第二章 系统自然观.ppt

1、第二章 辩证唯物主义自然观的新发展系统自然观,政法学院 马鹏翔 ,第一节 系统自然观及其自然科学基础,20世纪的自然观在科学技术迅速发展的极大推动下有了越来越自觉的辩证意识，这个自然观更加关注相互作用的系统联系、关注演化特性，以及关注人与自然相互和谐的生态协调。这是20世纪辩证自然观的三大基本特征。 20世纪的科学自然观，首先是一种关注相互联系的系统自然观。由于物理学革命对物质和运动、物质和时空联系的强调，由于系统科学发展的三次高潮，带来了科学视野中对普遍联系的特别关注。强调系统联系的思想，成为20世纪辩证自然观的显著特征。,20世纪40年代开始到90年代，出现了在分析特征的科学之外的新科学群

2、，这类科学，不是以往科学那种可以局限于某种具体对象领域的科学，其对象是抽象的系统及其内外的演化特性，这类科学可以统称为“系统科学和复杂性科学”。 系统科学发展的三次高潮： 第一次：20世纪40年代的系统论、控制论和信息论。 第二次：20世纪60-70年达的耗散结构论、协同学、突变论和超循环论 第三次：20世纪90年代的混沌理论、分形理论和复杂系统研究。,20世纪初，一些生物学家就提出不能把生物体看作是由器官、细胞构成的集合。,1、系统科学、非线性科学和复杂性研究,从30年代起贝塔朗菲（19011971）提出，生物学的主要任务是发现生物系统一切层次上的组织原理，认为整体在性质上不同于它的各个部分

3、的加和，在创立的系统论中，提出了“整体不可分性”的“机体论”和“整体论”原则，使科学从研究孤立的部分转向研究系统及其规律。,1948年，控制论由美国科学家维纳创立。 同年，美国科学家香农等人创立了信息论。,一般系统论提出了系统、元素、结构、功能、系统环境等最基本的系统概念，提出了系统的研究方法和原则。控制论研究了系统控制的方式、信息流向等重要问题和自动控制等实用问题。信息论研究通信系统及其他系统内外信息的产生、演化、存储和传递及其作用。 系统科学以系统观点看待自然界，揭示了自然界物质系统的整体性、层次性、动态性和开放性。,20世纪60年代以来，一批物理学家对非线性、复杂性问题进行了更广泛深入的

4、研究。,普利高津（1917）提出了以耗散结构为核心的系统自组织理论。,哈肯（1927）研究了多组分大系统怎样由无序态，经过其中的子系统的合作运动，转变为有序结构，建立了协同学（1969）。,法国数学家托姆于1972年建立了描述和预测系统演化在临界点突变行为的数学框架“突变论”。,艾根提出的超循环论，揭示了生物大分子形成的自组织形式，架设了从无生命向生命过渡的桥梁。,美国的洛仑兹（及费根鲍姆等）研究了“对初始条件有敏感依赖性”的非线性系统，开创了混沌学，揭示了隐藏在混乱现象深处的惊人秩序以及自然万物生长演化的普适规律，揭示了确定性系统的内在随机性，体现了随机性存在于确定性之中、确定性自己规定为不

5、确定性。,混沌理论突破了牛顿和拉普拉斯的关于过程确定性的观点（从根本上消除了拉普拉斯决定论的可预测性的观念），有人认为是继相对论和量子力学后物理学的第三大成就。,2.系统自然观的基本内容,1）自然界不仅存在着，而且演化着,2）自然系统是确定性和随机性的统一,3）自然系统是简单性和复杂性的统一,4）自然系统是线性与非线性的统一,自组织理论等属于“演化科学”（描述不可逆性和复杂性，使时间从一个外部参量转变为自然演化的内在尺度）。,传统的自然科学都是“存在科学”（所描述的都是可逆过程，表现为时间反演是对称的）。,1）自然界不仅存在着，而且演化着,对自然的认识从存在深入到演化，试图在存在与演化之间架起

6、一座桥梁。,2）自然系统是确定性和随机性的统一,非线性系统会自发地产生不可预测的随机性，并且这是普遍现象。,传统科学研究的对象是简单的：线性的、平衡态的、规则的、有序的、确定的、可逆的。,3）自然系统是简单性和复杂性的统一,但自然系统实际上是复杂的：非线性的、非平衡态的、不规则的、无序的、不确定的、不可逆的。复杂系统的各要素之间存在着非常复杂的反馈、自催化、自组织作用。 复杂性也是普遍存在的。,传统科学研究的都是线性系统； 但线性系统只是现实自然系统的近似，现实自然系统是非线性的。非线性是普遍的，线性才是特例。 自然界是线性与非线性的辩证统一。,4）自然系统是线性与非线性的统一,线性与非线性,

7、线性和非线性首先用于区别函数y=f（x）对自变量x的依赖关系。线性函数，画出来是一条直线。其它一切高于x一次方的多项式函数和其它函数，都是非线性的。最简单的非线性函数是抛物线。 线性指量与量之间的正比关系，函数图象一根直线。在线性系统中，部分之和等于整体，描述系统的方程遵从线性叠加原理，即方程的不同解加起来极为解。非线性则与之相反，无正比性质，因此更复杂，非线性系统则叠加原理失效。,线性系统的特征,均匀性：首先它表现在系统量在空间分布上均匀，其次表现在系统各要素之间相互作用的权重在时间、空间上均匀。 独立性：两个不同因素的组合作用等于每个因素单独作用的简单叠加，遵守线性叠加原理。 可逆性：线性

8、系统中将时间T反转变为T=-T，那么将沿同一轨迹回到原状态，例如牛顿第二定律，F=ma，如果T=-T，它的形式是不变的，将沿原运动的逆运动运行。,非线性系统的特征,非均匀性：表现在空间颁布、作用方式、效果随时间、地点不同而不同，如我们熟知的台风，其便是复杂的非线性系统，它内部是不均匀的； 相干性：系统内部各要素相互约束，相互反馈，相互干扰，线性叠加原理失效。如光干涉、衍射等； 不可逆性：这是非线性系统的普遍特征，生命活动不可逆每日天气不可逆，深化行为可逆，其主要原因便是由于非线性系统的非均匀性(主要是时空上的不均匀)，使得系统内部各要素的重要性及作用不对称。,3.系统自然观确立的重大意义,1）

9、丰富和发展了辩证唯物主义自然观,2）提供了系统思维方式,系统分析方法与还原分析方法是不同的。,揭示了自然界的系统性、整体性和层次性。,揭示了自然界物质系统的开放性、动态性和自组织性。,1）丰富和发展了辩证唯物主义自然观,揭示了时间的不可逆性，以系统、要素、功能、层次、有序、无序、整体等概念对物质存在的空间形式、物质的广延性作了定性和定量的描述，阐明了时空与物质的相互联系，丰富、深化了辩证唯物主义的时空观。,揭示了自然界再循环发展中有序与无序、进化与退化的辩证统一。,把对象作为系统考察，从整体、部分和环境相互作用解释对象的整体性质和运动规律。,认为系统具有非加和的性质及系统性质。认识系统的目的就

10、在于把握这种系统性质。,2）提供了系统思维方式,把系统看作动态的开放系统。,侧重于从无序、不稳定性、多样性、不平衡性、非线性等方面研究对象。,还原分析方法有两个前提： “部分”间无相互作用或相互作用可忽略； 描述部分的行为的关系式是线性的，这样才能进行累加，保证描述总体行为的方程和描述部分行为的方程具有相同的数学形式，以便通过部分过程相加取得总体过程。 显然，这种分析方法和思维方式不适用于复杂对象。,系统分析方法与还原分析方法是不同的。,第二节 自然界的系统存在方式,一、系统概念 系统是由若干相互联系、相互作用的要素所组成的具有一定结构和功能的有机整体，系统是自然界的一种根本属性和存在方式。

11、“系统”一词最早见于古代原子论的创始者德谟克利特的世界大系统一书，意指部分组成整体。亚里士多德曾提出“整体大于它的各部分之和”。,系统的元素、结构、环境与功能关系 决定和影响系统功能的三个因素中，起主要作用的不是组成元素和环境而是结构。因为环境仅是功能存在和实现的条件，不是决定功能的内在根据。决定系统整体功能的内在根据是系统的组成元素和组成元素之间相互作用的结构。而系统的组成元素虽然是系统具有某种功能的物质基础和物质载体，但它不直接决定系统的功能。同组成元素相比，结构对系统性状、功能的决定作用更为直接。所以，比之环境和元素，系统的结构对于决定系统功能具有更直接更根本的意义。,二、系统是自然界物

12、质存在的普遍形式 整个自然界中的各种物质客体，从微观粒子到宇宙天体，从生物大分子到整个生物圈，无不以系统的方式存在着。 例如 无机界 ：强子，原子； 有机界 ：DNA，细胞； ,三、系统的类型 按系统与环境之间关系，分为： 孤立系统 既无物质交换又无能量交换 封闭系统 仅有能量交换而无物质交换 开放系统 既有物质交换又有能量交换,三、系统的类型 按系统内发生的实际过程，分为： 物理系统 化学系统 生命系统等；,三、系统的类型 按系统内各要素相互作用的特点，分为： 线性系统； 非线性系统。,自然界的系统性,三、系统的类型 按人类对自然的认识程度不同，分为： 黑系统 又叫“黑箱”，不知系统的要素和

13、结构 白系统 又叫“白箱”，清楚系统的要素和结构 灰系统 又叫“灰箱”，系统的要素和结构若明若暗,三、系统的类型 按人类在物质系统构建中的地位和作用，分为： 天然系统； 人工系统； 复合系统等。 人们采用不同的视角和不同的标准，可以对自然物质系统作出不同的划分。如： 微观物质系统、宏观物质系统、宇观物质系统； 生命系统、非生命系统； 连续系统、离散系统； 精确系统、模糊系统等等。,四、系统的基本特点 整体性 系统整体性 系统的各个要素按一定的方式构成有机整体，而具有不可还原的整体性质，即作为物质系统的整体，出现了它的组成部分所没有的性质或者失去了组成部分所具有的性质。,四、系统的基本特点 整体

14、性 系统整体与部分的关系 系统整体由部分组成，整体不能脱离部分而独立存在。因此，在系统中，整体和部分之间存在着某些加和性或守恒关系。 系统整体中的各组成部分之间存在着相互作用，会造成部分中旧质的消失而在整体中产生出新质。因此，在系统中，整体与部分之间又存在着非加和性或非守恒关系。,加和性与非加和性,加和性： 是指各部分可以用简单相加的办法逐渐建立整体的特性，即整体的特征能够分解为各个要素的特征之和。,非加和性： 系统各部分之间的相干性，使系统出现其组成部分所没有的新属性，系统与其构成要素之间出现质的差异。相干性是指一种耦合关系。 耦合各方经过物质、能量、信息的交换而彼此约束、选择、协同和放大。

15、约束和选择意味着耦合各方原有自由度的减少乃至部分属性的丧失；协同和放大意味着耦合各方在一种新的模式下协调一致地活动，其原有的属性可以被拓宽放大。它们交错重叠在一起，共同导致属性不可分割的整体的形成。,非加和性,例证： 在一个原子中，原子核与电子之间的制约使电子受到时空状态、随机性、自由度等方面的约束；由于约束，排除了一部分可能的状态，保留了另一部分可能的状态，这便意味着选择，最终使得核与核外电子协同构成原子，使原子具有了金属性、非金属性等原子核与核外电子所不具有的新属性。 如果整体由于部分的相干性出现新属性，则整体在相关的属性上，便表现出非加和性。这种非加和性特征表明，物质系统的整体特性既不能

16、归结为它的组成部分的特性，也不是其组成部分的简单“堆积”。,四、系统的基本特点 开放性 自然系统具有物质、能量、信息三要素，开放系统是指系统与外界环境进行物质、能量、信息的交流。自然界的物质系统都是与外界环境存在相互作用的开放系统，整个自然界就是由各种开放系统组成的。,四、系统的基本特点 动态性 现实开放的自然系统在产生、发展、衰退、消亡的过程中与外界不断进行着物质、能量、信息的交流，这就是系统的动态性。系统熵增走向无序、退化，系统递减便走向有序、进化方向发展。,四、系统的基本特点 稳定性 系统的稳定性 物质系统的稳定性是指物质系统在一定环境条件下能够保持某种状态的特性，它体现了物质系统与环境

17、的相互作用关系。,四、系统的基本特点 稳定性 系统的稳定性的衡量 系统的稳定性可通过涨落衡量。系统的状态变量对平均值的一定偏离或起伏即涨落。只有经受涨落后能恢复自身状态的物质系统，才有存在的可能。这种对涨落的不变性就是系统的稳定性。然而，并非系统的每种状态都是稳定的。按照对涨落的不同反应可以区分出三种状态：恒稳态对涨落保持不变的状态；亚稳态在一定范围内对涨落保持不变的状态；不稳定态在涨落下即行消失的状态。,四、系统的基本特点 稳定性 系统的稳定性与耗散结构 一个远离平衡态的开放系统通过不断与外界交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定阈值时，可能从原来的无序混乱状态，转变为一种时空或结构有序的

18、新状态，这种有序状态需要不断地与外界交换物质和能量才能维持，并保持一定的稳定性。这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，称为“耗散结构”。耗散结构作为一种时空有序结构，正是在一个自我保持和自我修复的系统中维护各部分之间关系的一种特定构型。因而其存在就标志着系统处于“稳定状态”。耗散结构的产生过程也是一种自组织形成的过程，其形成机制在一定程度上反映了系统稳定性产生并得以保持的内在原因。,四、系统的基本特点 稳定性 系统的稳定性的相对性 物质系统的稳定性是相对于一定范围而言的。超出这个范围，原有的稳定态就会失稳，涨落将支配系统的行为。当这种涨落被一定条件所巩固时，就会出现新的稳定态。即随着外界控制

19、参量的变化，系统会经历稳定失稳再稳定的演化历程。,四、系统的基本特点 稳定性 普利高津的结构-功能-涨落图 按图式，随机涨落会导致系统内部机制的改变(普利高津称这种机制为“功能”)。如果这种改变不是发生在临界点附近，那么系统的结构会平息涨落，系统依然是稳定的。如果涨落被放大到临界点附近，结构无法调整这些机制，稳态将转化为失稳，宏观时空结构也会发生变化。而在变化了的时空结构中，又会有新的涨落。,普利高津结构功能涨落图,自然界的系统性,四、系统的基本特点 5、层次性 系统的层次性 层次结构指的是若干个组成元素经相干关系构成的系统，再经过新的相干关系而构成新的系统的逐级构成结构关系。 如下图：,非生

20、命世界物质层次,生命世界物质层次,四、系统的基本特点 5、层次性 系统的层次性的特点 层次结构构成性关系： 低层系统必须是高层系统的构成部分，而高层系统也只能以低层系统为存在基础。层次结构中的构成性关系是物质系统之间的纵向的或垂直的有序关系，即子系统与母系统、各个子系统之间的相互包含和相互作用，它反映出不同层次之间是相互依存的。,四、系统的基本特点 5、层次性 系统的层次性的特点 层次结构的相干性关系： 只有通过相干性关系，它们才能结合起来构成高一级系统，导致纵向层次间质的差异。随着每一个新物质层次的形成，总会有新质的突现和新功能的问世。相干性关系所造成的新层次往往在自身结构上更简单一些，从而

21、为低层系统能够并入高层次的活动模式创造条件。,四、系统的基本特点 5、层次性 系统层次结构的结合度 由层次结构的基本特点决定了其结合度的差异性和递减性等特征。一般随着层次由低向高推进，结合的紧密程度由大到小递减：从将夸克结合为基本粒子的力到将中子和质子结合为原子核的核交换力；从将原子核与电子结合的电磁力到将原子结合为分子的共价键或离子键；从将化学分子结合为生命大分子到将多细胞结合为生命整体；直至维持生物群落和生态系统的力量，不但具有巨大的强弱差异，而且是依次递减的。,四、系统的基本特点 5、层次性 系统层次结构的因果链 上向因果链和下向因果链。其一，低层系统及其相干性关系作为原因，可以在高层系

22、统中引起一定的结果，决定高层系统的特点和规律，此乃其上向因果链。其二，高层系统对低层系统的支配、影响和限制，这是其下向因果链。这种双向因果链的存在，不仅造成了层次之间的差别，也沟通了层次之间的联系：上向因果链的存在，提供了从低层次规律入手认识高层次现象的可能性；而下向因果链的存在，则保证了从高层次规律出发对加入高层系统的低层现象进行解释和预言的可能性。,第三节 自然界的演化,1.自然演化的不可逆性和自然进化,2.自然系统演化的基本方式,1）演化与进化,2）自然演化的不可逆性,3）自然界的进化：有序化和对称破缺,3.自然系统演化的自组织机制,4.自然界循环发展的无限性,进化：在没有外界的特定干预

23、的情况下，物质客体演化中由无序到有序、由低序到高序的趋势和过程。 退化则反之。,演化是一种具有不可逆性的运动形态，它有两种不同的趋势：进化与退化。,1）演化与进化,2）自然演化的不可逆性,可逆与不可逆不可逆过程的普遍性,不可逆与时间之矢,不可逆性在演化中的作用,否则即不可逆过程，简称不可逆。,引起的物质系统状态的改变和环境的变化都能被完全复原的过程。,可逆与不可逆不可逆过程的普遍性,可逆过程,简称“可逆”,即物质系统回到原来状态，同时消除了原来过程对外界环境引起的影响。,法国诗人哲学家奇内（Edgar Quinet）说：自然是不会回头的；它决不重做它所破坏的东西；它不会再看已经破坏的模型。,玻

24、姆说：“将自然规律描述成原则上完全可逆，只不过是实在的极度简化的表现的产物。”,自然界中发生的过程都是不可逆的。,如热传导、质量扩散、功热转化、生长发育、物种进化,普里戈金：“那许许多多塑造着自然之形的基本过程本来是不可逆的和随机的，而那些描述基本相互作用的决定性和可逆性的定律不可能告诉人们自然界的全部真情。”,在可逆过程和不可逆过程中，时间的地位与作用明显不同。,在经典力学、相对论、量子力学中，时间只是描述运动的一个参量，时间是反演对称的。,不可逆与时间之矢,在热力学系统中，描述这类系统运动的方程并没有对时间反演的对称性。,从物质系统状态变化的趋势可以表述为： 在孤立系统内实际发生的过程，总

25、是使整个系统的熵增大。,从热传递角度可以表述为： 热量总是从高温物体传到低温物体，不能做相反的传递而不带有其他变化。,最早对不可逆过程作的科学描述是热力学第二定律（克劳修斯1850，汤姆生1851）。,这种对称性的破缺产生了有实质意义的时间之矢。这里的时间已不再是描述系统运动的外在参量，而是和系统演化相联系的、有物理内容的时间了（“内在时间”）。 这种时间对称破缺在自然界中广泛存在。,可逆过程中不可能有真正的演化。,在有不可逆过程存在的情况下，演化才是可能的，质的多样性才是可能的。,不可逆过程（发生在近平衡态附近）可导致有序结构的破坏，（发生在远离平衡的非线性非平衡区，再加上外部条件）也可导致

26、更加有序的结构的产生。,不可逆性在演化中的作用,如贝纳德花纹、激光等。,不可逆过程的建设性作用主要源于系统内部正反馈之类的相干效应。,“序”：时空结构的规则性，既可用来描述自然系统的状态，也可用来反映自然系统演化的过程。它表现为时空结构的规则性，和时间演化过程的某种规律性。,3）自然界的进化：有序化和对称破缺,序、有序和无序,有序：事物或系统要素之间有规则的联系和转化（要素的有规则排列，变化的明显的周期性，行为的一定的关联性等）。,自然界中的有序可分为结构序（包括时间序、空间序、时空序）和功能序。,无序则反之（系统内部各要素混乱而有规则的组合、变化的无规则性）。,系统都是有序与无序的不同程度的

27、辩证统一。这种统一的不同程度，构成了系统的一定秩序，即“有序度”。事物或其状态不同的有序度构成一系列的阶梯。向有序化发展意味着有序度增高，向无序化发展意味着有序度降低。,系统的有序度可以有不同的参量来描述： 热力学中用“熵”表示系统的无序程度； 在系统论和信息论中，系统的序则用它所包含的信息量来度量。,有序和无序是相对的： 世界上没有绝对的有序，也没有绝对的无序； 有序与无序在一定条件下可相互转化。,对称态对应着无序态。最对称的世界没有任何秩序和结构，没有任何特殊方向和特殊点。平衡态就是如此。,对称和破缺,“对称”：一定变换下的不变性。,按现代宇宙学，宇宙就起源于混沌、无序，起源于这种对称态。

28、,宇宙的演化就是一个从完全对称性到对称性逐步丧失、非对称性逐步形成的过程。,（对称）破缺：在一定变换下所表现的可变性，或对称性的降低。实际对应着有序态。,复杂性和层次结构正起源于某种对称性的破缺。自然界的有序化是对称性破缺的结果，对称性的破缺使系统向有序化、组织化、复杂化演化。,现今的宇宙产生于150亿200亿年前，起初没有天体，也没有任何粒子和辐射，只有一种单纯而对称的真空状态（作为奇点的量子真空）以指数方式膨胀(“暴胀”)着。,大爆炸学说描述的宇宙形成过程就是对称性破缺、对称性逐步丧失的过程：,“暴胀”之初，四种相互作用力不可区分，可观测宇宙比原子核还小，半径仅10-33cm，密度高达10

29、87t/cm3，温度高达1032K，使得大约每隔10-34s宇宙的尺度就扩大一倍。,随着宇宙的膨胀和降温，原真空态发生一系列相变：10-44s时，引力作用分化出来，夸克和轻子可相互转变；10-36s时强相互作用同电、弱作用分离，开始出现物质与反物质的不对称；10-10s后，弱作用与电磁作用分离。,大爆炸后大约10-23s，宇宙增大约1050倍以及大量最基础的基本粒子的产生标志着宇宙的形成。,自然界的进化就是一个不断发生对称性破缺的过程： 自然界每发展到一个新的里程碑，都必有一个基本的物质的或相互作用的、时间的或空间的对称性破缺与之相适应； 高度有序化、复杂化和组织化的系统，即是对称性逐步破缺过

30、程的产物。,2.自然系统演化的基本方式,1）分叉：稳定性和不稳定性,2）突现：突发性、间断性和不可预测性,3）“内在随机性”：确定性和随机性,在演化的道路上，由于内外因素的作用，系统会不断地出现多种可能性和分支。这种类似“进化树”的“分叉”是自然演化的一种基本方式。,1）分叉：稳定性和不稳定性,a,d,c,b,x,t,分叉的选择表现在通过远离平衡态对外部随机涨落的敏感性上。在近平衡态，涨落随生随灭，对系统并不造成破坏性影响。在远离平衡态，系统对微小涨落变得极为敏感。,分叉表明了系统稳定性与不稳定性的辩证统一。对系统进化来说，稳定性是不稳定性的基础，不稳定性是达到新的稳定性的必经之途。,突变论表

31、明，系统可通过渐变或突变而进化。自然系统的进化是渐变与突变、连续性与间断性的统一。,突现：系统的各个组成部分相互作用而产生（突然出现）新的形态、结构和性质。,2）突现：突发性、间断性和不可预测性,突现有三个基本特性：,间断性,突发性,不可预测性,突现的不可预测性实际上是由确定性非线性系统内含的随机性所决定的。,非线性系统与线性系统不同，后者不同时刻的状态之间的关系是确定的（可由系统运动方程确定）。,3）“内在随机性”：确定性和随机性,即使没有外部随机作用，不涉及大多数现象或群体效应，初始条件也是确定的，非线性系统自身也会产生随机性（波动）。这是确定性系统固有的特征，所以被称为“内在随机性”。,

32、自组织是自然界物质系统自发地或自主地有序化、组织化和系统化的过程。,一个远离平衡态的开放系统通过与外部环境进行物质、能量、信息的交换，能够形成有的结构，或从低序向高序方向演化。,3.自然系统演化的自组织机制,1）能从外部获得物质和能量并处于远离平衡态，是系统演化的基本条件,2）系统中的非线性相互作用是系统进化的基本根据,3）内部涨落是系统进化的直接诱因：“生序原理”,这三个条件都是系统演化的必要条件，其中起关键作用的是系统内部的非线性相互作用。,系统中的相干性相互作用是在系统内存在着明显差异的情况下出现的，系统只有从环境获得足够的物质和能量，这种差异才能建立或恢复起来，从而维持它远离平衡态，使

33、非线性相互作用表现出来。,1）能从外部获得物质和能量并处于远离平衡态，是系统演化的基本条件,根据热力学第二定律，孤立系统只能自发地走向无序（熵增大）。开放系统则不然。,开放系统的总熵dS=diS+deS。,据热力学第二定律，diS0。,若deS=-diS，则dS=0。,若deSdiS，则dS0。,可见，演化的系统必须是一个开放系统，即系统内外环境之间要有物质、能量、信息的交换与流通，且必须是系统从外部输入的负熵流绝对值大于系统内部的熵产生，从而使系统的熵逐步减小。,远离平衡的状态也是系统进化的必要条件。因为近平衡态系统是稳定的，即便是开放的，它受到扰动后也会回到平衡态。 所以，普里高津说：“非

34、平衡是有序之源”。只有非平衡态才能导致有序，形成稳定的有序结构。,相互作用可分为简单的线性相互作用和复杂的非线性相互作用。,系统的结构（有序性）根源于（要素间的、系统与环境的）相互作用。,2）系统中的非线性相互作用是系统进化的基本根据,线性相互作用：,独立性,均匀性,相互作用的要素的量之间有比例关系，各个作用是彼此独立的，其作用可以叠加，结果是稳定的、必然的。,对线性系统而言，整体等于各部分之和。 线性相互作用只能导致量的增长，不能导致新质的突现。,普里戈金：“在线性平衡热力学框架内，我们实在谈不到什么新结构”。,相互作用的要素的量之间没有比例关系，各量变化不均匀，各个作用彼此相干或交叉，叠加

35、原理失效，结果是随机的、多元的。,作用各方经过物质、能量、信息的交换而彼此约束和选择、协同和放大。,非线性相互作用：,相干性,非均匀性,要素的相互作用有明显的时空差异。,如：力学中的三体问题。,非线性相互作用各作用因素相互关联（可以是“长程关联”，使各要素出现整体上的协同效应，导致属性不可分割的整体形成。,使系统在宏观上产生时间结构、空间结构或时空结构，形成具有一定功能的自组织结构，达到新的有序状态。,因此，非线性相互作用使系统的演化产生多个可能的分支，面临多向选择。这种过程反复进行就导致了类似“生物进化树”那样的分支系统，使系统的结构和功能趋于丰富多彩系统演化分叉图。,非线性相互作用决定了：

36、什么样的有序结构可以出现并稳定存在成为吸引中心，系统演化可能经历什么样的分支。,非线性相互作用使系统具有多重定态。,在确定参量下，线性方程只有一个特解，非线性方程则可以同时又多个特解，对应于多个定态。,非线性相互作用规定了系统演化的可能方向或道路，但系统在什么时候、出现什么样的有序结构，是由内部涨落最终决定的。,3）内部涨落是系统进化的直接诱因：“生序原理”,普里戈金：“在非平衡过程中涨落决定全局的结果”，“通过涨落达到有序”。,涨落：系统或其中某个变量或行为对于宏观量的统计平均值的偏离。,涨落可由系统内部的不规则运动引起，也可由环境不可控的干扰引起，因此是随机的、杂乱的，也是不可避免的，是一切实际系统的固有特征。,内部涨落是进化的触发器。小诱因可引起大结果。当然，涨落的作用与系统状