试论耗散结构·协同学·突变论的哲学意义（转载）

本文从唯物辩证法分析新三论的哲学意义
耗散结构是比利时布鲁塞尔学派的领导人普利高津，在本世纪60年代末创立的一门新兴学科。他突破了传统物理学以封闭系统和平衡结构为主要研究对象的框架，而以远离平衡态的开放系统为研究对象。这种开放系统通过不断与外界进行物质和能量交换而形成新的稳定有序结构，称耗散结构。所谓“耗散”，是指系统维持这种新型结构，需要外界输入物质和能量。这种系统能够自行产生的组织性，称为自组织现象。因而，耗散结构又称为非平衡系统的自组织理论。
协同学是联邦德国著名理论物理学家哈肯于1977年提出的新概念。他认为，相变现象不仅在热力学系统中，而且在远离平衡态系统中也同样普遍存在。其研究导致了协同学理论的创立。协同学汲取了耗散结构理沦的观点，对开放系统进行更深层次的研究，深刻揭示了非平衡系统从无序转化为有序的微观机制，表明序参量与子系统以及序参量之间的竞争、协同是形成自组织结构的内在根据。哈肯在研究中发现，非平衡系统和平衡系统相变有惊人的相似的统一性，因而可以用同样的理论案和数学模型进行处理。这—来，不仅扩大了研究范围，具有了更大的概括性，而且进一步解决了耗散结构尚未解决的问题——系统稳定性和目的性的具体机制问题。
突变论是法国数学家勒内·托姆在本世纪60年代末提出的。突变论比耗散结构和协同学独特之处，就在于它运用拓扑学、奇点理论和结构稳定性等先进数学工具，研究自然界和社会各种非连续性的突然变化的现象，建立起形象而精确的数学模型，直观描述了系统怎样随着外部条件的连续变化而引起结构突然的飞跃式变化。这种崭新的数学描述方法，不仅弥补了单纯描述连续变化的微积分方程的不足，而且也弥补了单纯描述突然飞跃变化的概率论和离散数学的不足之处。它不仅在科学方法论方面有创新，而且对描述物态演化过程作出了新的贡献。正因为如此，它和耗散结构、协同学共同对系统科学的发展起了重大的推动作用。
“新三论”同“老三论”具有内在的逻辑联系。“老三论”所研究的系统的相干性、组织性、结构——功能、有序性、随机性、熵等概念，以及抽象和类比的方法、形式化和数量化的方法、黑箱方法等，在“新三论”中又得到进一步深化发展。特别是系统论创始人贝塔朗菲所提出的“开放系统”概念，也成为“新三论”研究的基本范畴之一。可以说“新三论”就是沿着研究开放系统这条思路发展越来的。贝塔朗菲把开放系统定义为：“处于一定的相互联系中并与环境发生关系的各组成部分(要素)的总体。”⑴并指出这种系统最根本的要素就是“组织联系”。⑵正因为这样，系统总是一个动态结构，具有整体功能。“新三论”把开放系统引伸为远离平衡态的开放系统，因而深化发展了系统的功能性，揭示了这种系统演化的机制及其内在的规律性，并建立数学模型进行深刻的描述。这就说明，“新三论”不仅同“老三论”有着密切的联系，而且是对“老三论”的进一步深化。
综上所述，“新三论”既是多种学科综合发展的产物，又是横断跨界学科交汇渗透整体化发展的结果。“新三论”体现了当代科学的综合整体观，丰富了辩证唯物主义哲学的内容，深化了唯物辩证法的规律。
进一步揭示了物质世界的多样统一性
人类对物质形态多样性的认识，按物质的质量特性和空间分布特性，可分为实物形态和非实物形态。实物具有静止质量，空间分布具有并列、间断性；非实物即“场”，如引力场、电磁场、核力场、希格斯场等，具有运动质量，可迭加互侵，是以连续性存在的物质形态，弥漫于宇宙空间。“新三论”从一个新的角度审视物质形态，根据其平衡程度不同，把物质运动状态划分为平衡态，近平衡态、远离平衡态，而每种平衡态又包含着丰富多样的内涵，从更深层次揭示物质系统的结构、功能多样性统一和转化的新内容。
“新三论”揭示了物质世界的普遍联系。系统之间不断进行物质和能量交换，是物态统一的机制。物质世界正是在相互联系、渗透、作用、转化中体现其统一性的。传统物理学认为，系统总是自发地从有序变为无序，即在一个孤立系统中，任何物理或化学过程总是导致熵(分子混乱程度)的增加，熵增加是一个不可逆的自发过程。然而生命的进化却总是越来越有序化。这样，无机物的自发的无序的无组织演化与生命现象有序的自组织演化，似乎存在着不可逾越的鸿沟。“新三论”在研究远离平衡态相变过程中，提出任何系统都是开放动态系统，不仅有序可以向无序转化，而且无序也可以向有序转化，拆除了有序与无序之间不可相互转化的中间档板，突破了克劳修斯“不可逆”的局限性的形而上学观。物理学中的激光和生命现象，可以说是耗散结构的典型体现。
普利高津揭示远离平衡态耗散结构的形成所遵循的共同规律及其数学公式，哈肯揭示不同系统自组织形成有序结构所遵循的共同原理，不同物态在临界点上发生相变所遵循的同类数学方程等，对更深层地认识和反映物质世界的多样统一性，作出了新的贡献，对评析克劳修斯提出的所谓“宇宙热寂说”，提供了崭新的科学理论根据。
进一步深化了对辩证矛盾法则的理解
“新三论”表明，耗散结构的形成离不开“非线性的相互作用”，自组织系统的演化离不开“序参量的竞争和合作”，而形形色色的突变现象离不开自变量和固变量的相互影响等等。这些都是对矛盾是事物发展的源泉和动力的新的揭示。由于一切系统都不是孤立的存在，而是处于普遍联系之中，因而各个系统都是由内因和外因构成的一个矛盾复杂体系。开放系统必须与外界交换物质、能量、信息。在系统与环境相互作用中，内因外因各有其作用。开放系统引进负熵流，则保持加强系统的有利内因，促使系统的存在和发展，如引进正熵流，则会加强促使瓦解的内因作用。生命的起源和演化就体现了复杂的矛盾体系：“首先，在地球上，曾经通过核酸或类核酸等大分子，包括自催化或交叉催化的反应网络的自组织，实现了物理系统向生命系统的突变。”⑶也是在这些大分子同周围环境不断进行物质和能量交换前提下实现的。“生物的自组织能力很强，即便是一个单细胞，其代谢功能也包括几个耦合的化学反应，其中每一反应被一种特殊的酶所催化，具有非常巧妙的配位和调节的机制。”⑷正因为如此，它才能够在与外界不断进行物质和能量交换过程中，组织起越来越有序的复杂的有机体。“协同学的精神就是通过将控制参量作为一个全局性的变化，在自组织下，让系统发生一个质的变化。”⑸也正因为如此，“我们经常看到系统的行为，往往并不是子系统行为的简单迭加，而是所有子系统之间的相互作用对整个系统的贡献好象是有调节的，有目的自组织起来的。⑹
当哈肯深入分析系统内部的矛盾时，他认为子系统之间的对立、“慢参量”和“快参量”之间的竞争，就是这种矛盾的体现。认为序参量主宰着系统演化的整个过程，决定着演化结果出现的结构和功能。因此，序参量对于快参量来说，就是矛盾的主要方面。所以“整个系统的性质用一个或几个序参量来描述，也就是说，在整个系统中，用很少的自由度来代替子系统的很多的自由度。”⑺正是基于这种考虑，他运用“绝热消去原理”将快参量斩掉而不致影响结果，从而得到序参量方程。如果有几个序参量同时存在于一个系统中，它们就展开竞争，力图占用支配地位。如对液体加热，在混沌运动的阶段，就有三个序参量处于相交又关系中，由于它们展开激烈竞争，从而在不同的运动状态间来回推动系统。在竞争中，当“一个序参量起主宰作用，支配其它两个序参量时，其运动由第一个序参量规定。隔了不久，这一序参量失去主宰地位，另外两个中的一个佼佼者取而代之，运动就这样类而推之。”⑻这里所描绘的序参量之间的竞争，就是主要矛盾和次要矛盾的斗争，其中的“主宰”主序参量，就是主要矛盾方面。矛盾的地位是依条件的改变面相互转化的。
哈肯在协同学的研究中，认为并非只有合作才是协同的积极因素，而视竞争是破坏系统的消极因素。他是把协同合作与矛盾竞争相统一来考察的。他指出：“我们将看到很多个体，不论是原子、分子、细胞还是动物或人，都以其集体行为，一方面通过竞争，另方面通过合作，间接地决定着自己的命运。”⑼表明在竞争中有协同，在合作中有竞争。竞争导致合作，合作又促进斗争，矛盾是始终普遍存在的。激光就是由于不同光波通过非线性相互作用而导致协同动作的结果。激光虽然反射单色性、方向性极好的相干波列，但它所发射的光波并非是清一色的。“实际上，激光在每一次发射之初，就存在不同的光波。”⑽它们彼此竞争，而那些符合光电子“内部舞蹈节拍”的光波，则优先得到其它受激的光电子赋予的能量而加强，因而战胜了所有其余的光波。反过来它们又不断迫使每一个新受激的光电子，在波的轨道上有节奏地共同振荡，从而使激光朝着越来越有序化的方向发展。这表明即使在某些新的集体行为协同动作的情况下，也仍然存在着矛盾竞争。总之，“新三论”特别是“协同学”关于竞争与合作的论述，深化了内因外因相互联系、作用转化的辩证观，丰富了唯物辩证法规律关于对立统一的内容。
进一步丰富了质量互变规律的内容
质量互变规律涉及的基本范畴是质，量、度。黑格尔认为，质是事物内在规定性，量是事物外在规定性，并把量分为内涵量和外延量。恩格斯把量分为物质的量和运动(能)的量等等。这对分析量变如何引起质变具有重大理论意义，但却无助于说明质变的性质和方向。“新三论”则对量进行了深刻的定性和定量的分析，深化和丰富了量概念的内容。
耗散结构首先把恩格斯所指的物质和能量的量概括为“熵”，然后又按熵的性质和来源，分为正熵和负熵，熵流des和熵产生dis。协同学把量分为外参量(控制变量)和内参量(状态变量)，又进一步将状态变量分为慢参量和快参量等。这就为确定事物演化的性质和方向奠定了基础。耗散结构指出，一个远离平衡态系统，在与外界不断进行物质和能量交换的情况下，一旦系统的某个参量变化达到一定阈值，通过涨落，系统就会发生质变。协同学也指出，通过光管增加电流强度来激活光电子，当电流达到临界强度，从灯光到激光转化将是突然发生。在这里“一定阈值”，“临界强度”就是定量。定量分析不仅确定某种性质单纯的量的变化，更重要的是要确定诸种不同性质的量的对比变化引起的质变，正是这点最终确定事物演化的性质和方向——是进化还是退化，是向有序方向还是向无序方向发展。其开拓创新之处，正是从量的结构和构成来探索质变的新途径。这里引开放系统熵变ds公式：
ds=des+dls
来表明。dls是系统内部由于不可逆过程（例如热传导，扩散、化学反应等）而产生的熵(永远是正墒)，des是系统与外界交换物质和能量引起的熵流(可正可负)。从公式可以看出，若des小于零，熵流为负值，其绝对值又大于dls (即ds< P>
“新三论”在揭示量变质变相互渗透的复杂关系方面也作出了颇有成效的贡献。在流体动力学中，我们可以观察流体绕过圆柱体所形成的结构。如流速不高时，可见圆柱后面形成规则平滑流线，流速达到一定阈值时，则形成一对旋涡静态花样，如流速继续增加到一个新的阈值时，使出现旋涡动态花样，再增大流速达到一个更新的阈值时，便出现湍流的不规则花样．湍流虽然不规则，但湍流却是一个多层次有序结构。如我们把从有序到无序态的转化规定为质变，那么上面几种变化也仍然是属于量变，也只是流体处于有序态的情况下总的量变，而不是质变。但在这个总的量变过程中出现的几个阶段：规则平滑流线→旋涡静态花样→旋涡动态花样→不规则湍流花样，又具有新的质，是总的量变过程中的部分质变。
“突变论”运用数学工具，描述突变函数类型不同，其关节点也不一样。一元函数，临界点就是某个极大(小)值点，二元函数，就可能出现多种临界点，甚而出现临界线。而且还根据其性质不同，分为退化临界点和非退化临界点。退化临界点是不稳定的，总要趋向具有结构稳定性的非退化临界点。“突变论”还表明临界区的存在：“对于那些不超过四个自变量的函数，当变量进入分支区域时，函数可以取N个值，相当于N中折迭的曲面，这表明在这分支区域内，函数值处于不稳定状态，即可以从一值跳到另一值。”⑾这里的“分支区域”就是临界区。事物的量变达到临界区，会突然发生质变。“突变论”揭示的基本突变类型无不具有如此共同特征。
熵理论反映了自然界演化的辩证过程。一个物质系统从量变达到质变分支点，并非立即发生质变，还需要通过随机涨落作用，才能发生质变，为量变质变提供具体机制。
客观事物的质变形式是多种多样的，既可以是急剧变化，又可以是缓慢变化，即既可以是爆发式的飞跃，又可以是非爆发式的飞跃。有人认为只有急剧变化才是飞跃，缓慢变化不是飞跃。其实黑格尔早就指出：“过渡就是一个飞跃。”⑿“渐进的中断”也是一种飞跃。恩格斯也曾指出：“从一种运动形式转变为另一种运动形式总是一种飞跃，一种决定性的转折。”⒀因此，我们认为凡是由量变过渡到质变都可以称为飞跃。“突变”自然归属于爆发式飞跃。然而，突变论表明，即使爆发式飞跃，突变的类型也是多种多样的。严格的数学推导证明，导致突变的连续变化因素少于四个时，可以把自然界形形色色的突变过程概括为如下几个基本突变类型：折迭型、尖点型、燕尾型、双曲型、椭园型、抛物型等。表明爆发式飞跃内容和形式的多样性。
突变论总是把突变式和非突变式结合起来进行考察的。传统观点总是用火山爆发、炸弹爆炸、不可控的热核反应等说明爆发式飞跃，以物种的转化、人类的起源、语言的更新等说明非爆发式飞跃。这就是说上述两种飞跃形式上分属于不同领域的。而突变论却进一层证明，即使在同一领域中，由于条件不同，既可以通过突变式飞跃实现质变，也可以通过非突变式飞跃实现质变。“新三论”深化发展和丰富了质量互变规律的新内容。
“新三论”开始创立时，便引起科技界的惊讶。之后的实践证明，它对科学技术的深化发展起到了积极的推动作用，同时也使理论学术界得到启迪，深化和丰富了唯物辩证法的内容，对辩证唯物主义哲学的发展将起着积极的推动作用。但是，“新三论”并没有也不可能穷尽人们对客观世界的认识。随着科学技术向纵深发展，人类认识手段的逐步提高，在探索宇宙奥秘的过程中，必将发现愈来愈广阔的新天地。