20世纪80年代中期,国际科学界兴起了对复杂性的研究,1984年在美国新墨西哥州成立的以研究复杂性科学为宗旨的圣菲研究所(Santa Fe Institute,SFI)成为复杂性科学发展的一个里程碑,该机构开展跨学科研究,探索、发现物理系统、生物系统和社会系统等共同面临的复杂性基本原则,采用定量理论和模型建立的方法,依据与复杂自适应系统(Complex Adaptive Systems,CAS)高度相关和非均衡的创新思路来解决复杂性问题。自此,复杂性相关研究从早期的现象存在,到系统的有序和无序,逐步发展为综合性研究阶段,并将复杂性研究从自然科学领域扩展到人文社会科学研究领域。
复杂系统研究早期揭示了在开放系统中远离平 衡态的自组织现象,主要理论包括耗散结构理论、协同论和突变论。Haken被认为是协同学理论的创始人,他分析了系统从混沌状态到自组织的有序状态的基本概念和原理,并将其应用于物理学、化学、生物学和社会科学,协同学试图阐明一个开放系统的结构是怎样自发形成的,即结构是怎样自行组织起来的。
复杂系统理论的主要观点:
1.非平衡开放系统。系统是与环境有特定联系的客观综合体,存在着一定的外部环境。开放系统是与外界有能量和物质交换、能够进行信息沟通的系统,这些行为多是非线性的。组成物质世界的各种系统按其所处状态可分为两类:有序状态和无序状态。有序意为系统内部各种要素、子系统以及事物之间的有规则的联系或转化,系统的排列、组合、运动转化有据可循,反之则为无序。自然系统和人类社会都存在着有序和无序的现象,系统的有序是通过系统的能量和物质的流动而产生的,能量在微观层面反馈给系统,最终在宏观层面形成了系统的有序性,产生了一定的形态。热力学将物质分为平衡态与非平衡态,平衡态是指在没有外界影响的调节下,物质系统的宏观性质不随时间和空间的变化而变化;非平衡态则意味着与此相反的状态。协同论提出“协同”的意义在于,“无论何种对立的双方,只要在同一个统一体内,在同一目标下,都存在着协同发展的可能性和现实性,都可以实现协同发展”。子系统关联引起的协同作用使得整个系统从无序变为有序,出现了序参量,序参量之间的合作和竞争导致只有少数序参量支配系统,形成了更高程度上的协同。
2.耗散结构理论。Ilya Prigogine提出耗散结构理论,并研究了物理、化学中的“导致复杂过程的自组织现象”,提出非平衡态系统可以自发地演化到复杂性增加的状态,系统内各要素之间存在复杂的非线性相干效应时才能产生自组织现象。非平衡条件下的开放系统,能够出现宏观有序结构,其演化规律遵从协同有序原理。复杂系统的各个子系统之间存在着竞争,竞争的剧烈程度决定系统稳定性的临界值,各子系统在外界作用下,在宏观上对系统的结构产生影响,使系统发生从无序到有序或从有序到混沌的变化,结果是产生了1+1>2的协同效应。(www.daowen.com)
3.组织和自组织。组织,是指自然环境或社会形态中按照某些特别指令以特定形式进行的活动。与复杂性研究密切相关的是自组织临界性的发现,自组织是开放系统的演化过程,是依靠系统内部自发组织和调节而向有序状态变动的情形,这种力量不是来自外界的供给或作用。
自组织是一个复杂的动力学过程,其基本特征包括:①开放性;②涨落,状态变量对其平均值的偏离称为涨落,是系统自组织的重要动力;③非线性,由于系统与环境以及系统内部要素之间以非线性相互作用,导致系统整体不等于部分之和;④反馈,系统现在行为的结果作为影响系统未来行为的原因为反馈,包括正反馈机制和负反馈机制,系统的自组织是由这两种机制结合而成的,进行自我创造、维持和更新;⑤不稳定性,稳定性是系统在外界作用下保持和恢复有序和内部结构功能的性质,即系统在非平衡态下保持自身的有序性,自组织是在非线性关系下产生新模式和新结构。
组织的生成问题主要关注复杂性组织产生的机制,通过“受限生成过程”的分析,揭示出低层次的系统行为主体之间通过局域作用向全局作用的转化,行为主体之间的相互适应、进化产生出一种整体的模式,即一个新的层次,变现为一种涌现性质。涌现的本质就是由小生大,由简入繁。涌现现象出现在生产系统之中,系统各部分间的相互作用是非线性的,整体行为大于部分之和,系统组成部分不断改变的稳定模式对系统的结构产生影响,涌现出来的稳定模式的功能由其环境决定,随着稳定模式的增加,模式间相互作用带来的约束和检验使系统功能增强,由于稳定性的强化可以产生更高层次的生产过程。
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