系统协同与自组织过程原理及应用

自组织现象是指自然界中自发形成的宏观有序现象。在自然界中这种现象是大量存在的，典型实例如：贝纳德流体的对流花纹，贝洛索夫－扎鲍廷斯基化学振荡花纹与化学波，激光器中的自激振荡等。自20世纪60年代诞生的系统自组织理论，除解释自然界中大量存在的自组织现象外，还力图沟通物理学与生物学甚至社会科学，研究时间本质问题，说明生物及社会领域的有序现象。

自组织理论主要包括耗散结构理论（1967）、突变论（1968）、超循环理论（1970）、协同学（1971）、分形学（1973）和混沌学（1975）等一系列系统自组织理论。近30年来，人们在研究客观世界中的复杂系统，包括非生命的物理、化学、天体系统和有生命的生物、社会经济系统的规律性过程中产生了新的学科理论，并仍然处于发展和构建之中。

比利时化学家普利高津的耗散结构理论指出，一个远离平衡的开放系统（不论其是力学的、物理的、化学的、生物的系统，还是社会的、经济的系统），通过不断地与外界交换物质和能量，在外界条件变化达到一定阈值时，就可能从原先的无序状态，转变为一种在时空上或功能上有序的状态。耗散结构理论的创立，使我们有可能研究非线性的系统在远离平衡态时所出现的新的有序现象和系统的演化问题。耗散结构理论揭示出，一个系统要能够自发组织起来，形成耗散结构，必须满足：（1）系统开放，只有充分开放才可能驱使系统远离平衡态；（2）系统远离平衡，处在平衡态和近平衡态的系统都不会自发向有序发展；（3）系统内的自催化的非线性相互作用，使得从平衡系统观点往往看做破坏性因素的正反馈在这里成为系统演化的建设性因素；（4）涨落作用，是驱使系统由原来的稳定分支演化到耗散结构分支的原始推动力。

法国数学家托姆提出的突变理论，是说明参数的连续改变怎样引起了不连续现象的一种理论。突变论为人们带来了新思想、新观点，从科学领域到软科学领域，都得到了广泛的应用。托姆最初提出了7种初等突变，后来人们又发展到适用于更一般系统的非初等突变。突变论本身不是系统自组织理论，它研究的是静态分支点问题，即平衡点之间的相互转换问题。它与系统演化的相变即有序与无序的转化密切联系在一起，揭示出原因连续的作用有可能导致结果的突然变化，从而加深了我们对于系统的有序与无序转化的方式和途径的多样性的理解。

西德生物物理学家艾根则从对于生物大分子的研究角度，吸收非平衡非线性热力学的成果，建立起超循环理论。超循环理论提出，在关于生命起源的化学进化和生物学进化之间，还有一个生物大分子自组织进化阶段，随机无序的大分子通过采取循环形式的自组织，发展成有序的组织，并向更高的组织和复杂性进化，从而最终导致了生命的起源。按照超循环理论，相互作用、因果转化构成循环是超循环理论的一个基本出发点，也是我们理解超循环基本思想的一个关键。超循环理论结合化学、生物学等领域的成果，考察了自然界的种种循环现象，从而提出了循环等级学说，揭示了系统的演化发展采取了循环发展形式，从低级循环到高级循环，不同的循环层次与一定的发展水平相联系。

西德理论物理学家哈肯创立的协同学吸取了耗散结构理论和突变理论的合理内核，在开拓平衡相变理论的前提下，创造了一套处理各种非平衡相变的统一方案，统一解决了系统从无序转变为有序的过程。协同学的两大基本原理中，支配原理是微观方法论的理论依据，最大熵原理是宏观方法的理论依据。协同学认为，系统性质的改变是由于系统中要素子系统之间的相互作用所致。任何系统的子系统都有两种运动趋向：一种是自发地倾向无规无序的运动，这是系统瓦解走向无序的重要原因；另一种是子系统之间的关联引起的协调、合作运动，这是系统自发走向有序的重要原因。系统是自发地发生从无序到有序还是从有序到无序，取决于其中哪一种运动趋势占据主导地位。协同学采用相变理论中的序参量概念来描述一个系统的宏观有序的程度，用序参量来刻画系统从无序到有序的转变，从而大大加深了我们对于系统演化的内部机制的认识。

美籍法国数学家曼德布罗特提出的分形学把人们的注意力引向研究那些不能用通常的长度、面积、体积来表示的非规则几何体的性质。分形几何学，看来比通常研究规则几何图形更接近实际的客观世界；自然界中许多复杂的物理现象，都具有分形结构。分形体的整体与部分具有某种自相似的层次结构，在理想状态下甚至是无穷多层次的自相似性。曼德布罗特提及的奇怪吸引子，也具有这样的自相似嵌套结构，具有分数维即分形结构。分形学的研究揭示出系统部分和整体的相似性，并试图找到介于有序—无序、宏观—微观、整体—部分之间的新秩序，从而深化了我们对于系统的这些关系的理解，以及对于物质世界的多样性的统一的认识。

第一次提出混沌概念的是洛伦兹（1963），他提出的蝴蝶效应说明了混沌对初始条件的敏感性依赖和信息增值。此后，混沌研究进展很快。混沌学指出了非线性导致混沌，事物的发展远不是直线式展开的，混沌是随机性和确定性的统一，混沌是无序和有序的统一。事物的发展是一个从无序到有序，从有序到混沌，从低级到高级，从稳定到不稳定，再到新的稳定转化的螺旋式上升序列的联合机制。混沌学为事物的发展、系统的自组织和演化提供了分析思路。

以系统自组织理论为核心的20世纪自然科学的新成果，指明了建立统一的系统学、探索复杂性的科学新方向，成为延伸到自然科学、社会科学的众多领域所关注的热点。它为我们研究经济科学和社会科学提供了一幅客观物质世界自组织演化的自然图景，为描述系统演化的全过程提供了理论范式，这就是系统自组织哲学家埃里克·詹奇所说的“自组织进化范式”。本书将应用这种范式来研究合作金融发展问题。