(1)自組織形成的條件和動力機製
自組織是利用從外界攝取的物質和能量組成自身的具有複雜功能的有機體,並且在一定程度上能自動修複缺損和排除故障,恢複正常的結構和功能。自組織的動力機製及其形成需要具備以下幾個條件:
①係統的開放性
一個與環境沒有任何交換的封閉係統不可能產生自組織行為,對環境開放,即與外界不斷進行物質、能量和信息交換的係統才可能產生自組織運動。普利高津以總熵變公式為工具,科學地論證了開放性是自組織形成的演化的必要條件。一個開放係統的總熵變可以分成兩部分。
開放性是係統自組織的必要條件,封閉係統不可能出現減熵運動。但開放性隻是自組織的必要條件,錯誤的開放從外界得到的是正熵,必將導致係統有序結構更快地瓦解。正確的開放才能從外界得到負熵,但若開放程度不夠,通過熵交換從外部得到的負熵不足以克服自身的熵增加,仍然不能出現自組織。隻有正確而又充分地對外開放,才能保證係統出現自組織。
②係統內部組分之間的非線性相互作用
滿足疊加原理的線性係統無法產生整體湧現性,整體湧現性是係統組成部分之間、係統與環境之間非線性相互作用的產物,是典型的非線性效應。在非線性作用下,對係統每一組分施加作用,會引起其他組分的關聯作用,從而使整個係統發生不對稱的複雜反應。組分之間的相互作用大體分為合作和競爭兩種形式,都是係統產生自組織行為的動力。沒有組分之間的合作,沒有係統與環境之間的合作,不會有新結構的出現。沒有組分之間的競爭,特別是沒有係統與環境中其他係統的競爭,也不會有新結構的出現,而合作與競爭本質上是非線性的。
③係統的正反饋機製
係統內部包括多重反饋機製,既有負反饋也有正反饋。自組織的實現很大程度上依賴於係統的反饋機製。隻有依靠反饋機製係統才能不停地進行修正以實現其目的。以現在的行為結果去削弱未來的行為是負反饋,負反饋對發展過程起到一種阻止變化、保持穩定的作用。係統出現新的結構、模式、形態在開始時總是弱小的,需要靠係統的自我放大(自我激勵)機製才能生長、壯大,這就是正反饋機製。正反饋與負反饋適當結合、共同作用,才能實現係統的自組織,線性係統要麼有正反饋而無負反饋,要麼有負反饋而無正反饋;非線性係統才可能同時有正反饋和負反饋,兩者適當的結合,係統能夠自我創造、維持和更新。
④係統的遠離平衡態
普裏高津的最小熵原理告訴我們,在非平衡區即近平衡區,係統最終演化的結果是到達熵產生最小的、與平衡態類似的非平衡定態。當環境使係統逐漸接近孤立係統時,此非平衡定態將平滑地變為平衡態,係統根本不可能形成有序結構。隻有遠離平衡態,係統處在內部各組分的作用的非線性區,才有可能演化成為有序結構。遠離平衡態是係統出現有序結構的必要條件。開放係統在外界作用下離開平衡態,開放逐漸加強,將係統逐漸從近平衡區推向遠離平衡的非線性區,隻有這時,才有可能形成有序結構,否則即使係統開放也無濟於事。
⑤係統的漲落
漲落在自組織中起極為重要的作用,係統通過漲落去觸發舊結構的失穩,探尋新結構,係統在分叉點上靠漲落實現對稱破缺選擇,建立新結構。在分叉點前,係統處於近平衡狀態。在分叉點,係統處於高度不穩定狀態,並存在多種演化選徑,而具有不確定性。在分叉點後,出現了新的結構。在係統變化的臨界區域附近,非線性相互作用形成的關聯放大效應,又進一步加劇漲落。係統於是以正反饋方式、雪崩般地形成了序參量,並由序參量主宰係統演化的方向和模式。在遠離平衡態時,在變革的臨界點,微小的漲落可能被放大形成巨大的漲落。漲落會象一個觸發器,驅動係統由原來狀態變為另一種新狀態,發生質的變化。