四、耗散结构论
对于一个开放式系统而言,在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构,由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持,因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。
在干预活动这种开放式系统中,生产力及其组织的资源和产能耗散,组织中的兴奋性和激越性的耗散,主体、环境、管理3层效能的耗散等,都应以价值率来衡量和导向其在开放式系统新的稳态建立中的功效贡献。
19世纪存在着2种对立的发展观。一种是以热力学第二定律为依据推演出的退化观念体系,它认为,由于能量的耗散,世界万物趋于衰弱,宇宙趋于“热寂”,结构趋于消亡,无序度趋于极大值,整个世界随着时间的进程而走向死亡;另一种是以达尔文的进化论为基础的进化观念体系,它指出,社会进化的结果是种类不断分化、演变而增多,结构不断复杂而有序,功能不断进化而强化,整个自然界和人类社会都是向着更为高级、更为有序的组织结构发展。显然,物理学与生物学、社会学中的这2种观点至少表面上在发展观上是根本对立的。难道生命系统与非生命系统之间真的有着完全不同的运动规律吗?为此,物理学家普利戈金创立了“耗散结构论”,他认为,无论是生命物质还是非生命物质,应该遵循同样的自然规律,生命的过程必然遵循某种复杂的物理定律。
以普里戈金为首的布鲁塞尔学派又经过多年的努力,终于建立起一种新的关于非平衡系统自组织的理论——耗散结构理论。这一理论于1969年由普里戈金在一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出。
自组织现象是指自然界中自发形成的宏观有序现象。在自然界中这种现象是大量存在的,理论研究较多的典型实例如:贝纳德(Benard)流体的对流花纹,贝洛索夫-扎鲍廷斯基(Belousov-Zhabotinsky)化学振荡花纹与化学波,激光器中的自激振荡等。自组织理论除耗散结构理论外,还包括协同学、超循环理论等,它们力图沟通物理学与生物学甚至社会科学,对时间本质问题等的研究有突破性进展,在相当程度上说明了生物及社会领域的有序现象。
耗散结构是自组织现象中的重要部分,它是在开放的远离平衡条件下,在与外界交换物质和能量的过程中,通过能量耗散和内部非线性动力学机制的作用,经过突变而形成并持久稳定的宏观有序结构。
耗散结构理论提出后,在自然科学和社会科学的很多领域,如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等都产生了巨大影响。著名未来学家阿尔文·托夫勒在评价普里戈金的思想时,认为它可能代表了一次科学革命。
(一)基本概念
耗散结构论可概括为:一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量,在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时,通过涨落,系统可能发生突变即非平衡相变,由原来的混沌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。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构,由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持,因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。
系统产生耗散结构的内部动力学机制,正是子系统间的非线性相互作用,在临界点处,非线性机制放大微涨落为巨涨落,使热力学分支失稳,在控制参数越过临界点时,非线性机制对涨落产生抑制作用,使系统稳定到新的耗散结构分支上。
1.涨落
一个由大量子系统组成的系统,其可测的宏观量是众多子系统的统计平均效应的反映。但系统在每一时刻的实际测度并不都精确地处于这些平均值上,而是或多或少有些偏差,这些偏差就叫涨落,涨落是偶然的、杂乱无章的、随机的。
当在临界点处系统内部的长程关联作用产生相干运动时,反映系统动力学机制的非线性方程具有多重解的可能性,自然地提出了在不同结果之间进行选择的问题,在这里瞬间的涨落和扰动造成的偶然性将支配这种选择方式,所以普里戈金提出涨落导致有序的论断,它明确地说明了在非平衡系统具有了形成有序结构的宏观条件后,涨落对实现某种序所起的决定作用。
2.突变
阈值即临界值对系统性质的变化有着根本的意义。在控制参数越过临界值时,原来的热力学分支失去了稳定性,同时产生了新的稳定的耗散结构分支,在这一过程中系统从热力学混沌状态转变为有序的耗散结构状态,其间微小的涨落起到了关键的作用。这种在临界点附近控制参数的微小改变导致系统状态明显的大幅度变化的现象,叫作突变。耗散结构的出现都是以这种临界点附近的突变方式实现的。
耗散结构论把宏观系统区分为3种:①与外界既无能量交换又无物质交换的孤立系;②与外界有能量交换但无物质交换的封闭系;③与外界既有能量交换又有物质交换的开放系。
孤立系统永远不可能自发地形成有序状态,其发展的趋势是“平衡无序态”;封闭系统在温度充分低时,可以形成“稳定有序的平衡结构”;开放系统在远离平衡态并存在负熵流时,可能形成“稳定有序的耗散结构”。
耗散结构是在远离平衡区的、非线性的、开放系统中所产生的一种稳定的自组织结构,由于存在非线性的正反馈相互作用,能够使系统的各要素之间产生协调动作和相干效应,使系统从杂乱无章变为井然有序。
生物机体是一种远离平衡态的有序结构,它只有不断地进行新陈代谢才能生存和发展下去,因而是一种典型的耗散结构。人类是一种高度发达的耗散结构,具有最为复杂而精密的有序化结构和严谨协调的有序化功能。
耗散结构论认为,耗散结构的有序化过程往往需要以环境更大的无序化为代价,因此从整体上讲,由耗散结构本身与周围环境所组成的更大范围的物质系统,仍然是不断朝无序化的方向发展,仍然服从热力第二定律。由此可见,达尔文的进化论所反映的系统从无序走向有序,以及克劳修斯的热力学第二定律所反映的系统从有序走向无序,都只是宇宙演化序列中的一个环节。
3.结构有序与能量有序
耗散结构的有序化程度越高,其内部组织和内部要素就能够产生越强大的相干作用和协调作用,就能够产生越高的价值增长效应,因此只有事物的价值率客观地、准确地反映事物内部各要素之间在功能上的协调作用和相干作用,才能客观地、准确地度量耗散结构的有序化程度。
区分信息的功能特性与结构特性,准确把握信息的本质。信息的本质在于“消除不确定性”,由于“不确定性”实际上就是“无序性”,因此“消除不确定性”就等价于“提高有序性”或“降低无序性”,同样,信息对于耗散结构的作用就是提高耗散结构的功能有序性,而不是提高耗散结构的结构有序性。信息是一种特殊的价值,它并不是直接为耗散结构提供广义有序化能量,而是通过改变耗散结构对于广义有序化能量的使用效益,来服务于耗散结构。具体而言,就是提高耗散结构的价值率。信息的准确定义是:“一切能够改变事物价值率的内外因素称为信息。”(https://www.daowen.com)
4.价值率与价值分类
1)人生意义的价值分类
人的生命过程也存在一个价值率的问题,人生价值率等于人在单位时间内为社会所创造的财富与他所消费的社会财富之比值,反映了这个人对于社会的意义。
根据人生价值率的不同取值,可以描述人在整个社会发展和人类进步过程中所起的作用:当人生价值率远大于社会平均价值率时,属于伟大的人生;当人生价值率只是一般性大于社会平均价值率时,属于优秀的人生;当人生价值率小于或等于社会平均价值率但大于1时,属于平凡的人生;当人生价值率小于1但大于0时,属于庸俗的人生;当人生价值率小于0时,属于卑鄙的人生;当人生价值率远小于0时,属于罪恶的人生。
人生价值率的计算是一个非常复杂的问题,不仅要考虑人生过程中所贡献与索取的一般性财富,还要考虑政治与文化、伦理与道德等方面的因素,还要考虑先天性条件与后天性机遇等方面的因素。也就是说,并不是个人的政治地位越高,其人生价值率就越高;并不是个人的成就越大,其人生价值率就越高。例如,残疾人虽然依靠自己的力量,顽强拼搏,赚取个人生活资料,只能勉强维持个人的基本生存,不能为社会作出额外的贡献,但对他们所计算出的人生价值率可能很高。又例如,一些有较高成就的人虽然对社会所作的贡献较大,但他们得到了国家或他人更多的帮助,受更高程度的基础教育和职业培训,有较好的先天性条件和后天性机遇,由此所计算出的人生价值率可能并不高。
同理,根据价值率的不同取值,一个政党、社会机构、社会团体等集体可分为伟大的集体、杰出的集体、平凡的集体、庸俗的集体、卑鄙的集体、罪恶的集体六大类型。
2)思想的价值分类
人的思想价值率等于这一思想的运用在单位时间内所创造的价值与形成、维持、发展和运用这一思想所消费的价值之比值。根据价值率的不同取值,人的思想可分为崇高的思想、先进的思想、平凡的思想、庸俗的思想、可耻的思想、反动的思想六大类型。
3)行为的价值分类
人的行为价值率等于这一行为在单位时间内所创造的价值与形成、维持、发展和运用这一行为所消费的价值之比值。根据价值率的不同取值,人的行为可分为至善的行为、善的行为、平凡的行为、庸俗的行为、可耻的行为、罪恶的行为六大类型。
4)产品的价值分类
一般产品的价值率等于该产品所具有的使用价值与得到(或生产)它所耗费的价值量及时间之比值。根据价值率的不同取值,产品可分为急需品、必需品、必要品、多余品、有害品和剧毒品六大类。
另外,典型事物的价值分类也可以用价值率的理论来进行。
(二)干预活动系统中耗散结构理论研究和应用方向
(1)生命活动系统结构和功能的无序和有序:研究生命活动在耗散结构理论下的运行规律,为个体自助干预和医学干预提供理论和实践指导。
(2)生命活动系统新的宏观稳态有序结构干预:在开放式生命系统的失稳状态下,达成宏观稳态有序结构的价值率研究,为个体自助干预和医学干预提供理论和实践指导。
(3)干预活动系统中结构和功能的无序和有序:为建立全周期生命活动自助干预的医学和生活融合活动进行知识和理论研究。
(4)干预活动系统中生产力及其组织的资源和产能耗散:从劳动者素养、科学技术、工具和生产资料、劳动对象(工作靶向)等方向,研究干预活动系统中的生产力价值率提升的规律和理论。
(5)干预活动系统中组织中的兴奋性和激越性的耗散:从生产者(劳动者)主体效能出发,研究干预活动系统中组织中的兴奋性和激越性的耗散模型和理论。
(6)干预活动系统中主体、环境、管理3层效能的耗散:从干预活动的效率效果效益出发,研究干预活动系统中组织中的兴奋性和激越性的耗散模型和理论。
(7)价值率导向的系统稳态建立功效研究:建立价值率行为导向的干预系统功效模型和理论。