复杂性理论复杂性理论

复杂性理论

复杂性科学/复杂系统

耗散结构理论

协同学理论

突变论(catastrophe theory)

自组织临界性理论

复杂性的刻画与“复杂性科学”

论科学的复杂性

科学哲学视野中的客观复杂性

Information in the Holographic Universe

“熵”、“负熵”和“信息量”-

有人对新三论的一些看法

复杂性科学/复杂系统

复杂性科学是用以研究复杂系统和复杂性的一门方兴未艾的交叉学科。1984年，在诺贝尔物理学奖获得盖尔曼、安德逊和诺贝尔经济学奖获得者阿若等人的支持下，在美国新墨西哥州首府圣塔菲市，成立了一个把复杂性作为研究中心议题的研究所-圣塔菲研究所（简称SFI），并将研究复杂系统的这一学科称为复杂性科学（Complexity Seience）。

复杂性科学是研究复杂性和复杂系统的科学，采用还原论与整体论相结合的方法，研究复杂系统中各组成部分之间相互作用所涌现出的特性与规律，探索并掌握各种复杂系统的活动原理，提高解决大问题的能力。

20世纪40年代为对付复杂性而创立的那批新理论，经过50-60年代的发展终于认识到：线性系统是简单的，非线性系统才可能是复杂的；“结构良好”系统是简单的，“结构不良”系统才可能是复杂的；能够精确描述的系统是简单的，模糊系统才可能是复杂的，等等。与此同时，不可逆热力学、非线性动力学、自组织理论、混沌理论等非线性科学取得长足进展，把真正的复杂性成片地展现于世人面前，还原论的局限性充分暴露出来，科学范式转换的紧迫性呈现了。这些新学科在提出问题的同时，补充了非线性、模糊性、不可逆性、远离平衡态、耗散结构、自组织、吸引子（目的性）、涌现、混沌、分形等研究复杂性必不可少的概念，创立了描述复杂性的新方法。复杂性科学产生所需要的科学自身的条件趋于成熟。另一方面，60年代以来，工业文明的严重负面效应给人类造成的威胁已完全显现，社会信息化、经济全球化的趋势把大量无法用现代科学解决的复杂性摆在世人面前，复杂性科学产生的社会条件也成熟了。

复杂性科学研究的复杂系统涉及的范围很广，包括自然、工程、生物、经济、管理、政治

与社会等各个方面；它探索的复杂现象从一个细胞呈现出来的生命现象，到股票市场的涨落、城市交通的管理、自然灾害的预测，乃至社会的兴衰等等，目前，关于复杂性的研究受到了世界各国科学家们的广泛关注。1999年，美国《科学》杂志出版了一期以“复杂系统”为主题的专辑，这个专辑分别就化学、生物学、神经学、动物学、自然地理、气候学、经济学等学科领域中的复杂性研究进行了报道。由于各学科对复杂性的认识和理解都不一样，所以该专辑避开术语上的争论，采用了“复杂系统”这个名词。

"复杂性"的特征

复杂性主要有以下一些特性：

自组织（self-organisation）。许许多多独立的因子在许许多多方面进行着相互作用。例如：由几十亿相互关联的神经细胞组成大脑；由成千上万相互依存的工人组成的人类社会。这些过程没有任何人为的策划、组织、控制，而是大量的个体在相互作用、影响下自然演化的结果，这个过程便是自组织。

适应（adaptation）。所谓适应是指复杂的、具有自组织的系统可以自我调整。在自我调整的过程中，它们不是被动地对所发生的事件作出反应，而是积极试图将所发生的一切都转化为对自己有利。公司在激烈竞争的环境里求生存，政党、政府在变化的社会环境下调整改变政策，都属于自我调整。

动态（dynamic）。复杂系统总是处在发生、发展、老化、突变等的过程中，整体特性有时甚至突然或神秘地改变，整体性能改变并不暗示一定有外力的作用存在。这种变化也包括系统中部分与整体的作用关系也在变化。复杂系统的变化行为有很多不同的形态。此外，复杂系统还有一些其他学科已为人熟知的特性，如非平衡态，整体大于部分之和，部分影响整体，整体影响部分，系统个体的随机性等。

概括起来，复杂系统都有一些共同的特点，就是在变化无常的活动背后，呈现出某种捉摸不定的秩序，其中演化、涌现、自组织、自适应、自相似被认为是复杂系统的共同特征。

涌现机制:涌现机制是复杂系统出现各种激动人心现象、图案和模式的共同表征，这里既包括灾难式的突现，也包括创新式的涌现。涌现的数学、物理学、生物学和社会学表征及其临界点将成为认识复杂系统的重要标志。

社会层次的复杂系统因为具有思维能力的人的介入而变得更为复杂。典型的如社会经济系统、金融系统、企业组织管理系统等，在这类系统中，因人的参与所产生的不确定性、投机性及主客体易位等特征赋予了额外的复杂性。如何将描述复杂系统的动力学理论引入经济学，探

讨在危机涌现时的行为是管理科学的重要问题。

自组织机制:复杂系统中宏观结构的涌现往往孕育于其自组织的机制，这在生物学和社会学中均不乏例证。自组织还是复杂系统对环境产生自适应性的一个重要的调整机制。自适应性表征了复杂系统在系统层次上的自身调控能力。复杂系统与各层次子系统之间往往具有一定的自相似性，可以利用分形来加以描述。

软技术与软方法专题是针对各类不同的复杂系统的复杂性研究存在的共性―――研究方法问题开展研讨。包括：复杂系统的动力学与建模的研究；复杂系统结构、功能与行为的研究；复杂系统的度量、辨识、预测与评价；复杂系统的演化、涌现、自组织、自适应、自相似的机理；复杂系统中的策划与调控；人―机结合的综合集成复杂系统与复杂性研究的典型方法，如：演化计算、元胞自动机、多智能体等。

耗散结构理论

在近代自然科学史上，矗立着三块举世瞩目的丰碑：与科学巨人牛顿的名字联系在一起的经典力学；与现代物理学的奠基人爱因斯坦的名宇联系在一起的相对论；与玻尔、海森堡等人的名字联系在一起的量子力学。几十年来，全世界的科学家们在仰望科学的顶峰的同时．都在企盼着另一块超越巨人的丰碑矗起……

公元1977年，当被科学界誉为现代热力学的奠基人、当代著名理论物理和物理化学家伊利亚·普里戈金以其创立的耗散结构理论把当年的诺贝尔化学奖的桂冠举过头顶的时候，这一伟大的时刻终于到来了。人们清楚地知道：普里戈金所创立的耗散结构理论对于整个自然以至社会科学产生的划时代的重大影响，远远超出了一次诺贝尔奖的价值。

伊利亚·普里戈金，1917年出生于十月革命前夕的莫斯科。在俄罗斯社会制度发生重大变革的历史时期，普里戈金一家在莫斯科生活了4年。1921年。他们一家离开苏联，经过几年的迁徙和旅居生活之后，于1929年定居比利时。

1957年，年仅40岁的普里戈金担任布鲁塞尔自由大学教授，并于1959年起担任索尔维国际物理及化学研究所所长。从50年代起，他以其非凡的科学组织能力、深刻的抽象和直觉能力领导布鲁塞尔学派的科学家们经过十多年的研究，终于在1969年提出了“耗散结构理论”，把理论热力学的研究推向了当代的最高峰。

那么“耗散结构理论”到底为我们解决了什么问题呢？我们知道：自然科学研究的对象有三个领域：一个是至小无内的基本粒子领域；一个是至大无外的天体宇宙；另一个就是我们人类生活的、介乎二者之间的物质世界。在这个世界里，随时随地都在发生着十分复杂的变化：人和动物在出生、成长、衰老、死亡；植物在出苗、开花、结果、枯萎……随着时间的流逝，自然界在发生着丰富多彩却一去不复返的变化。长期以来，人类搞清了许多复杂的自然现象，但对人体本身的变化却一直迷惑不解；人体从细胞到胚胎，通过不断提取营养（大都是无序的小分子）变成了大分子有序的蛋白质，这是一个从无序到有序的过程。应用以往的定律应该如何解释？食物中杂乱无序的小分子物质是怎样构成了耳朵、鼻子、眼睛、四肢等高度对称的、结构上有序、思维有序、功能有序的人体呢？这一科学之谜终于被普里戈