网海探熵实录

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※辽宁师范大学研究生急索<熵与耗散结构>资料
2005年4月12日辽宁来电，仃网期急索<熵与耗散结构>资料.来电摘录如下:
徐老师:
您好! 我是辽宁师范大学心理学系的研究生***.我们开了一门研究方法的专业课,每人讲一个哲学观点.我要在本周四也就是4月14号讲耗散结构论.在此之前,您创建的网页上面关于熵与耗散结构论的知识对我启发甚大,我非常感谢.但是,由于网页系统升级,原有资料暂时不能显示了,而我又急需参考,所以我就查到您的电子邮箱,冒昧的给您发邮件,希望您能将关于熵与耗散结构论的资料通过邮箱发给我.最后,我对您表示诚挚的感谢与衷心的祝福:祝愿您身体健康!
2004-8-13 18:08:38  北京SilentTree
提到反思文革，我在学习自组织理论的过程中，有一点体会，自组织理论认为系统必须要优化演化走自组织而非被组织的道路，我理解为，其发展必须具备好几个条件1.多元性。子系统（或称要素）〉=3 2.开放性 3.与时俱进反应性，或者说流动性（我理解的远离平衡态的意义）4. 独立自主性（自组织理论的根本精神）5. 建立控制反馈机制、竞争协同机制、超循环网络机制 。前四可以理解为系统的精神。我想文化大革命下的国家系统发展正是根本违背了这前四种精神，所以导致一场惨烈悲剧吧。您以为呢？有关这种理解，我还应用于企业组织诊断，写了一篇《企业组织诊断模型设计与应用研究的》论文，希望以后有机会听到您的意见，启发我对企业管理的思考.
2004-12-10 21:16    Asean Great  的留言
进化理论（无论是达尔文进化论还是拉兹洛的广义进化综合理论）都强调了差异性/多元性。而拉兹洛的进化论思想受普里高津影响很大，其实，普里高津的耗散结构理论也是进化的思想！
学习自组织理论仅仅学习耗散结构理论是远远不够的，协同学、突变论、超循环理论、混沌理论、一般系统论、信息论和控制论等都必须了解，甚至至少要包含自然哲学！
本人作为管理类的研究生，学习系统科学半年来，收获颇丰，并将自组织理论运用到论文开题中
┉目前我希望继续系统科学应用于企业组织诊断的研究，希望得到您的指导。我很爱好先秦哲学，对老庄的思想极为喜欢。目前在北京一家管理咨询公司做管理咨询顾问。
康桥网站论坛网友议<从混沌到有序>
康桥：
今日阅读“网海探熵”，关于“从混沌到有序”，第一次接触，立刻着迷，每次进入先生主页，总是有所收获，幸甚！
余言：
看来你将成为关注耗散结构理论而留言的第三位网友.实在说,我接触多年,也是心有余而力不足,至今仍是似懂非懂,却又很想应用该理论去面对现实难题进行探索.你不难发现,我在网页相继推出三个专辑:耗散结构、红楼梦、文革史实述评.人们或许会以为这是风马牛不相及!我是理工科出身,绝不会像那些仅仅依靠灵感而高谈阔论的文人们多愁善感!尽管这种探索未必见效,但我相信,社会科学乃至人文科学应该与自然科学一样,遵守客观规律.而我至今还只相信耗散结构理论是真正科学.我很希望在大学生网友中能找到具有研讨实力的知音人材,而我毕竟人老力乏,这个课题只能出题目却无法写论文.正因如此,上网后我正在努力拓宽关注面,但收效甚微,只好听之任之吧.文革,这埸民族灾难,如何依靠科学找到合理解释和对策措施,恐怕只能寄望下一代了
来自 京 的 康桥 于 2004-06-20 11:49:24 写到：
因没有全部读完那三个课题的相关文章，故不敢多发议论，且贴于自己主页，容后探讨。
看了这篇文章，你不想发表一些你的感受见解么？-->>这里投稿
该篇文章还没有编辑完，待读完“从混沌到有序”全文后，对此相关知识有个大致的了解后，不敢说探讨科学，但求用于现实，或许如余老所言，可以理出一个对待生活的合理解释。
经常光顾小站的亚老师如果感兴趣，请就此问题我们畅所欲言，求一个开怀！
也希望余老不吝赐教！
来自 京 的 康桥 于 2004-06-20 11:52:26 写到：
与亚老师的留言：老师如果去我的主页，大概看到了余老的留言，而我亦很迷茫，余老先生是看不起那些夸夸其谈者，而我对此，实在是一知半解，连一知半解也没有，可以说是第一次接触，但是我想从中找到答案的同时，却更加迷茫了。想放开这个话题，可是它太有吸引力了，我还是在研究那本书，呵呵，走进去，才发现自己上当了，出又出不来。
来自 大连 的 孤舟蓑笠翁 于 2004-07-04 11:03:56 写到：
康桥，不要夸夸其谈，仔细研究！另外一定要向他人请教，不懂就问，有什么不好意思的，这种研究是值得的。有机会我也拜访一下余言先生，你把他的网址发给我
来自 打非哦 的 言论 于 2004-07-08 09:05:04 写到：
在《确定性的终结》里，普利高津干脆把第七章的标题取为“我们与自然的对话”，他开篇即言：“科学是人与自然的一种对话，这种对话的结果不可预知。在20世纪初，谁能想象到不稳定粒子、膨胀宇宙、自组织和耗散结构？但是，是什么使得这种对话成为可能？时间可逆的世界也会是一个不可知的世界。”他进而指出：科学的经典理念，一个没有时间、记忆和历史的世界，使人想起赫胥黎、昆德拉和奥威尔所描绘的极权主义梦魇。我们对我们的宇宙了解得愈多，就愈难相信决定论。我们需要一个更加辩证的自然观。
有趣的是，科学史学、科学哲学、科学社会学这三界近年活跃于京城的科学文化人“四条汉子”皆对普利高津的思想有所感悟。“一段时间以来，在出版物中，以‘终结’作为标题的书籍似乎总是受到特殊的关注。”（刘兵）“普利高津的著作旁征博引、纵横捭阖，把新的科学思想与西方哲学、西方历史文化交织在一起叙述，颇有开风气之先的大哲风范。”（吴国盛）“‘从混沌到有序’的叫法容易产生误解，使人觉得混沌与有序是截然对立的，在价值取向上倾向于后者。”（刘华杰）“普利高津把从前的思想又向前推进了一步，提出了一些在根本问题上与其他当代大科学家如霍金等人相左的观点。这些观点的革命性是无疑的。”（田松）既然普利高津的“三部曲”《从存在到演化》、《从混沌到有序》、《确定性的终结》乃是上述三门学科的交融之作，对大众的影响也许超过科学界，普利高津被视为传播现代科学文化理念的思想家就不奇怪了。
有一次，普利高津在莫斯科的罗蒙诺索夫大学参加物理学会议。会后，他被请到一面特殊的墙壁跟前。墙壁上有大物理学家狄拉克、玻尔等人的题词。普利高津略一踌躇，写下一句惊世骇俗的话：“时间先于存在。”普利高津对霍金在《时间简史》里描绘的所谓“虚时间”多次表示不以为然，他在《确定性的终结》里用专门一章来论证，尽管我们的宇宙有年龄，产生我们宇宙的介质却没有年龄；时间没有开端，也许亦无终点；我们确实是时间之矢之子、演化之子，而不是其祖先。
除了时间（time）、混沌（chaos），普利高津关注的还有众说纷纭的复杂性（complexity）——一个容易使人望文生义，引发种种伪科学议论的概念（郝柏林语）。由于混沌往往与复杂性纠缠不清，《科学的终结》的作者竟然杜撰了一个怪词“混杂性”（chaoplexity）来称呼搞混沌与复杂性研究的科学家，于是，有些熟悉普利高津著作的自然科学家，其中不乏背诵过普利高津语录的青年一代“混杂学家”，对普利高津不大恭敬，指责他自高自大，对自然科学没有作出什么具体贡献，不过是重复了别人的实验并夸大了其哲学意义，同其他诺贝尔奖得主相比，普利高津应该是最不够格的一个。普利高津可是诺贝尔奖级的科学文化人，对这种话听得多了，根本无动于衷。
在霍根看来，普利高津之所以受到科学家们的敌视，很可能是因为他揭示了20世纪末自然科学的阴暗面，甚至从某种意义上说是掘就了科学的坟墓。而80高龄的普利高津本人，也豁出去了，直言霍金《时间简史》的谬误，我们并未到了接近了解“上帝意志”的终结时刻，相反他宣称，我们确实处于一个新科学时代的开端，我们必须参与明天社会的建设。
汪丁丁觉得，普利高津对以往科学的批判落实为他对“时间”的理解。由于耗散结构与“复杂”在世界秩序的发生过程中所起的奠基作用，由于在可逆的数学的“时间”模式中不可能出现耗散结构与“复杂”，所以，由量子理论与古典力学统治着的“时间可逆”的世界不可能出现创生过程。新的科学必须重新理解“时间”本身。曾国屏称他为“20世纪科学中的赫拉克利特”，吴国盛则写道：“我相信，普利高津这位当代最伟大的自然哲学家，以及他的新生代的科学同行们，将会被历史地认定为这场科学革命的先驱，尽管他们像一切先驱者那样总会遭到传统科学共同体的敌视，也无法真正摆脱自己的出身（比如人们总要强调普利高津是一个诺贝尔奖获得者）。”
来自 京 的 康桥 于 2004-07-08 09:18:30 写到：
有趣的是，科学史学、科学哲学、科学社会学这三界近年活跃于京城的科学文化人“四条汉子”皆对普利高津的思想有所感悟。“一段时间以来，在出版物中，以‘终结’作为标题的书籍似乎总是受到特殊的关注。”（刘兵）“普利高津的著作旁征博引、纵横捭阖，把新的科学思想与西方哲学、西方历史文化交织在一起叙述，颇有开风气之先的大哲风范。”（吴国盛）“‘从混沌到有序’的叫法容易产生误解，使人觉得混沌与有序是截然对立的，在价值取向上倾向于后者。”（刘华杰）“普利高津把从前的思想又向前推进了一步，提出了一些在根本问题上与其他当代大科学家如霍金等人相左的观点。这些观点的革命性是无疑的。”（田松）
这是我在一次偶然的浏览中看到的句子，很受启发。
其实，这本书首先吸引我的就是书名——《从混沌到有序》，从纯文学的角度来考虑，它仿佛冥冥中的一种遭遇，是我在茫茫然中无所适从的心境下的一缕阳光，我期待的也是可以从这种昏沉的“混沌”状态下解脱，能够真正达到一种“有序”的轨道式排列。
我一头钻了近去，却在各种名词术语里迷了路，又在这样一种科研作品的优美文学化里沉迷。我一点点的啃研，同时在迷宫里一遍遍的转回原地，确实，对于一个外行来说，读懂这本著作太难！我想这也不是余老的本意，您期待的是专家里手来研讨，而不是一个外行的班门弄斧。
近日又忽然邂逅了一个悉心禅道和佛教的歌手，听那清旷纯净的音乐，让人好像有刹那的领悟。当事物达到极至的时候，是不是就会转向另外的极端，所谓物极必反或乐极生悲？
而我现在的迷茫，也许也终会豁然开朗？
我在主页里专门开了一篇文章讨论，很可惜，感兴趣的人不多。期待余老的指点！
来自 000 的 熵减 于 2004-07-08 09:41:54 写到：
耗散结构与嵌入式有序
林涛 赵海王济勇
{E-mail ：lintao@neuera.com}
摘 要：耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。耗散结构理论比较成功地解释了复杂系统在远离平衡态时出现耗散结构这一自然现象，并得到广泛的应用。它已在解释和分析流体、激光器、电子回路、化学反应、生命体等复杂系统中出现的耗散结构方面获得了很多有意义的结果，并且正在用耗散结构理论研究一些新的现象。诸如核反应过程，生态系统中的人口分布，环境保护等，本文提出了嵌入式系统在进行信息交换的时候也会出现一种自发的有序现象－嵌入式有序，并且在对嵌入式系统的各个部分进行合理规划时可以达到整体的性能优化。
关键词：耗散结构，嵌入式系统，普适计算，协同学，有序
目录
1 自然界中的有序现象
2 耗散结构的提出背景
3 耗散结构的有序状态
4 嵌入式系统的有序
5 结论
参考文献
1 自然界中的有序现象
在日常生活中，经常有这样的事情，把一滴墨水滴入一杯清水中，不久墨水就和清水均匀地混和了。相反的过程，即墨水分子自动地在一杯淡黑色水中凝成一滴浓墨水则是不可能的。天空中的云通常是不规则分布的，但有时蓝天和白云会形成蓝白相间的条纹，这叫做云街，是一种云的空间结构。打开松花蛋外壳，琥珀色半透明的蛋白表面有雪花似的"松花"等等。大自然中，如此不可逆的壮观是屡见不鲜的。生活中到处充满这类不可逆过程。例如摩擦生热，而热却不能自动变为磨擦运动。从能量的观点来看，自发过程导致能量"品质"的下降。磨擦生热过程中用率较高的机械能转变为利用率较低的热能了，这又称为能量的“耗散”。可见任何自发的理化过程，都是从复杂向简单、从有规律向混乱、从不平衡向平衡发展。但是上述的有序现象是如何产生的呢，是否有一种力量支配着上述系统从无序走到有序呢，千百年来，我们的先辈们伴随着这些疑问不断的探索和挖掘以找到问题的答案。
2 耗散结构的提出背景
要研究耗散结构就一定要从热力学第二定律谈起。热力学第二定律的思想萌生于卡诺，他对此做出了不朽的建树。1850年，克劳修斯从能量守恒的新的角度描述了卡诺循环。他发现，卡诺所说的需要有两个热源和他提出的理论效率公式，都表达出热机所特有的问题：一定要有一个对转换进行补偿的过程(在此处，就是用接触一个低温热源的方法进行冷却的过程)，以便使热机恢复到它初始的力学状态和热学状态。在表达能量转换的平衡关系中当然要包括两个过程：一个过程是热源之间的热流，另一个是热转变为功。开尔文在1851年提出了：“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。”这一表述就是历史上称之为“热力学第二定律的开尔文说法”。自然界中有多种多样的不可逆过程，如热量传递的不可逆性，即热量总是自发地从高温热源流向低温热源。但其逆过程，热量从低温热源流向高温热源则需借助于制冷机。有关这一不可逆过程，克劳修斯如是说：“不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他影响。”历史上称之为“热力学第二定律的克劳修斯说法”。
“热寂”说是19世纪中期英国物理学家开尔文和德国物理学家克劳修斯根据热力学第二定律所作的宇宙学推论。该理论认为，整个宇宙是朝着单一的方向变化的，宇宙中一切机械的、物理的、化学的、电磁的、生命的等等各种能量，最终将全部转化为热能。而热又总是自发地从高温部分流向低温部分，直至到达温度处处相等的热平衡状态为止。按照克劳修斯的说法，“宇宙的熵趋向于极大。宇宙越是接近于熵极大的极限状态，进一步变化的能力就越小；如果最后完全达到了这个状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态”。19世纪的热力学预言了宇宙会因为“热寂”而死亡，20世纪的宇宙学再一次问询“世界末日”：宇宙会灭亡吗？地球会消失吗？生命会终止吗？人类还会继续存在吗？
3 耗散结构的有序状态
生物发展的历史又给出了一个时间箭头，这就是进化的箭头。它和前面所说的物理学上的退化箭头形成鲜明的对照。这里，就产生了克劳修斯和达尔文的矛盾，即退化与进化的矛盾——生物界(包括人类社会在内)似乎遵循着自己的特殊规律，它与物理世界的规律完全不同，甚至恰恰相反。但这两种观点能长期和平共处，这在科学史上是一种颇为奇特的现象。能这样和平共处的一个重要原因是许多人回避这样一种矛盾。猜想生命科学和非生命科学可能受制于不同的力学规律，它们之间隔着一条不可逾越的鸿沟。为了弄清生命有序现象，必须寻找新的自然原理。
那么，自然界到底是往无序还是向有序的方向发展变化呢？这个带有根本性的问题严峻地摆在物理学家面前。普利高津“被科学在看待时间的方法上的巨大矛盾惊呆了，正是这个矛盾促使他从此开始了他一生的工作”。他认为，要把热力学和动力学，热力学与生物学统一起来，就必须研究自然界中存在的远离平衡态的有序结构、生物和生命现象，必须朝着更为普遍的热力学理论方向发展。他坚信，在一定条件下，不可逆过程会产生令人讨厌的消极作用，但在另一类条件下，对不可逆过程的研究可能会带来理论和实践上具有重大意义的结果。这个信念坚定以后，普利高津在认识上产生了重大飞跃，而这个飞跃则为他后来建立耗散结构理论奠定了思想基础。
1945年，普利高津在原有理论基础上得出最小熵产生原理。这一原理和翁萨格“倒易关系”一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础。这项成功促使他试图将这一原理延拓到远离平衡的非线性区。但是，经过多年努力，这种尝试以失败告终。
在挫折面前普利高津并未退却，他把系统在远离平衡与平衡态和近平衡态做了原则上的区分，重新考察系统在远离平衡态的情况。经过20多年的努力，他终于与布鲁塞尔学派的同事们创立了一种新的关于非平衡系统自组织理论——耗散结构理论。
按照耗散结构理论，一个远离平衡的开放系统，无论是力学的、物理的、化学的、生物学的，还是社会的、经济的系统，如果某系统不断地与外界交换物质和能量，在外界条件变化过渡到一定程度，系统内部某个参量变化过渡到一个临界值时，经过涨落系统可能发生突变，即非平衡相变。那么，该系统将会由原来的混乱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。由于他对非平衡势力学特别是耗散结构理论所作的重大贡献，所以普利高津于1997年荣获了诺贝尔化学奖。耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。耗散结构是指处在远离平衡态的复杂系统在外界能量流或物质流的维持下，通过自组织形成的一种新的有序结构。“耗散”一词起源于拉丁文，原意为消散，在这里强调与外界有能量和物质交流这一特性。
4 嵌入式系统的有序
根据耗散结构的理论，一个开放系统，当它与外界不断地交换物质、能量和信息，当外界条件达到一定阈值时，系统可能从原有的混乱状态转变为一种在时间上、或空间上、或功能上的有序状态。耗散结构理论主要是就一个开放系在自身熵产生的同时和外界进行物质、能量、信息的交换而实现有序的过程。耗散结构理论再一次证明了系统和外界的关系是实现合目的性的关键。协同学则是通过某一大系统的若干子系统的协同现象来揭示自组织原理的，一个大系统中一定有一个能置级差大、历经时间长的子系统，它将把其他子系统征服，按着自己的步调行动。当然，它也离不开环境给这一协同系统输入能量、物质和信息
耗散结构和协同学在不同的角度解释了一个系统达到远离平衡态的有序问题，这个结论可以应用于嵌入式系统之中。当嵌入式系统不断的和周围的环境交换信息，趋向于一个平衡态，在其趋向这个平衡态之前就要对这个系统输入能量和信息，否则，这个系统就会趋向一个死寂的平衡，变成无序状态。耗散结构理论把复杂系统的自组织问题当作一个新方向来研究。在复杂系统的自组织问题上，人们发现有序程度的增加随着所研究对象的进化过程而变得复杂起来，会产生各种变异。针对进化过程时间方向不可逆问题，借助于热力学和统计物理学用耗散结构理论研究一般复杂系统，提出非平衡是有序的起源，并以此作为基本出发点，在决定性和随机性两方面建立了相应的理论。嵌入式系统将控制信息输送给被控系统，传递的控制信息改变了系统要达到平衡的趋势。传统的嵌入式系统能够获取的信息是很少的，对整个被控系统来说是只是一些小的涨落，使系统呈现某种复苏的苗头，但是这种涨落所引起的改变就像天空中的流星一样，一闪即逝，并不能改变整个系统的"僵死状态"。只有与外界有物质、能量、信息交换的开放系统，才有可能走向有序。而Internet是目前最大的逻辑网络，能够将系统与Internet互联是进行远程交互控制和信息交流的最好形式。这种交互使得系统能够丛无序态向有序态方向发展，也可能从一个有序态向另一个新的有序态方向发展。与耗散结构相关的另一个理论――协同学，在另外的一个角度阐述了如何达到有序状态。人们很早就知道这句话的含义：整体多于其组成部分，或如歌德所说的那样："部分已经掌握在我手中了，可惜还缺少那精神纽带"。把这用于各个不同的科学领域就是：即使对结构的构建已经有所认识，我们还得理解，这些个别的组成部分是怎样协同工作的。《协同学》是1971年哈肯提出的。他从研究激光这种典型的系统自组织现象出发，创立了普遍适用的系统向有序化演化的理论。协同学指出，系统中大量存在的子系统，却只受少量的“序参量”支配，实现系统的总体上形成有序结构。所以协同学也是研究系统演化、研究系统自组织的理论。
当使用了嵌入式设备接入Internet之后，人们可以方便的通过网络对系统进行检测和控制，同时，各个不同的设备之间也可以互联，进行信息的交换，如何将这些嵌入式设备协同起来工作呢？这是目前大多数嵌入式系统专家面临的一个新问题，无论是网格技术还是普适计算，它们面临的问题都是一样的，如何将设备的功能联合起来。n个设备互相协作完成任务，这个联合工作的主题功能是n个设备的总和还是小于n，还是大于n呢。这个是协同学解决的问题。协同学的创始人哈肯博士曾经说过“整体多于其组成部分”。如何理解这句话呢。当几十个嵌入式系统工作在一起的时候，可以使一部汽车具有完善的功能，安全系统，动力系统等等。而当把这十几或几十个嵌入式系统拆开之后我们会发现，来自环境的信息可以被采集到，但是无法送到处理中心去计算，而控制中心没有来自边缘的传感信号也无法工作，这样就无法达到应有的功能。简单的说，协同学的目标是如何正确调配系统的工作方式，使系统能够达到1＋1>2的结果。
普适计算的外界环境是由无数个嵌入式系统组建成的，无所不在的环绕在日常生活中，嵌入式芯片的普及和其体积减小，耗能下降，都为普适计算提供了发展条件，有人说普适计算是计算机也发展的第三个时代，这样的形容一点也不过分，目前芯片生产有百分之七十集中在嵌入式行业内，而且其功能也在不断的增强，与桌面pc不分上下。连接方式也由有线互联变为无线互联，这些功能的改进，性能的增强，都是在改变系统的各个参量，而最终系统一定会达到一个由一个参量为主的有序状态，也就是协同学中的序参量。耗散结构和协同学从不同方面阐述了如何达到系统的有序状态，其目的都是一样的，即在远离平衡态的地方达到有序状态，这种有序的维持是以能量的耗散为代价的。在嵌入式系统或者其他系统中，这个结构同样适用，如社会科学，经济学，人文地理等，只有在系统没有达到平衡之前就要及时进行系统的改进和升级才能不断的从一个有序态达到另外一个有序态，是系统永远保持活力和生命。
5 结论
从热力学，到生物进化，以及现在的信息挖掘和嵌入式系统，都在能量的角度上演绎着耗散的过程，但是如何使能量的耗散带给系统有序是耗散结构以及其相关学科的研究目标，在我们涉足的嵌入式系统领域内，在整个系统未达到平衡之前，就要给予它额外的能量，将系统内的各个部分协同起来，达到部分功能的总和大于整体功能。在耗散结构的指导下，嵌入式系统会从一个有序到达另外一个有序。
参考文献：
[1] 湛垦华等《普利高津与耗散结构理论》
[2] 哈肯《协同学——自然成功的奥秘》
[3] 普里戈金《非平衡系统的自组织》
来自 000 的 熵减 于 2004-07-08 09:43:40 写到：
生命的有序构成和它的基本性质
樊启昶
（北京大学生命科学学院，100871）
【摘要】作者在美国作访问学者期间，完成了长篇论文《对生命的思考》的写作。该文试图从动力学和系统论的角度对生命现象进行分析，从内因和环境的影响来探索生命出现、存在和发展的依据。文章中包括有大量的假设和逻辑推理，有很强的探索性和哲学内涵，是对生命现象认识方法特别是在生物演进方面的一种新的尝试。本刊摘录其中有关生命的有序构成和它的基本性质的部分内容发表于此。作者正是在这些基本分析的基础上，展开对生命起源、DNA-RNA-蛋白质生命秩序和细胞的建立、多细胞体系的形成以及生命演进模式的动力学分析的。
【关键词】生命有序结构 系统论 生命动力学过程
自然界有形形色色的动力学系统存在。人们也已创建了丰富多彩的数学（符号逻辑学映射）、物理（涡流）和化学（Beloussov-Zhabotinsky反应）的动力学模型。但是，就人们发现和着手研究的动力学系统而言，还没有一个象生命这样有着如此复杂的结构。
在具体探讨生命现象以前，我想先对生命有序构成和它的动力学性质作以简要的概述。本文将多次提到有序的概念，如有序构成、有序结构、有序构建、高度有序的动力学系统等等。除特别说明外，它仅表示对系统组织化程度的描述，并没有定义学意义上的内涵。
生命的基本有序结构
从动力学和系统论的角度看生命的有序构成可以归纳为以下几点。
1.超循环结构是生命赖以存在的基本条件
生命动力学系统内含有许多相互套叠在一起的大大小小的循环结构。由这个系统规定的动力学过程包括大量错综复杂的循环程式，如生命的代谢程式、细胞分裂周期程式(cell cycle)、基因表达调控程式等等，它们是生命自建和一切生命活动赖以进行的最基本的条件。生命系统显然是一个有超循环结构的动力学系统(hypercycle system) (Eigen，M．＆P．Schuster，1979)。
2.方向性协同系统结构是细胞的基本构成
细胞是今日生命存在和活动的单位，也是生命有序构成的基础。从动力学角度看，细胞总体应是一个协同系统(Synergetic system) (Haken，H．1975；Mikhailov，A．S．＆A．Y． LOSkutov 1996)， 它可以看作是分别由以DNA和蛋白质为主体成分的两个子系统构成(多细胞生物中个别特化细胞除外)。它们各自具有动力学上的独立性和自主性，有着自身的运动方式和发展空间。DNA子系统的动力学过程的主要内容是复制、更替、删改、易位、插入、重组及甲基化等，而蛋白质子系统则包容了生命代谢、生长发育活动的基本内容。但是，它们两者又以对方为自身存在的前题，并同时制约着对方的运动过程，整体构成了生命动力学系统单位。
RNA在生命中处在一个特别的地位上，它联系着DNA和蛋白质两个子系统，在高等生物里又表现了相当的动力学自主性，如自催化性的加工、拼接及延长等。但是由于RNA的不稳定性，它主要起着联络DNA蛋白质两个子系统的作用，如果作为一个独立的子系统来看待，它应居于相对次要的地位(从生物进化和信息获取角度考虑)。
生命协同系统是有方向性的。就整体或主导过程而言，生命以DNA—RNA—蛋白质中心法则为指导建立了不同子系统之间信息传递的单向性，即DNA可以将信息传达给RNA，RNA可以将信息传达给蛋白质，而DNA子系统的信息并不直接获自于其它子系统。生命系统的协同结构和这一结构动力学方向性的存在在生命整体的有序构成中占有重要的地位。
3.级联体系是多细胞生物的组建方式
多细胞生物是一个有复杂级联结构的动力学体系(cascade setup)。它表现在两个方面。其一、多细胞生物是由众多的以细胞为载体的各个动力学系统单位组成，它们以高度组织的形式级联在一起的。在这个级联体系中，各个单位系统既保持着自身构成和生命过程的相对独立性和完整性，不违背其生命的基本属性，又各自获得不同的构成和程式的修改，失去独立存在的能力。在整体生命中，各动力学系统单位相互依赖和制约，依严密的秩序组联在一起。生命级联结构通过复杂的发育程式而世代构建着。其二，由各生物种群组成的生态结构是生命级联现象在有序构成大尺度上的表现。动力学系统的级联是生命大厦构建的重要方式。
4.智能可以成为生物更高层次动力学系统组建的核心力量
语言和文字使智能在生物个体间的直接交流成为可能，并因此而引发了生物群体智能水平的急剧提高。智能突破了它的个体生理功能的局限，成为改变智能生物生存方式和地位的核心力量，由此造就了一个全新的生命动力学系统。这个系统的重要构成是生物群体的社会结构、知识积累和不断发展着的改造环境的强有力的手段。环境和智能生物本身都因此而发生着深刻的变化。
生命动力学过程的主要特征
生命过程包括着极为复杂的动力学内容，它的主要特征可以概况为以下的几个方面。
1.生命是一个开放的动力学系统
生命是一个开放的动力学系统。这个系统与环境之间存在着物质和能量的交换。
这种交换有明显的自主性，就是说除依据物理、化学原理的被动传递外，主要是依据建立在理化基础上的生物主动获取和排放机制来实现的。生命系统的开放性同时规定了生命对环境的依赖和环境对生命过程影响的存在。
2.生命过程是一个能量耗散的过程，同时也是一个有序构建的过程
热力学给出了物质世界有序度的比较，阐述了自发过程混乱度(熵)增加的原理。生命是自然界存在的一个高度有序的动力学系统。它以获取环境提供的熵增加的潜在能力，利用这一潜能驱动无序过程与有序过程的偶联，由此获得了生命有序的维持和构建。生命从环境获取的熵增加的潜能在这一过程中被逐级释放。生命的动力学过程是一个能量耗散的过程。
动力学和系统论的研究揭示了耗散结构(diSSipative structtlre)的有序自组织(Self—organization)性质(Nic01is，G＆I Prigoginel977；Eigen，M．＆P．Schuster，1979)，即开放系统在远离平衡态的非线性区，通过反馈可以建立新的稳定的时空有序结构。近年的研究提示生命的有序构建和维持是通过自组织和紊乱(disorder)交互更替过程实现的(B．Goodwin，1994)。前者是在非平衡态向局部瞬时平衡态方向移动时，系统在构成和程式上呈现的组织化的过程。后者是局部瞬时平衡态受动力学过程的影响，系统的构成和程式趋向混乱的过程。生命的自组织现象实际上早已被人们认识，并且实现了实验的重复，例如微管蛋白的体外重组。自组织原理不只限在生物个体内部，同样体现在生物种群之间，蕴含在生态的构建之中。长期以来，人们忽略了紊乱过程在生命有序构建中的重要作用。实际上对于一个开放的动力学系统，紊乱的出现是不可避免的。在生命的运动过程之中，成分构成的任何变化都会破坏局部瞬时的平衡使之出现不同程度的有序紊乱。但是，系统的紊乱状态又进而启动了继之的自组织过程，驱使生命向新的平衡推进。生命正是通过这种方式来削减本身不断增加的热力学意义的混乱度，实现自我的构建和更新。近年这方面的研究已受到越来越多的重视，并且获得了许多重要的进展，如以计算机局部模拟发育步骤的实现(B．Goodwin，1994)。
3.延展是生命有序构建和演进的基本方式，生命在延展中获得着印记
延展(可能有更好的词来替代)是生命有序构建和演进的基本方式的概念获自于如下的分析。总体而言生命有序构成的建立和维持不是借助类似物理—化学过程中动态平衡的方式实现的，也不是采取以原有系统为模板的全套复制方式来完成的，生命的有序构建是一个向量性的逐级连续推进的过程。当然在生命系统中存在有大量的可逆过程，也有许多的循环程式，但是它们的主导(对可逆过程而言)和等效(对循环过程而言)过程是单向的，这从生命代谢程式的分析中可以很容易地查觉到。本质上看生命过程不是潮汐涨落的过程，而是有方向性的推进过程，这使生命从根本上获得了历史发展的品格。生命的演进史可以说是一个新的方向性结构不断建立的历史。关于生命的延展性及其发展方向性构建的问题在后面还要进一步地讨论。生命动力学过程的延展性不可避免地带来了生命过程的印记性，即同时留下了成分、结构和程式的“痕迹”。
生命过程的延展性具体体现在以下五个方面。第一、生命在有序构建的同时又不断地降解着自身。这一过程可能使生命从表观上看似乎是处在系统稳定不变的结构之中。但它与通常物理—化学的动态平衡是有实质性的区别的。生命的自身降解不是构建的逆过程或理化程式的折返，两者的路径和内容是很不同的。生命延展的这一表达形式对生命的存在是至关重要的，它是新陈代谢和许多生命活动过程的基础。生命有序构成有时表现的不变性只是上述两种过程的综合效果，同时在这一过程中生命不可避免地造就和容纳着印记，因此这一状态不可能长期以至永远地延续下去，它终要被它的印记属性打破。第二、生命的延展带来了生物的生长。就是说生命有序构成在这一过程中获得了组成、程式规模上的扩展，生命的印记性自然包括在其延展的过程之中。生命可能在一定阶段处在不生长的状态(如上面谈到的处在表观静止不变的状态中)。生命生长过程的启动或关闭由特定的程式调控，它是和生命系统的超循环结构联系在一起的。第三、细胞出现以后，生命的延展又具有了迭代(recursion)的表达方式。就是生命通过细脑分裂将生命有序构成传递给子细胞，同时也将先前生命过程的印记消除或者托付给了后继的生命系统，而子细胞又在同样的法则下开始了新一轮的运作。因此后继生命实际上是先前生命的迭代(这一概念借用自数学，后面还要谈及这个问题)。生命有序构建的这一性质对生命的演进有着重要的意义。第四、多细胞生物出现，个体发育世代更替成为生命过程延展性表达的主要内容。第五、在历史的存在中生物不断地否定着自己，由此获得了它的不断发展。
4.生命动力学过程具有高度的程序性
生命的动力学过程具有高度的程序性(program)。“程序”是一个被广泛应用的概念。程序的核心是指动力学过程具的有稳定的高度秩序化的运动程式。程序有两种基本的表现方式：其一，过程的秩序内含在系统的构成之中，如自然界见到的湍流、天体的演变等，可称为内含程序。其二，过程的秩序被实体性地预设在系统之中，如现今大量的人工编程的工作系统，可称为实设程序。生命同时具有上述两种程序的构建方式。如生命形态构建和生理活动中包含有大量的第一种程序化形式，而DNA对蛋白质的编码则是程序的第二种形式。在生命活动中两者是相辅相成的。
生命过程的程序性质具体表现在以下三个方面。第一、生命有序构成的维持和生命的各项生理活动是高度程序化的。这一程序由若干基本模式组成，如定向单一的结构，环形正向或负向反馈的结构，阀值启闭或或然择一的结构，竞争选择结构，梯度分配结构等等。生命系统的程序构成还是多层次的，即小的结构包容在大的结构之中。研究生命程序的类型、结构和调节方式对于认识生命现象有着重要的意义。第二、生命过程的程序性的再一表现是生命过程的周期(或拟周期)特征。它体现在细胞的生长与分裂，多细胞生物个体的发育及世代更替。生命过程的周期变化表现出严格、精密的在时空和内容上的表达秩序。第三、生命的程序性还体现在生命的历史发展进程之中。生命的历史发展绝不是“随意”或者是仅仅对于它生存环境的被动适从和应变而处在飘泊的状态中。生命的历史发展体现了在方向上的“自主”性和规律性。从生命的诞生到众多生物物种的形成，从多细胞生物功能系统的出现到复杂生物行为的建立，从生态系统的形成到人类社会的出现，明显地显示了生命历史发展自身方向性的存在，并且这一方向是有规可循的(后面有进一步的讨论)。这体现了生命的演进包含着一种内含的程序性。
对于生命过程程序性的揭示是现今生命科学研究的重心，它对于人类具有很强的功利性。
5.生命动力学系统的混沌属性和它们的吸引子
混沌(Chaos)与吸引子(attractor)的概念来源于不可预测过程的发现(如著名的物理的三体运动问题)和拓朴学，今天已成为动力学研究的重要内容。混沌是指在确定系统中出现的随机性态，它表现出混乱和无规则的特征。但是进一步分析被考查性态的随机性，人们发现混乱只是其表现，实际上往往有某种规律性(限定性)蕴含在其中。这些有混沌特征的性态伴随系统的动力学过程可能趋向并最终来到一个稳定的结构。吸引子则是对这一稳定结构的概括。
研究生命系统的动力学特性，本文对混沌和吸引子的概念给出了如下的限定：生命系统的混沌针对的是其有序构成的变更性，即指生命系统中存在的有序构成随机的无规则的变动。应该注意混沌与紊乱概念的区分(目前在一些著作论述中这两个概念是混淆的)。紊乱同样是指系统动力学过程中由于局部瞬时平衡的打破而出现的有序构成的混乱状态。紊乱是纳入系统的动力学程式(processing)之中。因此，从理论上讲它的出现和表达是确定的和可预测的。而混沌指的是生命有序构成的随机性的更改(突变)，我们不能预测它的直接动向是否发生。生命系统的吸引子则用来描述通过混沌过程，生命有序构成可能来到的稳定结构，这种结构体现了混沌结构的存在和对它表达的限定取向。
在生命过程中明显地体现出混沌现象的存在。生命混沌是以有序构成包括动力学程式突变(注意这里的突变概念和通常生物学指的DNA序列或组织的突变是有区别的)的方式表现出来。它们的发生可来源于环境的影响，但更重要的是起因于系统的自身。生命过程中物质成分的积累或空间的制约，众多生命物质在结构或功能上的相似性、多态性，生命程式的多制约性，生命过程的延展性等等，这些都是造成生命有序构成突变的重要因素。因此混沌是生命系统自身具有的属性，而并非偶然发生的现象。生命有序构成或程式的突变是随机的、不可预测的。但是它们并不是全然的混乱，而是包含着复杂的“结构”，它来自于生命系统内部存在的众多制约性。显然对于不同的子系统、不同的层次以及不同的有序构成环节，其突变的类型及各自发生的机率是不同的，明确地体现了生命系统对混沌的规范作用。比如说热力学稳定性差的结构成分和程式路径表现出高发的突变，相关性强的环节可能诱导连续密集的突变，这无疑表明生命有序构成对混沌发生的限制和定向的作用。实际上生命混沌的结构要比这复杂得多，它同样体现出多方向、多层次的特征。生命混沌的吸引子则正是在这种结构的指导下，通过自组织的积累，体现出来的某种稳定的有序构成形式。在同一的生命过程中可能同时表达着若干不同的混沌内容和有序构成的演变趋向，并且它们的形式、内容随其有序构成水平的变更而变更。混沌的存在和结构的演变是生命演进的原始动因。
6.生命的自身工程效应及它在生命演进过程中的不断提高
生命系统混沌属性的存在不断地诱发着系统自组织—紊乱程式的变迁，引导生命系统总体构成的改变。这一作用可称为生命的自身工程效应(self-engineering或者auto-engineering) (此处参考借用了Shapiro，1．A．的提法1993)。生命的自身工程效应可以概括为下面的模式：突变—自组织—选择。应注意将生命自身工程效应和自组织作用明确区分开来(在目前的讨论中这两个概念是混淆的)。生命动力学过程中的自组织效应引起的是生命有序构成在程式上的移动，并不产生对系统有序构成实质性的更改作用。自身工程效应则使系统的有序构成发生了方向性的改变。
工程效应是自然界动力学系统中一种常见的现象，如稳流向湍流的触发、电磁震荡的阻尼等等。那么生命系统中工程效应的表现形式和特点是什么呢?可以说生命有着明确的自身性的工程能力，并且这一能力是伴随着生命的演进和有序构成水平的提高而不断地提高。第一、如上所述生命的有序构成奠定了丰厚的混沌发生的基础，并且生命的有序构成水平越高，对混沌的多重发育越有利，混沌中包含的结构也越复杂，自然其自身的工程效应也就越强。特别是越来越多的研究表明，生命的演进在生命系统中构建了一系列特定的构成及程式。它们表现了诱发突变的极大活跃性，比如质粒(plasmid)、转座子(transposon)、有性过程的染色体重组行为等，病毒应源于这一机制及体外环节的表达。第二、突变的波及效应即引起的生命自组织的规模、级别往往随着生命有序构成水平的提高而提高。比如，生命过程的高度关联性和迭代性往往加大了微小变异对系统整体的影响。在有超循环结构的协同动力学系统中，任何一个层次或子系统的突变不仅影响着自身，而且往往要波及到其它层次或子系统并且又反馈回自身。当然，任何动力学系统对发生的突变都会有一定的耐受性。高水平的生命系统有极高的修复、补偿能力或通过动力学过程的周期过程而对突变施以排除。但是这在另一方面实际又起到了提高混沌结构组成的作用。第三、除了突变、自组织因素外，选择环节对生命工程效应的表达同样发挥着重要的影响。选择对生物来说是一个十分复杂的问题，它联系着生命系统自身有序构成和环境(包括生态环境)中诸多方面的因素。选择的核心是对生命存在合理性的确认。选择同样随着生命有序构成水平的提高而提高。通过自身工程效应即突变—自组织—选择的过程，生命有序构成不断地实现者由混沌状态向其吸引子的转化。
来自 fg 的 黑桃 于 2004-07-08 09:45:33 写到：
——按照耗散结构理论，一个远离平衡的开放系统，无论是力学的、物理的、化学的、生物学的，还是社会的、经济的系统，如果某系统不断地与外界交换物质和能量，在外界条件变化过渡到一定程度，系统内部某个参量变化过渡到一个临界值时，经过涨落系统可能发生突变，即非平衡相变。那么，该系统将会由原来的混乱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。
——只有在系统没有达到平衡之前就要及时进行系统的改进和升级才能不断的从一个有序态达到另外一个有序态，使系统永远保持活力和生命。
来自 fg 的 黑桃 于 2004-07-08 09:46:24 写到：
1、可见任何自发的理化过程，都是从复杂向简单、从有规律向混乱、从不平衡向平衡发展。
2、生物发展的历史又给出了一个时间箭头，这就是进化的箭头。它和前面所说的物理学上的退化箭头形成鲜明的对照。
——他（普利高津）认为，要把热力学和动力学，热力学与生物学统一起来，就必须研究自然界中存在的远离平衡态的有序结构、生物和生命现象，必须朝着更为普遍的热力学理论方向发展。
——他（普利高津）坚信，在一定条件下，不可逆过程会产生令人讨厌的消极作用，但在另一类条件下，对不可逆过程的研究可能会带来理论和实践上具有重大意义的结果。
——在挫折面前普利高津并未退却，他把系统在远离平衡与平衡态和近平衡态做了原则上的区分，重新考察系统在远离平衡态的情况。经过20多年的努力，他终于与布鲁塞尔学派的同事们创立了一种新的关于非平衡系统自组织理论——耗散结构理论。
来自 京 的 康桥 于 2004-07-08 09:50:54 写到：
关于这段评论不想再帖过来了，如果有人感兴趣，可以参与讨论。http://note.ssreader.com/show_topic.asp?Topicid=217894&forumid=7&Page=1&islock=False