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所谓自组织理论，指的是非线性系统在无需外界指令控制的条件下，能够自行组织、自行创造、自行演化，即能自主地从无序走向有序，形成有序结构的系统。即系统的演化经历着一个自我调节、自我完善、自我发展，从低级走向高级、从无序走向有序，且结构功能不断得以提升的不可逆的发展过程。自组织机制渗透在非线性系统的各个要素和系统行为的各个环节中，它像一根隐藏在系统内部的无形的指挥棒，对系统的变化发展起着自主的驾御作用。自组织理论包括耗散结构理论、超循环理论、协同学以及突变、混沌、分形等理论。运用系统的自组织理论分析非线性系统的演化过程。 系统的自组织演化离不开非线性作用，非线性作用是自组织的根本机制，如果系统内各要素之间的相互作用仅仅是线性的，则无论它们如何组合，也只有量的增减，而无质的变化，这样的系统或是无序，或是虽然暂时有序，但很快会向无序发展。只有系统内部各要素之间存在非线性作用，系统才能走向非平衡，系统内的涨落才能得到放大，系统内各要素之间才能发生竞争与协同，系统才具有从无序向有序发展的动力机制。 1．发展的前提：开放和非平衡 系统只有开放，才可能具有发展潜力、才可能自发组织起来，向更有序的状态发展。耗散结构理论指出了系统的进化与退化之间并无截然两分的鸿沟，系统的开放是系统自组织进化的一个必要条件；充分的开放，使得系统与环境的充分交换成为可能，也就使得系统远离平衡成为可能。现实的系统都具有开放和封闭的两重性，可以用开放度的概念来加以把握。系统向环境开放，发生两者之间的交换，使得内因和外因联系起来，就有了系统与环境之间相互作用、相互交换而共同进化。 2．发展的诱因：涨落和失稳 涨落普遍存在，其表现形式多种多样。通过涨落的有序，是指非平衡非线性系统在一定条件下可以通过涨落被放大，通常的微小涨落被放大成为巨涨落，系统得以实现从无序到有序的转变，从低级有序向高级有序进化。涨落被放大期间要经历一个形成基核的过程。基核的形成，对于系统自组织具有重要的意义。“星星之火，可以燎原”，基核就是可以燎原的火种。耗散结构理论认为，通过涨落的有序过程“首先必须在一个有限的区域内把自己建立起来，然后再侵入整个空间：这里有一个成核机制。”超循环理论也指出，超循环组织的形成导致生命起源过程必须要有一个集结即成核过程，稳定基核一旦形成，就会导致稳定的超循环组织建立起来并得到发展。协同学中把基核的作用比作‘胚胎’状态。” 通过涨落达到有序，是一个伴随着系统通过失稳而重新建立稳定的过程，失稳过程中基核的形成则成为系统中新的稳定性的生长点。 事实上，发展既与失稳相联系，也与稳定相关联，系统具有一定的稳定性也是系统发展的必要条件。在此意义上可以说，只有稳定才有发展。超循环理论表明“超循环组织是保持信息稳定性，并促使其继续进化的一个必要条件。”只有在具有稳定组织的基础上，才能把随机的因素转变为确定性的因素，使得确定性生长在随机的突变之中表现出来。 3.发展的道路：分叉和选择 把突变理论运用于系统相变过程的研究，揭示了系统自组织相变的丰富多彩。 分叉使得系统的发展演化前途具有了多种可靠性。在分叉点上，系统发展表现出强烈的不确定因素，它对于涨落特别灵敏，一个小的扰动足以使得系统从热力学分支进入耗散结构分支。由于涨落是作为随机性因素推动系统向前发展的，这就决定了对于系统前途的选择也是充满不确定性的。混沌的研究也表明，只要起始条件稍有不同，系统的演化结果就十分不同。 通过选择，可能性就转变为现实性。达尔文进化论主要是关于外部对于变异效果的检测，系统自组织理论进一步把外界的作用与内部的作用结合起来。普利高津多次指出，功能、结构、涨落三者之问的相互制约、相互作用是理解系统演化的基础。换言之，何种涨落被选择与系统的内部结构是紧密相联系的，也与系统的环境相联系。不受环境影响的涨落放大是不现实的，而不承认涨落放大受制于系统内部的结构，就容易将其看作纯粹偶然的结果。 现实的选择过程同时也是一个评价过程。 达尔文进化论的外部选择评价，适者生存是生存导向的评价。换言之，进化就是获得更大的生存价值。但是，如果仅仅以生存价值来作为进化的度量，则是不全面的。自组织理论特别是超循环理论从生命起源和生命信息起源的角度比较深入地研究了选择评价问题。超循环理论指出，生命的起源过程涉及到“无序的分子随机地”自发地组织起来，通过采取超循环组织形式的自组织发展，从而增加了组织性和信息量，直至导致生命的起源。这里的信息的起源和生命的起源是一个问题的两个方面，也就是说，信息的评价和生存的评价是同一过程的两个方面。因此，“评价的标准中也必须包括某种反馈性质，它保证了价值和动力学稳定性的一致性。”在这里，“进化价值=信息价值+生存价值”。 4．发展的方式：渐变和突变 系统自组织过程中突变现象丰富多彩。突变论发现，当系统外部参量即控制参量的个数M成4时，至少有7种突变类型。这7种突变又相互包含相互联系，使得突变实际上极为复杂。而当外部控制参量再增加时，突变类型增加很快。而且，初等突变论实际上是从平衡系统的研究入手来讨论系统的相变的，非平衡非线性自组织系统相变时突变类型要更为复杂丰富。 系统自组织演化中，突变与渐变是相互联系的。“结构不稳定性是以一种结构稳定性的方式出现的”。突变是连续变化造成的，相变过程既有突变也可能有渐变。突变理论并不局限于讨论间断与突变，而是把间断与连续、渐变与突变联系起来，突变模型中同时包含有对渐变的描述。 突变和渐变的相互联系还与系统的层次性相联系。超循环进化有两种，一种是通过会聚式的发展，由低级循环发展起高级循环来；另一种是己经形成的超循环的生长。前一种进化发生的是系统整体的突变，后一种发生的是系统局部的突变和整体的渐变，整体的渐进发展中包含着局部的突变。一般地说，自组织系统中的子系统的突变是经常发生的，但是只有那些得到系统整体相应的这种低层次的突变才会演变成为系统整体层次的突变。 突变论的深入研究，也使我们加深了对于系统自组织过程中量变和质变关系的认识。通常，人们往往把剧烈的、迅速的变化称为突变，而把速度缓慢的变化称之为渐变。这样一来，突变与渐变的区别就在于速度。 但是通过突变论的研究发现，在相变过程中，中介态不稳定的相变对应于突变，反之则对应于渐变。因此，突变反映相变，相变是质变，并非所有相变都是突变，渐变也可导致相变，即渐变也可导致质变。质变、辩证转化是飞跃，飞跃刻划质变，但飞跃并不是时间的长短，也不是速度的快慢，而是渐进过程的中断。 5．发展的动力：竞争和协同 在系统自组织理论中，既重视竞争也重视协同。协同学要研究“子系统是通过怎样的合作才在宏观尺度上产生空间、时间或功能结构的。”超循环理论的目的就在于表明，首先，系统进化中的突破必定是由几种自复制单元整合成协同系统所带来的；其次，能够进行这种整合的机制只能由超循环这类机制提供。非线性相互作用使得对立的双方成为不可分离的、有内在联系的因素，从而形成有机的整体，才有对立双方有机联系乃至转化。 超循环在讨论系统的自组织问题时指出，片面地强调竞争时发展是十分有限的，只有通过竞争达到合作，形成协同整合的超循环组织，系统才能向更高阶段发展。 竞争和协同的相互依赖、相互转化就是系统的发展演化过程。竞争和协同的相互依赖、相互转化成了系统发展演化的推动力。 6．发展的前途：目的和创新 从稳定性角度看，所谓的目的性跟系统发展趋向于更稳定状态相联系。动力学系统中，用吸引子刻划系统的长期行为，因而被称作目的点或目的环。钱学森指出：“所谓目的，就是在给定的环境中，系统只有在目的点目的环上才是稳定的，离开了就不稳定，系统自己要拖到点或环上才能罢休。这也就是系统的自组织。” 从系统的发展变化来看，系统的目的性，一方面表现为系统发展的阶段性，另一方面又表现为系统发展的规律性，是系统发展变化的阶段性与系统发展变化的规律性的统一。正如竞争和协同、正反馈和负反馈是相互联系的，可以相互转化的一样，目的性和创新性也是相互联系的，可以相互转化。 正负反馈相互作用表现为竞争和协同。竞争是保持个体性的状态和趋势的因素，也就是使得系统丧失整体性、整体失稳、出现新情况的因素，因而与系统的创造性相联系。作为竞争对立面的协同则是使得系统保持和具有整体性、稳定向既有方向发展的因素，因而与系统的目的性相联系。竞争和合作、创造和目的是紧紧地联系在一起的，共同决定着系统的发展演化，并在一定条件下，交换着各自对于系统演化发展的主导地位或发生相互转化。 7．发展的统一性：相似和重演 现实系统存在的相似性，是无数系统演化发展过程的相似性——重演一一的空间并列。无数系统的空间的形形色色的并列存在，以无数系统时间上的生生不息的循环演化为前提；反过来也一样，无数系统时间上的生生不息的循环演化，也以无数系统的空间上的形形色色的并列存在为补充。 系统演化经历：平衡态~均匀正弦波振荡~复杂周期态~混沌~混沌和周期性的混合式振荡~张弛式振荡。这里出现了连续的从混沌到有序，从有序向更高有序即非平衡混沌，混沌自身也可以向更高级的有序发展这样的系列。系统演化的每一相对完整的阶段也是从一种有序到另一种有序的发展。经过稳定一失稳—再稳定的发展演化，也表现出相似性。 8．发展的循环性：混沌和有序 混沌运动是一种典型的非周期运动，是周期性运动的对称性破缺。对称性破缺即意味着有序性的提高，所以混沌运动是一种有序的运动，混沌现象也是一种有序。混沌的有序性还体现在自相似结构上，自相似结构也是一种典型的有序性。 总之，混沌既非简单的无序，也非通常的有序，它是嵌在无序之中的有序，是一种有序和无序难分难解地联系在一起的高级的复杂有序：有序和混沌相互联系，可以相互转化。 从混沌到有序，从有序到混沌，这是物质系统演化发展的循环。“除永恒循环变化着，永恒运动着的物质以及这一物质运动和变化所依据的规律外，再没有什么永恒的东西。” |
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