中华学生百科全书-第6部分

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流的循环过程。在这一循环过程中，生产的沼气，可以把储藏的生物能（含
动物能与植物能）转化为热能，其能量相当于植物所吸收的太阳能的　60％以
上，这样做可使太阳能的损失率降到　40％以下；而如果把植物秸杆等直接燃
烧，利用率不到　10％，太阳能的损失率高达　90％以上。上述循环过程不仅可
以最大限度地利用太阳能，而且在腐熟的有机质中保存原有的氮、磷、钾等
元素，提高了生态系统中能流与物流的质量，有效地保证了生态系统的良性
循环。这就是农业资源综合利用，生态农业多层增值的理论依据。
　　　　80　年代以来，由于系统科学和电子计算机的普及与发展，我国农业系统
工程研究进入了一个崭新的阶段。农业系统工程专家、学者从农业系统整体
出发，运用系统分析的观点，在研究区域农业发展战略、研究农业生态系统
与结构功能、调整农村产业结构等几个不同层次问题上进行了深入探讨。如
国家级大型研究项目“三江平原区域综合治理”、“黄淮海平原中低产区综
合治理”、“黄土高原综合治理”等，均是以获得大面积高产稳产、降低生
产成本、综合发展为目标，并取得了显著效果的研究项目。像由中国科学院
主持研究的黑龙江海伦县农业现代化试点研究，就是运用系统工程的理论与
方法，首先开展“海伦县自然资源的综合考察”，先后完成农业气候、地质、
地貌、土地利用、土壤、生物资源、水文以及农业区域规划、农业经济等方
面的系统调查，然后开展“海伦县社会经济生态技术系统总体设计及其模型
系列”的研究，制订了以种植业为主，以农、林、牧、副、渔全面发展和农
工商综合经济为两翼的所谓“飞鸟型”经济发展模式，以及到　2000　年的长远
发展规划。
　　　　总之，农业系统工程的任务是顺应自然，设计一个最佳的农村产业结构，
人为地创造一个高产、优质、低消耗的农业生产系统和一个稳定、合理、高
效的良性循环的农业生态系统。其显著特点是从整体出发，重视信息、数据

的收集加工与处理，建立数学模型实现系统的量化与优化，运用计算机进行
系统仿真（尤其是模拟田间试验，可以有效的延长农业科学的研究寿命）与
政策分析，然后运用决策分析的理论，制订、选择优化方案。

　　　　　　　　　　　耗散结构论
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　耗散结构的概念，是对应于平衡结构而得出的。在此之前，人们一般总
认为倘若系统原先是处在一种混乱无序的非平衡状态中，是不可能在非平衡
状态下呈现出一种新的稳定有序结构的。但普利高津等人对此进行了　20　多年
的研究后指出：一个远离平衡态的开放系统（不管是力学的、物理的、化学
的、生物的，还是社会性的、经济性的系统），通过不断地与外界交换物质
与能量，在外界条件的变化达到一定的阈（临界）值时，量变可能引起质变，
系统能从原来的无序状态转变为在时间上、空间上或功能上的有序状态，当
外部条件继续改变时，还会出现一系列新的结构状态。这种在远离平衡态情
况下所形成的新的有序结构，普利高津把它称为“耗散结构”。
　　　　研究耗散结构的性质以及它的形成、稳定和演变规律的科学，称为“耗
散结构论”。
　　　　耗散结构论的建立使我们对自然和人类自身有了一个更加完整、深刻的
认识：在平衡态附近，系统发展过程主要表现为趋向平衡，并伴随着无序的
增加和结构的破坏；而在远离平衡的条件下，发展过程可以经过突变，导致
新的结构的形成和有序度的增加。普利高津由于对“非平衡态热力学”，特
别是对耗散结构论的研究而获得了　1977　年度的诺贝尔化学奖。
　　　　耗散结构论是一门正在发展中的新学科，其理论体系与有关概念也在不
断完善之中。现在，耗散结构论已广泛应用于力学、物理学、化学、地质科
学、生物科学、医学以及社会科学等领域，并取得了不少令人瞩目的成就。
正如普利高津所说：“我们正是站在一个新的综合、新的自然观念的起点上。”

　　　　　　　　　　　　　突变论
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　在自然界有两种不同的变化方式。一种是光滑的、连续不断的变化，如
生命有机体的连续生长、地球绕太阳连续不断地旋转、流体（如水、油、气）
的连续流动、气温的连续变化等等。对这种光滑的、连续不断的渐变现象，
人们已较成功地建立了各种模型描述其发展规律。与此同时，自然界存在着
另一种大量的不连续的飞跃式的变化，如水沸冰融、岩石金属的突然断裂、
桥梁突然塌陷，以及火山、地震、山洪的突然爆发均属于这类变化。此外，
细胞的分裂、物种的绝灭、飞机的坠毁、战争的爆发、经济危机的产生、工
厂的倒闭、政权的变更等等都是事物的形态、性质、状态从一种形式突然地
跳跃到根本不同的另一种形式的不连续变化，我们将这种突然之间发生的变
化称之为“突变”，也有人称之为“灾变”，意指巨大的、灾难性的突然变
化。
　　　　对于由于这种突变现象而造成的具有不连续过程的系统，适用于连续系
统的传统分析数学已显得无能为力。那么，有没有用来描述和解决自然界和
社会现象中大量存在的各种飞跃和不连续过程的数学工具呢？“山重水复疑
无路，柳暗花明又一村”，以法国巴黎高级科学院著名的数学教授——1958
年国际菲尔兹数学奖（世界上数学最高奖）获得者雷内·托姆博士为酋首一
批科学家创建的“突变论”，为我们提供了一种新颖的思考方法。
　　　　突变论运用更为高深的数学理论为工具，来研究自然界和社会现象中的
各种形态、结构的非连续性突变，从而引起了数学家、哲学家、生物学家、
社会科学家以及系统科学家的广泛注意和极大兴趣，有人高度评价突变论是
“自牛顿、莱布尼兹以来，数学界的又一次最伟大的智力革命”。因为牛顿、
莱布尼兹用他们的理论——微积分解释了所有连续的、渐变的现象，而托姆
的突变理论则解释了所有不连续的、突变的现象。
　　　　在突变论中，把那些作为突变原因的连续变化因素称之为“控制变量”，
把那些可能出现突变的量称为“状态变量”。以水为例，给水连续不断地加
温、加压，其温度和压强都是连续变化的，但当这些连续变化的量一旦达到
某一临界点——沸点，即水在一个大气压下，温度达　100℃时便会引起不连
续的突变——水突然沸腾，转化为水蒸气。在这个水的相变（指水从液态转
变为汽态）模型中，“控制变量”就是由人们控制、掌握的两个量——温度
和压强，它们始终是连续变化的；而“状态变量”则是能表示水的不同形态
特征的密度（密度高的状态对应着液态，密度低的状态代表气态）。显然，
是控制变量温度和压强连续不断的变化，导致了状态变量密度的“突变”。
　　　　突变理论最初是由托姆在　60　年代中期发展起来的，他的意图是把数学这
个“硬”工具应用于生物学这门“软”科学。托姆论证说，生物学家不能根
据他们丰富的实验事实来构造一个综合理论，主要因为他们缺乏为完成这个
任务所需要的数学知识。
　　　　突变论发展至今，仍旧着力于数学基础的建立以及突变现象的解释，而
控制乃至预测突变难度还很大，其应用还处于初创阶段，这是因为突变论还
只是一门诞生刚　20　年的新兴学科，在理论上尚不够成熟完备，是一块有待开
垦的处女地。
　　　　目前，突变论已在物理、化学、地质学、医学、生态学、工程技术以及
社会科学、经济决策等方面得到了广泛的应用，并取得了一批卓有成效的成

果。显然，一种新理论的诞生与发展、一项新的发现从问世到成熟，不是一
蹴而就的事情，需要几代人的不断努力。“突变化”的最终“突破”，有待
于　21　世纪科学家们的共同努力。

　　　　　　　　　　　　　　　协同学
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　协同学一词来自希腊文，其含义是“一门关于协作的科学”，或者说“一
个系统的各个部分（子系统）协同工作”。协同学是以研究完全不同的学科
间存在着的共同特征为目的的一门横断学科，它以信息论、控制论、突变论
等现代学科理论为基础，通过运用类比的方法，针对各学科广泛存在的无序
到有序的现象建立了一整套数学模型和处理方案，从而可把在一门学科中所
取得的研究成果，很快地推广到其他学科的类似现象上去。
　　　　　　协同学与耗散结构论一样，也是研究远离平衡态的开放系统在保证与外
界之间有物质流或能量交换的条件下，能够自发地产生一定的有序结构或功
能行为的一种理论。它以无序到有序的转变为主要内容，不仅包括非平衡态，
也包括平衡态中的相变。协同学力图揭示出各不同学科之间所存在的共同特
征和共同规律，并认为自然界中各种貌似不同的现象之间具有内在的“神似”
的联系。因而协同学解决问题的思想与方法同目前其他解决问题的思想与方
法相比较，具有更加深远的意义。
　　　　　　协同学的创始人是德国著名理论物理学家赫尔曼·哈肯教授。他在本世
纪　60　年代初从事激光理论研究，曾成功地建立了一整套的激光理论。他在研
究中发现，激光在远离平衡时所发生的从无序到有序的变化与热平衡系统中
所发生的相变存在着深刻的相似，从而促使他进一步研究了很多不同学科中
存在的非平衡有序结构形成的现象，如在化学反应中出现的颜色由红变蓝，
再由蓝变红的所谓“别洛索夫——扎玻廷斯基反应”，在生物学中竞争选择
而造成的野兔数及其天敌山猫数变化的“时间振荡”等等。结果他发现，这
些结构从无序到有序的形成过程，遵循着与激光的形成过程相同或相似的方
程和规律。这充分说明，尽管它们的演化机制有所不同，然而它们形成的有
序结构或功能的机理是相同的。这些发现，奠定了哈肯等人创立协同学的基
础。
　　　　　　协同学主要研究一类由许多子系统构成的系统——这些子系统的性质可
能截然不同，如激光系统中的原子、光子，生物系统中的动物、植物，社会
系统中的党派、集团，经济系统中的厂矿、乡镇等等。子系统是系统的微观
世界，而系统则表现子系统的整体行为。协同学研究这些子系统如何协作而
形成系统空间结构、时间结构。协同学特别研究这种有序结构是如何通过自
组织的方式形成的。
　　　　　　协同学力图解决的一个主要问题是，是否存在着一个一般原理，它支配
着所有这些彼此协同作用的系统？协同学的主要任务是寻找某种能够支配存
在于各类系统中的自组织现象的一般原理，并且该一般原理与系统组成部分
（要素）的性质无关。如果有这样的原理的话，我们就可以把已知系统的规
律，推广到我们尚不熟悉、尚未了解的未知系统。特别是我们可以把无生命
世界中简单得多的系统的组织过程作为研究起点，而后将发现的基本原理用
来阐明和解释极端复杂的生物现象，并最终研究解决生命物质的起源问题。
　　
　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　世界医学史话
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
三体液说——古印度医学
　
　　　　古代印度作为文明古国，它的医学起源是很早的，有据可考的就可以追
溯到公元前　2000　年的吠陀时代。梵语“吠陀”（Veda）就是知识的意思，是
当时人的诗集，其中就有关于药用植物的记载。文中还描述了一些疾病，很
像现在的结核和麻风。
　　　　在古印度，医生最早是僧侣们兼职的，那时正处于神医学的医学时期，
人们认为只有僧侣与神最接近，所以只有他们有资格为众生解除病痛。后来，
随着医学的发展，渐渐地出现了一批专门从医的人，他们的工作经验和实际
操作技术都比僧侣们要强。久而久之，医生就独立出来了，但医生的地位也
就从最高层婆罗门级降到了吠舍级，仅强于奴隶。
　　　　尽管古印度医学发展缓慢而曲折，但人们在长期实践中还是逐渐形成了
自己的一整套完整理论。在《阿输吠陀》中就有关于健康与疾病的三体液学
说。这三体液是气、胆及痰，又称三大。古印度人认为三者必须均衡才能保
持人体的健康，一旦紊乱，人就会患各种疾病。后来，人们又加入了　7　种成
分，即血、肉、骨、精、脂、骨髓和乳糜（消化的食物），认为这　7　种成分
均来源于食物。还有人并入了排泄物：尿、粪、汗、粘液、发爪和皮屑。这
样就形成了一个较为完整的理论体系：一切疾病皆来源于体液、身体成分和
排泄物的紊乱。
　　　　古印度的医生们根据以上理论来分析和使用各种药剂，他们认为各种药
剂都有独特的维尔耶、毗婆迦、拘那之性（即物理性质、化学成分和生理活
动），三者共同作用，调节机体的紊乱。
　　　　古印度医学理论代代相传，不断发展、延续了近四千年，直到后来外族
不断入侵，才使得古印度医学融入了世界医学之中。
　　
蛇缠杖——古希腊医学
　　
　　　　古希腊医学起源于公元前　12　世纪，由于希腊人一直是一个开放的民族，
所以随着向海外移民和发展贸易，古希腊医学汇集了许多民族和地区的医药
知识和经验。
　　　　毕达哥拉斯是古希腊的哲学家，同时也是一位医学家，他提出生命由四
元素——土、气、水、火组成，这些元素的平衡就是健康。四元素论是古希
腊医学发展的理论基础。
　　　　同古印度一样，古希腊人也受宗教的影响，历经了一段神医学的时期，
僧侣们利用被尊为医神的阿斯克雷庇亚在寺院中进行医疗活动。阿斯克雷庇
亚神像的形象是手持一根长杖，上面盘绕着一条蛇，这是由于当时把蛇当作
智慧的象征。由于古希腊医学在世界医学发展中产生的深远影响，迄今，西
医的标记仍然是蛇杖。
　　　　古希腊医学发展的顶峰，是以著名的医学家希波克拉底的出现为标志
的。从希波克拉底开始，人们抛弃了宗教迷信思想，逐渐地用唯物主义的眼
光来观察世界，将医学奠定在临床观察的基础上。希波克拉底是当代西医学

公认的鼻祖，他对医学的伟大贡献，使得西方医学终于摆脱了种种束缚，开
始走入了正轨。
　　　　总之，印度的三体液学说，希腊的四要素，中国的五行，这都是人类对
医学世界的最初的朴素认识。正是在这些理论的基础上，现代意义的医学逐
渐发展起来了。
　　
内科的发展
　　
　　　　古代医学是不分科的，一个医生往往是多面手；如今，医学已经发展成
为如此庞大的知识体系，任何人也无法全面掌握，所以逐渐分为了许许多多
的小科目，每一个科目都是一个各有特色的天地。
　　　　内科学是起源最古老的医学，通俗地讲，它就是指不用开刀给病人治病，
在它的发展过程中，妇产科、儿科等逐渐地分离出去。内科学的发展是建立
在多种学科发展的基础之上的。
　　　　　　
　　　　医学之父——希波克拉底
　　　　　　
　　　　现代意义的医学是从摆脱了远古的宗教与魔术的阴影之后才真正起步
的，这一历史性的转变，归功于一位希腊名医——希波克拉底。
　　　　希波克拉底出生于大约公元前　460　年的科斯岛。传说他是阿斯克雷庇亚
医族的后代。年轻时他曾漫游整个希腊，并随父学医，也曾拜师于哲学家德
谟克里特学过哲学。他生活的年代正是古希腊最兴盛的年代，古希腊发达的
科学技术和哲学思想为他的成熟创造了条件。他和他的门徒们建立了当时最
有名气的医学派别，叫科斯学派。他们的著作被汇集成《希波克拉底全集》，
该书是西方古代医学史上最有影响的著作。
　　　　在《希波克拉底全集》中，希氏总结了前人的经验，在四元素论的基础
上，提出了疾病发生的四体液学说，即人体内有血液、粘液、黄胆汁、黑胆
汁四体液，它们冷、热、干、湿程度各不相同，并随季节变化，其组成适当
即可保持健康。
　　　　这一理论对现代人来说已经很陌生了，人们读起来已觉得有些可笑，可
谁又能想到，这一理论被后人稍作修改竟沿用到了　18　世纪，在医学界统治了
2000　多年。它在医学发展史中的地位可想而知了。
　　　　希氏行医很注意医学道德。《希波克拉底誓言》集中反映了他所倡导的
道德准则。迄今，这一誓言仍被西方许多医学院校结业仪式上所采用，成为
西方医生职业道德的一个典范。
　　　　希氏最重要的成绩是使医学与宗教迷信思想相脱离，并使医学从僧侣手
中解放出来，成为一种科学技术。
　　　　希波克拉底为医学的发展指明了正确方向。
　　　　　　
　　　　医学基础——解剖学的发展
　　　　　　
　　　　在西方，由于长期的宗教迷信的束缚，谁也不敢有将人体切开看看的“非
份之举”，医生们只好对人体内部结构做出各种各样的推测。这严重限制着
医学的发展的。就是在这种背景下开始了解剖学的发展。

　　　　盖仑是早期最有影响的人物。他是古罗马帝国皇帝奥勒略的侍医。他认
为解剖学是医学的基础，解剖学对医生犹如设计图纸对建筑师一样。但是，
当时解剖人体是被禁止的，所以他解剖的大多是动物，如猪、猿的尸体，偶
尔也能找到人体的残骸，作骨骼系统研究。由于他的工作，人们知道了许多
前所未知的解剖知识（尽管其中有许多错误）。他的学说统治西方医学长达
1400　多年。
　　　　随着科学的进步，人们已经不能满足于从解剖动物而得来的知识。公元
1315　年，意大利波伦亚大学的蒙迪诺公开解剖了一具女尸，从此正式开始了
人体解剖的历史。
　　　　文艺复兴的开始冲破了宗教思想的禁锢。首先开始真实描记人体的不是
医学家，而是一些画家，达·芬奇是一位代表人物，不过他未能写出人体解
剖学的著作，而完成这一事业的是在他逝世时才　4　岁的维萨里。
　　　　维萨里出生于比利时，他　19　岁就来到了巴黎学医，他对巴黎大学的解剖
课操持在仆人之手的教学方法十分不满，千方百计地自己寻找来尸体进行解
剖。自己动手解剖了几年以后，20　多岁的维萨里无视崇拜权威的社会风气，
毅然出版了《解剖实录》一书，书中指出盖仑解剖学的　200　多处错误，成为
人体解剖学的真正开始。
　　　　最后维萨里被反动势力迫害而死。
　　　　　　
　　　　17　世纪西方医学的三大学派
　　　　　　
　　　　由于解剖学和自然科学的发展，医学家们开始用已知的科学知识来研究
和解释人体现象和有关的医学问题。17　世纪的医学状况是人类医学认识从无
知到有知，从少知到多知的过程中较为特殊的一个阶段，它很典型地体现了
医学进步与自然科学进步的关系。这时期，医学领域中逐渐出现了　3　个学派：
　　　　物理医学派　由于伽利略在力学和机械学中取得的伟大成就，人们认为一
切自然现象和生命活动均可以应用物理的机械学原理加以解释，笛卡尔是这
一学派的代表。他们将身体看作是一部大机器：牙齿像剪刀，胃是碾磨机，
心脏是哪筒，胸廓为风箱等；发热是由于血球摩擦，炎症是血球停滞所造成
的腐败……无疑，他们落入了机械唯物主义的怪圈。
　　　　化学医学派　另有一些学者受化学进展的启发，企图用化学观点来解释人
体的生理、病理现象。海尔蒙特就认为生命活动完全是发酵的作用；威廉斯
则说生命活动的根源是一种“灵气”，“灵气”是一种经过蒸馏作用而生成
的体液……其实，当时的化学刚刚脱离了炼丹术，尚未成为一门系统的科学，
因此，以当时的化学知识来解释生命现象显然是不会成功的。
　　　　物理、化学医学派虽然都是错误的，但他们采用观察实验与定量分析的
方法，对后来医学的发展起了良好作用。
　　　　活力论学派　由于物理、化学知识尚不足以解释生命现象，又有人提出人
体中存在某种特殊的非物质的力或超自然的活力，正是这种活力支配了人体
的一切活动，身体只不过是省活力的工具而已。这种观点无疑是十分荒谬的。
　　　　　　
　　　　体温计、血压计等医疗工具的发明
　　　　　　
　　　　用肉眼观察世界，人们对许多事物都感到神秘莫测：“干干净净”的水

为什么喝了有时就会生病？人体血管里流动的液体到底是什么？人们渴望着
能够将自己的眼睛延伸到微观世界中去。16　世纪末人类第一台显微镜的诞
生，满足了人类的要求。跟着