协同论的产生及其研究对象

1）协同论的概念及产生

协同论（synergetics）亦称协同学或协和学，是20世纪70年代以来在多学科研究基础上逐渐形成和发展起来的一门新兴学科，是系统科学的重要分支理论。其创立者是联邦德国的斯图加特大学教授、著名物理学家Hermann Haken。1971年他提出协同的概念，1976年系统地论述了协同理论，发表了《协同学导论》，还著有《高等协同学》等。

协同论主要研究远离平衡态的开放系统在与外界有物质或能量交换的情况下，通过自己内部的协同作用，自发地出现时间、空间和功能上的有序结构的规律。协同论以现代科学的系统论、信息论、控制论、突变论等为基础，吸取了结构耗散理论的大量营养，采用统计学和动力学相结合的方法，通过对不同领域的分析，提出了多维相空间理论，建立了一整套数学模型和处理方案，在微观到宏观的过渡上，描述了各种系统和现象中从无序到有序转变的共同规律。

协同论是研究不同事物的共同特征及其协同机理的新兴学科，是近十几年来获得发展并被广泛应用的综合性学科。它着重探讨各种系统从无序变为有序时的相似性。协同论的创始人Hermann Haken说过，他把这个学科称为协同学，一方面是由于我们所研究的对象是许多子系统的联合作用，以产生宏观尺度上的结构和功能；另一方面，它又是由许多不同的学科进行合作，来发现自组织系统的一般原理。

协同论认为，由大量子系统组成的系统，在一定条件下，由于子系统相互作用和协作，千差万别的系统的属性不同，但在整个环境中各个系统间存在着相互影响而又相互合作的关系。其中也包括通常的社会现象，如不同单位间的相互配合与协作，部门间关系的协调，企业间相互竞争的作用，以及系统中的相互干扰和制约等。协同论指出，由大量子系统组成的系统，这种系统的研究内容，可以概括地认为是研究从自然界到人类社会各种系统的发展演变，探讨其转变所遵守的共同规律。应用协同论方法，可以把已经取得的研究成果，类比拓宽于其他学科，为探索未知领域提供有效的手段，还可以用于找出影响系统变化的控制因素，进而发挥系统内子系统间的协同作用。

协同论描述了临界点附近的行为，阐述了慢变量支配原则和序参量概念，认为事物的演化受序参量的控制，演化的最终结构和有序程度决定于序参量。不同的系统序参量的物理意义也不同。比如，在激光系统中，光场强度就是序参量。序参量的大小可以用来标志宏观有序的程度，当系统无序时，序参量为零。当外界条件变化时，序参量也变化，当到达临界点时，序参量增长到最大，此时出现了一种宏观有序的有组织的结构。

序参量是协同论的核心概念，是指在系统演化过程中从无到有地变化，影响着系统各要素由一种相变状态转化为另一种相变状态的集体协同行为，并能指示出新结构形成的参量。尽管影响系统的因素很多，但只要能够区分本质因素与非本质因素、必然因素与偶然因素、关键因素与次要因素，找出从中起决定作用的序参量，就能把握整个系统的发展方向。因为序参量不仅主宰着系统演化的整个进程，而且决定着系统演化的结果。序参量的特征决定了它是系统发展演化的主导因素，只要在发展过程中审时度势，创造条件，通过控制系统外部参量和加强内部协同，强化和凸显人们所期望的序参量，就能使系统有序、稳定地运行。

协同论指出，一方面，对于一种模型，随着参数、边界条件的不同以及涨落的作用，所得到的图样可能很不相同；但另一方面，对于一些很不相同的系统，却可以产生相同的图样。由此可以得出一个结论：形态发生过程的不同模型可以导致相同的图样。在每一种情况下，都可能存在生成同样图样的一大类模型。

协同论提出了功能结构的概念。认为功能和结构是互相依存的，当能流或物质流被切断的时候，其所考虑的物理和化学系统会失去自己的结构，但是大多数生物系统的结构却能保持一个相当长的时间，这样生物系统颇像把无耗散结构和耗散结构组合起来了。

2）协同论的主要内容和研究对象

（1）协同论的主要内容。

协同论的主要内容可概括为协同效应、伺服原理、自组织原理三个方面。

协同效应是协同作用产生的结果，是指复杂开放系统中大量子系统相互作用所产生的整体效应或集体效应。在千差万别的自然系统或社会系统中，均存在协同作用。协同作用是系统有序结构形成的内驱力。任何复杂系统，当在外来能量的作用下或物质的聚集态达到某临界值时，子系统之间就会产生协同作用。这种协同作用能使系统在临界点发生质变，产生协同效应，使系统从无序变为有序，从混沌中产生某种稳定结构。协同效应说明了系统自组织现象的观点。

伺服原理用一句话来概括，即快变量服从慢变量，序参量支配子系统行为。它从系统内部稳定因素和不稳定因素间的相互作用方面描述了系统的自组织的过程。其实质在于规定了临界点上系统的简化原则——“快速衰减组态被迫跟随缓慢增长的组态”，即系统在接近不稳定点或临界点时，系统的动力学和突现结构通常由少数几个集体变量，即序参量决定，而系统中其他变量的行为则由这些序参量支配或规定，正如协同学的创始人哈肯所说，序参量以“雪崩”之势席卷整个系统，掌握全局，主宰系统演化的整个过程。

自组织原理是相对于他组织而言的。他组织是指组织指令和组织能力来自系统外部，而自组织则指系统在没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能，具有内在性和自生性特点。自组织原理解释了在一定的外部能量流、信息流和物质流输人的条件下，系统会通过大量子系统之间的协同作用而形成新的时间、空间或功能有序结构。

（2）协同论的研究对象。

客观世界中存在着各种各样的社会与自然系统、有生命与无生命系统、宏观与微观系统，这些看起来完全不同的系统，却都具有深刻的相似性。协同论则研究事物从旧结构转变为新结构的机理的共同规律，它的主要特点是通过类比，对从无序到有序的现象建立一整套数学模型和处理方案，并将之推广到广泛的领域。它基于很多子系统的合作受相同原理支配而与子系统特性无关的原理，设想在跨学科领域内，考察其类似性以探求其规律。

协同理论揭示了物态变化的“旧结构不稳定性新结构”普遍程式，即随机“力”和决定论性“力”之间的相互作用，把系统从它们的旧状态驱动到新组态，并且确定应实现的那个新组态。由于协同论把它的研究领域扩展到许多学科，并且试图使似乎完全不同的学科之间增进“相互了解”和“相互促进”，无疑，协同论就成为软科学研究的重要工具和方法。

（3）协同论的普适性和开放性。

由于协同论属于自组织理论的范畴，其使命并不仅仅是发现自然界中的一般规律，而且还在无生命自然界与有生命自然界之间架起了一道桥梁。可见，协同学试图把无生命自然界和有生命自然界统一起来，发现它们的共同本质规律。这一理想已经被两个发现证明成为可能，其一是在有生命的自然界中，所有的系统都是开放系统；其二是在系统演化的过程中，究竟哪种结构能实现，取决于各个集体的运动形式。由此可见，协同论所揭示的结构形成的一般原理和规律，不仅为人们研究自然现象提供了新的原则和方法，而且为人们研究生命起源、生物进化、人体功能乃至社会经济文化的变革等复杂事物的演化发展规律提供了新的原则和方法。协同论对揭示无生命界和生命界的演化发展具有普适性意义。另外，从协同论的应用范围来看，它正广泛应用于各种不同系统的自组织现象的分析、建模、预测以及决策等过程。协同论作为一门以研究不同学科中共同存在的本质特征为目的的系统理论，具有广泛的适用性或普适性。

协同论的自组织原理说明，任何系统如果缺乏与外界环境进行物质、能量和信息的交流，其本身就会处于孤立或封闭状态。在这种封闭状态下，无论系统初始状态如何，最终其内部的任何有序结构都将被破坏，呈现出一片死寂的景象。因此，系统只有与外界不断地进行物质、信息和能量交流，才能维持其生命，使系统向有序化方向发展。