在“有机构成”的系统论中,组分之间维持固有关系表现秩序的形态是核心,并提出了内稳态自我维持的结构,它侧重动态平衡系统现象研究。这种系统论的核心是“自组织”。
“‘自组织’一词我们并不陌生,如结晶的形成、河流的蜿蜒、植被的变迁、动物的蜕变等随处可见。但是令人感到意外的是,自组织系统逻辑并没有像第一代‘一般系统论’那样的方式得到梳理。自组织系统现在仍然处于计划应用认知系统或批评言论的阶段,同时受自生系统提出的影响,正在对自组织的逻辑本身进行改良。作为古典难题,事实上像普里戈金和哈肯的无机现象的自组织与超越艾根和罗特的有机现象的自组织之间并没有联系起来。” “有机构成”系统论侧重“关系”,“自组织”系统论侧重“生成”。“所谓的形态是由于连续进行生成过程而看似静止的系统表现” ,开放系统在同环境进行物质能量信息的交换中形成自我是秩序状态,侧重“自组织”。植物经生根发芽长成植株,动物昆虫蛹经蜕变长成成虫,它们都在持续的动态非平衡系统中进行自我生成,表现出“自组织”现象。
“(1)自组织的生成过程偶然开始(初源偶然性)。(2)即便是在初期状态偶然成立的情况下,生成过程继续时,也有可能回到原来的状态。在分歧点上,如果单方发生情况,系统整体就会迅速坍塌般转向那边(瀑布的不可逆行)。(3)在分歧点上生成过程发展的话,系统整体的状态会一举发生变化(相变)。在此,力学的平衡系统成为前提,莱布尼茨说的原因=结果的原理,表面上看是不成立的。似乎是系统的小小混乱引发了严重的结果。(4)一旦生成过程开始,这一生成过程就会反复进行(生成过程的反复进行)。系统局部偶然发生的是过程就会扩展到系统的整体部分。会突然形成要素中看不见的秩序,偶然运动要素和秩序之间产生飞跃。亚里士多德的‘自然界不存在飞跃’的原理,曾经被量子的飞跃所动摇,而在自组织系统中,这种动摇是全面的。(5)自组织系统,通过与环境的相互作用,使自己的边界发生变化。这一系统通过自身的运动使周围条件发生变化,并且这一变化又对系统的运动产生影响(自我边界的变化)。(6)自组织系统是与环境之间进行物质代谢、能量代谢、信息代谢(系统的开放性)。为此,系统中输入和输出是不可或缺的,两者的差异是赋予系统特征的重要变数之一。输入和输出的差异,由站在系统外面的观察者所理解。自组织系统的基本概念,基本都出全了。如果再加上‘自我参照性’的话,第二代系统论的基本用语一览表就完整了。”
1945年,比利时物理化学家普里戈金发现最小熵产生定理,之后他吸收一般系统理论思想,把非平衡热力学和非平衡统计物理学应用于机能系统的自组织问题研究,于1969年正式创立耗散结构理论。耗散结构理论是在非平衡热力学和非平衡统计物理学发展过程中出现的一个科学假说。 现实中,机能系统是充满变化的开放系统,都存在物质、能量和信息交换。耗散结构理论是对特定系统的机能研究,其解决热力学与进化论的矛盾,对自然科学、生命科学和人文科学的研究具有推动作用,揭示了开放系统的物质能量和信息交换对于物质发展的意义。协同学起源于德国物理学家哈肯关于激光的研究。他利用统计学和动力学相结合的方法研究激光原理和机制,发现激光是普通光系统在远离平衡态时出现的相变,把激光理论模型应用到生态学、气象过程、星云演化等,发现系统内部子系统都具有竞争、协同的特性,称之为协同学。现实系统内部的要素组分(或子系统)之间,都具有竞争与协同的关系。竞争是机能系统中要素组分“各自”表现的动力现象,而协同是机能系统中要素组分“联合作用”表现的共同动力现象。哈肯借助“序参量”和“伺服”概念来描述机能系统中“联合作用”的协同,这两个概念是协同学的核心概念。
1970年艾根提出了超循环思想,他从实验和理论两个方面,对生命起源进行探索,认为在生命起源和发展的化学进化中,存在从反应循环到催化循环再到超循环的由低到高的循环组织。超循环是一个自然的自组织原理,它使一组功能上耦合的自复制体整合起来并一起进化。其中,自复制体为选择而竞争,且稳定的野生型信息量是有限的,筛选的竞争通过相互依赖的简单形式被联结在一起。物质系统的超循环发展,其进化中有大量的随机事件即自复制误差和突变,组织正是利用这种误差之机,利用突变扩大循环组织并增加信息容量而向更高复杂性进化。在这一进化进程中,必然性通过大量的偶然性表现自己,并为自己开辟着道路。 整个自然世界通过循环的循环进化,由低级循环向高级循环发展。达尔文在19世纪中叶建立了生物进化论,艾根的超循环理论在分子水平上把竞争与协同结合起来,解决了生命起源问题,发展了生物进化理论。
1963年,美国气象学家洛伦兹发表《确定性的非周期流》一文,第一次明确地从确定性方程得到随机性的结构。他的数值天气预报方程是确定的和非线性的,当初始值出现微小误差时,方程的解出现非周期性振荡,即产生随机性。它是一种非环境噪声影响的、非原于无穷多个自由度相互作用的、非原于量子力学不确定性造就的,而是系统内在的随机性。洛伦兹把这种现象比喻为蝴蝶效应。人们把在某些确定性非线性系统,不需要附加任何随机因素,由于其系统内部存在着非线性的相互作用所产生的类随机现象称为“混沌”“自发混沌”“动力学随机性”“内在随机性”等。“混沌研究的进展,无疑是非线性科学最重要的成就之一。它正在消除对统一的自然界的决定论和概率论两大对立描述体系间的鸿沟,使复杂系统的理论开始建立在‘有限性’这个更符合客观实际的基础上。跨越学科界限,是混沌研究的重要特点。普适性、标度律、自相似性、分形几何学、符号动力学、重整化群等概念和方法,正在超越原来数理学科的狭窄背景,……这也许是20世纪后半叶数理科学所做的意义最为深远的贡献。” 混沌学家认为,混沌是自然世界的一种普遍运动形式,它具有确定性、非线性、非周期性和对初始条件的极端敏感依赖性。混沌理论揭示了自然界和社会存在混沌的客观现实,指导人们认识混沌,实现面对混沌不“混沌”的目的。混沌理论研究的是自然界系统内在的非线性自组织的普遍现象,它是本能系统的内部自组织运动的普遍现象。
“从混沌到有序”“从未分化的始源向分化出来的关系”等都表明自组织系统中秩序的形态相变现象。“如果从分子层面重新理解作为宏观现象被明确感知到的相变的话,就会发现任意活动的多数分子由于某种契机,或只是偶然地开始有秩序的协调活动。好像有一个给分子运动发出命令的‘统治者’,这个统治者向分子发出协调性运动命令,分子的运动呈现出协动现象。当然这里所说的统治者,只是单纯为了说明而做的一个比喻,现实中分子集合,在分子各自的关系中开始协调性运动。分子集合包含了本身自组织的事实,这种现象称之为‘自组织’。” 哈肯将这种相变时产生的分子间的协调性活动称为“协同现象”。在B-Z反应化学现象中,Ce 2 (SO 4 ) 3 ,kBrO 3 ,CH 2 (COOH) 2 ,H 2 SO 4 以及氧化还原指示剂两三滴混合搅拌,做成均一混合液,其颜色随时间变化,周期性地呈现红、蓝、红、蓝的颜色。“哈肯认为,在这种化学反应中,分子间新的协同活动,分子互相协助复制和自己相同的分子,形成了自我催化作用。但实际上,在这一反应整体中,似乎有80个化学反应参与其中,至今其全貌仍不明朗。这种包含自动创造性的现象,在生命现象中为人熟知,但作为从物理学角度对宏观法则提出异议的观点,却受到了人们的热切关注。” “物理学上的系统会随着时间的流逝逐渐向熵增大的方向转移。但是在自组织的现象中,似乎产生了违反熵增大这一严格规则的现象。这就是引起人们热切关注的理由。” 向水中滴入一滴墨水,墨水扩散,会将系统整体的墨水浓度的偏差变成均质而达到平衡状态,但不会出现扩散的墨水再次凝结成一滴墨水。“关于自组织的现象与熵增大法则完全对立这一点,由于自组织系统不是闭锁系统而是开放系统,因此熵增大法则不成立。哈肯也是这样解释的。……在有机体的开放系统方面,洛伦兹和薛定谔认为是从外部获取负的熵来维持自我。强调开放性,也就是从外部寻找与熵增大法则相反现象的成立要因,即将秩序化的可能性诉诸外部。也就是说,通过向遵循规则的系统外部发出指示,从而将创造发生的可能性从外部带进来。” 如果系统自组织的原因从外部带进来,即从外部寻找系统自组织的动力,那么只能说明我们并未把握住“整体”。自组织的动因依旧是个难题。