二 自然界的系统性

恩格斯说：“和我们相接触的整个自然界形成一个体系，即各种物体相互联系的总体……是指所有的物质的存在。” 自然界包括基本粒子、场、原子、分子，包括各种无生命物质和各种生物，包括行星、恒星、星系、星系团、超星系团。但自然界不是各种物质的堆积，而是一个巨大的系统。

系统是由相互联系、相互作用的若干要素组成的、具有整体功能的有机整体。要素是系统的组成单元，要素本身也可以看作是一个系统。自然界是个巨系统，包含许多子系统，可以从不同角度进行划分。

从自然与人的关系而言，自然系统可分为天然自然系统和人工自然系统。天然自然系统是尚未受到人的行为影响的系统，是各种天然自然物和天然自然运动的总和。

从自然系统与环境的关系而言，可分为孤立系统、封闭系统和开放系统。孤立系统指同环境没有物质、能量交换的系统。根据热力学第二定律，在孤立系统中，熵趋于最大值。封闭系统指同环境只有能量交换而没有物质交换的系统。拿我们的地球来说，如果不考虑落到地球上的流星、陨石、宇宙尘埃，只考虑太阳辐射每时每刻给地球以能量，地球就是个封闭系统。开放系统指同环境既有物质又有能量交换的系统。根据相对论的质能关系式，物质质量和能量可相互转化，所以孤立系统和封闭系统是很难区分的。因此自然系统实际上只有两种：有物质、能量交换的和没有物质、能量交换的。开放系统具有自组织功能，具有达到预期的某种终极状态的能力，又会在一定条件下趋向于一定的稳态。开放系统是“活系统”，孤立系统是“死系统”。自然界的绝大部分子系统都是开放系统。

就系统的状态而言，自然系统可分为平衡态系统、近平衡态系统和远离平衡态系统。平衡态是指在没有环境因素的作用下，内部的相互作用处于相对静止、稳定的状态，即内部无差异、各种量相同的状态。近平衡态是系统内部有一定的差异，但只能导致线性相互作用的状态，线性相互作用的一个特征是整体等于部分之和。远离平衡态是系统内有较大差异，可使系统出现非线性相互作用的状态，非线性相互作用的一个特征是整体不等于部分之和。

系统的基本特征是整体性、层次性和协调性。自然系统鲜明地体现了这些特性。

整体性是指系统作为有机整体，它的功能不能归结为（也不是）各个部分的功能之和，这可称为非加和性。系统的非加和性是由系统各个部分的相干性造成的。相干性是部分之间的约束、选择、协同的关系。系统论创始人贝塔朗菲指出，物质系统中任何一个子系统性状的变化是所有子系统性状变化的结果，又会引起所有子系统性状的变化。这些因素之间的关系，是互为对象（即互为作用者与被作用者）的双向因果关系，这种关系就是相干性。

层次性从形式上看，是系统要素的一种空间关系。若干元素由于性质、状态基本相同形成一定的组（或片），各个组的宏观性质具有质的区别，各有其特殊的规律。各个组可以并列，是平行关系，也可以是上下（高级与低级）的关系，还可以是包含与被包含的关系，是内外关系（整体与部分关系），即一个层次在另一个层次之中。高级与低级的关系是自然界最基本的层次关系。恩格斯说：“不论人们关于物质构造可能采取什么观点，下面这一点是非常肯定的：物质是按质量的相对的大小分成一系列较大的、界限分明的组，使每一组的成员互相间在质量方面都具有确定的、有限的比值，但对于邻近的组的各成员则具有在数学意义下的无限大或无限小的比值。可见的恒星系，太阳系，地球上的物体，分子和原子，最后是以太粒子，都各自形成这样的一组。事情并不会因我们在各个组之间找到中间性的成员而有所改变。” 这是一种类似于俄罗斯套娃的结构：大的层次包含小的层次、小的层次包含更小的层次。拉兹洛说，这像“箱子里面有箱子”的中国套箱式的等级结构。

整个宇宙分为三个大层次：宇观、宏观和微观。牛顿力学实际上只有宏观的概念，基本粒子物理学和量子力学提出了微观的概念，宇观的概念则是由我国南京大学天文系戴文赛先生提出的。戴文赛还把宇宙分为20个较大的层次：基本粒子、原子核、原子、分子、细胞、植物、动物、人体、固态宏观物体、液态宏观物体、宏观气团、宏观尘云、小的行星卫星、大的行星卫星、行星系统与卫星系统、恒星、星云、恒星集团、星系、星系集团。

不同的层次有不同的特殊的本质和不同的规律。一般说来，一个层次的特殊规律不适用于另一个层次；一个层次的规律不能推广到别的层次。不同的层次既不能相互取代，也不可能相互归并。当然，不同层次（特别是相邻层次）是相互联系的。我们可以从一个层次的认识出发，对相邻层次的本质作某些推测，但机械论、还原论认为高级层次的规律可以还原为低级层次的规律，则是不正确的。

自然科学既要正确认识各种运动形态，也要正确认识各种层次。

层次是系统的一种结构，称层次结构。物质世界各个层次的结合程度不可能相同。就像不同层次的发展不均衡一样，不同层次的结构也不可能均衡。一个层次的结构瓦解了，并不意味着相邻的层次也同步瓦解。如果是这样，那么摘下一片树叶，就会毁掉整个太阳系了。

系统论告诉我们，一般说来，越是外面的层次，其结合能就越小，越容易被破坏。从外到内，从大到小结合能递减。请看下表：

E／m为结合能与被结合物质质量之比。

层次结构的结合能与层次尺度成反比，这是层次结构的一条规律。把一个高分子分解为小分子需要1电子伏特能量，把一个氢原子的电子从原子中电离出来，需要13.55电子伏特能量，破坏一个原子核则需要10 6 电子伏特能量。所以拉兹洛说：“当我们从初级组织层次的微观系统走向更高层次的宏观系统，我们就是从被强有力地、牢固地结合在一起的系统走向具有较微弱和较灵活的结合能的系统。”

关于物质层次的质量范围和尺度范围，请见下表：

物质层次既有连续性，又有间断性。各个层次相对独立，各有其质，不可互相抵消，也不可互相取代。各个层次有一定的界线和空间范围。有的层次界线比较清晰，有的层次界线比较模糊。层次之间相互联系，都是自然系统的组成部分。

层次是有限与无限的统一。每个层次都是有限的，但都蕴涵着无限。每个层次内部又有许多层次，有人认为甚至具有无限的层次，即任何层次都具有不可穷尽性。有限构成无限，无限蕴涵在有限之中。 iWnzKUcpMElWi4adKQMgNcQUnrgHv5kS+vVgwa3+A9AT+KDZpMXcN0UZSq9nRKCX