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复杂性科学视角下的新冠肺炎之战

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发表于 2020-2-3 23:40:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
复杂性科学视角下的新冠肺炎之战
——从新冠肺炎看系统科学
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图 1. 《复杂》的封面
2020 年的这个春节,对于所有华人来说都是无比特别的。人类历史上罕见的疫病传播与防控行动,震撼了神州大地,摇曳着人们的神经。普通百姓对病毒从茫然无知到人心惶惶,一度抢购各种生活物资和药品口罩,凸显着人们对未知危险的无知。政府和红十字会的多名官员在突如其来的战役中狼狈落马,折射出整个系统在抗灾性方面的严重缺陷。众多科研团队向这一新型病毒开展研究,时至本文发稿时仍未取得实质性的进展。更有甚者,拿着最新最全的数据,到影响因子高达 70以上的杂志上发表论文,却对数百同胞的生命陨落、万人确诊病例感到无可奈何。我们不禁要问,人类怎么了?科学怎么了?社会怎么了?最重要的是问题,怎样才能让明天变得更美好?本文梳理并思考上述问题,以期引发积极的讨论。
一、痛定思痛:新冠肺炎给我们的警示
图 2 新型冠状病毒的 3D影像.png
图 2 新型冠状病毒的 3D影像
新冠肺炎,给国家和人民造成了全方位的影响和重大损失。这些影响不仅包括经济损失,还包括政治影响、精神影响、文化影响、公共资源影响等等。彭博社在新闻报道中提到,相互联系的全球经济开始受到新型冠状病毒爆发的影响,有可能遭受1600亿美元损失的打击。其中觉得部分的损失由我们中国承担。
我们在发展的道路上,为什么会遭遇到这种严重的损失?谁该为此负责?我们又该从中汲取什么经验教训? 系统科学可以有所作为,也该有所作为。让我们各个领域的研究者们携起手来,勇挑重担,踏踏实实地开展系统科学的研究,从广义计算、进化论、遗传算法、人工智能、神经网络、粒子群、元胞自动机、分形、动力学等深层次研究开始,组成一个类似于圣塔菲研究所的机构,吸引我国最优秀的专家和最具创新精神的青年才俊,到这里开展面向中华民族乃至人类未来的科学研究。相关研究成果可以应用于管理学、社会学、心理学、计算科学、数学、物理学、生物学、医学、免疫学、遗传学等各个领域。如果能够做到这一点,也许这次新冠肺炎所造成的巨大损失也能够亡羊补牢。
二、亡羊补牢:开展系统科学研究的必要性
图3. 圣塔菲研究所.png
图3. 圣塔菲研究所
病毒、免疫系统都是属于泛系统工程、复杂性的研究领域。或者,简单地称之为——系统科学。病毒、免疫等属于生物学科范畴,病毒传播及影响等属于社会管理范畴,可以用系统科学/系统工程方法来研究和控制。国内对于系统科学的此类基础研究甚少。国外则已经于 1984 年成立了圣塔菲研究所,从事相关工作。而且采取了非常特别的人事制度,鼓励跨界的学术思想交流和交叉领域创新。系统科学,具有广泛而深远的研究意义,值得世界上最聪明的人来关注,值得人们倾注热情和智慧。这项研究的领域十分宽泛,从生物学、社会学、管理学到物理、数学、哲学,其中的自相似、自组织、层级、涌现性等共同特征,召唤着人们找出大一统的至理。我们不应该因此而走上“玄学”之路。但是可以采用“数学+计算仿真”的方式,进行思维和逻辑试验,演算出有趣的结论之后,再代入实践进行验证。 根据梅拉尼·米歇尔的观点,一切都是计算。计算是非常广义、非常宏大尺度的。大到系统工程中最经典的“输入-处理-输出”(Input-Process-Output,IPO)都可以被视为一种“计算”。 而计算离不开数学。
在系统工程的应用和实践中,数学的潜力都有待被深度发掘。数学以及简洁、优雅、严谨,处处散发着一种迷人的魅力。国外的大教授们进行讨论时的照片,常常是以一长串的公式为背景。这就像是他们秀(Show)自己在思维方面的“强壮肌肉”。复杂性研究领域,急需像牛顿一样的牛人,像微积分一样发明一套数学体系,定义一套完整的专业词汇和术语概念体系。此为复杂性研究的“圣杯”。当然,数学也有自己的不完美之处和悖论,我们不大可能一劳永逸地彻底解决复杂性科学的所有问题,但是毫无疑问会大大前进一步。
三、昂起胸膛:请尊重中医,走中西合璧的道路
图 4. 中医的药材.png
图 4. 中医的药材
说到中医,很多人对此似乎颇有争议。在我看来,中医是非常有价值的。因为人体系统极其复杂,免疫系统的工作机制、病毒及细胞分裂的遗传和作用机制都非常复杂,所以很多时候人体健康防疫系统就像是一个黑盒子。西医一直采用实验、分析的方法,试图打开黑盒子的边界,向这个“黑盒”的内部窥视。然而,在可预见的未来 50 年内,让黑盒变为白盒,几乎毫无可能。即使人们已经掌握了 DNA 的序列,顶多也仅仅相当于建立了元素周期表,距离掌握所有物质的特性相差几重天。在这种情况系,人们必须对人类健康系统保持敬畏。不要轻易扰乱这个千百年来形成的稳定系统。从这角度讲,保守一点是有益的。中医是中国古代传下来,有着两千多年的“实证”基础,将人体视为一个整体,注重人与环境的关系,且成本较为平价,帮助很多人解决了病痛,也治好了很多人的病。我自己就吃过中药,而且明显好转。经验告诉我,中药是有用的。当然,由于中医体系所采用的经验主义的方式,往往缺乏统计学、逻辑学、可重复、简化模型验证、计算机和数学仿真的佐证,与西方的科学体系、认知体系相违背。人们于是怀疑中医,这是科学的精神;但是全盘否定那就是错误的,是一种狭隘的机械论。为什么有的人会全盘否定中医?因为他们的知识有限、认知力有限,为了简化对世界的认知,为了自我评价更高带来的心理舒适感,于是采用了“非黑即白”的全盘否定方式。因此,对于这类人,我们也要理解和包容。等到科学真正的发达了,洞悉了人类免疫、衰老、遗传等一切机理,或许真的就不需要中医了。但是在此之前,中医是有价值的,起码可以提供很多的研究线索。就像屠呦呦从中医古书中获取了青蒿素的线索,然后帮助人类治愈了疟疾,挽救了无数人的生命。此次新冠肺炎疫情当前,总书记说到要采用中西医治疗的方式来帮助人们诊疗和康复,完全是正确的、英明的。实事求是来讲,的确如此。
中医为全世界的医疗体系增添了宝贵的多样性。条条大路通罗马。在进化的道路上,多样性比黄金还要珍贵。对于人体科学这样复杂巨系统来说,中医的解决方案来自于一种完全不同于西医的方法论。这是全世界人类的宝贵遗产,不应该妄自菲薄,更不能全盘抛弃。为了包括中国人民在内的全人类的福祉,我们要在借鉴西医的基础上,继续发展我们自己的中医科学和救治实践。
四、 深邃思考:平和地承认我们的不足,再奋起
系统科学和复杂性的研究,离不开建模。在人类认识世界的征途上,建模发挥着重要作用。一切存在被感知的过程,本质上就是一种建模。MBSE作为一种建立在对系统统一建模基础上的方法论,并不能包治百病。无论是 OPM,SysML,Modelica或是其他建模语言,模型仅仅是一种简化表达而已。各种语言都是“建模”的一套规则。说到这里,顺带问一句,为什么中国人写不出来全世界范围内流行的著名编程语言?因为这需要基础逻辑层的体系建构。传统的教育对这一部分的支持非常虚弱。需要理解什么是本体,什么是属性,什么是认知,什么是规则,什么是逻辑,各自起什么作用,相互之间是什么关系?而这些概念、这些命题,在很多人看来是非常无用的。所以没有人开展深入的研究,或者是浅尝辄耻。于是乎,无数人用人老外们开创的概念、术语、理论、计算机语言、架构,似乎用中文就意味着苍白。连带着中国的电影和文艺都充满着肤浅,中国人民失去了文化自信。何至于如此?如果事实真的这么不堪,一切又是怎么发生的?搞清楚了这些问题,或许中国文化可以浴火重生,中华民族可以真正自信起来,并且在今后 1000 年内屹立世界之巅。我们必须进行深刻的自我批判,要有这种刀刃向内的勇气。
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图 5. 著名学者王东岳
提出“递弱代偿衍存”学说的王东岳先生在这方面进行了积极的尝试。这种学说试图用统一的理论来解释从哲学、自然科学到社会科学的众多现象和本质。这种学说认为,一切事物都是由简到繁、不断分化的过程;一代代进化的过程也是弱化的过程,因而需要更多的属性或外部系统来代为补偿;万事万物就这样生生不息,繁衍存续下去。任何一种理论或学说,都必然面临着争议。这种学术上的挑战无论表面看来有多么的面红耳赤、不留情面,本质上确实科学家们的怀疑天职,也是有益于学术的发展。王东岳先生的“递弱代偿衍存”学说,是中国版的大一统理论 (Grand Unified Theory,GUT)。不仅因为他的理论建构在扎实的中外哲学和现代科学的成果基础上,还因为它代表着一种系统科学、泛系统工程或复杂性科学的实践。我们还要继续开展这样深邃的哲学思考和基础研究。唯有如此,我们才可以真正走出一条属于我们自己的道路。
五、逆向思维:关于病毒攻击机制的研究
基于病毒、细胞、免疫系统的研究,可能对国防科技带来启发。如果一个小小的病毒,就可以让整个国家的系统发生重大紊乱,那么如果将其作为攻击敌方、确保国家安全的措施,一定是大有研究价值的。研究敌军防务系统中的弱点,只需要很小成本的攻击,就可以让敌方乱作一团。如果将整个系统视为一个无尺度的神经网络,局部普通节点的失能或许无关紧要,系统依然可以正常运转;但是如果 Hub 型的中枢节点的失能,有可能让整个系统陷入瘫痪!例如,在生物的层面上,新型冠状病毒迷惑了人体的免疫系统,造成了严重的生理紊乱;在组织层面上,似乎也有一些类似的“病毒”,也对组织的健康运行造成了严重的侵害。为了深入研究这一点,只需要剖开自己的疮口,睁大眼睛,观察病毒是怎么感染我们这个组织有机体的。为此,我们一定要很好地记录下此次抗击肺炎过程中的各个行动的记录和决策的过程。比起人体中的冠状病毒,思考和研究如何清除组织肌体上的病毒,是一个同样值得研究的课题。组织肌体的“病毒”侵蚀有时候更加致命,比如形式主义、官僚主义、指标替代目标、说谎掩盖的动力学机制等等。要对疾控、赈灾等节点进行针对性的研究,以期提高组织的运行效率和抗灾性。若能帮组织解决这类问题,善莫大焉!
古人云,福祸相依。这次的疫病灾难,给我们的国家民族造成了巨大的损失。然而,如果善加应对,也会留下非常宝贵的遗产。
祝愿我们伟大的祖国能够克服这场灾难!
祝愿明天会更好!
致谢:郑新华、赵献民等老师对本文的创作亦有贡献,表示感谢!
2020 年2 月 2 日于北京

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