论物质系统复杂性的演化与生物的进化的同构

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1、论物质系统复杂性演化与生命进化的同构■射逢春陈建新姚汝华（华南理工大学食品生物学院广州510641）摘要本文论述了物质系统复杂性的演化过程和生命的进化过程，并说明了这两种发展序列虽然有很大差异，但它们都同样遵守着那些物质运动的最木质运动规律，而它们的发展过程非常相似，不管从序列延续性看，还是从序列发展性看，这两个序列都是同构的。因而生物和人的出现和进化，是物质惟界发展的必然结果。同吋，非生命的物质系统、生物和人是相互依存，共同发展的。关键词：复杂性；有序；同构；生命进化辩证唯物主义告诉我们，世界是物质的，而物质的存在形式乂是丰富多彩的

2、。物质系统可以以简单的形式出现，也可以以复杂的形式出现。从最简单的物质系统如一杯水,一摩尔空气，到最复杂的物质系统如人，人类社会，都是物质系统存在的形式，它们都同样遵守着那些物质运动的最本质运动规律。然而，不同形式的相同由于其复杂性不同,乂有其不同的特点，往往乂遵守着一些不同的运动规律。1从热力学第二定律我们得知，一个隔离系统总是朝着爛增大的方向发展。一杯水如果开始温度不均匀，最后总是趋向均匀。一个封闭反应器屮的化学反应总是向平衡发展。简单系统似乎总是沿着从复杂向简单，从有序向无序方向发展。而复杂系统的发展方向则和反，生物的进化从单细

3、胞生物到多细胞生物，再到人，生物的机体越來越复杂，功能越來越増强。而人类社会从原始的无序状态到集权的有序状态，再到权利均衡的有序状态，社会结构越来越复杂，社会调节机制也越来越有效。复杂系统的发展规律是从简单到复杂，从无序走向有序。以至于十九世纪的人们认为热力学第二定律不适用于生物系统。于是出现了拉兹洛所说的局面“经典热力学和达尔文生物学确定的进化过程同经典物理学冲突；它们二者又相互冲突。经典热力学和达尔文生物学发现的单向过程并不吻合，在经典热力学中，'时间之矢'朝下，趋向无组织和随机性；相反，在达尔文生物学中'时间Z矢'朝上，趋向于一

4、定结构和功能方面的组织性的更高层次⑴”然而，物质系统最木质的运动规律是和同的。早在二十世纪初，法国青年物理学家贝纳徳就发现了贝纳徳花样，即处于上下两层金属板间的薄层流体在两块金属板温差足够大时会出现有规则的对流花样，这显示了简单系统也会出现复杂的有序结构。而后,前苏联化学家贝洛索发现的B-Z化学振荡以及比利时化学家普利高津提出的“布鲁塞尔器”，更说明了这种现象的普遍性。在此基础上，普利高津等人创立了耗散结构理论,这个理论从热力学基本定律出发，阐明了在系统开放和远离平衡的条件下，一个简单系统可以彖生物进化那样，从简单走向复杂，从无序走向

5、有序。而这正是热力学第二定律在远离平衡的开放系统中的体现。这样，简单系统和复杂系统之间的看似巨大鸿沟就消失了，它们的不同运动规律就统一在相同的更木质的规律上了。止如普利高津所说的“极为重要的是某个进化范式的存在，现在已经在物理学中确立起來，不仅是在宏观描述层次上，而且在一切层次上⑵。这时，人们对物质世界的描述就从简单的机械模型上升到了复杂的机体模型。用机体模型取代机械模型作为理解和解释世界的基础，是二十世纪中叶以來，科学中发生的最重要变化Z-1310既然一般物质系统和生命系统具有共同的物理基础，那么，它们必然表现出某些相似的现彖。可以

6、认为，一般物质系统复杂性的演化与生命的进化是同构的。自然界屮有很多不同的演变过程具有相似性，如化学热力学屮能量的转换方向和物质的化学反应方向具有相似性，而人们止是用这种相似性來通过能量的转换方向來判定物质的化学反应方向的。再如，物理学中电场和磁场也具有某种和似性。这种和似性我们称Z为同构。因而，同构关系在自然界屮是普遍存在的，这体现了物质世界最本质的运动规律是相同的。为了阐明物质系统复杂性的演化与生命的进化是同构的，我们将从两个方面比较物质系统复杂性的演化过程和生命的进化过程。1.两种发展过程的比较1.1两种序列的划分拉兹洛把自然的物

7、质系统分为三个层次，即亚有机组织系统、有机组织系统和超有机组织系统⑷。实际上，后两个系统是由而一个系统在非平衡开放条件卜•演化而來的。我们根据演化的次序，把物质系统也分为三个层次，即无组织系统、无生命的简单口组织系统和生命系统。无组织系统：即经典热力学所研究的系统。这类系统往往处于平衡或近平衡的环境条件卜・，系统状态总是向爛极大或爛产生极小的方向演化，经过一段时间以后，达到一个热力学稳定态，系统中个体完全遵从麦克斯韦分布，其无序程度达到极大。系统包含的信息量几乎为零，是一个简单系统。如一杯水，一摩尔空气就是这样的系统。无生命的简单自组

8、织系统：当开放系统的环境条件远离平衡吋，无组织的热力学稳定态就会失稳，这时，由于系统内部随机的微小涨落改变了涨落周围的个体的统计分布,使其偏离麦克斯韦分布，因而微小涨落得以长大，最终使系统形成一个有序状态。这类系统包含一