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自组织是系统科学的一个重要概念，它是复杂系统演化时的特定现象。协同学创始人哈肯对自组织给出如下定义：如果一个体系在获得空间的、时间的或功能的结构过程中，没有外界的特定干涉，我们便说该体系是自组织的。这里的“特定”一词是指，这种结构或功能并非外界强加给体系的，而且外界是以非特定的方式作用于体系的。自组织包含3类过程，即由非组织向组织的演化过程、由组织程度低向组织程度较高的演化过程，以及相同组织层次上由简单到复杂的演化过程。自组织理论是研究自然与社会的自组织现象、规律的学说，它是一个理论群，包括耗散结构理论、协同学理论、超循环理论、突变理论、分形理论和混沌理论等，这些理论尽管研究内容不同，但是都具有共同特征，都是研究非线性复杂系统的自组织形成过程。其中，耗散结构理论揭示自组织现象形成的环境与产生条件，协同学理论则较多地涉及自组织形成的内在机制。
耗散结构理论由普利高津于1969年通过报告《耗散结构与生命》提出，是自组织理论中自组织条件方法论。它主要研究系统如何开放、开放的尺度、如何创造条件走向自组织等方面的问题，是对系统自组织产生的条件、环境等给出科学判断的理论，是自组织条件方法论。
耗散结构理论认为：一个开放的系统，当到达远离平衡态的非线性区时，一旦系统的某个参量变化到一定的阈值，系统可能从稳定进入不稳定，通过涨落发生突变，即非平衡相变，于是系统由原来无序的混乱状态转变到一种新的有序状态，这种在远离平衡的非线性区形成的新的有序结构，并以能量的耗散来维持自身的稳定性，普利高津称之为耗散结构（dissipative structure）。这种系统能够在一定外界条件下，通过内部相互作用，自行产生组织性和相干性，称为自组织现象，因此，该理论也被称为非平衡系统的自组织理论。
普利高津指出，非平衡是有序之源，平衡态是无序的，耗散结构的形成和维持需要满足以下4个条件：
①开放性，即系统能够不断地与外界进行物质、能量、信息的交换。
②远离平衡态，即系统想要向有序化发展，必须处于可能发生突变的远离平衡态的状态，平衡态是一种混乱无序的状态，远离平衡态具体表现为系统内部的各子系统存在较大的差异。
③非线性，即系统从无序向有序发展，必须通过组织内部要素的非线性相互作用来完成。
④涨落现象，即系统总是不断地受到来自系统内部和外部环境的扰动，使得系统在某个时刻、某个局部的范围内产生对宏观状态的微小偏离。
为科学、客观地度量耗散结构，普利高津选取物理热力学中熵（entropy）的概念，它对复杂系统的研究至关重要。按照德国物理学家克劳修斯的提法，熵用来度量能量从高级形式向低级形式转化的程度，是指不能再被转化做功的能量总和的测定单位，是度量系统混乱程度的物理量。通常，探讨熵的绝对量是没有什么意义的，一般用熵的变化来衡量系统的有序度。热力学第二定律指出，系统的熵的增加，意味着系统无序和混乱程度增大。耗散结构理论指出，耗散结构只有在非平衡条件下通过和外界环境不断交换物质和能量才能维持，对于这一类开放系统，耗散结构理论给出了熵变化公式，为：
其中：S表示系统的熵；dS表示系统的熵的变化；d e S被称为熵流，是系统与外界环境进行物质、能量与信息交换所引起的，其符号可正可负；d i S被称为熵产生或熵源，是系统内部的不可逆过程引起系统内部熵增加或熵产生，d i S是正的，或是在没有不可逆过程时为零。当系统的熵流d e S<0，且这个负熵流足够强，满足|d e S|<d i S时，系统的总熵将减少，从而使系统向有序状态发展。
协同学理论解释了系统自组织走向有序结构的内在动力机制，即子系统通过怎样的合作，在宏观尺度上形成空间、时间或功能上的有序结构。哈肯发现，不论是平衡相变或者非平衡相变，系统在相变前之所以处于无序均匀态，是由于组成系统的大量子系统没有形成协作关系，各行其是，杂乱无章；而一旦系统演变到相变点附近，这些子系统仿佛得到某种“精灵”的指导，会建立起协作关系，以很有组织性的方式协同行动，从而导致系统宏观性质的突变。协同学理论由三大基本原理构成：不稳定原理、支配原理和序参量原理。哈肯认为系统自组织取决于少数序参量，涨落在系统结构演化中发挥着必不可少的关键作用。
①不稳定原理。不稳定原理指出，当系统控制参数达到临界值时，系统旧的状态会失去稳定性，预示着新状态的出现。
②支配原理。支配原理又称伺服原理或役使原理。该原理指出，有序结构是由少数几个缓慢增加的模或变量决定的，所有子系统都受这少数几个集体变量的支配。在系统相变过程中，慢变量主宰着系统演化方向，支配着快变量的行为。当系统走向有序，到达临界点或临界点附近时，将出现少数慢变量支配多数快变量的情形。
③序参量原理。序参量是描述系统宏观有序度的状态参量，在整个系统演化过程中起决定性作用。当众多子系统处于无序的旧结构状态时，各子系统各自运动，不存在合作关系，无法形成序参量；当系统趋近临界点时，子系统发生关联形成合作关系，协同行动，导致序参量的出现，序参量一旦形成就会成为主宰系统演化的力量。
本书所探讨的城市废弃物资源化共生网络，是城市废弃物管理系统发展的高级阶段，是一种更高效、更有序的废弃物管理系统。原有的城市废弃物管理系统在什么条件下才能向更为有序的共生网络进化，以及依据怎么的动力机制才能形成，可基于耗散结构理论和协同学理论给出科学的解释，将在本书4.3节和4.4节予以具体研究。