自组织理论课件PPT(共 51张)
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• 钱学森：空气动力学实验室教授， 冯·卡门（1881），钱学森（1911），普
朗特（1875） 力学所，控制论、运筹学研究室 工程控制论（MIT经典教材） 发展飞机，还是导弹；总体设计部 系统工程、系统科学 四本文集：控制论、系统工程、系统科
学、纪念册
二，学科体系上贡献
• 九大学科门类：数学、自然科学、系统科学、 人体科学、思维科学、行为科学、社会科学、 军事科学、文学艺术。后增加，地理科学、建筑科学
自组织理论wk.baidu.com
说明
• 讲课目的：系统科学一部分，帮助理解 哲学问题
• 物理背景：物理学家作的工作，与物理 学有关的
• 总体轮廓，三部分内容：非平衡统计物 理（６０－７０），混沌（７０－９ ０）、无标度网络（９０－１０）
系统科学概论拾遗
• 钱学森经历 • 钱学森对系统科学贡献 • 系统科学结构
一，经历
质疑（二）
• 事实上，由于科学实践，这两个世界几 乎是每天——而且是一天比一天更甚 地——结合起来。但是作为理论，它们 由于根本的分歧总还是彼此分离的。
• 两个世界，也可以说两个真理，或者说 没有任何真理。 A·果耶尔（Koyre）1968
质疑（三）
• 近代科学中最重要的间隙是什么？显然 是物理科学与精神科学的分离。实际上 物理学家和心理学家之间毫无共同之 处——或许，物理学家为心理学方面较 肤浅的研究提供的某些工具可以除外， 而心理学家警告物理学家要小心以免所 隐藏的欲望影响他的思考和发现 魏格纳（Wigner）1969
• 上帝第一推动力，留了一个尾巴 • 宇宙是演化的：“一个人不能两次迈进同一个
河中”，“子在川上曰：逝者如斯夫”，大爆 炸理论。 • 时间箭头问题：四维时空，时间反演不对称。
二，2）演化中的矛盾
• 无生命世界的退化：扩散、传导、辐射。 走向简单、均匀、平衡。
• 生命世界的进化：发展（生命、社会、 经济）、进步。走向复杂、结构、非平 衡。
四，（•）理论的核心成果
• 自然界（无生命界）存在进化现象， • 进化、退化依环境条件的变化，而改变。 • 针对自然界进化现象建立理论 • 应用该理论研究社会问题
三、自然界的进化现象
• 贝纳德花样 • 激光 • 振荡化学反应 • 岩石花样、云彩花样、雪花
贝纳德花样的形成
• 薄层流体，上下温度各自均匀——平衡 态（无序）
简单系统
子系统数量少，相互作用简单（计算机使 用，子系统为几十个）
• 可以解决问题测度为零（线性谐振子、 二体问题、氢原子），近似方法大量应 用
• 线性体系，叠加原理
简单巨系统
• 子系统数量多，相互作用简单；使用统 计平均，N趋于无穷
• 两个层次问题，存在涌现，实际无法解 决
• 重点研究非平衡统计（外界控制下系统 形成有序结构）
一，2） 哈肯（H·Haken）
• 1927年出生德国莱比锡， • 1960年任斯图加特大学理论物理学教授 • 研究领域：群论、固态物理、激光物理、
统计物理、非线性科学 • 1972年提出协同学理论 • 1984年获德国功勋科学家称号 • 编辑出版协同学丛书
二，1 ）世界的物理图象
• 宇宙是静止的：牛顿周期运动，“天不变，道 亦不变”。赶走了神学，日心说，加俐略等开 始实证科学
复杂巨系统I （复杂适应性系统）
• 子系统有学习、适应能力；整体有序结 构呈现某种分布，用数学式子难以表达； 层次之间存在涌现
• 计算工具采用计算机程序，分析子系统 之间相互作用
• 信息作用突现
复杂巨系统II （开放的复杂巨系统）
• 经济系统、社会系统、教育系统、金融系统 • 子系统（人）本身是一个复杂系统，演化性质
不清楚
• 进行简化研究：现代社会科学理论（人力资本、 数理经济学等）、金融物理学、简单巨系统理 论、人工智能
• 从定性到定量的综合集成——研讨厅体系
“非平衡统计物理”目录
• 一、创始人介绍 • 二、产生背景 • 三、自然界的耗散结构 • 四、理论内容（演化方程、役使原则） • 五、启发
一，1）普里高津 （I·Prigoginer）
• 从下加热，形成温度差——非平衡态 • 临界点——对流花样（有序） • 加热，维持输入——花样保持
化学振荡反应
• 丙二酸被溴酸氧化（铈离子为催化剂） • 保持反应物、生成物浓度一定 • 红-蓝-红周期振荡（1分钟） • 不同条件：周期振荡、空间分布、扩散
波、混沌
四，1）自然界的进化现象分析
• 分类：空间结构、时间结构、时空结构； • 与晶体比较：活结构；存在一定尺度；
• 三个层次：基础理论（系统学）、技术基础 （控制论、运筹学）、工程技术（系统工程）
• 与其他研究的关系：管理科学、复杂性科学、 非线性科学、信息科学、现代科学哲学
三，系统科学学科结构
• 简单系统（牛顿力学体系） • 复杂系统
简单巨系统（非平衡统计物理） 复杂巨系统
复杂适应性系统（生物生态系统） 开放的复杂巨系统（社会系统）
• 小农经济——资本主义经济，社会分工、 马太效应
二，3）科学家质疑
• 有件事情牛顿是应该负责任的——或者更确切地说， 负有责任的还不仅仅是牛顿一个人，而且一般来讲应 该是整个现代科学——这件事情就是把我们的世界一 分为二。我曾经说过，现代科学早已把分割天体和地 球之间的壁垒推倒，并且由两者结合起来，统一成为 一个整体宇宙。这是千真万确的。但是我还曾说过， 现代科学对宇宙的研究表明，它是研究另外一个世界， 即量的世界，一个奇妙的几何世界，在这个世界中一 切事物都有其位置，但却没有人的位置，它用这个世 界取代我们赖以生存、爱慕、传宗接代、充满感性认 识的质的世界。从而，科学的世界——真实的世界— —远离生活的世界，完全与之分离开来，科学对它也 无力解释，即使是做出一种软弱无力的解释，也只能 是“主观的”表面现象。
• 白俄罗斯人，1917年生于莫斯科，2003年卒于 布鲁塞尔
• 1941年毕业于比利时自由大学，获博士学位 • 1965年提出耗散结构概念 • 1977年获NOBEL化学奖 • 1978年出版《非平衡系统中的自组织》专著 • 主要论著有《从存在到演化》、《从混沌到有
序》、《探索复杂性》、《确定性的终结》 • 形成布鲁塞尔学派
朗特（1875） 力学所，控制论、运筹学研究室 工程控制论（MIT经典教材） 发展飞机，还是导弹；总体设计部 系统工程、系统科学 四本文集：控制论、系统工程、系统科
学、纪念册
二，学科体系上贡献
• 九大学科门类：数学、自然科学、系统科学、 人体科学、思维科学、行为科学、社会科学、 军事科学、文学艺术。后增加，地理科学、建筑科学
自组织理论wk.baidu.com
说明
• 讲课目的：系统科学一部分，帮助理解 哲学问题
• 物理背景：物理学家作的工作，与物理 学有关的
• 总体轮廓，三部分内容：非平衡统计物 理（６０－７０），混沌（７０－９ ０）、无标度网络（９０－１０）
系统科学概论拾遗
• 钱学森经历 • 钱学森对系统科学贡献 • 系统科学结构
一，经历
质疑（二）
• 事实上，由于科学实践，这两个世界几 乎是每天——而且是一天比一天更甚 地——结合起来。但是作为理论，它们 由于根本的分歧总还是彼此分离的。
• 两个世界，也可以说两个真理，或者说 没有任何真理。 A·果耶尔（Koyre）1968
质疑（三）
• 近代科学中最重要的间隙是什么？显然 是物理科学与精神科学的分离。实际上 物理学家和心理学家之间毫无共同之 处——或许，物理学家为心理学方面较 肤浅的研究提供的某些工具可以除外， 而心理学家警告物理学家要小心以免所 隐藏的欲望影响他的思考和发现 魏格纳（Wigner）1969
• 上帝第一推动力，留了一个尾巴 • 宇宙是演化的：“一个人不能两次迈进同一个
河中”，“子在川上曰：逝者如斯夫”，大爆 炸理论。 • 时间箭头问题：四维时空，时间反演不对称。
二，2）演化中的矛盾
• 无生命世界的退化：扩散、传导、辐射。 走向简单、均匀、平衡。
• 生命世界的进化：发展（生命、社会、 经济）、进步。走向复杂、结构、非平 衡。
四，（•）理论的核心成果
• 自然界（无生命界）存在进化现象， • 进化、退化依环境条件的变化，而改变。 • 针对自然界进化现象建立理论 • 应用该理论研究社会问题
三、自然界的进化现象
• 贝纳德花样 • 激光 • 振荡化学反应 • 岩石花样、云彩花样、雪花
贝纳德花样的形成
• 薄层流体，上下温度各自均匀——平衡 态（无序）
简单系统
子系统数量少，相互作用简单（计算机使 用，子系统为几十个）
• 可以解决问题测度为零（线性谐振子、 二体问题、氢原子），近似方法大量应 用
• 线性体系，叠加原理
简单巨系统
• 子系统数量多，相互作用简单；使用统 计平均，N趋于无穷
• 两个层次问题，存在涌现，实际无法解 决
• 重点研究非平衡统计（外界控制下系统 形成有序结构）
一，2） 哈肯（H·Haken）
• 1927年出生德国莱比锡， • 1960年任斯图加特大学理论物理学教授 • 研究领域：群论、固态物理、激光物理、
统计物理、非线性科学 • 1972年提出协同学理论 • 1984年获德国功勋科学家称号 • 编辑出版协同学丛书
二，1 ）世界的物理图象
• 宇宙是静止的：牛顿周期运动，“天不变，道 亦不变”。赶走了神学，日心说，加俐略等开 始实证科学
复杂巨系统I （复杂适应性系统）
• 子系统有学习、适应能力；整体有序结 构呈现某种分布，用数学式子难以表达； 层次之间存在涌现
• 计算工具采用计算机程序，分析子系统 之间相互作用
• 信息作用突现
复杂巨系统II （开放的复杂巨系统）
• 经济系统、社会系统、教育系统、金融系统 • 子系统（人）本身是一个复杂系统，演化性质
不清楚
• 进行简化研究：现代社会科学理论（人力资本、 数理经济学等）、金融物理学、简单巨系统理 论、人工智能
• 从定性到定量的综合集成——研讨厅体系
“非平衡统计物理”目录
• 一、创始人介绍 • 二、产生背景 • 三、自然界的耗散结构 • 四、理论内容（演化方程、役使原则） • 五、启发
一，1）普里高津 （I·Prigoginer）
• 从下加热，形成温度差——非平衡态 • 临界点——对流花样（有序） • 加热，维持输入——花样保持
化学振荡反应
• 丙二酸被溴酸氧化（铈离子为催化剂） • 保持反应物、生成物浓度一定 • 红-蓝-红周期振荡（1分钟） • 不同条件：周期振荡、空间分布、扩散
波、混沌
四，1）自然界的进化现象分析
• 分类：空间结构、时间结构、时空结构； • 与晶体比较：活结构；存在一定尺度；
• 三个层次：基础理论（系统学）、技术基础 （控制论、运筹学）、工程技术（系统工程）
• 与其他研究的关系：管理科学、复杂性科学、 非线性科学、信息科学、现代科学哲学
三，系统科学学科结构
• 简单系统（牛顿力学体系） • 复杂系统
简单巨系统（非平衡统计物理） 复杂巨系统
复杂适应性系统（生物生态系统） 开放的复杂巨系统（社会系统）
• 小农经济——资本主义经济，社会分工、 马太效应
二，3）科学家质疑
• 有件事情牛顿是应该负责任的——或者更确切地说， 负有责任的还不仅仅是牛顿一个人，而且一般来讲应 该是整个现代科学——这件事情就是把我们的世界一 分为二。我曾经说过，现代科学早已把分割天体和地 球之间的壁垒推倒，并且由两者结合起来，统一成为 一个整体宇宙。这是千真万确的。但是我还曾说过， 现代科学对宇宙的研究表明，它是研究另外一个世界， 即量的世界，一个奇妙的几何世界，在这个世界中一 切事物都有其位置，但却没有人的位置，它用这个世 界取代我们赖以生存、爱慕、传宗接代、充满感性认 识的质的世界。从而，科学的世界——真实的世界— —远离生活的世界，完全与之分离开来，科学对它也 无力解释，即使是做出一种软弱无力的解释，也只能 是“主观的”表面现象。
• 白俄罗斯人，1917年生于莫斯科，2003年卒于 布鲁塞尔
• 1941年毕业于比利时自由大学，获博士学位 • 1965年提出耗散结构概念 • 1977年获NOBEL化学奖 • 1978年出版《非平衡系统中的自组织》专著 • 主要论著有《从存在到演化》、《从混沌到有
序》、《探索复杂性》、《确定性的终结》 • 形成布鲁塞尔学派