协同学的研究

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1、协同学大自然构成的奥秘【德】赫尔曼·哈肯.协同学：大自然构成的奥秘.上海译文出版社.20121.引言和概述“协同学”源于希腊文，意为“协调合作之学”。无生命的物质也能自发组织，产生富有意义的过程。自组织现象的自然规律拥有一致性：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他们的协作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地组织起来的无形之手为序参数。序参数由单个部分的协作而产生，反过来，序参数又支配各部分的行为。用协同学的语言讲，序参数支配各个部分。支配原理在协同学中起着核心作用。但必须指出，这里使用“支配”一词丝

2、毫不含贬义；它无非是表达一个因果关系，而与“支配”的伦理学意义毫不相干。许多个体，无论是原子、分子、细胞，或是动物、人类，都是由其集体行为，一方面通过竞争，另一方面通过协作而间接地决定着自身的命运。但它们往往是被推动而不是自行推动的。在这个意义上，我们可以把协同学看成是一门在普遍规律支配下的有序的、自组织的集体行为的科学。协同学的目标是在千差万别的的各科学领域中确定系统自组织赖以进行的自然规律。不断增长的人口和密度，以及日益进步的技术，正在增加我们环境的复杂性。因此，理解复杂系统性态的任务也在不断加重。我们不能困死在无关紧要的细节上，必须学会观察和把握事物总的

3、场景，我们必须“减少复杂性”。正如协同学所指出，“有意义的信息”、总的场景是由序参数提供的，每当系统的宏观行为改变时，序参数变得十分重要。一般说来，这些序参数是长期量，它们支配着短期量。如果在由混沌产生有序，或一种有序性逐渐转变为另一种新的有序性的场合中，这样的普遍规律起作用的话，那么，在这类过程中必然有着某种内在的自动机制。认识这些机制，从而为我们服务。当我们步入协同学这一新的领域，显然就得从简单到复杂，逐步深入。以前认为一个特定社会结构是静止的，处于平衡状态的，而现在的看法已完全改变。结构永远在形成、消失、竞争、协作或组成更大的结构。无序性不断增加的原理。

4、2无序有增无已？世界的热寂自然界力图实现熵值为最大的状态。能量不断贬值物理学家得出结论：世界竭力趋向于一个最为无序的状态，所有有序状态豆浆瓦解，生命将不可能再存在，世界趋于“热寂”。赫尔曼·冯·赫姆霍茨解释说：“从此以后宇宙被判处进入永恒静止的状态中。”鲁道尔夫·克劳修斯则说：“宇宙越接近于熵值最大的极限状态，出现进一步变化的机会就会越小。”一旦到达这种状态，那么“宇宙就处于无变化的死寂状态中”。3.晶体——有序但无生命的结构物质仅随着温度的下降而呈现出有序的状态。然而生命过程却随着温度的降低而缓慢下来，事实上，生命过程在很低的温度下完全停止，而许多生物甚至死

5、亡。4.流体模式、云图和地质构造在没有任何外来指导的情况下出现了一种集体运动，也就是一种自组织的运动。当某种运动方式越来越增多，越来越多的液体卷入这种运动，也就是喂这种方式所“支配”。另一种运动方式则经过一段时间后渐趋减弱，它只是一种涨落。我们在此遇到了不同的集体运动类型之间的竞争：一种运动方式越来越占主导地位而同时压制了所有其他方式。或者，换句话说，他们将为序参数所支配。还可以精确的算出，最终哪一种集体运动将占主导地位和哪种运动将受其支配。然而这必须谨慎对待，一旦初始静止状态不稳定了，那么只需要一个小小的涨落就足以影响整体的宏观运动。在流体运动中，若改变外部

6、条件，则原来的状态将变得不稳定，并将为一种新的宏观状态所取代。在转变点的附近，该系统通过不断涨落测探一个有序宏观状态的各种新的可能性。在不稳定点及稍上，新的集体运动形式将越来越强，最终压倒所有其他的集体运动。在有些集体运动中，竞争并不是唯一的反应。等价的力量间可能出现协作而产生新的模式。这种模式不再是静止的，而是肉眼可见的连续运动，并不断显示液体运动的脉动，有时看起来几乎像液体在呼吸。流体运动的这个例子表明，通过自组织可以形成越来越复杂的运动模式。用协同学的话来讲：新的序参数不断地接踵而来。在某种严格规定的实验条件下，在自组织的过程中也能产生混沌运动。5“要有

7、光”——激光激光，“Laser”：辐射受激发射引起的光波变大。激光提供了一个通过自组织而建立有序状态的例子，其中无序运动被转变为有序运动。这就使激光成了协同学的一个模型。激光器中的自组织序参数使各个电子恰好按同一节拍震荡，从而在各个电子上打上了其活动的印记，所以，电子为序参数所“支配”。反过来，正是电子通过他们一致的振荡而产生了光波，即产生了序参数。一方面是序参数的存在，另一方面是电子的相关性态，二者相互制约。这是一种典型的协同现象。然而只有通过电子的一致振荡才能产生光波。似乎需要假设一种首先创建有序状态的较高层次的控制力，然后有序状态得以保持下去。但事实并非

8、如此，先于有序状态的是一种竞争，一种选