“耗散结构理论”学习整理

一、耗散结构理论介绍

一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。

普利高津本人曾对耗散结构形成的条件,作过简单通俗的说明。他写道:“生物和社会组织包含着一种新型的结构,……社会和生物的结构的一个共同特征是它们产生于开放系统,而且这种组织只有与周围环境的介质进行物质和能量的交换才能维持生命力。然而,只是一个开放系统并没有充分的条件保证实现这种结构。只有在系统保持“远离平衡”和在系统内的不同元素之间存在着“非线性”的机制的条件下,耗散结构才能实现”[1]。显然,人既有生物的属性,又有社会的属性,人的生命过程既参与生物运动,也参与社会运动,更具备形成耗散结构的条件。[1]

二、和其他理论的结合

1.系统论

系统论是研究系统的结构、特点、行为、动态、原则、规律以及系统间的联系，并对其功能进行数学描述的新兴学科。系统论的基本思想是把研究和处理的对象看作一个整体系统来对待。系统论的主要任务就是以系统为对象，从整体出发来研究系统整体和组成系统整体各要素的相互关系，从本质上说明其结构、功能、行为和动态，以把握系统整体，达到最优的目标。

系统论认为，开放性、自组织性、复杂性，整体性、关联性，等级结构性、动态平衡性、时序性等，是所有系统的共同的基本特征。[2]

2.信息论

在平常状态下，信息子杂乱无章地分布于四维空间中。当三维空间中的分子摩擦碰撞时，其中的能量逃逸到四维空间中，启动了信息子的规则排布，排布好的信息子又将能量释放出来，进入三维空间，引起其他分子的摩擦碰撞，如此循环下去。如果被引起摩擦碰撞的分子恰好是决子（decider，决定事件的因子，如引起神经冲动的钠钾离子、引起雷电的电荷），并且有一定物质的量的决子被引起摩擦碰撞时，事件发生。当然，不同分子摩擦碰撞产生的能量不同，其引起的信息子的排布形式的种类也不同，因而决定的事件也不同。

然而，在宇宙爆炸前只有信息存在，一个决定因素（现在还不了解这个因素是什么）导致了信息子的偶然规则排布，一部分信息子转化为能量（信息子转化为能量是有一定条件的，这只有在宇宙爆炸前或初期才能实现），能量再在一定条件下转化为物质，并继续转移转化，最终形成了我们现在的宇宙。因此，信息子的有序排布是事件发生的根本原因，物质摩擦碰撞是事件发生的直接原因，而能量的传递是事件发生的必要条件。[3]

3.控制论

维纳把控制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学，是研究动态系统在变的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学[4]

4.协同论

协同论认为，千差万别的系统，尽管其属性不同，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，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，这种系统会研究内容，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，类比拓宽于其它学科，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。[5]

5.超循环论

在生命现象中包含许多由酶的催化作用所推动的各种循环，而基层的循环又组成了更高层次的循环，即超循环，还可组成再高层次的超循环。超循环系统即经循环联系把自催化或自复制单元连接起来的系统。在此系统中，每一个复制单元既能指导自己的复制，又能对下一个中间物的产生提供催化帮助。[6]

6.突变论

在自然界和人类社会活动中，除了渐变的和连续光滑的变化现象外，还存在着大量的突然变化和跃迁现象，如水的沸腾、岩石的破裂、桥梁的崩塌、地震、细胞的分裂、生物的变异、人的休克、情绪的波动、战争、市场变化、经济危机等等。突变论方法正是试图用数学方程描述这种过程。突变论的研究内容简单地说，是研究从一种稳定组态跃迁到另一种稳定组态的现象和规律。

突变论认为，系统所处的状态，可用一组参数描述。当系统处于稳定态时，标志该系统状态的某个函数就取唯一的值。当参数在某个范围内变化，该函数值有不止一个极值时，系统必然处于不稳定状态。雷内托姆指出：系统从一种稳定状态进入不稳定状态，随参数的再变化，又使不稳定状态进入另一种稳定状态，那么，系统状态就在这一刹那间发生了突变。突变论给出了系统状态的参数变化区域。

突变论提出，高度优化的设计很可能有许多不理想的性质，因为结构上最优，常常联系着对缺陷的高度敏感性，就会产生特别难于对付的破坏性，以致发生真正的“灾变”。在工程建造中，高度优化的设计常常具有不稳定性，当出现不可避免的制造缺陷时，由于结构高度敏感，其承载能力将会突然变小，而出现突然的全面的塌陷。突变论不仅能够应用于许多不同的领域，而且也能够以许多不同的方式来应用。[7]

三、耗散结构理论应用

1.耗散结构与生命活动

哪里有生命，哪里就有产能耗能过程。有人计算过，即使一个人处于绝对静态，每天也得耗能5855-7528千焦耳。除了维持体温以外的40-50%的能量，转换成各种不同形式，以保证人体静或动态下的动作、姿势、心搏、呼吸、消化吸收，思维活动、情绪演变、同化合成、异化分解，各种激素、介质、细胞外间质及体液的制造；骨骼肌、平滑肌的舒缩；营养素的摄取、高熵代谢物的排泄、随机环境的适应等等，须臾离不了能量。

生命过程同时受热力学第二定律和耗散结构自组织两个因素的支配（当然还有其他自然规律的支配）。随着体育训练的强度、时间、密度的增加和同外界物质、能量及信息的不断交换，达到某一阈值时，生命体借突变呈现出系统结构和功能上的质变，非平衡态系统维持自身稳定性的量变过程，是在其内部诸要素间非线性相互作用过程中实现的。[8]

2.耗散结构理论和心理学

心理系统是由若干子系统协同作用、相互渗透、相互制约而构成的一个复杂整体。

2.1基本根源系统

个体的自然效应系统（即个体的实践活动，包括个体对其生活空间的反应：初始反映及反馈反映，即客观的主观化或称客观的内化；个体对生活空间的行为，即主观的外化）三个因素共同构成心理系统的根源系统。它是心理系统形成和发展的环境、物质依托及载体。

2.2基本基核系统

人的心理是一个系统。知、情、意三个要素作为其三个基核（基核即自组织系统的最基本要素）相互联系、相互制约、相互渗透。没有对客观世界的认识，没有对外界事物的情绪，没有对现实事物的积极改造的意志过程，个性心理特征就无由形成。

2.3中介系统

2.4个性系统[9]

3.中医领域

人体系统内普遍存在着各种各样的信息活动，在信息的不断作用下，人体生命不断发展变化，表现出复杂的生命信息现象；人体不断地从外界环境中接受信息、使用信息，通过信息的反馈调节作用使人体适应外界环境的变化。（2）在人体系统中，气是物质、能量、信息三者综合运动的概括，气是感应和传递信息的载体，气的运动始终伴随着信息运动，气机运动是人体系统与外界环境间进行熵流代谢的过程，通过气的升降出入运动主要是从外界获取某种信息，以维持集体的低熵有序状态（3）……（4）从小尺度时间上看，人体由一种健康态转变到一种病理状态，或由某种病理状态转变到另一种病理状态，即中医证的变化，都可能有新的结构生成，只不过从健康态到病理态或者某种病理态到另一重病理状态，相应系统的有序程度比原有的低（5）……（6）人体保持健康有序状态，关键是从外界获取必要的信息以抵抗人体系统内部的熵增，通过信息的作用使人体系统保持低熵有序。而到底交换多少信息，这在理论上是可以计算的。[10]

4.经济领域

4.1经济分析

4.2证券市场

证券市场是自组织的市场，是一个非线性动力系统，不存在传统意义上的技改的均衡，而只是在不断的演化动态之中，并且这个过程是与其他经济系统的演化协调并进的。我们无法对证券市场演化的具体目标做出正确判断，更不能强行施加我们自己期望的合理目标。正如阿瑟所说，“不是一只沉重的手，也不是一只的手，而是轻轻推动的手”。这个轻轻推动之手，实际上就是一种存在外部控制参量的参数控制条件下的自发的自组织过程。交易者子系统中，众多的交易者首先表现为各向异性：他们具有不同的信息搜集能力、资金能力和交易策略偏好，同时相互影响，相互作用，既有竞争又有协同。正是由于他们之间复杂的非线性关系或者说自组织动力特性才使得整个市场表现出自组织的宏观表象。[11]

5.企业管理

公司作为整个社会经济系统的子系统，与整个社会经济系统具有自相似性，即公司系统符合自组织系统的各项条件。从耗散结构形成的条件来看，公司系统不可能孤立的存在于社会经济系统之中，而是必须通过与外界的物质、能量、信息交换来生存和发展，公司内的各个部门之间，绝不是简单的相加作用，而是充满了非线性因素的作用。在企业的耗散结构中，存在三种熵流：总熵流、正熵流、负熵流。其中正熵流和负熵流为独立流，而总熵流则等于正熵流与负熵流的代数和。[12]

6.社会学领域

人类社会是一种耗散结构系统,社会治理系统作为社会系统的子系统同样需要遵循耗散结构的演化规律。社会治理应借鉴耗散结构理论,以开放性为基本条件,以各种创新为本质要求,通过不断创新导入负熵,使系统远离平衡态,增加内在活力,同时以持续创新保持非线性作用和触发涨落促进结构性突破,使社会治理形成有序的耗散结构。

注释

【1】参见百科词条“耗散结构理论” 理论分类

【2】参见百科词条“系统论”

【3】参见百科词条 “信息论” 理论分类

【4】参见百科词条“控制论”

【5】参见百科词条 “协同论” 理论分类

【6】参见百科词条“超循环论”

【7】参见百科词条“突变论”

【8】耗散结构理论及其在企业管理中的应用易元红

【9】耗散结构理论在金融市场中的应用 

耗散结构理论在经济分析中的应用赵叔平刘昌

【10】 耗散结构理论度的中医人体生命信息现象易耀森硕士学位论文

【11】从耗散结构理论看心理失调与调适赵守盈/刘旭华

【12】谈人体生命活动的耗散结构与混沌 刘家兴/刘燕安