系统科学的新发展

第二节　系统科学的新发展——自组织理论

有序和无序总是同时出现的，这可能是生命出现的规则，也可能是宇宙创立的规则。

——普里高津（比利时）

20世纪六七十年代初兴起的耗散结构理论、协同学和超循环理论等新学科，试图从工程实践和理论两个方面深入研究一般系统形成与演变的规律，分别从宏观、微观和生物学的角度揭示了系统通过“自己组织起来”形式结构，完成进化的机制，故称为自组织理论。

（一）耗散结构理论

耗散结构理论是1969年由比利时布鲁要赛学派领导人普里高津（I.Prigogine，1917～）在《结构、耗散和生命》一文中首次提出的。该理论指出，一个远离平衡的非线性的开放系统，通过与外界交换物质、能量和信息，当控制参量超过某一阀值，系统可能失稳，通过涨落，由无序变为有序的新状态。该理论的提出，解决了长期以来关于宇宙进化抑或退化的争论，同时标志着系统科学进入了新的发展阶段。

（二）协同学

由德国斯图加特大学理论物理学教授哈肯（H.Hacken，1927～）所创立。1971年，他首次提出了协同概念，1977年出版《协同学导论》，1983年，又出版《高等协同学》。这些成果表明协同学不仅已诞生而且走向成熟。协同学的研究对象比耗散结构理论更宽，其研究对象不仅有远离平衡态的开放系统，也包括平衡态的封闭系统；它不仅研究非平衡相变，还研究平衡相变；它不仅研究系统从无序到有序的演化规律，也研究系统从有序到混沌、无序的演化规律。协同学指出，一个系统从无序到有序转化的关键并不在于热力学平衡还是不平衡，也不在于离平衡态有多远，而在于是否有大量子系统所构成的系统，在一定的条件下，它的子系统通过非线性的相互作用，就能产生协同现象和相干效应，系统就会在宏观尺度上产生关于时间、空间和功能有序的结构，协同学认为，各种系统虽然千差万别，但是从无序到有序、从不稳定向稳定转变的机制却是类似的，甚至是相同的，都遵循共同的规律，协同导致有序。

（三）超循环理论

英国生物学家艾根（M.Eigen，1927～）1970年提出超循环思想，于是1971年发表《物质的自组织和生物大分子的进化》一文，正式建立超循环理论。

所谓超循环，是指由循环组成的循环，是较高等级的循环。例如，一个催化的超循环是一个经过循环把自催化或自复制单元连接起来的系统，其中每一个自复制单元既能指导自己复制，又能对下一个中间物产生提供催化帮助作用。

20世纪70年代中期以来，对复杂现象和复杂系统的研究又有了新的进展，分形理论和混沌学的创立便是这方面研究的重要成果。它们都以非线性复杂系统为研究对象，故称为非线性科学或复杂系统理论。分形理论研究那种极其破碎而复杂，但具有自相似的体系。分形理论的创立，为我们认识世界提供了新的方法论。与系统论不同，它强调的是部分与整体的统一性、全息性，启示人们根据这一原理从部分去认识整体，从简单去把握复杂。混沌学也是一门崭新的学科，是由数学、物理学、天文学、生物学、计算机科学等众多学科与系统科学相互交叉和渗透的产物。这里混沌是指一类广泛存在的动力学现象：一种由非线性作用导致的、可在简单确定性关系中出现的极为复杂的、貌似无规则的运动。混沌不是纯粹的无序，而是一种无周期的有序，它把表面的无序性与内在的规律性巧妙地融为一体，可以运用重整化群理论为之建立数学模型。进一步的研究表明，混沌与分形是一致的，可以说，分形是混沌的几何结构或普适形状，混沌则是分形和演化的动力学。混沌具有以下特征：一是混沌是确定性系统内在的随机性；二是混沌具有对初始条件的敏感依赖性；三是混沌是非规则的有序。

进一步了解自组织理论，请登陆：

http://www.swarmagents.com/complex/nonlinear/dissipa-tion.htm

【思考题】

自组织理论有哪些分支？