开放性的本质、系统与观测的关系之随想

传统的系统分类定义

根据系统与环境间的相互影响关系，系统又可以分为以下三类：

（1）开放系统（open system）：与环境间既有能量交换又有物质交换的系统。

（2）封闭系统（closed system）：与环境间只有能量交换而无物质交换的系统。

（3）隔离系统（isolated system）：与环境间既无能量交换又无物质交换的系统。

与开放系统相对立的有封闭系统和孤立系统。在客观世界中封闭系统与孤立系统的存在是相对的（即绝对的阻止能量交换或者物质交换是不可能的，只能在限定程度上尽可能的降低通量，降低交换的物质能量与系统自身的物质能量的比），而开放系统的存在是绝对的。人体就是一个典型的开放系统，可以和外界有能量交换和物质交换。

事实上，自然界中一切事物总是相互关联和相互影响的，严格而言，隔离系统只是一种假想的系统，它只能在有限的时间和空间内存在，通常把某些与环境联系相当微弱的系统近似作为隔离系统处理。在实际研究中，有时会把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为隔离系统研究。

以上是百科给出的关于开放系统有关的定义。

对传统定义的反思

这个定义侧重于发生在物理时空中的现实系统的热力学开放性问题。

但本文欲探讨的是抽象意义上的系统的开放性问题，我认为在感性形象上"开放"就是"与外部环境充分交互"。从模拟的角度来说，系统一般被要求是动态发展的或是动态运行的，系统的内容及其边界也在不断扩展（总体而言复杂性的增长）。环境的内容也要因此改变，因为我们是通过系统认识环境而非反过来的，我们基于某种目的而为系统划定边界（说成出于目的是因为这些反映现实的模型说到底是出于人的需要和见识而设计的），由此而产生环境。

可以说，在抽象意义上的系统，环境是不显然存在的，并非物理环境中那个与机器隔开的环境（对于大部分巨型自组织复杂系统来说，这种清晰划分的环境观是尤其不现实的）。

核心问题的提出

那么环境究竟是什么呢？描述抽象系统与环境关系的开放性本质又是什么？

以下我打算从抽象复杂系统的角度进行一些思考，从而对这个问题给出一些洞见。

从数学封闭性概念出发的思考

封闭性，又称闭包。数学里，给定一个非空集合S 和一个函数F : S x S -> S ，则称 F 为在 S 上之二元运算(binary operation)，或称 (S,F) 具有封闭性(closure)。在数学中，若对某个集合的成员进行一种运算，生成的仍然是这个集合的元素，则该集合被称为在这个运算下闭合。

以上在百科中找到了一条简单的有关"封闭性"的定义。那么我抛出我的观点：

开放性本质是非封闭性，是系统涌现出已有观测外的新特征。

系统运行的基本表达

我们将 S 视为系统，并认为系统模型通过迭代模拟方式以运行，则以此方式引入了一个基本的观测变量，即运行时间 T ，由此我们得出了一个最简单的系统运行的二元组表达（S，T）。

从观测角度描述系统

对系统而言，我们可以从观测的角度进行描述。我们目前仅考虑有限观测手段情况，即我们只有几个观测手段并且只能使用这几个，且不得使用这些观测手段的组合，毕竟我们可以通过添加入特殊的新观测手段来执行这种目的。这样系统在观测层面表达为观测手段的多元组（P1，P2，P3，P4以至PN），每个观测手段表示对系统的一种信息获取方式，例如变化指标、分布差异度、参量相关度等等。

"约束"现象的定义

我们定义一种现象为**"约束"：可统计出的相比于系统构建结构出发的观测差异**。

约束可以这么理解：以单个分子为出发构建系统，"生命系统"是极其难以出现的，但它仍然出现了并自发繁衍，保持分子量的数量上的不变，圈定生物圈的生物结构量作为统计范围，与一堆单调的石块的"生物结构量"相比较，会产生明显行为观测差异，尤其表现在不同的空间运动、更加繁复多样的行为和甚至高阶智能创造更多分子量的行为。

这就是，在系统自组织和复杂化过程中，所涌现的新结构对其"源"进行组织和约束、规范以表现出不同于完全随机情形下的特征差异。

回归开放性本质的理解

而对应"约束"，我们必须有某种观测来实现对这个约束所产生差异的察觉。这里就回到了对"开放性"的理解：

开放性的本质是观测非封闭。

只要我们能引入新的观测手段（无论它们是对已有观测的组合还是某种全新的东西），我们就得以获取系统的特征差异之表现。

暂时写到这里吧。