对宇宙的认识,存在两种不同的看法:一种认为宇宙是静止的,世间的万物一直没有改变。另一种认为宇宙是演化的,自然界的一切事物都是随时间变化的。
演化有两个方向,一个是无生命世界的退化现象。例如:浓度不同到浓度一样,温度不同到温度一样,扩散、传导、辐射到简单、均匀、平衡,宇宙热寂。
第二个方向是生命世界的进化现象,从单细胞演化成整个生物界,人类社会从个人到家庭、到村庄和部落演化为现在专业化分工的复杂的社会形态。无生命世界和生命世界不断进步和演化,形成新的结构。
在不同领域和层次上,存在各种各样的结构、模式、形态。
- 物理层次:晶体、山峦、云团、星球
- 生命层次:花卉、树木、飞禽走兽
- 社会领域:家庭、社区、村镇、城市、国家等
- 精神领域:语言、概念、理论、文化
这些结构、模式及形态是如何产生的?如何演化的? 这个世界背后有一个强大的理论叫做自组织。如果有一个理论可以统领全世界,那么自组织理论一定是一个合格的候选者。
自组织的研究对象主要是复杂自组织系统(生命系统、社会系统)的形成和发展机制问题,即在一定条件下,系统是如何自动地由无序走向有序,由低级有序走向高级有序的。
达尔文的进化论是生物学的自组织理论,自然选择(或物竞天择)原理就是一种自组织原理。
20世纪60年代末以后,出现了一批以揭示一般自组织规律为目标的科学学派,代表人物有普利高津、哈肯、艾根、巴克等,提出耗散结构论、协同学、超循环论、自组织临界态理论,以现代科学的前沿成果为依据,建构描述自组织现象的概念框架。
圣塔菲学派在80年代以来强有力地推动了自组织理论得发展。
一、自组织理论概述
自然界有各种各样的组织过程,德国著名物理学家哈肯认为:从组织的进化形式来看,可以把它分为两类:自组织和他组织。
不存在外部指令,系统按照相互默契的某种规则,各尽其责而又协调地、自动地形成有序结构,就是自组织。自组织系统无需外界指令而能自行组织、自行创生、自行演化,即能自主地从无序走向有序。在复杂系统中只有这种自组织结构才能够真正做到有序,而那种依靠外界的力量来直接控制复杂系统的方式是一种无序结构。
一个最典型的例子是,我们的计划经济体系,表面上看来非常有序,一切都按我们人为的计划运行。而实际上我们越计划,社会越乱,以至于最后不得不解体。而市场经济,我们几乎不需要宏观计划,而只需要保障经济体系中各个组织健康发展的条件,整个体系就会自动的形成有序运动。这种自组织现象将完全改变我们的世界观和认识论。
如果一个系统靠外部指令而形成组织,就是他组织。
举例:年轻人被逼相亲是“他组织”,而自由恋爱则是“自组织”。
自组织现象无论在自然界还是在人类社会中都普遍存在。
天上的星星,地上的山川,人间的家庭,社区的市场,物理世界的雪花与云层,生物世界的各种物种,它们在没有外界强加特定的干预和指令的条件下,依靠各部分的相互协调,而获得相对稳定的秩序,形成有组织的行动,我们将这种现象称为自组织。
自然界中存在的大量旋涡,都是自组织系统,尘埃微粒,自动结合在一起,作整体有序运动,呈现出旋涡状。地球上的龙卷风也是一种自组织,龙卷风的形成一般都与局部地区受热引起上下强对流中气体分子的自组织有关。
同理,台风,又称热带风暴,它的漩涡状也是由大量分子在热力及动力不稳定的条件下,通过自组织而形成的有序运动,呈现出旋涡状结构。
日常生活中,水流形成的各种各样的相似旋涡特征,无一不是遵从自然界的一条基本规律:大量微观子系统,通过自组织形成有序运动,出现宏观的旋涡状相似特征。
二、自组织理论的基本概念
1、自组织
所谓自组织是指系统的构建及演化依靠与外界的“特定”干涉,不断向结构化、有序、多功能方向发展,系统的结构、功能随着外界环境变化也将“自动”改变。这里“特定”一词是指那种结构或功能并非外界强加给系统的,自组织包含三类过程:
(1)从混乱的无序状态到有序状态的演化。
(2)由组织程度低到组织程度高的层次跃升的过程演化。
例如,从分子到细胞,从细胞到生命体,形成两个完全不同的组织层次。
(3)在相同组织层次上由简单到复杂的过程演化。
例如,单分子到多分子体系,单细胞到多细胞体系,哺乳动物类从简单哺乳动物到高级哺乳动物的演化,等等。这三个过程呈现出交替作用的情形,形成了组织化的连续统一体。
这三个过程有着本质的区别:
第一过程是从混乱的无序状态到有序状态的演化,研究自组织的起点和临界点问题;
第二过程是自组织层次跃升过程;是有序程度通过跃升得以提升的过程,是自组织形式的革命;
第三过程标志着自组织结构与功能在相同自组织层次上从简单到复杂的水平增长。
2、平衡态和非平衡态
平衡态具有两个特征:一是系统参量不随时间变化;二是系统内部不存在物理量的宏观流动。可见系统的平衡态是一种封闭的、不与外界交流的定态。不具备这两个条件的称之为非平衡态,又称远离平衡态。系统因素在外界的作用并且达到一定程度下,其平衡态则偏离原来的状态形成了非平衡态。处在非平衡态的系统,长期不与外界交流,系统状态将逐渐趋于“静止”,”稳定”,平衡态产生,因此,平衡态与非平衡态在一定条件下是可以转化的,而且系统演化正是系统状态由平衡态向非平衡态,再由非平衡态向更高层次的平衡态转化的螺旋式上升的变化过程。
3、序和熵
序是系统科学中的一个概念,如果组成系统的每个个体能够互相协调,方向一个,那么这个系统就是有序的,如果系统内的个体互相独立,方向各异,那么,这个系统就是无序的。
序”反应了系统之间或系统内部各要素之间的关系所具备的一定次序。
熵是热力学中的概念,通过熵的大小对系统的无序程度进行度量,熵的最大状态就是无序状态,即平衡态。因此,熵值大小可以衡量系统的无序程度。一个系统的熵值越高,它就越显得混乱无序,或者说,它的有序化程度就会越低。
例如:一个人在屋子里抽烟,一会烟味就均匀的散布到整个屋子,烟粒子从原来的有序变为无序,即为熵增。
4、涨落
涨落也称起伏,从系统存在状态来看,涨落是对系统平衡状态的偏离;从系统的演化过程来看,涨落是系统在同一发展演化过程之中的差异。他们都是对系统平衡态的“破坏”.这种偏离和差异的出现是随机的、普遍的。
例如:股市从牛市到熊市,在从熊市到牛市;?国家从贫穷到富有,再从富有到贫穷;三十年河东三十年河西,都是复杂系统的涨落所致。
5、相、相变和序参量
所谓“相”是指系统在某一条件下所处的状态,系统由一种状态向另一种状态的转变称为相变,因此,相变也表示系统“序”的产生,变化和反映。相变是系统有序程度累积,是系统发生质变的结果。序参量用于描述系统的整体行为,是微观子系统集体运动的产物、合作效应的表征和度量参数,序参量支配子系统的行为,主宰着系统演化过程。
6、涌现
涌现是系统在演进过程中新的功能和结构的出现。是复杂系统自组织过程中出现在系统的宏观层次上的新的,协同的结构与模式和性质。尽管涌现现象发生在不同类型的系统里,但是,他们具有一定共同性特征,主要包括在以下方面:
(1)涌现产生全新的现象;
(2)涌现是总体或宏观层次的;
(3)涌现是系统各元素协同、关联的结果;
(4)涌现是动态的;
(5)涌现是可以显示性的,涌现要通过自身的演示过程而得到辨识。
三、自组织理论群
自组织理论是以研究自组织现象为研究对象而形成的理论体系,它主要包括耗散结构理论、协同学、超循环理论、突变理论、混沌理论和分形理论等若干关于系统演化的理论。
自组织理论体系中,耗散结构深刻地揭示了自组织现象形成的环境与产生条件;协同学较多地涉及了自组织形成的内在机制;超循环理论阐述了系统自组织演化的具体形式以及结合发展的过程;突变论着重剖析了自组织演化的途径;混沌动力学和分形理论则对系统走向自组织过程中的时间复杂性和空间结构与特性进行了解释和描述。
以上这些理论在极短一个时期内相继问世、迅速发展,形成了当今自然科学探索自组织的复杂性演化的前沿。他们从不同侧面研究了复杂系统从无序向有序方向演化的规律。
1、耗散结构理论
耗散结构理论是1969年由比利时物理化学家普利高津(1977年提出自组织概念,获得诺贝尔化学奖)在《结构、耗散和生命》一文中提出的,普利高津把自然组织产生的结构分为两大类。
平衡结构:通过平衡过程中的相变而形成的有序结构,称为平衡结构,如晶体、超导体等。平衡结构的基本特点是无须与外界环境进行交换即可保持其结构,甚至只有隔断与外界的联系才能长久保持自己。
耗散结构:系统在远离平衡态的条件下通过相变而形成的有序结构,称为耗散结构,基本特点是只有与外部环境不断交换物质、能量、信息,才能保持有序结构。这种分类是以现代热力学为根据给出的的,但耗散结构十分广泛,不仅存在于物理界,一切生命系统和社会系统都是耗散结构,精神领域的各种系统,如语言、科学理论、文化形态等,也是耗散结构。
耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论,解决了系统怎样从混沌无序的初始状态向稳定有序的结构组织演化和演化规律的问题。耗散结构的形成和维持必须满足三个条件:
一是系统必须是开放的,即系统必须与外界进行物质、能量的交换;
二是系统必须是远离平衡状态的,系统中物质、能量流和热力学力的关系是非线性的;
三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用,并且需要不断输入能量来维持。
例如:人体就是一个耗散结构,需要开放和远离平衡态、不断的输入能量才能保持这种结构。
2、协同学
协同学主要研究开放系统在一定条件下如何自发的产生协同有序结构及其功能和行为的理论,研究系统在外部参量的驱动下和在子系统之间相互作用下,以自组织的方式形成有序结构的条件、特点及其演化规律。系统的状态可以由一组状态参量,即序参量来描述。序参量是代表系统宏观有序度的参量,序参量的存在标志着系统处于某种宏观有序状态,它的大小表示系统所能达到的有序化程度。
协同学的研究对象与耗散结构有类似之处,他们都是研究与外界保持物质和能量交换的,远离热力学平衡态的开放系统,但协同学更为综合性地研究了系统从独立无序向协同有序转变的共同规律。
3、突变论
1972年数学家勒内·托姆在《结构稳定性和形态发生学》一书中,明确地阐明了突变理论,宣告了突变理论的诞生。英国数学家奇曼将之命名为“突变论”。
突变论认为,系统的相变,即由一种稳定态演化到另一种不同质的稳定态,可以通过非连续的突变,也可以通过连续的渐变来实现,相变的方式依赖于相变条件。如果相变的中间过渡态是不稳定态,相变过程就是突变;如果中间过渡态是稳定态,相变过程就是渐变。原则上可以通过控制条件的变化控制系统的相变方式。
4、超循环理论
1970年,英国生物化学家艾根总结了大量的生物学实验事实提出了超循环思想,并于1971年发表了《物质的自组织和生物大分子的进化》一文,正式建立了超循环理论。超循环理论已成为系统学的一个组成部分,对研究系统演化规律、系统自组织方式以及对复杂系统的处理都有深刻的影响。
该理论认为在生命现象中包含许多由酶的催化作用所推动的各种循环,而基层的循环又组成了更高层次的循环,即超循环,还可组成再高层次的超循环。超循环系统即经循环联系把自催化或自复制单元连接起来的系统。在此系统中,每一个复制单元既能指导自己的复制,又能对下一个中间物的产生提供催化帮助。
5、混沌理论
混沌的发现和混沌学的建立,同相对论和量子论一样,是对牛顿确定性经典理论的重大突破,为人类观察物质世界打开了一个新的窗口。所以,许多科学家认为,20世纪物理学永放光芒的三件事是:相对论、量子论和混沌学的创立。
混沌的原意是指无序和混乱的状态。这些表面上看起来无规律、不可预测的现象,实际上有它自己的规律。?混沌学的任务就是寻求混沌现象的规律,加以处理和应用。60年代混沌学的研究热悄然兴起,渗透到物理学、化学、生物学、生态学、力学、气象学、经济学、社会学等诸多领域,成为一门新兴学科。科学家给混沌下的定义是:混沌是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动,其行为却表现为不确定性,不可重复、不可预测,这就是混沌现象。
混沌的三大特征:
特征1、对初始条件的敏感依赖性。
特征2、极为有限的可预测性。
特征3、混沌的内部存在着超载的有序。
清华大学的吴彤教授认为:
(1)耗散结构理论是解决自组织出现的条件环境问题
(2)协同学基本上是解决自组织的动力学问题
(3)突变论从数学抽象的角度研究了自组织的途径问题
(4)超循环论解决了自组织的结合形式问题
(5)分形理论和混沌理论,则是从时间序与空间序的角度研究了自组织的复杂性和图景问题。
在这样的定位下,不同的方法论不存在逻辑冲突,它们是一个序列,是一个研究自组织各个方面和全过程的方法论集合体,它们各自在整体的自组织方法论中有自己的“生态龛”。
四、自组织理论群的7大基本原理
1、涌现原理
一种自行组织起来的结构、模式、形态、或者他们所呈现的特性、行为、功能、不是系统要素所固有的,而是相互作用的产物。
2、开放性原理
普利高津指出了开放性是自组织的必要条件。当系统出现熵减时自组织产生。只要有能量交换就是开放性的。
3、非线性原理
系统要素间的合作与竞争本质上是非线性的,真正的自组织只能出现在非线性足够强的系统中,非线性时自组织的必须。
4、反馈原理
正反馈和负反馈共同作用保证了自组织的生长和自我抑制。反馈应该有直接反馈和间接反馈。
5、不稳定性原理
新结构的出现以原有结构失去稳定性为前提,或者以破坏系统与环境间的稳定平衡为前提。去除系统结构的刚性,让系统变得柔性,降低系统内子系统之间的耦合度,这样系统才能适应外界的变化,才能在系统内形成各种自组织。
6、涨落原理
状态量对其平均值的偏离,称为涨落。涨落的特点是随机生灭,或大或小。按其来源,有内涨落和外涨落之分,按其规模,有小涨落、大涨落、巨涨落之分。一切真实系统都存在涨落。涨落在自组织中起极为重要的作用,系统通过涨落去触发旧结构的失稳,探寻新结构,建立新结构。普利高津认为,涨落导致有序。
7、支配原理
系统内部的不同组分、要素、趋势、力量、变量、模式之间如果不分伯仲,一样的起作用,系统就不会形成有序结构;只有形成少数趋势(或力量、模式、中心部分等)去引导、规范、支配大量其他组分、要素、趋势、模式等的行为,使它们协同动作,才能形成有序结构。这种起支配作用的模式或力量,哈肯称为序参量,也就是亚当·斯密称为“看不见的手”的东西。这种支配模式是在组分之间、系统与环境之间相互合作与竞争中形成的,反过来,系统的组分、要素又是在这种模式的支配下相互合作与竞争,从而建立系统的有序结构的。
五、自组织理论的应用
1、经济系统的自组织理论
计划经济是一种他组织的行为,而市场经济是一种自组织行为。在市场经济中,国家的宏观调控政策起到一种控制参数的作用,但它不是唯一的控制参数,因为自组织经济还取决于开放的程度,取决于国内经济与国际经济环境间的相互作用。我国提出的改革开放政策,其中,“开放”就是使我国变为一个适合于自组织经济结构产生的开放系统,“改革”就是在寻求个体与个体、企业与企业、集团与集团之间的合作与竞争中创造序参量,使我国的经济走向有序与繁荣。我国加入WTO,为我国经济与国际经济协同发展创造了一个条件。
在城市中经常看到饭店挨饭店,商店挨商店,商业一条街,小吃一条街,鞋城、服装城等。这些竞争对手为什么自发地集中在一个地方?
经济中的合作与竞争在商业活动中表现最为明显。原因是通过竞争与合作会使这个地方具有更大的吸引力,招揽更多的顾客。在这种合作中,他们之间又施以计谋,进行竞争,以期获得支配地位,如提高服务质量,引进流行时装,使商品种类繁多,物美价廉等。在一定条件下,有的商店计谋获得成功,吸引了这个商业中心的大部分顾客。这就是说,涨落不断放大,使其成为有支配地位的序参量,但这样的地位不会一劳永逸,在激烈竞争中有可能被其他商店取代。
美国经济学家亚当·斯密第一次在经济学中提出了自组织的思想,协同的概念,这就是著名的“看不见的手”。亚当·斯密在这里提出了一个重要问题,即资本主义经济的自发调节机制问题,人们追逐他自己利益的随机行为却导致了一个协同的目标,表现出社会经济系统的组织结构和有序化,从而保证这种体制的生存和发展。萨缪尔森在其《经济学》中作了陈述:
竞争机制是一架精巧的机构,通过一系列的价格和市场,发生无意识的协调作用。它也是一台传达信息的机器,把千百万不同个人的知识和行为汇合在一起。虽然不具有统一的智慧,它却解决着一种可以想象到的牵涉到数以千计未知数和关系的最复杂的问题。没有人去设计它,它自然而然地演化出来;像人类的本性一样,它总在变动。
2、自组织理论对管理思想发展的影响
所谓管理就是对管理对象施加一种影响和约束,使之达到希望出现的效果。一般管理系统所包含的子系统数量少,相互关系简单,运动规律相对清楚,可以使用比较精确的管理手段加以控制。受一般系统管理思想影响所形成的传统管理模式是:从外部来对系统加以设计、组织和控制,这种模式可称为“他组织”的模式,迄今包括人类的制造系统在内的几乎所有的人造系统都是采用“他组织”的模式。
然而对复杂管理系统而言,系统生存环境的随机多变,难以预测的不确定性;系统本身及其子系统与外界有物质、能量和信息交换的开放性;系统固有的非线性。面对这些复杂问题,以往的传统控制方式与管理模式都是难以驾驭的。系统自组织理论的建立与发展,给管理学界带来了新的思路——“自组织”化的思路。
自组织管理模式中最重要的两个概念是“自治”和“协调”。
自组织理论告诉我们:在复杂的条件下,系统可能同时表现出“多中心”和“无中心”。因此,应该按照“非中心化思维”来进行管理。由于它主要是从个体出发,采取自下而上的研究策略,所以又称为“基于个体的思维范式”。举例来说,计划经济体现了自上而下的“中心控制思维方式”,而市场经济则建立在“基于个体思维范式”的基础上,商品生产者根据价值规律的指示相互作用也能自发地形成宏观经济秩序。
由此观之,根据自组织理论来观察管理,所得出的结论是:用中央集权的办法来进行管理不会有好的效果,但无政府主义也不是行之有效的办法。一切健康的经济和健康的社会都必须保持秩序与混乱之间的平衡。这种组织管理既不是自上而下的集权式运行模式,也不是自下而上的无政府状态,它在形式上可能是混沌的,但实质上则是有序的。
例如:企业管理中的阿米巴经营就是一种自组织管理的典范,可以激活每一个智能个体,进而实现高效的管理,自组织的管理有以下特点:
(1)去中心化,建立分布式、多中心的控制手段。在自组织状态下,就会出现去权威、去中心化,人人都可能成为CEO。
(2)自我驱动力强。在自组织里,一定是高度授权的,要使每个人都是自动去负责、自动去追求协同。
(3)网状的结构形态。它不再是过去那种矩阵式或者是直线式的结构,而是一种基于价值的网状结构形态。在非线性、网状的结构中,任何一个变量或要素都有可能带来颠覆性的创新。
(4)强大个体的自我变革与学习力。
自组织并不是等于无组织,它只是说这种组织的秩序不是预先设计,而是自发所形成的,通过共创、共享、共治自发从无序到有序,进而创造更高价值。
总结
一个系统自组织功能愈强,其保持和产生新功能的能力也就愈强。例如,人类社会比动物界自组织能力强,人类社会比动物界的功能就高级多了。自组织现象是系统的构建及演化现象,系统依靠自己内部能量,在相对稳定的状态下,将能量和信息不断向结构化、有序化发展,系统的结构和功能随着变化也将产生自我改变。不管你是个人还是企业,作为系统中一份子,只有不断的改变和演化,涌现出新的结构和功能,才能跟上世界变化的脚步。这个世界是混沌的,复杂的,非线性的,自组织理论可以帮助我们更好的认知复杂世界的底层运行法则,人类社会的发展是不断演化的过程,只有遵循自然发展规律,把握好规律,才能更好的适应这个社会。
参考文献
信息与自组织 (德)哈肯 著 郭治安 译 四川教育出版社
自组织方法论研究 吴彤 清华大学出版社
