6.4.1　协同学概述

协同学的创立者是德国物理学家哈肯。哈肯在研究激光理论时，发现一个激光器，当功率较低时，不过是普通的灯；当功率达到一定阈值时，便会发出激光；若继续增加功率且达到新的阈值时，则会呈现新的时空结构——有规律的脉冲。在成功地建立起激光理论的过程中，他对多组分系统中子系统的合作运动导致产生宏观有序结构的现象获得深刻认识，于1975年建立起协同学的基本理论框架，并用这一思想解释各种复杂系统的演化机制。

协同学是一种巨系统理论。它把一切研究对象看成是由数目极大的组元、部分或子系统构成的系统，这些子系统彼此之间会通过物质、能量或信息交换等方式相互作用。通过这种相互作用，整个系统将形成一种整体效应或者一种新型的结构。在系统这个层次，这种整体效应具有某种全新的性质，而这种性质在微观子系统层次是不具备的。协同学就以研究那些与组分特性无关的系统结构、性质变化的一般规律为目标。

协同学主要研究开放系统。在它的框架内，可以对平衡相变和非平衡相变进行统一的处理，但协同学主要关心的是远离平衡态下进行的相变，因此协同学被看作是远离平衡现象研究的几种主要理论方案之一。

协同学研究的是系统怎样从原始均匀的无序态发展为有序结构，或从一种有序结构转变为另一种有序结构，因而是一种关于结构有序演化的理论。

协同学是一门关于协作的科学。哈肯发现，不论是平衡相变或非平衡相变，系统在相变前之所以处于无序态，是由于组成系统的大量子系统没有形成合作关系，各行其是，杂乱无章，不可能产生整体的性质；而一旦系统被拖到相变点，这些子系统仿佛得到某种“精灵”的指导，迅速建立起合作关系，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。因此，协同学是关于多组分系统如何通过子系统的协同行动而导致结构有序演化的理论。

协同学使用的基本概念主要有竞争、协同、序参量和伺服。

（1）竞争是协同的基本前提和条件，只要事物内部或事物之间存在差异，就会存在事物内部的各个子系统之间或事物之间的竞争，事物发展的不平衡性是竞争存在的基础。而竞争的存在和结果则可能造成系统内部或系统之间更大的差异、非均匀性和不平衡性。从开放系统的演化角度看，这种竞争一方面造就了系统远离平衡态的条件，另一方面推动了系统向有序结构的演化。

（2）协同概念在协同学中占据着重要的地位。哈肯多次强调协同学就是一门研究各个学科领域中关于合作、协作或协同的学说。所谓协同，按照哈肯的观点，就是系统中诸多子系统相互协调的、合作的或同步的联合作用、集体行为。协同是系统整体性、相关性的内在表现。子系统的竞争使系统趋于非平衡，子系统之间的协同则在非平衡条件下使子系统中的某些运动趋势联合起来并加以放大，从而使之占据优势地位，支配系统整体的演化。

（3）序参量概念和伺服概念是协同学的两个中心概念。协同学理论认为，系统内部的各种子系统、参量或因素的性质和对系统的影响是有差异的、不平衡的，根据这个特点，把系统参量分为快变量和慢变量。在远离临界点时，这种快、慢变量的差异和不平衡受到抑制，未能表现出来。当系统逼近临界点时，这种差异和不平衡就暴露出来了，快变量犹如昙花一现的事物，不会左右系统演化的进程。慢变量则主宰着演化进程，支配着快变量的行为，协同学就把慢变量称为序参量。序参量和系统内部大量子系统相互作用的过程就是伺服过程，即大量子系统先产生序参量，后伺服于序参量的过程。

协同学中的序参量从形式上看，与热力学中“熵”的概念有类似之处，它们都是表征系统有序或混乱的度量，只是序参量有点像熵的负数。不同的是，熵在总体上概括了系统的状态，而序参量在系统中则同时并存几个；熵只是在热力学系统中才有明确的物理意义，在其他系统中只具有抽象意义，而序参量则随不同的系统而变。序参量概念的特性使其具有更大的应用价值和范围。