系统世界

生命,是有目的地生长和演化《系统科学与自组织理论》

发布时间:11/18/2021|浏览次数:13

生物有一个有条不紊的构造,而且能有目的地生长和演化。这看来是生命所特有的。

生物一死,构造立即开始破坏,生长和演化也立即停止,转入分解。所以一般系统论的核心是这后两条基本原则。冯·贝塔朗费等人,首先认识到这个生命所特有的现象与物理学中热力学第二定律说的不同:热力学第二定律说一个封闭系统(同周围环境没有能量和物质交换的有限大的系统)的熵只能增加,看来越变越无序,而不是走向有序。抓住这一点,一般系统论强调系统的开放性,即系统要同周围环境有能量和物质的交换。

一般系统论的一个重要成果是把生物和生命现象的有序性和目的性同系统的结构稳定性联系起来:有序,因为只有这样才使系统结构稳定;有目的,因为系统要走向最稳定的系统结构。这个概念当然与现代科学中的控制论有关。

但是,由于生物和生命现象的高度复杂性,理论生物学家搞一般系统论遇到的困难很大。几十年来,一般系统论基本上处于概念的阐发,理论的具体和定量结果还很少。当然,他们抱的希望还是很高的,罗申就说:“从演化的角度来看,生物学可认为是一部告诉人们如何有效地解决复杂问题的百科全书,以及解决这些问题中要避免的事项。生物学给我们提供了如何在大而成员各有不同的集体中进行合作而不是竞争的实例,从而证明这种集体合作是可能的、存在的。”(当然他在这里把合作和竞争割裂了,在生物界里,合作与竞争也是辩证地统一的。)




复杂系统中的结构稳定性代表着有序性,但这稳定性到底是怎么产生的呢?

首先给出这方面线索的是普里戈金(I.Prigogine)和由他率领的所谓比利时布鲁塞尔学派。他们在几十年的工作中,首先从平衡态热力学出发,研究了稍为偏离平衡态的热力学,从而得到处理一般不均匀物质中各种传递过程的理论。其中利用了昂萨格(Onsager)关于传递系数的对易定理。这就是由这个学派创立的非平衡态热力学。普里戈金由此再向远离平衡态的方向推进。他发现只要化学反应的速度不是大到使分子运动的速度分布比起麦克斯韦平衡态分布有过分的畸变,那么线性传递关系,也就是输运流强与物态的空间梯度成线性关系,仍然是正确的,尽管现在传递系数必须作为局部物态的函数。这就使得他们的非平衡态热力学,可以推广到远离平衡态的情况。

他们由此发现了远离平衡态的稳定结构,也就是所谓“耗散结构”(dissipative structure),并认为耗散结构就是一般系统论中要找的具有有序性的系统稳定结构。他们的系统合乎理论生物学的规定:从热力学的角度来看,系统必须是开放的。系统本身尽管在产生熵,但系统又同时向环境输出熵,输出大于生产,系统保留的熵在减少,所以走向有序。布鲁塞尔学派的这些成就把理论生物学推进了一大步,使一般系统论的有序结构稳定性有了严密的理论根据。系统自己走向有序结构就可称为系统自组织,这个理论也可称为系统的自组织理论。