人類健康學(xué)(一)

1、人類健康學(xué)自工業(yè)革命以來，人類社會(huì)發(fā)生了一系列人類幾千年來不敢想象的巨大變化，創(chuàng)造了一系列令人震驚的技術(shù)奇跡，創(chuàng)造了人類幾千年都沒能創(chuàng)造的“財(cái)富”。這些技術(shù)和“財(cái)富”，滲透到了人們生活的方方面面，甚至滲透到了人們的靈魂深處：人類一直在孜孜不倦地一往直前、永不停止地追求著新的技術(shù)，為了更加省時(shí)，為了更多的“財(cái)富”，為了消滅“疾病”。但事實(shí)是現(xiàn)代人被各種鋪天蓋地的信息和事物所包圍，而留給自己思考的時(shí)間卻越來越少，財(cái)富不知何時(shí)才能滿足，疾病越來越多、越來越復(fù)雜、越來越難以對(duì)付。任何人都不能否認(rèn)工業(yè)現(xiàn)代化帶給人類的新生活，但我們?cè)诖嘶A(chǔ)上，理應(yīng)生活得更加健康和幸福。人類在應(yīng)付疾病的方面，除了疾病的治療

2、以外，必然還會(huì)思考如何使疾病不發(fā)生，這就是預(yù)防醫(yī)學(xué)。但是，再進(jìn)一步，人類是否可以有更高的戰(zhàn)略思路：不以疾病為著眼點(diǎn)，而是直接考慮人類健康狀況的保持；同時(shí)，如果能找出健康保持的規(guī)律，這將對(duì)疾病的發(fā)生發(fā)展規(guī)律有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，從而可以更加全面、更加主動(dòng)、更加積極地促進(jìn)人類的健康。健康保持研究與近現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究有著根本的區(qū)別。人類健康狀態(tài)的保持，是一種策略。健康保持的科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)研究的根本區(qū)別在于，近現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究的對(duì)象疾病，是一種可以看得見、摸得著的，可以通過實(shí)驗(yàn)室展開實(shí)驗(yàn)分析的，而健康科學(xué)研究的對(duì)象是一種狀態(tài)，即人體穩(wěn)定而有序運(yùn)行的狀態(tài)，不是一個(gè)可以看得見、摸得著的實(shí)體。健康狀況保持研究，不是研究人

3、體本身（研究人體本身的發(fā)生發(fā)展規(guī)律的科學(xué)體系為生命科學(xué)體系，如：生理學(xué)、解剖學(xué)、生物學(xué)等），而是一種研究“關(guān)系”的科學(xué)，即研究人體和宇宙大自然、研究人和社會(huì)、人和人、人體內(nèi)部各種關(guān)系的科學(xué)，是研究這些關(guān)系如何和諧而穩(wěn)定地運(yùn)行。人類把握了這種運(yùn)行機(jī)制，自然就掌握了軀體健康保持的部分規(guī)律，從而更為主動(dòng)、自覺地吻合這種規(guī)律，實(shí)現(xiàn)自身最大限度的健康保持。當(dāng)然，健康保持的研究是基于人體個(gè)體的自身客觀條件為基礎(chǔ)的。在一個(gè)個(gè)體誕生后，其基因?qū)ζ渥陨淼母咎匦杂谢A(chǔ)性的決定作用，如：性別、體格、性格、遺傳疾病等等。健康研究是在基于這些基因決定的健康的基礎(chǔ)上展開研究，是良好健康狀態(tài)保持的研究。這種以健康保持為出

4、發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)的科學(xué)研究是人類科學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在的必然。現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，特別是相對(duì)論、量子學(xué)說、自組織非線性科學(xué)理論的提出和發(fā)展，為人類認(rèn)識(shí)世界、認(rèn)識(shí)宇宙、認(rèn)識(shí)自身提供了新的視角。這些理論的發(fā)展、完善以及運(yùn)用，必將改變?nèi)祟惖乃季S方式、生活方式、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。人類健康狀況保持的科學(xué)研究也是在這些理論特別是自組織非線性科學(xué)的基礎(chǔ)上展開的。研究表明，世界是個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)是個(gè)不可分割的整體，我們?nèi)祟悅€(gè)體是這一整體中的一部分。研究人類個(gè)體的健康保持，必然要將個(gè)體放置于這個(gè)整體中去研究；同時(shí)，每個(gè)生命體也是個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，研究個(gè)體的健康保持，也必然要以復(fù)雜性的思維范式來展開研究。而復(fù)雜性式有其自身的運(yùn)行規(guī)

5、律即非線性的、突變式的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，并不是以往我們認(rèn)為的線性的發(fā)生發(fā)展規(guī)律。健康保持的研究，就是以這樣的理論為基礎(chǔ)展開。第一篇：基礎(chǔ)理論近代的研究發(fā)現(xiàn)，大自然中與生命相關(guān)的過程均是復(fù)雜性的，人體的健康不僅與自身的各種生命活動(dòng)相關(guān)，而且與大自然整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)均息息相關(guān)，是一個(gè)龐大的復(fù)雜系統(tǒng)。以牛頓經(jīng)典力學(xué)為代表的近代科學(xué)，確立了現(xiàn)實(shí)世界簡(jiǎn)單性的信念，這個(gè)傳統(tǒng)一直延續(xù)到20世紀(jì)初，而到了20世紀(jì)60年代以后，簡(jiǎn)單性觀念和方法受到?jīng)_擊，所謂簡(jiǎn)單系統(tǒng)和簡(jiǎn)單過程其實(shí)并不簡(jiǎn)單?，F(xiàn)代科學(xué)所面臨的是簡(jiǎn)單性思想和方法無法處理的復(fù)雜對(duì)象。因此，產(chǎn)生了一系列對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的科學(xué)研究與探索，并形成了一系列新的理論，在探討生

6、命與健康的本質(zhì)上得到應(yīng)用。這些理論的形成與發(fā)展使世界觀發(fā)生變化，還原論與破碎性的觀點(diǎn)已經(jīng)不適用于具有整體性的復(fù)雜現(xiàn)象的研究。經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械論的世界觀認(rèn)為事物的運(yùn)動(dòng)都是由必然的規(guī)律決定的，因此宇宙在本質(zhì)上是井井有條、嚴(yán)格有序的，無序性是表面現(xiàn)象，相對(duì)論與量子力學(xué)的提出打破了這一觀點(diǎn)。莫蘭在其著作中提出：世界既不可能是純粹有序的也不可能是純粹無序的，因?yàn)樵谝粋€(gè)只有無序性的世界里任何事物都將化為烏有而不可能存在，在一個(gè)而只有有序性的世界里，萬物將一成不變，不會(huì)有新東西發(fā)生。所以世界的基本性質(zhì)是有序性和無序性的交混，而這正構(gòu)成了它的復(fù)雜性的基礎(chǔ)。無序性既有破壞秩序的消極方面，也有為創(chuàng)出一個(gè)新的更高級(jí)的

7、秩序提供可能性的積極方面，它還構(gòu)成了主體能動(dòng)活動(dòng)的條件之一。在現(xiàn)代的科學(xué)理論范疇，非線性科學(xué)就是研究復(fù)雜性現(xiàn)象的新科學(xué)，而與生命系統(tǒng)有關(guān)的近期非線性科學(xué)研究的主要理論基礎(chǔ)有：自組織與耗散結(jié)構(gòu)、混沌與分形、復(fù)雜性探索等。在探討生命的本質(zhì)與其生長(zhǎng)過程方面，自組織與耗散結(jié)構(gòu)理論能對(duì)其有一個(gè)新的詮釋?？茖W(xué)的發(fā)展說明了非線性問題的出現(xiàn)不是個(gè)別的或者局部的情況。應(yīng)該認(rèn)為，世界在本質(zhì)上是非線性的。正像直線是曲線的特殊情況一樣，線性關(guān)系是非線性關(guān)系的特殊或者簡(jiǎn)化的情形。在人體的生理現(xiàn)象中，廣泛的發(fā)現(xiàn)了混沌，生理學(xué)家已開始認(rèn)識(shí)到，生理混沌可以導(dǎo)致疾病，它也可能是健康的保證。哈佛醫(yī)學(xué)院的戈?duì)柕虏駭嘌?，健康的?dòng)力

8、學(xué)標(biāo)志就是分形物理結(jié)構(gòu)；治療疾病時(shí)應(yīng)著眼于拓寬一個(gè)系統(tǒng)的譜儲(chǔ)備，即增加產(chǎn)生不同頻率的能力。熱力學(xué)的熵理論使得對(duì)生命系統(tǒng)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。生命系統(tǒng)（生命體）利用信息完成有利于自身的物質(zhì)和能量的交換，把負(fù)熵流引入自身，從而保持和發(fā)展自身的有序性。 這些理論具有一個(gè)統(tǒng)一的觀點(diǎn)，即有必要把世界看成是未被分割的整體，人類也是這一整體的一部分，其與世界其他事物是相互聯(lián)系的，其本質(zhì)是“關(guān)系”。二元論的思想是人類健康的阻力，整體性的觀點(diǎn)才是人得以健康的基礎(chǔ)。第一章 自組織第一節(jié) 自組織一般來說，組織是指系統(tǒng)內(nèi)的有序結(jié)構(gòu)或這種有序結(jié)構(gòu)的形成過程。德國(guó)理論物理學(xué)家H. Haken認(rèn)為，從組織的進(jìn)化形式來看，可以把它

9、分為兩類：他組織和自組織。一、他組織如果一個(gè)系統(tǒng)靠外部的有目的的某種特定指令而形成的相應(yīng)有序狀態(tài)過程稱為他組織，例如計(jì)算機(jī)、機(jī)械裝備等。二、自組織自組織是一個(gè)系統(tǒng)在不存在外部特定指令的情況下，自發(fā)地產(chǎn)生某種有序狀態(tài)的過程，這種有序狀態(tài)包括時(shí)間、空間、功能等方面。自組織可分為封閉平衡態(tài)自組織和開放非平衡態(tài)自組織。封閉平衡態(tài)自組織結(jié)構(gòu)如晶體，不需要和外界交換物質(zhì)和能量，相變過程具有可逆性。這種結(jié)構(gòu)是一種低熵、低內(nèi)能狀態(tài)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有較高對(duì)稱性。當(dāng)系統(tǒng)處于開放的非平衡狀態(tài)時(shí)，也可形成有序結(jié)構(gòu)。這種有序結(jié)構(gòu)由于必須和外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換才能形成和維持，普里戈金稱之為耗散結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是由于系統(tǒng)在遠(yuǎn)離

10、平衡時(shí)，非線性相干作用的結(jié)果，過程具有不可逆性。內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)稱性較弱，是一種低熵、內(nèi)能高的狀態(tài)。由于這種結(jié)構(gòu)必須不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換才能維持，因此是一種“活”結(jié)構(gòu)，生物就是這種結(jié)構(gòu)的典型例子。 申維編著.耗散結(jié)構(gòu)、自組織、突變理論與地球科學(xué).地質(zhì)出版社.2008年版.第56頁.我們對(duì)自組織的研究主要是針對(duì)這種結(jié)構(gòu)展開。三、自組織現(xiàn)象自組織現(xiàn)象是指自然界中自發(fā)形成的宏觀有序現(xiàn)象。自組織現(xiàn)象在自然界中普遍存在，而且在人類社會(huì)中也存在許多由無序自發(fā)演化成有序的自組織現(xiàn)象。一個(gè)系統(tǒng)自組織功能愈強(qiáng)，其保持和產(chǎn)生新功能的能力也就愈強(qiáng)。理論研究較多的實(shí)例主要在物理化學(xué)方面。1貝納德對(duì)流考慮一個(gè)從下面

11、加熱同時(shí)維持上面溫度不變的流體層。若頂部與底部的溫差很小，熱通過熱傳導(dǎo)傳遞，那么流體不會(huì)產(chǎn)生宏觀運(yùn)動(dòng)，流體保持靜止。當(dāng)進(jìn)一步增加溫差使溫度梯度達(dá)到一臨界值時(shí)，流體開始作宏觀運(yùn)動(dòng)，并且毫不混亂，而是呈現(xiàn)一種極有規(guī)律的滾卷運(yùn)動(dòng)或出現(xiàn)六角形的圖樣。這種六角形的圖樣是由貝納德于1900年首先發(fā)現(xiàn)的，他是在一個(gè)透明的碟子里加入一些液體，在爐子上加熱，開始會(huì)出現(xiàn)一些不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的小氣泡，隨著熱量增加，當(dāng)液層頂部和底部之間的溫度差達(dá)到一個(gè)閾值后，對(duì)流開始，下層較熱的液體流入上面較冷的部分，在液面上形成大范圍規(guī)則的蜂巢狀花紋，這些花紋組成一種美麗的圖案，就是著名的貝納德花紋。這是一種典型的自組織現(xiàn)象。2激光人眼

12、感覺到的光波是由大量原子或分子發(fā)光的結(jié)果，但激光與普通光有明顯的區(qū)別。激光是由激光器發(fā)射出來的光，它是單一頻率的光，單色性好，具有相干性，而普通光是各種頻率復(fù)合起來的復(fù)合光，各原子彼此之間頻率、震動(dòng)方向和相位雜亂無章，不具備相干性，方向性也差。激光器與普通的充氣管的不同之處，在于激光器在玻璃管兩端有兩個(gè)單面鏡，它們的作用是使沿著燈管軸線進(jìn)行的光波能盡量長(zhǎng)久地留存在管中，兩面平行的鏡子，構(gòu)成一個(gè)光學(xué)諧振，只有一些特定波長(zhǎng)的光得以通過，激光器未接通電源之前，管內(nèi)是復(fù)合光，接通電源后，能夠通過鏡面波長(zhǎng)的光首先獲得能量，并迫使受激電子把能量只傳給同樣波長(zhǎng)和方向的原子，能量迅速加強(qiáng)，這種光波決定著激光的

13、秩序，支配著激光的自組織。在激光發(fā)射過程中，光波會(huì)通過鏡面或散射等原因損失，因此必須保證使光波的能量損失能夠通過受激放射產(chǎn)生的能量增益而得到平衡。這表明，當(dāng)增加通過光管的電流時(shí)，普通光將突然轉(zhuǎn)變?yōu)榧す?。這里有一個(gè)臨界的電流強(qiáng)度，在那里電流強(qiáng)度只要有一個(gè)小小的變動(dòng)，就會(huì)大大改變激光器中的有序狀態(tài)。只有通過不斷地向激光器輸入能量，才能保持激光放射。3化學(xué)鐘化學(xué)振蕩是一種周期性的化學(xué)現(xiàn)象，其中最著名的例子是由俄國(guó)人貝洛索夫發(fā)現(xiàn)，而后由扎鮑廷斯基系統(tǒng)進(jìn)行了研究的一種反應(yīng)組合。通常該反應(yīng)需要一個(gè)在25左右的反應(yīng)混合物，由溴酸鉀、丙二酸或溴丙二酸，以及溶于檸檬酸的硫酸鈰（或硫酸鈰的某種等效化合物）所組成。

14、這一反應(yīng)隨著時(shí)間推移，溶液顏色發(fā)生周期性的變化，從紅色到藍(lán)色再恢復(fù)到紅色。如果在該實(shí)驗(yàn)過程中，不斷把新鮮物質(zhì)添加進(jìn)反應(yīng)的容器中去，并去除反應(yīng)的產(chǎn)物，這種周期性的顏色變化就可以永久的進(jìn)行下去。這種反應(yīng)如同表明周期性的時(shí)間持續(xù)的鐘一樣，因此可以根據(jù)這種反應(yīng)制成一個(gè)鐘。這種“時(shí)鐘反應(yīng)”其實(shí)就是自催化反應(yīng)。生命是典型的自組織現(xiàn)象生物體顯然是自組織結(jié)構(gòu)，而且是典型的自組織結(jié)構(gòu)。首先，生物體是按自身內(nèi)部指令自發(fā)地形成。以一個(gè)人的生命周期過程為例，受精卵在母體內(nèi)開始進(jìn)行細(xì)胞分裂和復(fù)制，逐漸形成胚胎的各種器官，成熟后便誕生出世。隨著嬰兒的成長(zhǎng)，各種器官與器官功能日趨完善，越來越有序化。如果從生命的基本單位基因

15、來看,生命個(gè)體通過對(duì)四種堿基的自組織形成不同的基因序列，從而決定各種蛋白質(zhì)等構(gòu)成生命的主體,個(gè)體中的各種生化反應(yīng)有很多都是自催化反應(yīng),通過這些反應(yīng)維持生命的進(jìn)程。因此生命現(xiàn)象是自組織現(xiàn)象，生命系統(tǒng)是極為復(fù)雜的耗散系統(tǒng)。其次，生命體是開放系統(tǒng)。生命體自發(fā)地和大自然進(jìn)行著物質(zhì)、能量和信息的交換，等等。自組織現(xiàn)象有的特點(diǎn)，生物體基本上均有。因此，研究人體健康的保持，必然是以自組織理論為基礎(chǔ)展開。也就是說，自組織理論的出現(xiàn)，使人類科學(xué)而系統(tǒng)地研究人體健康保持成為可能。四、自組織現(xiàn)象的特點(diǎn)1系統(tǒng)的宏觀有序結(jié)構(gòu)一旦形成，就具有一定的穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)即使受到某種擾動(dòng)，只要外界條件不變，結(jié)構(gòu)仍將恢復(fù)。 2雖然系

16、統(tǒng)的宏觀結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，但在微觀上，系統(tǒng)中的組成粒子并不顯示為不變。例如水的對(duì)流，在外界條件不變的情況下，雖然宏觀上水的對(duì)流持續(xù)存在，但部分水分子的排列結(jié)構(gòu)還是在發(fā)生變化，即形成新的相變：逐步變成水蒸汽。這正是開放性自組織現(xiàn)象的特征。3需要消耗大量的能量，處于開放狀態(tài)下的自組織系統(tǒng)只有不斷地從外界攝入物質(zhì)或能量，新結(jié)構(gòu)才得以維持，系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)同合作現(xiàn)象即自組織現(xiàn)象才可以存在。例如激光的自組織過程，只有接通電源，獲得能量，才能使激光持續(xù)發(fā)射。4有序結(jié)構(gòu)的形成，是基于突變。一個(gè)系統(tǒng)在演化過程中，當(dāng)某些參數(shù)達(dá)到某臨界值時(shí)，狀態(tài)會(huì)發(fā)生突變，從而形成有序結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)常是在隨機(jī)性選擇下出現(xiàn)的，具有長(zhǎng)

17、程關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)。在系統(tǒng)某些控制參數(shù)超過臨界值時(shí)，熱力學(xué)分支失去穩(wěn)定，微小的漲落會(huì)使系統(tǒng)離開熱力學(xué)分支而進(jìn)入到新的有序結(jié)構(gòu)分支，系統(tǒng)發(fā)生對(duì)稱性破缺。貝納德對(duì)流就導(dǎo)致空間對(duì)稱性的破缺，而化學(xué)鐘導(dǎo)致了時(shí)間對(duì)稱性的破缺。5外在控制條件與系統(tǒng)的有序結(jié)構(gòu)存在對(duì)稱性不一致，即控制條件與系統(tǒng)的有序結(jié)構(gòu)無明顯聯(lián)系。控制條件一般是連續(xù)的改變，而系統(tǒng)的宏觀有序狀態(tài)的改變卻是突然發(fā)生的。也就是說，在一定參數(shù)范圍內(nèi)，控制條件可以是對(duì)稱的，而系統(tǒng)在所呈現(xiàn)的宏觀狀態(tài)卻是不均勻的。例如貝納德對(duì)流試驗(yàn)中，對(duì)液體的加熱在水平方向是均勻的，而液體呈現(xiàn)的花樣在水平方向上卻是周期性變化，呈現(xiàn)花樣和控制條件在對(duì)稱性上不一致。6非線性效應(yīng)，

18、即小的輸入，有大的效應(yīng)。在生命體中，其表現(xiàn)就是酶的催化作用。同時(shí)，作為自然界極其復(fù)雜的自組織結(jié)構(gòu)，生命的維持就是靠這種非線性效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。例如:飲食、激素，甚至一個(gè)信息，就可以對(duì)整個(gè)生命體發(fā)號(hào)指令，讓整個(gè)生命體迅速行動(dòng)起來。還有一個(gè)例子，那就是針灸，一根細(xì)小的針，可能就可以使人體內(nèi)不同層級(jí)的有序結(jié)構(gòu)體發(fā)生新的關(guān)聯(lián)，從而使不同層次的有序結(jié)構(gòu)形成新的更高一層次的有序結(jié)構(gòu)，從而起到“治病”的作用。五、自組織的三個(gè)要素以及相互關(guān)系1結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)包括時(shí)間結(jié)構(gòu)（周期振蕩）、空間結(jié)構(gòu)（一維、二維、三維空間的周期分布）、時(shí)-空結(jié)構(gòu)（各種形式的波）、功能結(jié)構(gòu)等。這種結(jié)構(gòu)是開放性的。這種內(nèi)部存在著宏觀流動(dòng)、狀態(tài)

19、隨時(shí)間變化的結(jié)構(gòu)，或者說內(nèi)部存在宏觀差異，以致對(duì)稱性發(fā)生破缺的結(jié)構(gòu)可以統(tǒng)稱為非平衡結(jié)構(gòu)。非平衡意味著“對(duì)外開放”和“對(duì)內(nèi)搞活”，它是自組織過程中不可缺少的一個(gè)基本要素。2漲落：漲落是指對(duì)本征的偏離。本征指系統(tǒng)既定的宏觀狀態(tài)，漲落則是對(duì)這一既定宏觀狀態(tài)的局部偏離。比如光源中原子的自發(fā)輻射、化學(xué)反應(yīng)中分子濃度的波動(dòng)、流體中液滴的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)等，其共同的特點(diǎn)是隨機(jī)性，無法預(yù)言、不可控制。對(duì)于系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)而言，漲落既是干擾者、破壞者，又是引導(dǎo)者、建設(shè)者。在宏觀結(jié)構(gòu)新舊交替的關(guān)鍵時(shí)刻，漲落的這種“破”與“立”的兩重性得到了統(tǒng)一。此時(shí)，漲落決定全局的結(jié)果，通過漲落達(dá)到有序。3功能：功能指化學(xué)或生物活性。這

20、里“活性”具體表現(xiàn)為自催化（x的存在加速自身的合成）、自阻化（x的存在阻化合成它所需要的催化）、交叉催化（屬于兩個(gè)不同反應(yīng)鏈的兩種產(chǎn)物各自促進(jìn)對(duì)方的合成），以及由此而產(chǎn)生的反饋環(huán)和調(diào)節(jié)機(jī)制。它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即非線性相互作用。就一般情況而言，在用以描述“化學(xué)和生物活性”的微分方程中，一定少不了非線性項(xiàng)，控制自組織的方程本質(zhì)上是非線性的。這種非線性的存在是系統(tǒng)的臨界效應(yīng)（狀態(tài)突變）、分叉效應(yīng)（多重選擇）、相干效應(yīng)（長(zhǎng)程關(guān)聯(lián)）的總根源。這些效應(yīng)在自組織過程中是必不可少的。 申維編著.耗散結(jié)構(gòu)、自組織、突變理論與地球科學(xué).地質(zhì)出版社.2008年版.第59頁.用化學(xué)方程所表達(dá)的功能，不穩(wěn)定性所產(chǎn)生

21、的時(shí)空結(jié)構(gòu)，以及觸發(fā)這一不穩(wěn)定性的漲落，每一要素作用的發(fā)揮都以另外兩個(gè)要素的存在為前提；反過來，每一要素的存在又促進(jìn)另外兩個(gè)要素作用的發(fā)揮。這三個(gè)方面的相互作用如圖1-1所示。 普里戈金著，沈小峰譯.從存在到演化. 北京大學(xué)出版社.2007年版.第61頁.功能結(jié)構(gòu)漲落圖1-1 功能、結(jié)構(gòu)、漲落的相互作用關(guān)系六、自組織的三類過程自組織作為一種過程演化的概念，包含三類過程：1.從混亂的無序狀態(tài)到有序狀態(tài)的演化，即從非組織到組織，從混沌到有序，它意味著組織的起源。例如物質(zhì)的相變過程的前后狀態(tài)，生命的起源。2.由組織程度低到組織程度高的層次躍升的過程演化。例如，從分子到細(xì)胞，從細(xì)胞到生命體，形成兩個(gè)完

22、全不同的組織層次。3.在相同組織層次上由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程演化。例如，單分子到多分子體系，單細(xì)胞到多細(xì)胞體系，哺乳動(dòng)物類從簡(jiǎn)單哺乳動(dòng)物到高級(jí)哺乳動(dòng)物的演化，等等。 這三個(gè)過程呈現(xiàn)出交替作用的情形，形成了組織化的連續(xù)統(tǒng)一體。 陳其榮.自然哲學(xué).復(fù)旦大學(xué)出版社.2004年版.第141頁.第二節(jié) 自組織的相關(guān)理論在對(duì)自組織現(xiàn)象進(jìn)行研究過程中，其主要的理論核心是耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論和突變論，它們與超循環(huán)理論等共同構(gòu)成了自組織理論。一、耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)理論是比利時(shí)物理化學(xué)家普里戈金教授于20世紀(jì)60年代末創(chuàng)立的。由于對(duì)非平衡熱力學(xué)尤其是建立耗散結(jié)構(gòu)理論方面的貢獻(xiàn)，他榮獲了1977年諾貝爾獎(jiǎng)。

23、耗散結(jié)構(gòu)理論是在經(jīng)典熱力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，經(jīng)典的熱力學(xué)理論只適用于平衡態(tài)的過程，無法用以解釋像生命這種遠(yuǎn)離平衡和高度有序化的系統(tǒng)。所以必須把熱力學(xué)定律向非平衡態(tài)、非線性作用的領(lǐng)域推進(jìn)。耗散結(jié)構(gòu)理論以貝納德花紋等科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)的方法實(shí)踐了薛定諤關(guān)于“負(fù)熵”的理論思想，他突出了系統(tǒng)與外界環(huán)境物質(zhì)與能量的交換過程，從熱力學(xué)熵?zé)o限增大原理出發(fā)，普里戈金認(rèn)為任何系統(tǒng)的熵都由兩部分之和組成，即一部分是系統(tǒng)自身產(chǎn)生的，另一部分是系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)和能量后產(chǎn)生的。這樣劃分以后，就可以根據(jù)不同情況區(qū)別系統(tǒng)的性質(zhì)：在一個(gè)孤立封閉的系統(tǒng)中，沒有外部能量的交換，系統(tǒng)發(fā)展符合熱力學(xué)定律；在開放系統(tǒng)中，遠(yuǎn)離平

24、衡狀態(tài)下，由于系統(tǒng)不斷地從外界獲取負(fù)熵，在達(dá)到一定的閾值時(shí)，就可能轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時(shí)間空間或功能上的有序狀態(tài)。耗散結(jié)構(gòu)理論主要研究遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)，不論它是力學(xué)的、物理化學(xué)的、生物學(xué)的還是軟科學(xué)的系統(tǒng)，只要該系統(tǒng)的環(huán)境不斷與其交換物質(zhì)和能量（實(shí)質(zhì)上是交換負(fù)熵）并且達(dá)到一定程度（超過某一臨界點(diǎn)），那么原來較為混亂無序的狀態(tài)會(huì)在幾乎同一時(shí)間突變成為一種在時(shí)間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)。因此耗散結(jié)構(gòu)定義為：在遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)下，當(dāng)外界條件達(dá)到某一閾值時(shí)，量變可能引起質(zhì)變，系統(tǒng)通過不斷與外界交換物質(zhì)和能量，會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一種自組織現(xiàn)象，組成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一種互相協(xié)調(diào)的作用，借助于外界的能流和物質(zhì)流而維

25、持一種空間或時(shí)間的有序結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是由于進(jìn)行不可逆過程時(shí)系統(tǒng)發(fā)生能量耗散所致。耗散結(jié)構(gòu)形成的條件：系統(tǒng)必須是開放的，通過與外界交換物質(zhì)和能量，引入負(fù)熵流，才可能從無序走向有序；系統(tǒng)必須足夠的遠(yuǎn)離平衡態(tài)，才能保持對(duì)漲落的敏感性，在臨界點(diǎn)上產(chǎn)生突變，從而不斷組織起來，形成新的穩(wěn)定有序結(jié)構(gòu)，非平衡是有序之源；系統(tǒng)內(nèi)要有非線性的相互作用因素，才能產(chǎn)生相干效應(yīng)和協(xié)調(diào)一致的動(dòng)作，產(chǎn)生突變和分叉，形成宏觀有序結(jié)構(gòu)，非線性動(dòng)力學(xué)方程有多重解，有穩(wěn)定解和不穩(wěn)定解，從而使系統(tǒng)的演化發(fā)展可能出現(xiàn)幾種不同的結(jié)果，產(chǎn)生進(jìn)化的多樣性和復(fù)雜性；系統(tǒng)從無序向有序的演化，是通過隨機(jī)的漲落來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)內(nèi)的漲落，由于非線性作用

26、的放大，形成巨漲落，因此，普里戈金說：“在耗散結(jié)構(gòu)里，在不穩(wěn)定之后出現(xiàn)的宏觀有序是由增長(zhǎng)最快的漲落決定的。因此，這種新型的有序可以叫做通過漲落的有序”。漲落是系統(tǒng)形成自組織的觸發(fā)器。這四個(gè)條件緊密相連，互為支持，保持開放性是基本前提，遠(yuǎn)離平衡態(tài)是必要條件，非線性機(jī)制是內(nèi)在基礎(chǔ)，而漲落是發(fā)展的誘因。 申維編著.耗散結(jié)構(gòu)、自組織、突變理論與地球科學(xué).地質(zhì)出版社.2008年版.第8頁普里戈金提出的耗散結(jié)構(gòu)理論以非平衡熱力學(xué)和相變理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用非線性微分方程以及隨機(jī)過程等數(shù)學(xué)工具，解決了長(zhǎng)期以來存在的熱力學(xué)與進(jìn)化論之間的矛盾，揭示出某些生命系統(tǒng)和非生命系統(tǒng)的共同特點(diǎn)，溝通了非生命系統(tǒng)和生命系統(tǒng)的內(nèi)在

27、聯(lián)系，說明這兩大類系統(tǒng)之間沒有嚴(yán)格的界限，表面上的鴻溝是由相同的規(guī)律所支配的。耗散結(jié)構(gòu)理論是對(duì)系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的研究，還沒有和微觀性質(zhì)聯(lián)系起來。二、協(xié)同論協(xié)同論是由德國(guó)理論物理學(xué)家赫爾曼·哈肯于20世紀(jì)60年代初創(chuàng)立的，60年代初，激光剛問世，哈肯就注意到其重要性，并立即進(jìn)行系統(tǒng)的激光理論研究。在深入研究激光理論的過程中，哈肯發(fā)現(xiàn)在合作現(xiàn)象的背后隱藏著某種更為深刻的普遍規(guī)律，并于1969年首次提出協(xié)同學(xué)這一名稱。協(xié)同論是對(duì)耗散結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展，它指出系統(tǒng)自組織現(xiàn)象從無序到有序轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵在系統(tǒng)內(nèi)部，在于各子系統(tǒng)在一定條件下相互作用所造成的協(xié)同現(xiàn)象。協(xié)同學(xué)用于解釋系統(tǒng)中微觀粒子以序參量為支配，

28、“競(jìng)爭(zhēng)”和“協(xié)作”并存地形成有序結(jié)構(gòu)的過程。序參量和支配定律是協(xié)同學(xué)的理論基礎(chǔ)。在由普通光演變?yōu)榧す獾淖越M織現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)無生命的物質(zhì)也能自發(fā)組織，產(chǎn)生富有意義的過程，在各種自組織現(xiàn)象中共有一種對(duì)自然規(guī)律的一致性。在自組織現(xiàn)象中，單個(gè)組元好像由一只無形之手促成那樣自行安排起來，但相反正是這些單個(gè)組元通過它們的協(xié)作才轉(zhuǎn)而創(chuàng)建出這只無形之手。我們稱這只使一切事物有條不紊地組織起來的無形之手為序參數(shù)。 赫爾曼·哈肯著，凌復(fù)華譯. 協(xié)同學(xué)大自然構(gòu)成的奧秘. 上海世紀(jì)出版集團(tuán). 2005年版. 第7頁哈肯通過對(duì)臨界點(diǎn)附近的行為的描述，闡述了慢變量支配原則和序參量概念，認(rèn)為事物的演化受序參

29、量的控制，演化的最終結(jié)構(gòu)和有序程度決定于序參量。不同的系統(tǒng)序參量的物理意義也不同。比如，在激光系統(tǒng)中，光波的波長(zhǎng)和光場(chǎng)強(qiáng)度就是序參量。在化學(xué)反應(yīng)中，取濃度或粒子數(shù)為參序量。這些為數(shù)不多的參量就完全確定了系統(tǒng)的宏觀行為并表征系統(tǒng)的有序化程度。當(dāng)系統(tǒng)是無序時(shí)，序參量為零。當(dāng)外界條件變化時(shí)，序參量也變化，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界點(diǎn)時(shí)，序參量增長(zhǎng)到最大，此時(shí)出現(xiàn)了一種宏觀有序的有組織的結(jié)構(gòu)。那些為數(shù)眾多的變化快的狀態(tài)參量就由序參量支配，并可絕熱地將他們消去。這個(gè)序參量一經(jīng)確認(rèn)，就控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直到這個(gè)參量被消亡或取代為止。這一結(jié)論稱為支配原理，它是協(xié)同學(xué)的基本原理。通過序參量概念，我們可以在面對(duì)一個(gè)復(fù)雜

30、系統(tǒng)時(shí)，忽略不必要的細(xì)枝末節(jié)，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)是由序參量來決定的，抓住序參量就把握了系統(tǒng)演化的本質(zhì)。序參量隨時(shí)間變化所遵從的非線性方程稱為序參量的演化方程，是協(xié)同學(xué)的基本方程。序參量并非憑空想出來的，它也是系統(tǒng)參量中的一員，只不過，在外部因素作用下，從與其他參量的平等競(jìng)爭(zhēng)中，取得了支配其他參量的地位。序參量與參量互因?qū)Ψ蕉嬖凇Ｒ话愣?，系統(tǒng)序參量不止一個(gè)，系統(tǒng)的宏觀結(jié)構(gòu)和功能由各序參量協(xié)同控制，序參量之間關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，或競(jìng)爭(zhēng)或合作或共存。越是高級(jí)復(fù)雜的系統(tǒng)其序參量數(shù)量也越多。而協(xié)同作用主要也是研究序參量同系統(tǒng)其他參量間的關(guān)系和序參量間的關(guān)系。協(xié)同學(xué)主要研究遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)在與外界有物質(zhì)

31、或能量交換的情況下，如何通過自己內(nèi)部協(xié)同作用，自發(fā)地出現(xiàn)時(shí)間、空間和功能上的有序結(jié)構(gòu)。它著重探討各種系統(tǒng)從無序變?yōu)橛行驎r(shí)的相似性。哈肯說過，他把這個(gè)學(xué)科稱為“協(xié)同學(xué)”，一方面是由于我們所研究的對(duì)象是許多子系統(tǒng)的聯(lián)合作用，以產(chǎn)生宏觀尺度上結(jié)構(gòu)和功能；另一方面，它又是由許多不同的學(xué)科進(jìn)行合作，來發(fā)現(xiàn)自組織系統(tǒng)的一般原理。協(xié)同論在微觀到宏觀的過渡上，描述了各種系統(tǒng)和現(xiàn)象中從無序到有序轉(zhuǎn)變的共同規(guī)律。它溝通了微觀到宏觀的道路，使系統(tǒng)在宏觀上表現(xiàn)出來的規(guī)律能和微觀上的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。三、突變論突變論的創(chuàng)始人是法國(guó)數(shù)學(xué)家雷內(nèi)托姆，他于1972年發(fā)表的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形態(tài)發(fā)生學(xué)一書闡述了突變理論，榮獲國(guó)際數(shù)學(xué)界的

32、最高獎(jiǎng)-菲爾茲獎(jiǎng)?wù)?。突變論的出現(xiàn)引起各方面的重視，被稱之為“是牛頓和萊布尼茨發(fā)明微積分三百年以來數(shù)學(xué)上最大的革命”。突變是指事物從狀態(tài)的一種形式突然跳躍到根本不同的另一種形式的不連續(xù)變化，包含著突然變化的瞬間過程。突變論是以不連續(xù)現(xiàn)象為研究對(duì)象，運(yùn)用拓?fù)鋵W(xué)、奇點(diǎn)理論和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等數(shù)學(xué)工具，研究某種系統(tǒng)（過程）從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的躍遷。突變論自本世紀(jì)70年代創(chuàng)立以來，十?dāng)?shù)年間獲得迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，引起了科學(xué)界的重視。突變具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，即完全由內(nèi)部因素推動(dòng)及變化的跳躍性，表明唯有突變才是真正的質(zhì)變。突變性狀的出現(xiàn)似乎沒有任何準(zhǔn)備階段，在其理論研究時(shí)也發(fā)現(xiàn)，在達(dá)到臨界點(diǎn)之后無論控制因素變

33、與不變，都不能對(duì)突變過程產(chǎn)生影響，突變過程都是由內(nèi)因決定的。突變理論可用一組參數(shù)描述系統(tǒng)所處的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，表明該系統(tǒng)狀態(tài)的某個(gè)函數(shù)取一定的值（如能量取極小或熵取極大等）。當(dāng)參數(shù)在某個(gè)范圍內(nèi)變化，該函數(shù)值有不止一個(gè)極值時(shí)，系統(tǒng)必然處于不穩(wěn)定狀態(tài)。雷內(nèi)托姆指出：系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，隨參數(shù)的再變化，又使不穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入另一種穩(wěn)定狀態(tài)，那么，系統(tǒng)狀態(tài)就在這一剎那間發(fā)生了突變。凡是屬于復(fù)雜性的事物，都就有突變的特征。突變?cè)谶@里有兩方面的含義：一是，復(fù)雜性事物整體或某一層次整體上的涌現(xiàn)屬性；二是，復(fù)雜性事物內(nèi)部，或某個(gè)層次內(nèi)部各個(gè)可分解部分的突發(fā)性變化。自然界中許多現(xiàn)象都具有突

34、變性，其具體主要表現(xiàn)在其不連續(xù)性。這種不連續(xù)性可以體現(xiàn)在時(shí)間上，如波的破碎、細(xì)胞的分裂；也可以體現(xiàn)在空間上，如物體的邊界或兩種生物組織之間的界面。突變論是一門著重應(yīng)用的科學(xué)。突變論作為一門數(shù)學(xué)分支時(shí)，它是關(guān)于奇點(diǎn)的理論，它可以根據(jù)勢(shì)函數(shù)而把臨界點(diǎn)分類，并且研究各種臨界點(diǎn)附近的非連續(xù)現(xiàn)象的特征。突變論與耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論一起，在有序與無序的轉(zhuǎn)化機(jī)制上，把系統(tǒng)的形成、結(jié)構(gòu)和發(fā)展聯(lián)系起來，成為推動(dòng)系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的重要學(xué)科之一。四、超循環(huán)理論超循環(huán)理論是由德國(guó)生物物理學(xué)家曼弗雷特·艾根于1971年直接從生物領(lǐng)域的研究中首次提出，研究細(xì)胞的生化系統(tǒng)、分子系統(tǒng)與信息進(jìn)化理論。艾根應(yīng)用化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理

35、提出細(xì)胞起源的生物分子的超循環(huán)理論，進(jìn)一步在分子、細(xì)胞層次探討了自組織系統(tǒng)。超循環(huán)是指在生命現(xiàn)象中包含許多由酶的催化作用所推動(dòng)的各種基層循環(huán)所組成的更高層次的循環(huán)，它還可組成再高層次的超循環(huán)（反應(yīng)循環(huán)的中間產(chǎn)物可以催化另一個(gè)反應(yīng)循環(huán)）。超循環(huán)系統(tǒng)即經(jīng)循環(huán)聯(lián)系把自催化或自復(fù)制單元連接起來的系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，每一個(gè)復(fù)制單元既能指導(dǎo)自己的復(fù)制，又能對(duì)下一個(gè)中間物的產(chǎn)生提供催化幫助。艾根在分子生物學(xué)水平上，把生物進(jìn)化的達(dá)爾文學(xué)說通過巨系統(tǒng)高階段理論，進(jìn)行數(shù)學(xué)化，建立了一個(gè)通過自我復(fù)制、自我選擇而進(jìn)化到高度有序水平的自組織系統(tǒng)模型。 超循環(huán)理論在解釋生命的進(jìn)程中有一定的意義。生命的發(fā)展過程分為化學(xué)進(jìn)化和

36、生物學(xué)進(jìn)化兩個(gè)階段。艾根認(rèn)為在化學(xué)演化與生物進(jìn)化之間存在著一個(gè)分子自我組織階段，通過生物大分子的自我組織建立起超循環(huán)組織并過渡到原始的有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命。在化學(xué)進(jìn)化階段中，無機(jī)分子逐漸形成簡(jiǎn)單的有機(jī)分子。在生物學(xué)進(jìn)化階段中，原核生物逐漸發(fā)展為真核生物，單細(xì)胞生物逐漸發(fā)展為多細(xì)胞生物。生物的進(jìn)化依賴遺傳和變異，遺傳和變異過程中最重要的兩類生物大分子是核酸和蛋白質(zhì)。各種生物的核酸和蛋白質(zhì)的代謝有許多共同點(diǎn)，所有生物都使用統(tǒng)一的遺傳密碼和基本上一致的譯碼方法，而譯碼過程的實(shí)現(xiàn)又需要幾百種分子的配合。在生命起源過程中，這幾百種分子不可能一起形成并嚴(yán)密地組織起來。因此，在化學(xué)進(jìn)化階段和生物學(xué)進(jìn)化階段之間有

37、一個(gè)生物大分子的自組織階段，這種分子自組織的形式是超循環(huán)。這一理論通過用突變和選擇并因而通過生物分子的“較高發(fā)展”把無生命自然界和有生命自然界聯(lián)系起來，而且在一定程度上顯示出由“無生命”至“有生命”的過渡。它已經(jīng)逐漸成為解釋由非生命的分子向生命結(jié)構(gòu)過度的基礎(chǔ)理論。這些理論無一不是跨學(xué)科的，它們共同的目標(biāo)是探索大自然的復(fù)雜性，并從不同的角度揭示出復(fù)雜現(xiàn)象的規(guī)律性。這些理論為我們的科學(xué)研究開創(chuàng)了一個(gè)新的方向，使我們對(duì)自然與人體健康這些現(xiàn)在認(rèn)識(shí)到的復(fù)雜問題的研究與探索更加深入，從而認(rèn)識(shí)到其根本的理論基礎(chǔ)。第三節(jié) 自組織的微觀本質(zhì)分析一、自組織的微觀本質(zhì)我們都知道微觀有序狀態(tài)體現(xiàn)宏觀性質(zhì)，不同的微觀有

38、序結(jié)構(gòu)體現(xiàn)不同的宏觀性質(zhì)。例如同樣是由碳元素組成的物質(zhì)，石墨、金剛石等，其碳原子的排列方式不同，體現(xiàn)的宏觀性能完全不同。鐵晶體在室溫下具有磁性，但當(dāng)加熱到一定溫度，即774時(shí)，磁性突然消失。其微觀原理是這樣的：組成磁鐵的基本粒子即鐵原子中的電子，有正負(fù)極，此“基本磁體”相互間有著力的作用。在有序的磁相中，所有基本磁體排列整齊，在排列整齊時(shí)，所有磁體指向統(tǒng)一方向（量子力學(xué)可以解釋為什么排列整齊時(shí)就指向同一方向），在宏觀上體現(xiàn)的就是整個(gè)磁體具有了磁性。而在無序的磁相中，他們各自指向不同方向，在宏觀上此時(shí)就不具備磁性。熱運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)就是無序的隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)，隨著溫度的升高，基本磁體的熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，基本磁體的

39、指向是趨向雜亂，無序，從而使有序的磁相變?yōu)闊o序的磁相。在宏觀上“磁鐵”就失去了“磁性”。自組織的本質(zhì)，就是由于外在力量作用于系統(tǒng)后，組成系統(tǒng)的微觀粒子受外界影響而發(fā)生變化，在一定閾值內(nèi)，微觀大量粒子以非線性機(jī)制通過漲落突然形成新的有序排列，微觀層面的有序排列形成并體現(xiàn)了宏觀層面的新的結(jié)構(gòu)和功能。二、自組織的核心是研究微觀和宏觀的關(guān)系1研究微觀的參數(shù)不是微觀的，而是宏觀的。即是以宏觀的角度來觀察微觀的變化。普里戈金說：“耗散結(jié)構(gòu)實(shí)際上相當(dāng)于一種超分子組織的形式。雖然描述晶體結(jié)構(gòu)的參數(shù)可以從組成它們的分子的性質(zhì)中導(dǎo)出，特別是可以從這些分子間的引力和斥力的范圍中導(dǎo)出，但貝納德格子和一切耗散結(jié)構(gòu)一樣，

40、主要是產(chǎn)生它們的那個(gè)全局性非平衡狀態(tài)的一種反映。描述它們的那些參數(shù)是宏觀的，它們不是像晶體分子間距離那樣具有10-8厘米的數(shù)量級(jí)，而是具有厘米的數(shù)量級(jí)。同樣，時(shí)間的尺度也是不同的，它們不是和分子的時(shí)間（如某種分子的振蕩周期可能為10-15秒左右）相對(duì)應(yīng)，而是和宏觀的時(shí)間相對(duì)應(yīng)，如數(shù)秒、數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)?！?伊·普里戈金，伊·斯唐熱著，曾慶宏，沈小峰譯.從混沌到有序人與自然的新對(duì)話.上海世紀(jì)出版集團(tuán).2005年.第144頁.2自組織的本質(zhì)是微觀層面粒子的有序排列形成系統(tǒng)宏觀的結(jié)構(gòu)。磁鐵的磁性就是通過磁鐵的基本磁體微觀鐵原子的相互有序排列而實(shí)現(xiàn)的。激光的發(fā)射也是同樣的原理，它是由

41、于不同的光波自組織地趨向一致的過程。首先一種波建立了主導(dǎo)地位，光電子的所有能量都將輸給那種非常有規(guī)律振蕩的波，從而使各個(gè)電子按同一節(jié)拍振蕩，這樣形成的激光也是單一有序的光源。3系統(tǒng)宏觀的結(jié)構(gòu)也可以反饋性地影響微觀粒子。宏觀系統(tǒng)對(duì)微觀粒子的影響，其本質(zhì)機(jī)制就是反饋機(jī)制。遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)的重要特征就是反饋。因此宏觀結(jié)構(gòu)的微觀粒子的反饋性影響是時(shí)時(shí)刻刻存在的。從宏觀結(jié)構(gòu)的形成來分析，微觀粒子的變化規(guī)律起著關(guān)鍵性作用。但有個(gè)重要的現(xiàn)象是：在微觀粒子形成新的宏觀現(xiàn)象時(shí)，是以整體性即系統(tǒng)的粒子共同突變其作用的。從這一點(diǎn)可以得知，微觀粒子還是服從于一種宏觀狀態(tài)的。因此，宏觀狀態(tài)對(duì)微觀粒子的作用是很大的。同時(shí)

42、，一旦宏觀結(jié)構(gòu)形成，進(jìn)入此宏觀結(jié)構(gòu)的微觀粒子必然服從于這一宏觀結(jié)構(gòu)的運(yùn)行規(guī)律。例如，水的對(duì)流形成后，在加入少量水時(shí)，其必然迅速加入到對(duì)流這一宏觀結(jié)構(gòu)中來。三、微觀粒子形成有序結(jié)構(gòu)的條件1首先是開放系統(tǒng)，同時(shí)要不斷向系統(tǒng)輸入能量和物質(zhì)或信息。自組織的形成，關(guān)鍵是漲落的形成。而漲落的形成，需要能量和物質(zhì)的輸入。能量和物質(zhì)向系統(tǒng)的輸入，就說明系統(tǒng)是開放性的。按照波耳茲曼的有序性原理（此原理只適合于封閉平衡系統(tǒng)），出現(xiàn)貝納爾德對(duì)流的概率幾乎為零，注意到這一點(diǎn)是很有趣的。在貝納德對(duì)流的情況中，我們可以想象總是有一些小的對(duì)流作為對(duì)平均狀態(tài)的漲落而出現(xiàn)，但當(dāng)溫度梯度低于一定的臨界值時(shí)，這些漲落將被阻尼并消失

43、。若超過了這個(gè)臨界值，則某些漲落被放大，并且出現(xiàn)宏觀的流動(dòng)。新的分子有序性出現(xiàn)了，它基本上相當(dāng)于因與外界交換能量而穩(wěn)定化了的巨型漲落。這個(gè)有序性的特點(diǎn)就是現(xiàn)了我們所說的耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)基本上相當(dāng)于因與外界交換能量而穩(wěn)定化了的巨型漲落。作為一個(gè)巨型漲落（即耗散結(jié)構(gòu)）需要穩(wěn)定，就要求系統(tǒng)不停地消耗能量。因此，作為一個(gè)系統(tǒng)形成自組織結(jié)構(gòu)，必須要求系統(tǒng)是開放性的，要求不斷地輸入能量和物質(zhì)。2組成系統(tǒng)的粒子要有一定的數(shù)量。單個(gè)粒子或很少粒子的有序運(yùn)動(dòng)很難使宏觀表現(xiàn)出有序。例如在激光的實(shí)驗(yàn)中，不是通過增加電流強(qiáng)度激發(fā)光電子，而是讓每個(gè)原子的泵入強(qiáng)度保持不變，只是不斷增加激光原子的數(shù)目。當(dāng)激光原子少于某個(gè)

44、數(shù)目時(shí)不可能發(fā)射出激光，而只有當(dāng)激光原子的數(shù)目增加到這個(gè)確定的臨界數(shù)時(shí)，激光才突然發(fā)射出來。3系統(tǒng)的組成粒子以一個(gè)整體起作用，即整體性或全局性才有可能形成有序結(jié)構(gòu)。首先，體現(xiàn)出所有粒子包含于一個(gè)整體，即某系統(tǒng)，所有微觀的粒子的變化只有體現(xiàn)在某一整體系統(tǒng)中才有意義。第二，系統(tǒng)中微觀粒子趨向于一個(gè)方向，并形成某“整體性”結(jié)果。第三，系統(tǒng)形成有序結(jié)構(gòu)不是組成粒子之間的短程作用（如價(jià)鍵力、氫鍵、范德瓦爾斯力），而是長(zhǎng)程關(guān)聯(lián)在起作用。因此在遠(yuǎn)離平衡態(tài)時(shí)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)系統(tǒng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)了意想不到的關(guān)系。雖然，決定有關(guān)動(dòng)力學(xué)常數(shù)和輸運(yùn)系數(shù)值的那些相互作用是短程作用（如價(jià)鍵力、氫鍵、范德瓦爾斯力）。但

45、是，除此之外，有關(guān)方程的解還依賴于全局的特點(diǎn)。這種對(duì)全局特性的依賴在靠近平衡態(tài)的熱力學(xué)分支上是無關(guān)緊要的，但在工作于遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下的化學(xué)系統(tǒng)中，它就變成決定性的了。例如耗散結(jié)構(gòu)的發(fā)生通常要求系統(tǒng)的大小超過某個(gè)臨界值，而這個(gè)臨界值是反應(yīng)擴(kuò)散過程各參數(shù)的一個(gè)復(fù)雜函數(shù)。因此我們可以說，化學(xué)不穩(wěn)定性包含了長(zhǎng)程有序性，通過這種長(zhǎng)程有序性，系統(tǒng)作為一個(gè)整體起作用。4臨界狀態(tài)的漲落是有序結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的直接根源。對(duì)于平衡態(tài)而言，漲落可以略去。“在許多情形中漲落只相當(dāng)于小的校正。作為一個(gè)例子，讓我們?nèi)◇w積為V的容器中的由N個(gè)分子組成的氣體。我們把這個(gè)體積劃分為兩個(gè)相等的部分。其中一個(gè)部分內(nèi)的粒子數(shù)X是多少？這里變量是一個(gè)隨機(jī)變量，我們可以期望其值在N/2左右。概率論中的一個(gè)基本定理，即大數(shù)定律，給出對(duì)由漲落造成的“誤差”的一個(gè)估計(jì)。實(shí)際上，大數(shù)定律指出，如果我們測(cè)量X，我們必須期望數(shù)量級(jí)為N/2±N/2的值，假如N是個(gè)很大的數(shù)，由漲落所引起的相對(duì)誤差具有(N/2)/(N/2)或1/N的數(shù)量級(jí)，因而對(duì)于足夠大的N值，它趨向于零。只要系統(tǒng)變得足夠大，我們根據(jù)大數(shù)定律便可在均值和漲落之間做出清晰的區(qū)分，而可以把漲落略去。但