控制论与科学方法论
金观涛 华国凡
序言
最伟大的东西是世界上最简单的东西，它和你自己存在一样简单。
(资料图)
辨喜（19世纪印度哲学家）
这是一本试图运用控制论、系统论的某些概念来介绍科学方法论的书。促使我们来写这本小册子的，是十年前一个偶然的事件。
有一次，我们向一位化学界的老教授谈起控制论，认为这门和电子计算机一起成长起来的边缘科学提供了许多有益的方法论启示。他不相信，他认为一切被称为方法论的东西无非是事后诸葛亮，对科学研究无济于事。在争论中，他向我们提出了挑战。当时他正在探索“的确良”合成的新工艺，实验遇到巨大的困难；做出来的产品的黏度总是太低，一个多月来，还没有找到失败的原因。他说，如果你们的控制论真对科学方法论有所建树，就应该拿出解决的办法来。在他的提议下，我们这些既没有做过聚合实验，又没有足够的化学知识的外行帮助他分析起问题来。我们发现，老教授虽然对这一具体的化学问题有比我们丰富的知识，然而，有一些在我们搞控制论的人看来极为简单的原则却被忽视了。
比方说，反应釜是一个黑箱，实验的目的是要控制化学反应朝某个方向进行，从控制论的角度来分析，很显然，为了控制反应，我们必须获得关于反应进行程度的足够的信息，并使信息系统构成负反馈体系。在分析了实验过程后，我们认为失败的关键在于未能获得足够的信息量，因此不能形成有效的控制。这不是一个化学问题，而是一个控制方法的问题。为此，我们提出了一个简单的改进办法，例如建立一个新的仪器系统，准确及时地取得反应釜中变化的信息以及考虑信息的反馈。
最初，老教授半信半疑。第二天，他和助手们开始考虑我们的方案，不到一个星期，实验成功了。从此以后，老教授对控制论的方法论发生了浓厚的兴趣。并运用有关的原理又陆续完成了一些很出色的工作。他建议我们把控制论的方法论讲一讲，认为这是一件有意义的事情。这本小册子就是在几个讲座的基础上开始写作起来的。
如果我们去追溯控制论思想的源流，就能发现它至少是三条悠长的支流汇合的结果。
一条是数学和物理的发展。
特别是19世纪末20世纪初，吉布斯提出了统计力学，20世纪20年代后，量子力学又建立起来了。有不少科学家认为：与其说我们这个世界是建立在必然性之上的，倒不如说是建立在偶然性之上的，许多物理定律仅仅是大量事件统计平均的结果。科学的发展迫使人们回答必然性和偶然性之间的关系。于是，确定性与非确定性以及它们之间关系的研究成为科学界最热门的课题。概率论的成熟，热力学中的熵直至信息概念的提出，就是这一研究的逐步深入。
另一条支流是生物学和生命科学的进展。
科学家早就发现，生物界不是一个充满必然性的机械世界，另一方面，生物个体行为也不能用统计力学和量子力学所用的纯或然语言来刻画。生命的活动中既有或然性，也有必然性。生命是怎样把必然与偶然统一起来的？科学家对生命的机制发生了浓厚兴趣。20世纪三四十年代，生物学家提出了“内稳定”概念，意味着人类对这一问题的认识已推进到新的阶段，它直接为控制论的诞生奠定了基础。
第三条支流是人类对思维规律的探讨。
它集中地反映在计算机制造和数理逻辑的进展。数学家特别是计算机的研制者们企图用数学语言来模拟人的思维过程。第二次大战前后，电子计算机的制造成为控制论成熟的前奏曲。
在20世纪40年代，标志着这三条支流汇合的科学著作终于出现了。1947年，维纳的《控制论》就是作为统一它们的最初尝试。尽管维纳的这本书中有许多错误，有很多大胆的但后来被证明是不妥切的设想，但这本书震动了科学界。科学家们被建立各门学科的统一方法论的雄心所吸引。一大批各个领域中的专家纷纷互相对话，控制论、系统论成为二次大战后直至今天的不可忽视的科学思潮。
由于控制论中含有把各门学科分支统一起来的科学方法论，它在各个领域中的运用都取得了辉煌的成果。经济控制论、社会控制论、工程控制论、生物控制论、信息论、教育控制论······一座座新兴的科学大厦在迅速建造中。但另一方面，对控制论方法本身的研究，特别是从科学方法论角度来清晰地阐述和总结它，反而显得薄弱了。这就造成一种印象：控制论方法是一种极度抽象高深的东西。特别是初学控制论的人，在碰到控制论中“信息”、“通道容量”、“滤波”、“超稳定系统”等一大堆名词时，往往被弄得晕头转向。
控制论所运用的数学工具，往往令人望而生畏。那么是不是不懂高等数学，就无法掌握控制论的基本方法呢？不是，控制论不是一门只能用数学来表达的科学。这本书我们就打算撇开数学，从科学方法论的角度来谈谈控制论。我们力求使所涉及的问题以通俗的方式得到说明，以便让从来没有接触过高等数学的读者也能毫不费力地跟大家一起参加讨论，不至因数学语言的隔阂而妨碍他对方法论的兴趣。
我们的讨论不一定局限在经典控制论和系统论中，而是拓展到整个科学领域。比如我们花了很大篇幅讨论了近年来出现的突变理论及其对哲学的贡献。而突变理论的出发点，是控制论中有关系统稳定性的问题。
读者显然不能指望从这本小册子了解到控制论的全貌。书中所引述的例子，一部分来自科学和生活等各种领域，一部分来自中国古典哲学。这是因为现代科学的某些思想往往在今天我们能够以精确的方式表述之前，就被我们的祖先注意过，有的甚至还被认真地研究过。
我们赞同一句格言：“与其不断重复一句不会错的话，不如试着讲一句错话。”它经常鼓励我们去考察那些虽不成熟但富有吸引力的新鲜思想，并把它们收集起来跟大家一起讨论。
我们并不鼓励读者完全接受书中的每一个观点，但希望本书所提供的思考方式会有助于打开读者的思路。希望读者在读完本书后能提出更多的问题并斧正本书的种种谬误。
金观涛 华国凡1979年
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