现代科学方法论“新三论”——耗散结构论、协同论和突变论 [复制链接]

第5版()
专栏：当代科技

现代科学方法论“新三论”——
耗散结构论、协同论和突变论
陈奎宁
当代，许多学科不断分支演化，出现了纵横交错的新兴学科。知识的迅速增殖，使专业工作者也感到接应不暇。因此，在知识的背后探求新的方法，愈来愈引起人们的重视。近年来崛起的现代科学方法论——“新三论”正是在这种情况下诞生的。
“新三论”是指在“老三论”——系统论、控制论和信息论之后，1969年由普利高津提出的耗散结构论、1977年由哈肯建立的协同论和1972年由托姆提出的突变论。“新三论”不仅推动了许多学科的发展，为解决许多僵持的难题开辟了道路，而且给人们提供了认识世界的新方法。许多人认为，“新三论”代表了新的科学革命。
耗散结构论研究的是一个系统从混沌向有序转化的机理、条件和规律。它认为，一个远离平衡态的开放系统，在外界条件变化达到一个特定临界值时，通过涨落发生突变即非平衡相变，就有可能从原来的混沌无序状态转变为一种稳定有序的状态。这个理论大大开阔了人们的眼界。人们习惯于认为，平衡则井井有条，不平衡则“天下大乱”。其实，在远离平衡的条件下，系统正可以实现新的更高水平的稳定有序结构。当然这得有条件。首先，系统必须是开放系统，必须不断地同外界交换物质和能量；其次，系统必须远离平衡态，离平衡态近了还不行；再就是必须以不稳定状态为前提，通过涨落波动使系统跃迁到新的稳定有序状态。耗散结构论从分析客观事例出发，以有力的论述，简洁的数学表达，大踏步进入了各个自然科学领域，进入了哲学，也正在进入我们的社会改革之中。
协同论是一门研究完全不同的学科中存在的共同本质特征的横断学科。它通过分析类比，来描述各种系统和运动现象中从无序到有序转变的共同规律。它认为，各科系统千差万别，如激光中的原子和光子，生物系统中的动物和植物，社会系统中的工厂、农村、团体和个人，它们的性质完全不同，但它们从无序向有序转变的机制却是类似的，甚至是相同的，遵从共同的规律。协同论比耗散结构论研究的范围更宽，它不仅研究非平衡相变，还研究平衡相变，它的普适性也更强。协同论从横向研究不同学科的共同规律，使人们更易于从一个已知领域进入未知领域，把一个学科的成果推广到另一个学科。
突变论是在拓扑学、奇点理论的基础上，通过描述系统在临界点的状态，来研究非连续性突然变化现象。我们知道狗被激怒时会进攻，被惊吓时要逃跑，但当激怒与惊吓俱增时，狗可能突然猛扑过来，也可能突然落荒而逃，很难捉摸。在自然现象、社会活动以及人的行为决策中，突变是普遍存在的。突变论用精密的数学工具为各类突变建立了模型，直观地描述了在临界点附近，外部条件微小变化引起系统突然的跳跃质变的规律，对于防止突变，促使事物向良好预后转化有着重大意义。耗散结构论、协同论和突变论都紧紧围绕临界点进行深入分析，协同论在描述临界现象时还采用了突变论的方法，它们都在为探索纷繁复杂的世界而努力。
最近，普利高津和同事尼科里斯完成了他们的学术新著《探索复杂性》。这本书深入浅出地介绍了耗散结构论的最新成就，阐明了复杂性是怎样在自然界中出现的，能被探索和掌握到什么程度，非线性和非平衡两个要素在其中起了什么作用。此书将于今年8月同时在中国和美国以中、英两种文本出版。
在对于复杂世界的探索过程中，人们建立了为数众多的学科，可惜的是，各学科之间“隔行如隔山”。而耗散结构论、协同论、突变论正在这大山之下挖掘通道，把各学科沟通，把硬科学和软科学沟通，把自然科学与社会科学沟通。“新三论”之间的关系，就象是它们从不同的地点出发，有时殊途同归汇合到了一起，时而还相互借用一段通道，但常常觉得别人开掘的通道比较窄狭弯曲，便又另辟蹊径向前掘进了。
不论是系统论、控制论和信息论，还是耗散结构论、协同论和突变论，它们的诞生和发展，都标志着人类探索复杂性的一步步深入，记载了人类认识世界和改造世界的一个个历程。