各态遍历:充分大空间 时间序列谱可以从（“空间局域谱”）反之亦然

：“在一个充分大的空间内，同一区域在不同时段的发展状态（“时间序列谱”）可以从同一时间不同区域的发展状态（“空间局域谱”）中获得识别，反之亦然。”


希伯特空间, 一个充分大的空间内

每种事物，现象，理论，作为一种函数，存在于一个子空间，并存或遍历，并互相有映射关系，能量关系，信息关系，有机地存在于高维的希伯特空间

如熊牛并存或遍历，反映在二维（熊，y;牛，x;）空间，就是各种不同的人群，涨跌态，并存或遍历，；

希伯特空间各态通过信息关系，场关系，为各部分感觉到，但函数不一言，结果不一样


各态遍历假说及其在可持续发展研究中的应用



杨多贵 周志田 陈劭锋 王海燕



（中国科学院可持续发展研究组 北京 100080）



摘要：可持续发展作为一门新兴的交叉学科，在其理论体系和方法体系的构建过程中，综合应用、借鉴了其它诸多自然学科与社会学科的概念、思想、原理和方法，它构成可持续发展这门学科在当前研究阶段的特色。本文以“各态遍历假说”为例，表述了该假说在可持续发展学科领域的内涵。依据“各态遍历假说”，提出可持续发展公理存在理论“破缺”，并对其进行修正。对环境库兹涅茨倒“U”型曲线（EKC）予以综合表述，应用该假说提出了对发展中国家生态环境质量根本好转“临界点”进行理论预测的方法，并对中国生态环境质量实现根本好转的“临界点”进行初步估算。



关键词：各态遍历假说 破缺 修正 临界 预测



纵观20世纪科学发展史，科学发展呈现出两大明显的基本特征，一是科学的高度分化与细化，形成一系列分支科学与边缘科学；二是科学的高度交叉与融合，形成了许多新的交叉学科与综合学科。第二次世界大战后，伴随着第三次科技革命的兴起，不同学科之间交叉、融合、渗透得到突飞猛进的发展，特别是自然科学与社会科学之间大跨度地交叉、融合、渗透，生长出一系列新兴的边缘学科和综合学科[1]。可持续发展作为一门研究“自然—经济—社会”复杂巨系统的交叉科学（Interdisciplinary Science）正是在这一背景之下，于20世纪80年代应运而生。作为一门新兴的交叉学科，可持续发展学科担负的主要任务是揭示“自然—经济—社会”这个复杂巨系统运行的基本规律与本质特征，为寻求“人与自然”之间的平衡和“人与人”之间的和谐提供理论依据和实践经验。一方面可持续发展是一门新兴的学科，学科发展正处于初级阶段，学科的理论范式还很不完善，另一方面，由于可持续发展研究的对象是“自然—经济—社会”这一复杂系统，因此，在研究过程中，综合应用地理学、生态学、生物学、环境学、经济学、社会学、人口学以及物理学、化学等诸多自然学科与社会学科的概念、思想、原理和方法，来解释、模拟、探索和揭示“自然—经济—社会”复杂系统的发展演化原理和运行规律，构成了可持续发展这门学科在当前研究阶段的特色。“各态遍历假说”理论作为物理学、地理学和生物学中一个基本的理论假设，其基本概念、思想和方法在可持续发展研究中有十分广泛和灵活的应用，下面笔者就“各态遍历假说”理论在可持续发展学科领域的内涵表达，及其在可持续发展研究中的具体应用予以简要地讨论。

1 “各态遍历假说”的理论内涵

“各态遍历假说”亦称“各态历经假说”(ergodic hypothesis)，是统计物理学中的一个基本假设，是诠释微观世界运动统计规律的最基本假设之一，其核心理念是指热力学系统处于热平衡态时，应接近于遍历相空间的任意点，如果遍历态发生破缺，系统就处于凝结状态[2]。可持续发展学科把“各态遍历假设”这一物理学范式移植到可持续发展学科研究领域之中，认为“自然—经济—社会”复杂巨系统这一研究对象的演化也应遵守“各态遍历假说”，并且提出可持续发展学科的“各态遍历假说”。该假说认为[3]：“在一个充分大的空间内，同一区域在不同时段的发展状态（“时间序列谱”）可以从同一时间不同区域的发展状态（“空间局域谱”）中获得识别，反之亦然。” 该假说成立的一个基本前提条件是，研究对象所处的空间尺度与研究对象本身相比，应当足够的大。从哲学意义上来说，时间和空间是事物存的基本形式，时间和空间对于运动着的事物来说是统一不可分的。时间表现为事物运动过程的持续属性和发展顺序属性，空间表现为事物运动的广延属性和发展状态属性。实质上可持续发展学科研究的对象是“自然－经济－社会”这一复杂巨系统，可持续发展理论研究的基本任务是去深刻地揭示“自然－经济－社会”这一复杂巨系统蕴含的基本规律，不但要揭示其“时间序列谱”和“空间局域谱”基本特征和基本规律，而且要充分去把握“时间序列谱”与“空间局域谱”二者“互振耦合”的基本特征和基本规律，唯有如此，才能对博大精深的可持续发展理给予完美的表达。从方法论的角度来说，“各态遍历假说”为可持续发展研究提供了两种基本方法：一是空间截面分析法，又称“空序普分析法”；二是时间序列分析法，又称“时序谱分析法”。例如，在研究可持续发展领域中的有关“空间分布”问题时，若“空间分布”的某个地点的数据出现缺失，可以通过从其相对应的“时间序列”的某个瞬时点上，去挖掘所需数据，然后再对挖掘数据进行修订。反之，亦然。两种方法相互联系、相互识别、相互补充，如同一只飞鸟的双翼，共同支撑着可持续发展研究的方法论体系[4]。

2 应用之一：对可持续发展公理“破缺”的理论修正

1987年联合国世界环境与发展委员会发布了巨有划时代意义的《我们共同的未来》研究报告，提出了“从一个地球走向一个世界”的总体看法，第一次清晰地表达了可持续发展定义[5]，即现在人们通常耳熟能详的“可持续发展是既满足当代人的要求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”（Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their needs），它标志着可持续发展理论体系正式形成。1992年联合国在巴西里约热内卢召开了世界环境与发展大会，183个国家和地区的代表、102位国家首脑出席了这次“地球高峰会议”，会议发布了《里约宣言》和《21世纪议程》两个纲领性文件。在宣言中，明确指出[6] ：“可持续发展是人类应享有以与自然和谐的方式，过健康而富有生产成果的生活权利，并公平地满足当代、后代在发展与环境方面的需求。”它标志着可持续发展战略体系正式形成。1995年世界银行在其发布的权威年度报告《1995世界发展报告》中，世界银行副行长塞拉杰尔汀（Searageldin）指出[7] ：“可持续发展就是给予子孙后代和我们一样多的甚至更多的人均财富。” 从上述三个具有权威性和代表性的可持续发展定义中，可以管窥目前可持续发展理论研究过于强调“时间序谱列”方面的基本规律和基本特征的认知，诸如，“代际”公平问题，当代与后代，人类的未来，文明的承传等，而对于“空间局域谱”的基本规律和基本特征的认知，诸如，“代内”公正问题，贫富差距，环境格局不均衡等研究不足，尤其是对于至关重要的“时间序列谱”与“空间局域谱”二者“互振耦合”形成的“时空耦合”规律和特征则基本上没有涵盖。从理论角度上来说，只有同时充分考虑“时间序列谱”与“空间局域谱”时，可持续发展公理才具有完备性，因此，从这种意义上来讲，目前可持续发展公理存在理论上的“破缺”。由于理论上的“破缺”，导致在具体实践过程之中，只要发展中国家与发达国家、欠发达地区与发达地区在一起讨论共同关注的可持续发展问题时，就会产生巨大的分歧。试想，如果当代人由于生活在不同地域空间而导致发展水平、生活质量等方面存在着巨大的差距，而这种“代内不公正”又得不到公正、合理的解决，如何可以设想和期待当代人与后代人能保持“代际公正”与实现人类社会的可持续发展[8]。

“时间序列谱”与“空间局域谱”之间的“互振耦合”是可持续发展内在客观规律，而“各态历经假说”(ergodic hypothesis)正是体现二者“互振耦合”最基本理论假说。就可持续发展理论的研究对象、研究时空范围而言，“各态遍历假说”不仅完全适用，而且也为该假说的丰富和发展提供了更加有力的实证。该假说的前提是研究对象的规模应当足够大，可持续发展所面对的是整个地球；该假说所言及的“时间序列谱”，在可持续发展理论的研究中，我们可以通过选择某一包含不同发展特点的空间点来识别，从原始社会至现代社会的进化历程中，各个不同发展阶段（可理解为发展状态、时序多样性、时间结构参数等）的特征与演化规律[4]。例如原始人类、旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、农业社会、工业社会、现代信息社会等的状态痕迹和演绎脉络，我们从某一空域中可以得到印证与阐释，从而能够形成一个较完整的人类社会演进时序谱；该假说所谓的“空间局域谱”，在可持续发展理论的探索中，可以通过选定某一时间点，在全球空间范围所规定的等级上，可以发现存在不同的空间发展状态（可理解为空间多样性、空间结构差异、地域分布不平衡等），并能找到最古老的原始部族、猎牧型社会形态、农业初期社会形态（刀耕火种）、农业发达社会形态、前工业社会形态、工业社会形态、发展中国家、发达国家等。“时间序列谱”与“空间局域谱”之间相互联系、相互识别、相互补充，是该假说对时空统一、时空耦合最重要的贡献。“时间序列谱”的某种缺失，有可能从“空间局域谱”中得到启示和补足；同样，“空间局域谱”的某种缺陷，亦有可能从“时间序列谱”中得到启迪和弥补。

3 应用之二：对区域生态环境质量根本好转“临界点”的理论预测

临界，又称阈值或门槛（Threshold），可以理解为一些累积过程的上限、下限或者事物发生质变的界限或转折点(Turning point)。它可以是一个数值，一个分界点，亦可以是一个区间，一个分界线（带）。临界点质实上是事物实现由量变到质变的转化点，临界点标志着事物性质的根本变化[9]。1991年世界自然保护联盟（IUCN）提出[10] ：“可持续发展是在生存不超出维持生态系统涵容能力的情况下，改善人类的生活品质。”该定义所表达的“人类生存与发展不能超出生态系统承载能力”的内涵，从本质上来说体现了一种临界的思想。作为可持续发展学科的研究对象——“自然-经济-社会”复杂巨系统的运行和演化存在着一个临界集合或多维临界，它表现为“自然-社会-经济”复合系统运行的总体临界约束；资源利用中的临界约束和可持续性维护的临界约束等多个层次、多个方面[9]，因此，关于临界问题的研究构成了可持续发展研究领域的一个基本科学问题。1990年美国环境经济学家格鲁斯曼（Grossman）首次提出了揭示环境质量与经济发展之间关系的“环境库兹涅茨曲线”(Environmental Kuznets Curve, EKC )，即一个国家或地区在人均收入较低的情况下，随着人均收入的增高，环境污染和环境压力由低到高，环境与发展之间关系呈现“两难”的局面。当到达某个临界点或转折点后之后，随着人均收入的进一步增加，环境污染和环境压力呈现出由从高到低的发展趋势，环境逐步得以改善和恢复，环境与发展之间关系呈现“双赢”的格局。环境与发展之间关系的演化过程，呈现出倒“U”型曲线的特征。后来美国哈佛大学的帕纳约托、美国哥伦比亚大学的科恩和马里兰大学的科斯坦塔等人等从不同角度对该曲线进行了证实研究，予以验证[11]。例如，美国是在人均GDP达到11000美元时、日本是人均GDP达到8000美元时，生态环境质量才从根本上实现好转的（World Bank , 1986年）。库兹涅茨倒“U”型曲线揭示的是一个客观存在的普适性的规律，我们可以去充分地认识、把握和利用它，但是不可能去改变这一规律，正如马克思所指出[12]：“一个社会即使探索到了本身运动的自然规律 …… 它还是能跳过也不能用法令取消自然的发展阶段。但是我们能缩短和减轻分娩的痛苦。”根据国际经验，中国目前在人均GDP仅为1000美元的情况下，与跨越环境库兹涅茨倒“U”型曲线的临界转折点所要求的经济发展水平还存在相当大的差距，预计中国生态环境质量在整体上仍然有进一步恶化的趋势，实现环境与发展的“双赢”目标还有很长的路要走[3]。2001年中国科学院可持续发展研究组对中国的“环境库兹涅茨曲线”进行了验证，研究表明，目前中国生态环境质量仍处于倒“U”型曲线左侧，即处于环境与发展的“两难”区间，生态环境质量总体态势表现为“局部改善、整体恶化”的态势，还没有跨越临界转折点，实现由左侧向右侧，即环境与发展的“双赢”区间的转换。

作为一个普适性的规律，环境库兹涅茨倒“U”型曲线临界转折点所对应的经济发展水平因国家、区域的不同而不同，并且受到诸多因素的综合影响，诸如产业结构、产业技术、消费水平与方式，污染控制与治理，环境法规与管理，环境意识等，由此决定了临界转折点是一个随时间和空间变化而变化的一个动态的点。对于一个发展中国家来说，其生态环境何时能够实现根本性的好转？经济发展水平（以人均GDP表征）达到多少时才能实现迈入环境与发展“双赢”的门槛？成为发展中国家政府决策人员、管理人员、学术界共同关注的一个重要研究课题。依据“各态遍历假说”即可对发展中国家的环境库兹涅茨曲线临界点进行理论预测。一种预测方法是应用“空间截面分析法”（又称“空序普分析法”）：即研究世界上所有已经实现了生态环境质量好转的发达国家的生态环境临界转折点（所对应的人均GDP）与随时间的变化关系，按照发达国家实现临界转换折点的时间先后顺序，拟合出临界转折点演变所遵循的基本数据理公式，然后进行经验外推，从而找出发展中国家未来实现生态环境好转的临界点。另一种预测方法是应用“时间序列分析法”（又称“时序谱分析法”）：即通过研究世界上所有已经实现了生态环境质量好转的发达国家环境库兹涅茨倒“U”型曲线本身图像的演化态势，以观察临界点的长期变化趋势，拟合出统计规律，从而达到对发展中国家生态环境的临界点进行预测的目标。中国作为世界上人口最多的发展中国家，中国生态环境质量的好坏对全球可持续发展具有举足轻重的影响，中国生态环境何时能够实现根本性的好转，已经成为全球关注的焦点，如何尽快促使中国在经济发展水平较低、生态环境破坏较轻的情况下，实现环境与发展由“两难”到“双赢”的转换，在发展国家之列，率先迈入可持续发展的门槛，是国家高层决策者、区域管理者以及学术界十分关注的一个重要研究课题。根据上述两种预测方法，笔者持谨慎乐观的态度，曾对中国环境库兹涅茨倒“U”型曲线临界点进行了间接地预测（2000中国可持续发展战略报告，2000），在该研究报告中提出：“到2040年，中国实现资源和能量消耗速率的“零增长”，同时在对应方向上实现社会财富的极大提高。即动态地达到土地资源的平衡、森林资源的采育平衡、水资源的消耗常量、能源的消耗常量和矿产资源的消耗常量。”因而间接地表达了到2040年中国将在整体上实现生态环境质量的根本性好转。若按照不变汇率计算，届时中国人均GDP将达到7500美元[13]，相当于2000年阿根廷的水平，略低于2000韩国的水平[14]；若按照实际汇率上升100%计算，届时人均GDP将达到12693美元[13]，相当于2000年世界高收入国家平均水平的一半，略低于2000新西兰的水平[14]。由此可见，中国要实现环境与发展的“双赢”目标任务将是十分艰巨的，要求中国在目前人均GDP仅为1000美元的发展阶段上，实现生态环境质量的根本好转是不实现的，那种“既要马儿跑的好，又要马儿不吃草”的环境与发展的“双赢”战略是典型的乌托邦式幻想。从“两难”到“双赢”的转变，有一个历史发展的过程，如果国家或区域的决策者、管理者对此缺乏足够的、清醒的认识，在重大战略决策或重大社会实践活动中，就有可能造成巨大的损失，甚至造成灾难性后果。既然“两难”境地不可避免，那么，这就要求我们的决策者、管理者具有前瞻性的、战略性的眼光，在环境与发展之间做出痛苦的选择，去灵活的把握两者之间结合点与平衡点，务实地研究如何通过制度安排、政策选择和培育环境条件，特别是借鉴发达国家的一些典型经验，充分发挥我国的“后发优势”与“比较优势”，成功地探索出一条具有中国特色的发展道路，促使尽快实现由环境与发展的“两难”区间（倒“U”型典线左侧）到“双赢”区间（倒“U”型典线右侧）的顺利转换。











参考文献



1 李喜先编.21世纪科学发展趋势[M].北京：科学出版社，1998

2 冯端.凝聚态物理学新论[M].上海：海科学技术出版社，1992

3 中国科学院可持续发展研究组.2001中国可持续发展战略报告[M].北京：科学出版社，

2001

4 杨多贵等.可持续发展公理破缺与修正的理论探讨[J].生态经济，2001（1）.P7~9

5 The World Commission on Environment and Development. Our Common future. New York: Oxford University Press, 1987

6 中国21世纪议程编写组.中国21世纪议程[M].北京：中国环境科学出版社，1994

7 世界银行.1995世界发展报告[M].北京：中国财政经济出版社，1995

8 中国科学院可持续发展研究组.1999中国可持续发展战略报告[M].北京：科学出版社，

1999.

9 陈劭锋、杨多贵等.可持续发展多维临界[J].中国人口65533;65533;65533;65533;资源与环境，2001（1），P25~29

10 中国科学院可持续发展研究组.2000中国可持续发展战略报告[M].北京：科学出版社，

2000

11 杨多贵等.可持续发展宏观判据的理论探讨[J].科学管理研究.2002（4）. P19~22

12 马克思，中央编译局译.政治经济学批判大纲[M].北京：人民出版社，1979

13 许春宪.中国经济未来增长及其国际经济地位展望[J].经济研究，2002（2）.P27~34

14 世界银行.2001世界发展报告[M].北京：中国财政经济出版社，2001

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