《协同学：大自然构成的奥秘》01

《协同学》
作者：赫尔曼.哈肯

前言

偶然在图书馆看到这本书，借出来翻了翻。这篇文章按照典型的论文思路：交代论点，提出论据，总结全文。整体架构没有完全理解，这里只记一些零散的知识。

协同学的基本知识

一、协同学研究的对象是什么？
动物界、植物界，以及一些物理现象、经济规律，都可以看作是一些“复杂系统”，面对一个复杂系统，我们可以从不同角度加以考察：

• 可以考察个别组成部分的功能
• 可以对该系统作整体性研究

协同学就是采取的第二种途径。

二、协同学基本观点
哈肯教授认为，系统表现无序性，归根结底是因为其中存在着使系统表现不同状态的多种因素，这些因素相互竞争，没有哪一种能取得压倒性优势。但若客观条件到达某个关节点，则往往只剩下两种（甚或多种）因素势均力敌，这时再加上某种趋向主导，压倒所有对手，掌握全局，而使相应的状态脱颖而出。

还应注意的是，这种过程都是在一定客观条件下自发地产生，因此是一种自组织的过程。最后，自组织过程通常需要与外界有能量交换或物质交换，或二者兼而有之。无论是有序还是无序状态，都是多种因素共同作用的结果。

个人理解，协同学旨在：阐明结构是怎样自发形成的，或者换句话说，结构是怎样自行组织起来的。这对于物理结构、经济/政治体制、社会人口结构、城市发展演化等方面，都有很好的借鉴意义。

协同学着眼点：开放系统；序参数；临界涨落；对称跌破;

三、协同学的几个基本概念

子系统：复杂系统中，每个因素对应的系统，都可以看作一个子系统。

序参数：直观来看，单个组元好像由一只无形之手促成的那样自行安排起来，但相反正是这些单个组元通过它们的协调才转而创建出这只无形之手。我们称这只使一切事物有条不紊组织起来的无形之手为序参数，例如：冰到水可以选择密度，其实序参数就是某个物理量，它的变化可以表征物象的变化，选什么量和研究的系统有关。序参数由单个部分的协作而产生，反过来它又支配各个部分的行为。

开放系统与封闭系统：所谓开放系统是指该系统得到持续的能量供应，有的也不断得到新的物质供应，经过转化，最终以变化过的形式输出。

所谓封闭系统与开放系统相对，即没有外界的干预。 例如分析一个高山的植被分布，有很明显植物带，但考虑到阳光的作用很关键，这应该被认为是一个开放系统。古老的波尔兹曼原理，即熵是无序性的一种度量并趋向于无穷大（熵增原理），只对封闭系统成立，对于开放系统，在一个不受干预的系统中无序性不断增加的原则是不适用的，那么这就带来一个新的问题：对开放系统中的结构形成，有没有一个普遍的新原则/合理解释呢？这就是协同学要研究与揭示的领域。

自组织：自组织是指在一个开放系统中，这种组织/行为是自发完成的。

相与相变：在物理学中，不同的聚集状态——固态、液态、气态，亦称相，而不同相之间的转变，则被称为相变。例如：水蒸气、水与冰晶体。

临界涨落：如上文描述的，若客观条件到达某个关节点，往往只剩下两种（甚或多种）因素势均力敌。这种在关节点出现的偶然性，便是所谓的临界涨落.

对称跌破：临界涨落后只剩下两种（甚或多种）因素势均力敌，而两种因素不再同等（对称），便是所谓的对称跌破.

无序与有序：临界涨落导致对称跌破，这就是序.发生该现象，则是有序，否则就是无序.哈肯教授正是在这个意义上讨论了什么是有序、有规律的结构。

协同学的几个实例

生活中很多例子都揭示了世界有序的一面：
　

图中分别是雪花的晶体结构、苍蝇眼柄的放大图。

而从现象到完成规律的揭示，可以更好地指导我们的生活：

物理学方面，艾萨克.牛顿的运动定律和万有引力定律，阐明了行星环绕太阳的运动，而这是古代人不能以统一的原理来理解的。詹姆士.克拉克.麦克斯韦使我们懂得，光无非就是一种电磁振动，犹如无线电波那样。阿尔伯特.爱因斯坦成功地把重力与时空联系起来。

化学方面，德米特里.伊.门捷列夫首先用元素周期律把无数化学物质排列得井然有序，近代原子物理学能够原子结构的基本规律导出周期律。

生物学方面，孟德尔定理阐明了各种特性是怎样遗传的，例如不同颜色的花杂交时的情况。当代则发现遗传的化学基础在于生物大分子，即所谓DNA（脱氧核糖核酸），从而更好地揭示了生物遗传的真实面目。