科学内容和结构的基本模式，甚至主张一般系统论是数学的一个分支。在几十年来理论与应用的研究中，系统论者把数学化程度作为衡量成果的重要标准。这样一来，就象传统物理学不需要信息一样，系统论也不需要信息，尽管系统构成元素间的相互作用主要是信息作用。系统科学基础理论层次上的研究急需实现范式的转变。

系统科学信息化如何实现呢？首先，改变系统科学的中心概念，由以物质为中心转到以信息为中心。在研究中暂时地撇开系统的物质特性、物质过程及物质运动的规律性，专注于它的信息特性、信息过程及信息运动的规律性。其次，放弃严格的数学形式化方法，转向严密的程序化方法。计算机程序员都清楚，不能忽视程序的严密性。一着不慎，可导致整盘皆输。一个二进制位上的错误，可能导致航天工程和核武器管理中的灾难性后果。第三，在跨学科的交叉信息系统研究中，推动关于理论信息学的研究。没有信息科学的坚实基础，现代系统科学、智能控制理论（不是经典的基于数学模型的控制）、自组织和复杂性理论以及一大批与还原论科学相对应的涌现论科学，都很难产生成熟的理论。因为，如果这些学科仅仅热心于看得见的系统结构以及具有数量和形状的硬件行为，便不可能从物质和信息两个方面把握研究对象状态和过程的本质。

13.3.2  传统系统科学无法说明生物系统和社会系统

系统科学在解释自然界物质系统方面获得了巨大的成功，受到广泛的赞誉。系统工程学在当代社会物质系统的开发中显示威力，成就卓著。系统科学方法与系统思维模式已经为学术界所公认，甚至升华为系统哲学的观念，为全体社会成员所遵循。同时，我们也容易看到，在任何一本系统科学教材和专著中，对于物质系统和信息系统的描述，形成鲜明的对比，一个十分发达，一个显著落后。而对于经济与社会系统中的表述，则远远地不如人意。所以，面对经济与社会系统的发展，系统科学的昔日风光不在。

关于复杂的经济系统和社会系统，系统科学除了提供系统观念和思维模式之外，并不能给予有效的描述、满意的解释和准确的预见。系统科学面临严峻的挑战。承认现在没有，将来也不可能有关于社会现象的系统科学吗？实际上，挑战不仅指向系统科学，而且指向整个人类知识体系。不仅系统科学力不从心，几乎整个科学界都显得软弱。于是，科学家们分为两派：要么宣布经济学与社会学不可能成为科学，或者说它们是不能过得硬的“软科学”；要么转而探索复杂性科学、自组织理论等等，试图提出新的科学范式，绕道而行。

集物质科学的原理、方法和哲学之大成，是系统科学具有的主要优势，也是它目前存在严重局限性的先天不足。从贝塔朗菲开始，把系统学作为数学的一个分支，把物理-数学方法视为标准的科学手段。系统科学若要与时倶进，必须调整自己的方法论甚至哲学理念，从信息科学那里吸收营养。

13.3.3  系统科学与信息科学在学术研究的前沿相遇

系统科学面临的问题实际上来自整个物质科学知识体系的局限性。系统科学乃科学学科中的“哲学”。过去，它主要是在综合物质科学学科的过程中建立和发展起来的。现在，它需要集成信息科学，特别是包含生命现象的信息科学，但是用于集成的思想资源却不足。所以，真正受到挑战的是信息学，特别是生命信息学。在本质上，一切生命系统（包括经济、社会系统）都是逻辑系统、信息系统。全部物质科学尽其所能，可以有效描述的只是它们的物质载体的特征。企求物质科学说明信息现象，是注定不可能的。所以，究其根源，问题出在信息科学的不发达。

在一定意义上，系统科学可以分为物质系统学和信息系统学。现在所能看到的各种系统科学的著作、教材、文集，大多同时讨论物质系统和信息系统。但比较而言，关于信息系统的介绍和描述远不如物质系统那样丰富和成熟。这说明，物质系统学的集成已经表现出色。胡锦涛要求我们采用系统科学的方法分析和解决经济和社会系统中的问题，要求通过跨学科研究把自然科学、人文科学和社会科学的知识、方法、手段集成起来。这在实际上是要求信息系统学要完成对于信息科学学科的集成，然后进一步集成物质科学与信息科学。所以，当前必须推动信息科学的发展。

信息科学发展的学术前沿在哪里呢？当前，信息科学发展所面临的主要问题是两个不协调。其一，高度发达的工具信息学，迅速进步的领域信息学，与十分落后的理论信息学不协调。其二，自然科学学科的信息化十分成功，与人文社会科学中的学科信息化进展缓慢不协调。从整体上看，信息科学研究中能影响全局的薄弱环节上的突破应当在于：建立和发展信息科学大厦的基础，理论信息学。

信息科学基础理论的缺乏，使得信息理论的发展严重地滞后于信息技术，也影响到系统论的完善与成熟。理论信息学的研究必然是对物理、化学、生物、社会、计算信息系统的跨学科的概括，是在领域信息学、一般信息学和哲学信息学三个层次上对信息系统的综合。这样，系统科学和信息科学的发展在两者的前沿上交叉。“理论信息学”成了两个学科共同的瓶颈问题。系统科学和信息科学在各自发展的学术前沿上相遇了！

13.3.4  一般信息系统论与理论信息学互补

（1）一般信息系统知识需要理论信息学基础

在以往多数的系统科学教材中，主要内容都是对于物质系统的描述，用数学模型表示问题，给出精确解，并且主张，“这是系统科学走向成熟的必由之路。”而对信息和信息系统则较少叙述。一般情况下，大都把系统科学在技术科学层次上的内容归纳为：控制学、运筹学、信息学。即是把信息学看成系统学的一项技术，远没有看成是系统学的基本理论甚至是哲学理念。

研究系统科学和系统工程的学者，讲系统的时候常常不考虑系统与“人”的关系，认为现有的理论没有掌握“人在一定情况下的全部机能和反应，所以把人包含到系统中还行不成通用的理论^[9]”。我国系统科学的先辈们在建立系统学的早期努力中，把信息列入系统学的基本概念框架中，但是在发现难于给出信息的一般定义和数学表示之后，便提出暂时撇开信息问题^[10]。因为传统的科学观认为，如同香农信息论那样，整个信息科学必须以数理方法为准绳。于是，信息问题要么被纳入物理数学轨道，成为一个物理学可以接受的理论体系，要么被放在“物理学之后”，即“Meta-Physics”，哲学。这样，在系统学中要么不讲信息问题，不讲人在系统中的地位和作用，要么不讲语义信息和语用信息，只讲语法信息，即通信信息。实际上，“信息学”被当成了物理学的一个分支。所谓“信息学”就只是香农信息论，或者说是《关于通信的数学理论》。在这个基本框架下，关于信息的定义、度量、特征等的讨论，很难具有真正信息学的意味。

有的学者指出：“信息与系统应是整个系统科学部门的两个中心概念”。还有学者明确指出，“将来的发展是否把信息科学与系统科学作为并列的两大门类，也未可知”，因为“描述未来的信息社会的科学更离不开信息概念，信息将成为未来社会科学的中心概念。”所以，信息应当是系统论的中心概念。

一般信息系统知识需要理论信息学作为基础。苗东升在分析了无机界、生物界、社会领域、思维领域中信息和信息运动的现象之后说：“既然一切现实系统、尤其各种复杂巨系统的描述都应建立在信息概念之上”，“因此，撇开具体学科的特殊性，建立关于信息的一般理论，应是未来科学发展的一项重大任务。这也是建立和发展系统学、使系统科学走向成熟的关键之一^[11]。”

（2）理论信息学发展需要系统科学哺育

在学术界、在社会上，基本上把工具信息学和领域信息学看成应用科学学科，因为它们主要依据自己的技术和工具服务于科学和社会。它们之所以受到社会的欢迎与肯定，主要是由于信息产品和服务的经济价值，而不是它们的学科理论。与此相反，理论信息学是理学，而不是工学。与应用技术和应用基础研究相比，它属于基础理论研究的领域，具有不同的目标、方法和过程。它不要求直接的经济效益和具体的实用效果。在具有直接经济效益的信息工程和技术学科中，不赚钱的理论信息学的研究得不到重视，不仅没有多少学者感兴趣，它有时甚至受到排挤。理论信息学的建立和完善不可能发生在某一门实用的领域信息学中。

国务院与教育部合编的《授予博士硕士生学位和培养研究生的学科专业简介》把学科分为12个“门类”：哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学、管理学。在12类学科中，“理学”门类的学科才分别研究某一类具体系统的特性和演化规律。在上述《简介》当中，又把“理学”分为12个“一级学科”，即数学、物理学、化学、天文学、地理学、大气科学、海洋科学、地球物理学、地质学、生物学、系统科学、科学技术史^[12]。显然，在12个“一级学科”中只有“系统科学”的研究范围是综合地探讨各类系统共性和它们演化的共同规律。系统科学才接纳理论信息学。

在现有的科学分类下面，只有成建制的系统科学，最能接受和欢迎横向的跨学科的研究。我们可以从偶然性事件看某种必然性。李宗荣的博士学位论文《理论信息学：概念、原理与方法》^[13]出现在系统科学博士点上，具有偶然性，但是也反映出一种必然性。副指导教师，中国系统工程学会副理事长、学术工作委员会主任、范文涛研究员，40年来一直从事跨学科的综合研究，探索世界的物质统一性。作为导师，中国工程院院士、张勇传教授，明确地认可关于信息科学基本问题的哲学求解。他说，做学问到了一定程度，总是会从哲学上考虑问题，因为科学知识和工具用完了的时候，就需要使用哲学的工具，有时甚至是一种信念或信仰。这也许是理论信息学最早出现在华中科技大学系统科学研究所的一个更重要条件。

正如高隆昌所说，“任何科学的深入发展都需要哲学”，“任何科学的前沿都是哲学^[14]”。理论信息学并不排斥哲学解。从科学发展史上看，母学科与子学科，学科的孕育和分化，是一种普遍现象。哲学是众多自然科学和人文社会科学的“母学科”。在半个多世纪以前，由于物理学的微电子学与数学的数理逻辑的结合，建造出应用数学（计算数学）领域中的电子计算工具，所以最初的计算机科学与技术学科大都设立在数学系，少数设立在物理系。已有的数学和物理学的学科建制和社会建制，孕育出了后来的计算机学科建制和社会建制。理论信息学需要系统科学哺育。当前，系统科学应当充当“母”学科的角色，孕育和培养出一个关键性的“子”学科，理论信息学。信息科学必须在系统科学学科建制的怀抱中，才能长大。

13.3.5  实现信息系统学与理论信息学的合作与双赢

（1）系统科学与信息科学的“捆绑式”发展

如上所述，只有在理论信息学的基础上，才能建立系统科学的完整的基础理论。而信息科学也必须根置于系统科学的学科建制中，才能建立和完善。在一定意义上说，把系统科学与信息科学结合起来，实现“捆绑式”的发展，可能是一条切实可行的合作与双赢的发展路线。将系统科学基础理论研究同理论信息学的研究结合起来，可以充分利用国内外已有学术组织的力量，发挥我国理论信息学和信息系统学研究方面的优势，使我们的研究成果直接展示于国际学术舞台。

几百年来，关于“世界统一于物质”的探讨已经比较深入透彻，物质科学和物质系统的理论十分发达；但是关于“世界统一于信息”的研究则显得初步和肤浅，信息科学和信息系统的理论较为贫乏。所以，在系统科学与信息科学的合作与双赢之外，还需要这两个学科与其他相关学科实现合作与共赢。2006年12月12日，华中科技大学社会信息科学研究中心（SISI of HUST, Social Information Science Institute of Huazhong University of Science and Technology）成立，标志着在社会信息系统的研究中信息科学、系统科学与社会科学三个学科开始了紧密合作。如该中心主任欧阳康教授所说，在揭示和把握社会信息复杂性的共同任务中，它们将显示各自的特殊能力。

胡锦涛说：“专家们预计，在未来30年到50年内，世界科学技术将会继续出现重大创新，很有可能在信息科学、生命科学、物质科学、脑与认知科学、地球与环境科学、数学与系统科学以及自然科学与社会科学的交叉领域中形成新的科学前沿，出现新的科学飞跃，为人类社会发展打开新的广阔前景。”那么，实现新的科学飞跃的突破口在哪里？从当今人类文明进步的总趋势看，新突破的基础是信息理论，而新突破的表现在于信息系统。所以，造成新突破的一条可能途径是：以信息科学基础研究推动系统科学的新发展。实现信息系统学与理论信息学的捆绑式发展，其结果可能不仅只是两者受益，整个人类文明进步都可能受到推动。

（2）系统科学与信息科学的“科班”人才培养

信息社会的发展需要跨学科研究与教育。我们必须跨越物质与信息学科。如果说，系统科学过去的培养目标主要是从事物质系统的研究和开发，业务范围是物质系统科学和物质系统工程，那么当前和今后的培养目标应当是从事信息系统，特别是经济和社会系统的研究和设计，业务范围是经济的、社会的系统工程。这样一来，系统科学专业的研究生就远远不只是掌握物质科学方法，而是要研究自然、经济与社会系统，成为“科学通才”。

《授予博士硕士生学位和培养研究生的学科专业简介》说：系统科学的基础是数学、物理、生物、化学；系统科学的方法是数学方法；系统科学的主要研究工具是近代数学方法和计算机技术。在系统科学的博士生与硕士生的培养目标中强调“宽广而扎实的数理基础”。在一定意义上，“数理型”复合是物质学科的复合。所谓的“培养目标是复合型人才”，不能局限于物质学科的复合，而要加进信息学科的复合，更加需要物质科学与信息科学的复合。这，才是系统科学“科班”人才的特色。

正如车宏安说：在系统科学和系统工程学科的博士、硕士学位授予点上，“教学内容和培养框架还没有摆脱他们原有学科的模式，并没有明显的系统科学学科特点。” “虽然有不多的单位（如北京师范大学系统科学系、中科院系统科学所）进行了艰巨的努力，但至今也还未能拿出系统的教学方案和相关的教学资料。”“主要原因，首先是反映学科特点的系统科学基础理论尚未建立，再有就是配套的师资，一个单位很难全都具备。”钱学森曾经说过，进行系统理论研究的人，要有理科的理论基础，要有应用兴趣，还要有哲学头脑（哲学思维的能力）。车宏安认为，“在现阶段，培养真正有系统科学特色的‘科班’人才，教的人和学的人，都要有这样的志趣^[15]。”

系统科学专业硕士生、博士生的培养目标，如贝塔朗菲所说，就是“造就科学通才”。他们应当是第三种文化的旗手。应当要求他们在了解物质系统科学的基础上，熟悉计算机科学与技术，系统地掌握两门以上交叉信息学的知识，研究理论信息学的基本原理和方法，探讨解释宇宙间各类信息现象（自然、生物、机器、社会等）的简单而统一的方法论，建造连接自然、人文和社会科学的桥梁。

§13.4  与热力学“合作”说明格埃难题

13.4.1  什么是格埃难题

“当整个世界被热力学第二定律这样一个指向死亡和毁灭的法则所支配时，怎样可能去理解生命呢？”1922年，瑞士物理学家Ｃ．Ｅ．格埃在《物理化学的进化》中提出了这个世纪难题。1938年，物理学家、化学家、生物学家曾汇聚在法兰西学院讨论这个问题，存在三类截然不同的意见，无法取得一致。1946年在哈佛大学举行的关于同一问题的另一次讨论，得出了类似的结论，表现出同样的意见分歧。根据L．布里渊的概述，这三种意见可以简化地表达为：（1）已有的物理、化学知识是完整的，运用其中的规律不久就能解释生命，不需要任何“生命原理”之类的新理论；（2）生命遵守已有的全部物理、化学规律，但是还需要一些别的规律才能理解生命，这些规律是否叫“生命原理”，无关紧要；（3）热力学第二原理只适用于死的、无生命的物体，生命是它的例外情况，只有新的“生命原理”才能解释违反热力学第二定律的情况^[16]。80多年过去了，上述三种观点的分歧仍然难以协调，更谈不上有什么完整的解答。我们曾提出一种在不违背热力学第二定律的条件下理解生命的方式。

13.4.2  信息熵增与信息熵减

用信息学的理论解释生命，不仅不排斥热力学第二定律，甚至要拓广它，把关于熵增的原理引进到自己的领域中来；还要从薛定谔所说的“吃进物质负熵”引伸出“学进信息负熵”的新观念。薛定谔把热力学第二定律应用到生物学，提出生物对付热能耗散的策略是：“以负熵为生”，即“吃进负熵”：消化食物、吸收其自由能^[17]。这是关于生命物质系统“新陈代谢”的物理学解释。如果我们研究生命信息系统的“新陈代谢”，容易看到，随着时间推移、环境变化，信息也有衰老、死亡的倾向，即“信息熵增”。物质作为信息的载体处于不断的变化过程之中，都有失去载荷信息的能力。DNA和人类文化这两种生命信息只是在同衰老和死亡作斗争中得到生存和进化。那么，生命体克服信息熵增的机理是什么呢？我们的答案是：靠生命信息系统的信息处理能力（即智能）。这可以由信息学第二定律给出恰当的解释。人类成为地球上十分优秀的物种靠的是大脑的知识和智能，不是他们的骨胳、肌肉系统的物质和能量。在人群内部的竞争当中，两军相遇强者胜，两强相遇勇者胜，两勇相遇智者胜。竞争的压力迫使人们努力在“斗智”中获胜。人类智慧的第一要素是学习：向环境学习、向竞争对手学习、向已有的知识学习。学习的目的是解决问题，创造性地解决实践和理论上的新问题。所以，人类和其它生物克服信息老化的途径主要是“学习”。

13.4.3  对格埃难题的解答

以信息哲学为指导，我们应当从硬件和软件两方面考察生命体。它的物质和信息两个子系统各司其职，密切配合。在任何生命过程中，总是存在两类“熵”（物质熵和信息熵）和两类“负熵”（物质负熵和信息负熵）。物质熵增和熵减是物质科学研究的对象，而信息熵增和熵减是信息科学研究的对象。物质熵增是能量向环境的散失，物质负熵便要从自然环境中引进。信息熵增是知识老化、适应环境变化的能力下降，信息负熵靠生物个体和种群不断地向外界学习、调整自身、提高应对环境的能力。一般地说，在有机体中，同时存在两种对立的倾向：正熵导致衰退和死亡，负熵导致发展和进化。熵减与熵增并存，进化与退化同在。在某个特定的时期两类熵的增加和减少中，占主导地位的倾向便决定它演变的趋势。就这样，两种倾向的竞争演绎出丰富多彩的生命现象和它的进化历程^[18]。

§13.5  人的本质以及与脑死亡相关的伦理问题

13.5.1  人体：多层次的信息网络

（1）人体是一个开放的巨系统

人体是一个系统，一个极为复杂的巨型系统。生命科学家对人体的认识，从人体解剖到分子结构，层层深入，展现出一个等级分明的图景，由机体──系统──器官──组织──细胞──细胞器──分子──量子，形成一个层次排列。

这些层次之间，有着明显不同的量的规定性和质的规定性，还有着复杂的相互作用和有机联系，构成人体系统的统一整体，并与外界自然环境组成生态系统，与群体组成社会系统。人体的层次结构和自然界其他系统的层次结构一样，具有高层次与低层次相互限制的“双程因果链”。低层次子系统的相互作用作为原因，可以决定高层次子系统的特有规律。高层次子系统的相互作用作为原因，会制约低层次子系统的特有表现。因此，我们可以从细胞水平或分子水平入手对人体的各种整体现象进行阐明，同时又必须注重细胞或分子水平的现象是在整体功能制约下发挥其效应的。在整体水平上的细胞或分子功能，不同于它们被单独考察时的情形。

系统及其环境是相对的概念。人的整体及其每一层次的子系统，都分别与其外在的环境发生联系和相互作用，都要不断地进行物质、物质能、信息、信息能的交换。如果这种交换部分或全部地遭到破坏，系统或子系统就会全部地失去整体效应，或导致生命的终结。有机体的结构是动态的，不同于机器的静态结构。其组成成分处于不断的变化之中，新陈代谢作用是其自身存在的条件。每一生命层次的存在（或者说发生），总是以次级层次的生长、衰老和死亡等主动状态为前提的。所以，我们说人体系统是开放的复杂的巨系统。

（2）人体是各种运动形式的统一体

人们一般认为：客观世界有五种基本运动形态，即机械运动，物理运动，化学运动，生物运动，社会运动。人体的生命活动是自然界高级运动形式。它由最初级的运动形式经过亿万年的演变、进化而来，集自然界的机械、物理、化学、生物的运动形式于一身，并且它作为社会运动的组成元素，所以它是各种自然运动形式的统一体。

通常，高级的运动形式必然包含低级运动形式，但同时具有它自身的特殊性。要认识生命过程，必须借助于力学、物理学和化学的原理和方法，以生物物理学和生物化学为基础，注意使用理化指标来说明问题。但如果仅仅处于这个水平上，就很难把握生命过程的特殊性，揭开生命之迷。随着现代信息科技的进步，人脑与电脑，人与智能机之间的类比，已被社会广泛地接受和使用。信息学作为现代信息社会的支柱科学，它当然也应当成为生命科学的基础学科。我们已经看到，不同的运动形式都包含着两种既相互联系，又相互区别的运动形式：物质运动和信息运动。

所谓信息运动直观上就是信息载体的运动，可以直接地还原为物理的、化学的运动形式。但在本质上，信息是载体所含的意义，其运动形式有它自身的规律，是理化规律并没有包括的。比如，一张由上千只灯泡组成的广告牌从物理形式上就是一只又一只灯，它们通电或不通电，亮与不亮。但整个灯泡的组合所显示的广告内容却不是有无电流以及亮与不亮所能解释的。信息运动是独立于机械、物理、化学、生物、社会的物质运动之外的另一种运动形式，是构成生物运动和社会运动等复杂运动的一种主要的运动形式。

在通常的意义下，可以把世间物体分为两大类，生命之物与非生命之物，即生物与非生物。在非生物界，特别是在人造的器物中，又可以分为两类，一类是它自己不能运动的，另一类是它自身可以运动的。前者如茶杯，厂房等，后者如运动形玩具，汽车，飞船，计算机等等。人们研究了运动机械，紧接着就与人的机械与理化特性相类比。人们研究了信息机器，马上与人的信息处理功能和机理相类比。甚至还可以说，人类从自身运动的机械与理化层次学习制造机械，从自身运动的信息层次学习制造出计算机。关于计算机病毒的自我复制与增生，关于计算机系统的自我组织与优化，促使人们把生命的概念加以拓宽。即是说，如果把有机体的生命看作自然的生命的话，那机器人，电脑，电动假肢等，就是一种人造的生命。这两种生命之间有极大的类似和可比性。

（3）人体生命运动形式的四个侧面

中国著名科学家钱学森认为，传统的科学分类以科学的对象领域的不同点为依据，现代科学的发展说明，考察世界的着眼点或角度不同，也会产生不同的学科，以及不同的学科分类的思想。他在《开展思维科学研究》中说：“物质运动是客观存在的，问题是怎么认识这个客观运动，给客观运动起什么名字，注意它哪一个侧面，这是人为的。请看：物质总是在时空中运动的，而物质有质量，从运动的角度讲，就是质量，和在时空中所占的位置。研究力学的人就从这个方面概括出了新的概念，比如说动量、能量。既然如此，人也可以注意到物质运动的信息传递的侧面。说它里面有一个信息量，这就是信息学里研究的问题。从香农开始，把信息科学化了，定量化了。所以我个人认为，信息还是物质运动，只是物质运动的某一个侧面被我们概括起来了。”

对同一个运动过程，我们可以从四个侧面去研究它，即可以同时把它看成是物质的过程，能量的过程，信息的过程和智能的过程。物质提供事物的实体，能量提供实现其功能的动力，信息提供消息和知识，智能提供调节与控制的步骤、规则或程序。可以说，在现代信息科学出现之前的科学知识，主要是研究物质和能量的，比如力学、物理学、化学等。真正研究信息运动形式，研究信息的本质和信息过程的规律，是从通讯理论开始，从计算机科学大发展的。

算盘作为计算的工具，在使用过程中有物质、能量、信息、智能四个运动的侧面。如果我们把珠算过程仅仅归结（还原）为物理的，力学的过程，忽视用珠算口决编制的运算过程的程序，肯定不能抓住珠算过程的本质。一台电脑犹如一只算盘，可以用来计算不同的问题，关键在于运行什么样的口决和程序来指挥拨珠。如果只是注意电脑通电之后的物理过程，那将一无所获。人脑比电脑复杂的多。如果我们只注意其中的物理的、化学的、力学的过程，并能从分子水平上弄清其机械的理化过程，还是很难抓注人脑思维过程的本质。

人工生命或仿生运动是高级的信息运动形式，它是机械、物理、化学、信息、智能运动的综合，其复杂性仅低于生命运动。比如，一架无人驾驶高空侦察飞机，其内部结构不同于飞鸟，但其行为功能都与鸟完全相似，甚至更强。从执行起飞命令开始，到安全返回，完成侦察（拍照等）任务，十分准确、可靠。制造、管理与维护该侦察机的地勤人员可以把飞机拆开来成为数以万计的零件，然后又连接拼装成一架“有活力”的飞机。试问：零件的简单堆集与整体飞机有什么区别？

从物质的侧面看，零件堆集的总重量与整体飞机是相同的，区别只在于整体飞机中的零件要素是有机的相互联系着，能够保持自身稳定，与环境发生关系，实现各部分及整体的功能。从能量的侧面看，以“零件”方式堆集着的“能源”的潜在能力和处于整体飞机中的“能源”的潜能并没有区别，不同的是只是整体飞机的能源处在能被用来有效地推进飞机运动，提供足够的动力。从信息和智能的侧面去看，由信息和反馈，对飞机实行自动的调节和控制。无人驾驶高空侦察飞机从人那里“学到”，或者人“教”给它自动控制的指令与程序，它就可以自己启动，飞上兰天了。

生命科学家、医学专家的任务，与飞机地勤人员的工作十分类似，制造模拟人体的专家们也在做类似的工作。航空学家和飞机地勤人员准确地知道各个零部件在整体飞机中的位置及它们之间的连接，动力的传递和实现控制的指令与程序。现在的解剖学、组织学、生理学当然可以解释人体各零部件之间的位置与联系，生物能的启停与传递，在一定的程度上也能解释人体各部分的相互配合，通过调节与控制，实现内部的稳定和在环境中的整体功能。从总体上说，生物学家从物质和能量的侧面解释人体，比从信息的侧面解释人体，做得好得多。生命信息科学的建立与普及，将使得生命信息科学家对人体的认识实现由物质、能量向信息、智能方面大转变，这是一种革命性的认识论上的进步，对科学研究和医疗保健的影响程度，不会小于信息科学技术给整个社会带来的影响。作为一个清醒的有远见的生命科学家，一定会主动地接受现代信息科技的思维方式，自觉地运用信息科技的概念、原理和工具，去处理本专业中的具体问题，从而比那些只局限在本专业的同行们做更多更有意义的工作。

（4）人体是多层次的网络信息系统

人民卫生出版社1947年第三版第19次印刷的《医用生物学》增加了一章，生命活动的调控。但是在“结论”中讲新陈代谢时却只讲物质代谢和能量代谢，而不讲信息和智能的代谢。人民卫生出版社1994年第三版第20次印刷的《生理学》，更新了细胞间的信息传递的内容，指出特定的化学物质作为信息携带者或信使在细胞外液中扩散和运输，到达相应的细胞，完成信息的传递，影响细胞的功能活动。事实上这已经指出了细胞与其环境之间的信息交换（代谢），但是在“绪论”中却只是说：“生物体只有在与环境进行物质能量交换的基础上才能实现自我更新。”可见教材在人体生命不同层次上信息和智能交换的统一观点并没有确立起来。

为了在生命科学和医学科学知识中全面系统透彻地贯穿信息学的思想，我们必须明确地提出，人是一个信息系统，一个网络状的信息系统，一个多层次的网络信息系统。这并不意味着否定人体是一个物质系统和能量系统。我们不应当忘记生命过程的物质的侧面和能量的侧面。我们的目的是要认识物质过程和能量过程受着信息过程、智能过程的调节与控制，抓住生命活动中自组织、自代谢与自复制的本质。

运用信息学的方法，可以把人体活动（包括实现内部稳定和外部功能）看作是信息的获取、传递、加工、处理的过程。在人体自组织、自代谢与自复制活动中，肯定存在物质和能量的转换。但是物质和能量转换，要依靠人体内的信息传递和处理才能实现。正常人体的各种生命现象如新陈代谢、生长、遗传、运动、感觉、思维、意识等，都有其信息传递、处理和反馈的过程。所以说人体是一个信息系统是正确的。

一般地讲，由于生命活动的层次性，生命信息现象也有相应的层次性。至少可以说，在生命活动中有五个层次的信息过程：基因层次、多细胞组织层次，器官层次、个体层次，以及群体层次。

网络系统是指各要素按照纵横交错的联系所形成的系统。它是一种无中心的系统，不存在主从关系。人体信息系统实际上是中心系统和网络系统相互配合的，两者之间相辅相成。大致上我们可以认为神经信息系统是个中心系统，而体液信息系统是个网络系统。两者的配合，可以完成机体水平上的调控。

生命信息系统中的反馈调节，不仅出现在同一个层次，也出现在跨层次的信息过程中。这也就是说，这种反馈不仅有正反馈和负反馈之分，也有横向反馈与纵向反馈之分。过去对横向反馈，即同一层次的反馈研究比较多，但是也许纵向反馈的作用更大，因为它代表着不同层次信息过程的调用与应答，使不同层次的生命活动联结成一个整体，体现出机体的整体效应。比如，在应激反应中，机体为了适应各种环境刺激，垂体一肾上腺皮质系统的肌能会发生变化，产生机体内一系列非特异性的生物学变化。这种反应是全身性的，而且持续太久则会导致内稳态的破坏，形成疾病。

研究人体信息系统，不仅对认识生命的本质有特别重要的意义，而且对认识疾病，防治疾病有积极的作用。实际上，人体发生疾病从信息学的角度看，皆与信息传递干扰和信息传递障碍有关。人体信息系统出了毛病，等于战场上的作战指挥系统不能正常发挥作用，整个物质系统和能量系统失去稳定性是很自然的结果。比如，传染病就是由于异种蛋白或毒素使信息畸变，扰乱了机体的正常活动。许多内分泌低下的疾病，往往并非激素分泌不足，而是由于信息受阻。像糖尿病的病因中就存在有信息传递异常，使环一磷酸腺苷形成受阻和细胞内酶类膜结构及细胞器异常，导致信息不能正常表达的原因。至于癌细胞的形成，则有更多的资料，说明是由于DNA模板错误所致。在人类社会文化的层面上，世界观、人生观构成人体软件系统的核心。一旦觉得的人生价值的实现完全没有可能，活着毫无意义，那么信息的生命就会采用个人自杀或群体自杀的方式来结束物质生命的存在。

（5）从人的应激反应看人的信息学本质

从解剖学的观点看，人类个体是一个多层次的有机系统。从生命信息学的观点看，人类个体是一个开放的自组织系统。个体要实现生存和繁殖，就必须从环境吸收具有高自由能的物质，同时感知外部环境的变化以做出相应的调整。个体获得的营养物质和氧气，从心肺输送到每一个细胞，支持那里的新陈代谢，实现细胞层次上的自组织，把来自外界的营养物质转化为细胞的组成部分，同时把进入体内的营养物质分解以获得细胞活动所需要的能量。以大脑为中心的神经系统不断地在社会中学习，掌握文化科学知识，接受伦理道德观念的熏陶，随时感受环境的变化，实现个体层次上的自组织，即一方面维持身体内部的稳定，另一方面根据需要和可能采取适当的行为。在人体内部存在两个协调中心：物质的协调中心——心肺，信息的协调中心——大脑。当然，从严格的意义上说，心肺活动的物质过程仍然是在信息调控下进行的，它同时又是一个信息过程。人的信息系统占据着主要地位，起着主导作用。

人，既不是纯粹生物的人，也不是纯粹社会的人。要从信息的角度，统一的考虑人的基因特性和文化特性在人类行为中的作用。从根本上说，一切人类活动都是一种多层次的复杂的信息过程，包括向社会学习、感知环境变化、调整内部状态、做出适当反应，等等。基因作为生物信号，是物理的、化学的；而文化作为人工符号，是抽象的、逻辑的。它们几乎是两种对立的形式，何以能共同控制人们的行为呢？人的应激反应是一个典型的例子。“应激”是个体在觉察环境的刺激或威胁时造成对生理、心理过重负担时的整体现象。在应激反应中，人们竭尽全力对抗来自外界的不良刺激，表现出保护性和适应性防卫功能。随着刺激作用或威胁情景的消失，应激所引起的反应可能消失，机体和心理功能复原。但是，当外来刺激太强或持续作用时间太久，机体就可能出现器质性变化，导致心身疾病的发生。由刺激转变为反应，需要有中介机制，包括心理中介和生理中介，如图14-3所示^[19]。

图14-3  应激过程中的心理及生理中介机制

13.5.2  心肺死亡与脑死亡

数千年文明与文化的发展、科学的进步，至今仍不能减少人类在死亡问题上的困惑，以及减轻人们对死亡的恐惧与焦虑。时至今日，人类离坦然接受死亡的降临还相当的遥远。过去我们用“心脏永远停止了跳动”来形容人的死亡，人们普遍接受以呼吸和心跳停止作为生命终止的标准。但随着现代医学的发展，尤其是在呼吸维持技术和现代危重症支持治疗非速发展的今天，用呼吸机和体外循环技术维持呼吸和心跳已并非难事，大量因溺水，冻伤或吞食中枢神经抑制剂而呼吸心跳暂停的患者也因此在“死亡”过后重获新生，但处于脑死亡状态的患者，从来都没有救活过。随后人们开始逐渐认识到，呼吸和心跳停止的死亡观点是不全面的，还有更为高级的大脑神经中枢控制着人的死亡。另一方面，有些人对脑已经死亡，但心脏还在跳动的现象无法理解，这是因为心脏虽然也受大脑的支配和调节，但又是一个自主性较强的脏器，拥有一套独立的支配心肌收缩舒张的起搏和传导系统。所以脑死亡之后，在接受人工呼吸等支持的情况下，心脏仍可以跳动，并保持全身的血液循环。但由于大脑已无法复苏，对生命来说心跳已无意义。故传统的“心死”标准并不能真实反映个体是否死亡。

从医学的角度来看，以脑为中心的中枢神经系统是整个生命赖以维系的根本，由于神经细胞死亡的不可逆性，当作为生命系统控制中心的全脑功能因为神经细胞的死亡而陷入无法逆转的瘫痪时，也即意味着全部机体功能的丧失，换句话说，脑死亡敲开了死亡之门。有人曾拿某某植物人经过若干年苏醒过来的事例反对脑死亡作为死亡标准，认为脑死亡无异于扼杀了植物人生的权利。其实，医学界早有定论，认为脑死亡和植物人是两个概念。后者为脑皮质死亡，还存在脑电波活动，神经系统并没有完全破坏，有恢复意识的可能；而脑死亡的定义为：包括大脑、小脑、脑干在内的全部脑机能完全的、不可逆转的停止，即全脑死亡，而不论心跳和脊髓机能还是否存在。显然，脑死亡作为死亡诊断标准较之“心死”更具有科学性，临床上如果脑死亡的诊断尚未成立，即使呼吸和心跳均已停止，也不能放弃抢救措施。从哲学的角度来看，人类作为有意识的生命个体，意识思维的存在是其价值产生的前提，当意识、感觉等脑固有的机能不可逆并永久性丧失的时候，个体已经失去了人的本质特征，成为哲学意义上的死亡^[20]。

13.5.3  脑死亡的伦理学

（1）脑死亡立法的动机之辩

在反对脑死亡立法的呼声中，“脑死亡标准的建立有利于器官移植的发展”是极有代表性的批驳之词，似乎脑死亡概念的提出就是为了解决日益紧缺的供体器官问题，这样的想法实际上过于狭隘。脑死亡概念成熟于20世纪60年代，此时临床尸体器官移植才刚刚起步，有关供体器官质量的认识还十分有限。到70年代后期，才不断有研究表明脑死亡供者的器官较之无心跳者更好，而此时脑死亡已经在欧美国家得到广泛的认可。其次，判定一个人脑死亡，并不等于这个人的器官就必然可以用于移植。是否移植器官，必须有死者生前的明确同意并符合家属的意愿。而且，因为中国传统“人死留全尸”的观念影响着人们自愿捐献遗体或者器官的积极性，即使满足这两条，器官移植仍然可能不能进行。所以，只要人们的观念没有变，即使建立了脑死亡的标准，仍然不能解决器官移植供体短缺的矛盾。现代化程度很高的日本1997年为脑死亡立法，但至今仅有19人通过脑死亡法捐献器官，说明器官移植并非脑死亡立法的既得益者，“为了器官移植来定脑死亡标准”的说法无从谈起。由此可见，脑死亡者成为器官移植供体的关键不在于是否立法，而在于我们能否通过脑死亡法的实施摆脱传统观念的束缚，移风易俗，打破封建意识禁锢，为树立科学的死亡观扫清碍障，继而在全社会提倡脑死亡后捐献出自己的器官。

就在脑死亡概念的提出已经引起公众伦理困惑的同时，更有危言耸听者认为在脑死亡判定的过程中可能会出现医生为了获取更多器官而造成人为“草菅人命”的惨剧，对于这种说法，我们惟求以医生的神圣职责加以澄清。医患的相互信任是历史积淀的传统，这一传统建基于希波克拉底誓言中“我之唯一目的，在为病家谋幸福”的承诺，而“健康所系，性命相托”是任何一位从事医疗行业的医师最郑重的誓言。对生命价值的珍视已经成为整个医疗实践的道德根基，因此，医学从来不是由无视感情的纯技术专家把持的领域。脑死亡的判定是一个复杂而又谨慎的过程，规定器官移植医生不得参与任何与之相关的程序也正是考虑到有可能发生的误解，但如果把医患关系降低到如此不信任的程度，试问医疗行业还能够健康持续的发展吗？我们承认，脑死亡概念的提出颠覆了人们长久以来对死亡的经验判断，在短期内必然需要有一个心里上的缓冲过程。因此，要推动脑死亡的立法，首先要有科学的脑死亡标准，以切实可靠与有效的证据和方法告诉人们：脑死亡就是死亡，进而让人们像接受以往对死亡的经验判断一样地接受脑死亡对生命的宣判。当然，我们在为脑死亡概念立法争取实现的同时，也要尽可能避免与器官移植直接挂钩，否则很容易造成瓜田李下之嫌。

除了攻击器官移植和脑死亡联系在一起不道德外，还有学者认为出于经济学上的考虑而为脑死亡立法太过于功利。我们认为：医疗资源的节省可能是实施脑死亡后的客观后果，但我们决不能因此而本末倒置，溯果为因。过去传统的医疗伦理观点要求医务人员对每位次患者惟求施以最佳治疗而不问所需费用多少，但传统的生物学模式已转变为生物-心理-社会医学模式，个体死亡不应仅只看作是其生命的终结，还与活着的人尤其与其家人及整个社会存在联系。当我们不管采取何种手段去试图实现生命无价性这一原则的结果仍为死亡时，我们就不得不考虑经济问题与医疗资源问题，盲目地相信医学而刻板地强调“救死”，是不符合伦理价值规范的。一个值得注意的现象是，在脑死亡确立后的坚持救治中，往往是公费医疗在承担着巨额费用；而自费者家属则大多选择了放弃。难道是后者更冷漠无情亦或是更容易接受斯人已逝的事实吗？其实，这样的一种状况更能让人舍弃主观情感上的牵挂而还以客观世界的现实。因为我们生活在一个现实的社会中，资源总是绝对匮乏和有限，如何善加利用有限资源是我们做任何事情都难以回避的问题，生命和死亡的经济学考量也因之而绝不与道德相背。无庸讳言，脑死亡标准的确立能减少相当数量的医疗费用。这些费用之所以在长久以往被认为是理所当然的该花，并不是因为它们起到了什么挽救生命的作用，而恰恰是因为人们对死亡的错误理解和无知。我们现在做的，不过是把颠倒的重新倒回来，还生命以真实的尊严。

实践证明，伦理道德的合理性与一切科学的合理性一样，均属于历史的范畴。其体现的只是一定历史时期一定范围的道德准则，而不是亘古不变的绝对戒律。道德只有从实际出发，维护了人类整体的、根本的利益时才能发挥其现实的合理性。因此，如果我们跳出传统伦理思维的羁袢，从发展的角度思考问题，不仅考虑个人的利益，而且考虑如何公平的分配和使用有限的卫生资源，维护更多人的健康权利乃至促进整个社会的良性发展，那么我们还有什么理由拒绝脑死亡立法呢？

（2）社会观念落后之辩

有学者分析：死亡问题承载着国人几千年的文化，真正接受脑死亡的概念并非易事。在客观上，科技的进步总是先于伦理、法制的发展，导致伦理观念和法制的制定严重滞后，即观念的转变需要一个过程，但这决不是反对脑死亡立法的理由。对于社会中已经存在的各种根深蒂固的偏见，我们不能消极被动地等待它达到一致而延误文明的到来，而应主动地应用伦理学理论对旧的思维定式施以影响。

在主观上，由于死者家属强烈的关于“仁孝”的情感冲突，即使对脑死亡者实行的是仪式性抢救，其家属也将在内心深处寻求到宽慰的支点，但这也不是反对脑死亡立法的理由。解放后火葬政策的推行，决没有因为死者不能“入土为安”令其家属抢天呼地放弃执行。而现在，国人已经在心理及行动上接受了火葬。

道德对医学的发展天生扮演着审查的角色，这在防止科学畸形发展中起到了重要作用，全世界对克隆人的强烈反对就是最好的例证。但这决不是在以人类全面发展和社会进步为目标的前提下仍反对更符合人性的科学概念的理由。承认力有所逮并不羞耻，不知而拒之才是幼稚和愚昧的表现。当然，突破传统的习俗和观念，立法者自身当有对社会习俗的力量及民众观念的转变有一个理智和宽容的估计^[21]。

（3）以开明、开放的心态对待脑死亡问题

人的本质是活着的信息系统，人的死亡当然就是信息系统的解体。大脑死亡标准实质上是信息科学体系的标准，生命信息学的标准。如果根据信息学第三定律说，人类的认识能力是没有极限的，那么，脑死亡很可能不会是最后的人类个体死亡标准。将来的某一天，脑科学家可以像今天的计算机专家摆弄电脑一样操作人脑，信息学意义上的生命也可以恢复和延续，于是现行的脑死亡标准就注定会过时，尽管我们现在还无法预言更新的死亡标准将是什么。

更有甚者，科学家们相信，“在未来的5到10年中，人类将可以首次制造出人工生命”，因为所有生命的基本元素（组成蛋白质的氨基酸、组成DNA和RNA的核苷酸）都已经在实验室中制造出来；而对于生命的三个关键子系统（一个容器，像细胞的细胞膜；新陈代谢活动，把基本营养物质转化成细胞成分的能力；基因，那些能够传给后代或随环境变化的制造细胞的化学指令）独立工作的情况已经有了一定的了解，现在可以把它们合在一起做实验了。在美国，从事人造生命研究的实验室从40年前的10个增加到今天的100多个^[22]。如果人造细胞、人造神经系统、甚至人造大脑成为事实，那么现行的价值观和伦理观将全部改写，更大的哲学困惑和心灵震撼还在后头。以这种科学进化论的观点看问题，脑死亡不过是人类个体死亡标准系列中一个新的备选项。我们应当以欢迎进步的心态看待脑死和心死的问题。

本章思考题和练习题

1．把化学反应过程解释为随机过程和分子识别的过程有什么不一样？

2．试比较超分子逻辑部件和电子的逻辑部件。

3．为什么说，从凝聚态物质到组织化物质、适应性物质和思想的物质的认识顺序反映出科学范式的转变？

4．自然科学和人文社会科学研究的对象有什么不同？

5．自然科学和人文社会科学研究对象的差异对他们的研究方法有什么不同的影响？

6．为什么说理论信息学为人文社会学科的合理性提供科学依据，为其方法论提供理论依据？

7．传统的系统科学的合理性是什么？它对人文社会系统没有解释能力的原因是什么？

8．为什么一般系统论与理论信息学可以实现互补和双赢？

9．什么是“格埃难题”？如何解答它？

10．为什么说人在本质上是一个多层次的网络信息系统？

11．人的物质生命与信息生命之间的关系如何？

12．心肺死亡与脑死亡不同的观念和标准分别反映出什么不同的观念？

本章主要征引和参考文献

[1] J-M Lehn．超分子化学——-概念和展望．沈兴海等译．北京：北京大学出版社，2002，7．

[2] J-M Lehn．超分子化学——概念和展望．沈兴海等译．北京：北京大学出版社，2002，7．

[3] J-M Lehn．超分子化学——概念和展望．沈兴海等译．北京：北京大学出版社，2002，7．

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[6] 朱红文．社会科学方法．北京：科学出版社，2002．6

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[19] J. Cartwright．Evolution and Human Behaviour —— Darwinian Perspectives on Human Nature．Wales：Creative Print and Design，2000．99-101

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[22] R. 科图拉克. 科学面临新的突破——各地实验室说他们已经拥有制造人造生命的几乎所有条件.《芝加哥论坛报》网站， 2003.03.28

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