理论教育 随机涨落:系统演化的直接诱因

随机涨落:系统演化的直接诱因

时间:2023-06-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:系统的稳定与涨落是刻画系统演化的重要概念。对于稳定态而言,系统涨落将被系统收敛平息,表现为向某种状态的回归。耗散结构理论和协同学已定量地证明,随着外界控制参量的变化,系统的原有稳态会失稳,并在失稳的临界点上出现新的进化分支。由此可见,系统的稳定态对系统涨落的独立性是相对的,超出一定范围,涨落将支配系统行为。涨落在系统演化中的重要作用说明,系统演化是必然性与偶然性的辩证统一。

随机涨落:系统演化的直接诱因

系统的稳定与涨落是刻画系统演化的重要概念。由于系统与环境的内外相互作用,外部环境会带来随机干扰,使系统中的要素性能会有所改变,要素间的耦合关系会有偶然的起伏。此时,系统整体的宏观量很难保持在某一平均值上,涨落就是系统宏观量对平均值的偏离。按照对涨落的不同反应,可把系统的稳定态分为三种:对任何涨落保持不变的恒稳态、对一定范围内的涨落保持不变的亚稳态以及在任何微小涨落下会消失的不稳态。对于稳定态而言,系统涨落将被系统收敛平息,表现为向某种状态的回归。但对于远离平衡态的系统,如果系统中存在着正反馈机制,那么涨落就会被放大进而导致系统失稳,从而把系统推到临界点上。当系统在临界点上时,其行为有多种可能性,是走向进化还是走向退化,是走向这一分支还是走向那一分支是不确定的,在其中起重要选择作用的是系统涨落。耗散结构理论和协同学已定量地证明,随着外界控制参量的变化,系统的原有稳态会失稳,并在失稳的临界点上出现新的进化分支。由此可见,系统的稳定态对系统涨落的独立性是相对的,超出一定范围,涨落将支配系统行为。如果涨落被加以巩固,那就意味着新稳态的形成。普利戈金等[57]指出,“远离平衡条件下的自组织过程相当于偶然性与必然性之间、涨落和决定论法则之间的一个微妙的相互作用”。涨落在系统演化中的重要作用说明,系统演化是必然性与偶然性的辩证统一。

复杂系统中的耗散结构理论的建立为自然科学发展开辟了新的方向,协同学、超循环理论、混沌理论乃至突变论可以说都是这一理论的延续。自组织理论的发展使我们对自然演化的前提条件、动力根据、诱因途径、组织形式和发展前途等已能够加以较为具体的刻画,对多样性和统一性、质变和量变、肯定和否定、原因与结果、必然性与偶然性、可能性和现实性、进化和退化等的辩证统一关系进一步从科学上得到了说明,从而建立起真正的关于演化的科学。自组织理论的出现和发展影响是重大的,它前承早期的生物进化论热力学,后连大爆炸宇宙论、暴涨宇宙论以及C-P联合变换不守恒规则,并与它们一起,展示了20世纪演化科学的时代。

动态系统理论是复杂系统科学的核心,突出地表现了系统科学的动态性原则。动态系统理论是关于系统状态转移的动力学过程的理论,核心是把握系统的演变规律。其数学模型通常为动力学方程,它以状态变量表示系统状态、把系统所有可能状态的集合称为状态空间,以控制向量表示环境对系统的制约;以稳定性理论、吸引子理论、分叉理论刻画系统的演化。在动力学方程中,一般以微分、差分、积分等表示动态特性的量,来描述动态过程中诸变量之间的关系。可以说动态性原则贯穿于系统科学及其方法的每个具体内容中,各种具体的系统科学方法无不体现出系统的动态性特征。(www.daowen.com)

技术创新活动是一种结构复杂、关系错综、目标功能多样的开放的复杂系统。重大科技工程技术创新系统则是更为复杂的复杂系统,系统的各创新要素间具有复杂的、非线性的相互作用,对其研究不能简单地用线性、质点化的还原论方法,而必须将其按照复杂系统来对待。复杂系统科学强调整体观、系统涌现和动态发展,为重大科技工程技术创新的均衡与突破、创新要素的动态协同研究提供了新的视角和方法论层面的具体指导。

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