■★改革开放20多年来，我国经济建设已取得巨大进步。但是，单纯追求经济利益的发展模式与不合理的生产和消费方式并未得到根本改变，污染环境、浪费资源的问题十分突出。面对这样形势，党中央提出了以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，更加强调人与自然的和谐。
　　随着人与自然关系演化的历史进程和复杂性科学的发展，人们越来越倾向认为人与自然构成一个动态复杂系统。因此，应用复杂性科学的理论研究人与自然的关系更具有现实意义，可以说复杂性科学为研究人与自然的关系，进而研究促进人与自然的和谐发展提供了新方法和新理论。文章首先介绍自组织临界理论（SOC）和沙堆模型，然后论述人与自然关系演化的历史进程，应用SOC理论解释了人与自然和谐发展的内涵，进而提出建设资源科学利用型社会的设想及需要加强的基础研究工作。
　　一、自组织临界理论和沙堆模型
　　自组织临界理论（self-organized criticality，简称SOC）是一个有趣且影响 较大的理论。该理论认为，由大量相互作用成分组成的系统会自然地向自组织临界态发展；当系统达到自组织临界态时，即使小的干扰事件也可引起系统发生一系列灾变。Bak等人（1988，Bak，1996）用著名的“沙堆模型”（sandpile model）来形象地说明自组织临界态的形成和特点（图1）。设想在一块平台上缓缓地添加沙粒，一个沙堆逐渐形成。开始时，由于沙堆平矮，新添加的沙粒落下后不会滑得很远。但是，随着沙堆高度的增加，其坡度也不断增加，而沙崩的规模也相应增大，但这些沙崩仍然是局部性的。到一定时候，沙堆的坡度达到一个临界值（即对于一个有限大的平台来说，添加沙粒和沙粒散落平台的平均速率相等）。这时，新添加一粒沙子可能引起不同大小的沙崩，小到一粒或数粒沙子，大到涉及整个沙堆表面的所有沙粒。这时的沙堆系统处于“自组织临界态”。有趣的是，临界态时沙崩的大小与其出现的频率呈幂函数关系，即：
式中N是大小为s的沙崩的数量，是一个常数。
　　所谓“自组织”是指该状态的形成主要是由系统内部组织间的相互作用产生，而不是由任何外界因素控制或主导所致。所谓“临界态”是指系统处于一种特殊敏感状态，微小的局部变化可以不断放大、扩延至整个系统。也就是说，系统在临界态时，其所有组份的行为都相互关联。临界态概念与“相变”（phase transition）密切联系；相变是由量变到质变的过程，而临界态正是系统转变时刻的特征。因为在临界态时，系统内事件大小与其频率之间是幂函数关系，这时系统不存在特征尺度（characteristic scales）；也就是说，事件发生在所有尺度上，或与尺度无关（给定 ；即f(x)的相对变化与x无关）。Bak（1996，又见Bak和Chen，1991）还把自组织临界态与分形结构联系在一起，并毫不含糊地指出分形结构是自组织临界态在空间上的“指纹”。Bak（1996）认为，自组织临界理论可以解释诸如地震、交通阻塞、金融市场、生物进化和物种绝灭过程、以及生态系统动态诸现象，并认为SOC是目前描述动态系统整体性规律的“惟一的模型或数学表达”。与混沌行为不同，自组织临界态是一个吸引域（at?鄄tractor），即使改变初始条件，系统最终都会达到这一临界态。Bak反复指出，“复杂系统必然在所有时空尺度上具有信息，简言之，复杂性就是临界性”；“自组织临界性是自然界趋向最大复杂性的驱动力”（Bak，1996）。
　　

　　　　
　　
图1 自组织临界理论的沙堆模型
　　二、人与自然的关系演化的历史进程
　　“人与自然的关系”贯穿于人类文明发展的全过程。在人类历史早期，人类依赖自然，顺应自然，崇拜自然，对自然的破坏十分微弱，人与自然的关系处于原始的和谐状态。进入农业社会之后，随着生产力的发展和人口的增加，在一些人口相对集中的地区，人类活动已经对自然产生了一定的破坏作用，并且开始受到自然界的惩罚。
　　欧洲文艺复兴带来了人类思想的革命性变化，由此催生的近代科学及工业革命促进了生产力的极大发展，同时也逐步形成了人与自然分离与对立的机械论自然观。同时，以认识自然为目的的科学和以改造自然为目的的技术，使人类认识和对待自然的方式也发生了根本改变。
　　近代以来，随着西方国家工业化和殖民化的进程，人类开始以贪婪地、破坏性地向自然索取的方式，创造社会财富，加速社会发展。在极大物质文明和经济繁荣的背后，人类工业文明的消费偏好、物质主义及其规模经济所带来的资源与环境方面的负面后果，也就成了全人类不得不吞食的苦果。
　　1960年代以来，人类在经历了一系列重大公害事件对经济社会发展的严重影响之后，开始对这种资源消耗型的经济发展模式进行痛苦的反思。这场以“环境与发展”为主题的反思运动，从强调技术因素到强调社会和政治因素的作用，最终形成了以“绿色”为指向的可持续发展观。1992年，联合国环境与发展大会提出的可持续发展观体现了一种以人为中心，自然、经济和社会协调发展的社会理念。
　　三、自组织临界理论（SOC）对人与自然关系的解释
　　上个世纪90年代初，我国著名科学家钱学森和他的学生、中国科学院自动化研究所的戴汝为院士等提出了开放的复杂巨系统理论，将自然界和人类社会中一些极为复杂和规模巨大的系统总结归纳为开放复杂系统。
　　开放复杂的系统理论从系统的结构规模和内部作用的复杂程度，系统与环境相互作用等角度着眼。组成系统的子系统数量少而简单的，成为简单系统。非生命系统往往是简单系统。简单系统的子系统数量有大有小，但由于其内部相互作用比较简单（线性），都可以从子系统相互作用出发，直接综合出全系统的功能。进一步，如果子系统的数量非常大，则称之为巨系统。巨系统的子系统如果种类不多，相互作用也比较简单，就是简单巨系统。简单巨系统不能直接从每一个子系统出发，但是可以用统计的方法来研究，如统计热力学等。
　　如果子系统种类很多并具有层次结构，它们之间的关联关系有很复杂，就是复杂巨系统。如人脑，人类社会，互联网(Internet)等。
　　根据复杂巨系统理论，结合人与自然的关系演化的历史进程，可以清楚知道人与自然是一个复杂系统。因此，根据Bak“复杂性就是临界性”的SOC理论，人与自然其实同处于一个自组织临界状态，微小的局部变化可以不断放大、扩延至整个系统。“人有多大胆，地有多大产”的年代带来的灾难，我们应该记忆犹新。1998年百年一遇的洪水，很大程度上与长江中上游森林植被的滥伐滥砍相关，以致于政府不得不投入巨资退耕还林、退地还草。2003年突发的SARS病毒，导致全世界严重的人员伤亡和财产损失。尽管自然宿主是否是野生果子狸迄今还在探究过程中，但SARS病毒由市场或餐馆的果子狸传给人已经是学术界公认的事实。就是我省不断扩大的石漠化问题，不也是跟乱栽乱种有关吗？
　　科学的理论和历史的教训，使越来越多的人士已经认识到人与自然要和谐，人类社会的发展必须是人与自然的和谐发展，而调整人与自然的关系是为了促进发展，并且是为了实现更高层次的发展。因此，为了实现人与自然的和谐发展，就要研究人与自然的关系，既要系统认识自然界的现状和演化规律，更需要重点研究人类活动对自然界正负两个方面的影响；由于人类对自然规律认识的局限性，对于那些可能对自然产生重大影响的工程建设等活动，应该慎之应慎。比如西电东送项目中煤电产业的发展，在循环经济尚未形成的时候，可要吸取20世纪六七十年代的经验教训。
　　四、建设资源科学利用型社会的设想
　　我国处在实现伟大复兴的战略机遇期，必须保持经济社会持续快速发展，必须促进人与自然的和谐发展。但要清醒地认识到，我国人口多、人均资源量远低于世界平均水平，生态退化和环境污染日益严重，地区发展不平衡、城乡差距突出等等，这些问题严重地制约了实现人与自然的和谐发展。因此，资源的科学利用，即资源的节约、高效、充分、循环、合理利用应当成为我们建设和谐社会的行为取向，建设资源科学利用型社会应成为和谐社会的一个重要内容。
　　为此，从科学技术的角度，应加强如下基础研究工作：
　　1．科学认识自然系统及其演化规律；
　　2．提高对于资源、环境、气候、经济、社会互动系统的动态监测和分析能力；
　　3．发展安全有效低成本的医药产品和技术，重视与生殖健康有关的科学技术研究；
　　4．发展引导和实现科学的生活方式和消费方式的科学技术；
　　5．发展绿色过程的科学技术、生态微生物工程、环境友好工业；
　　6．保护生物多样性和基因资源；
　　7．发展可使生态环境短

作者：不详

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