神奇的自组织

　　自组织最早是由德国人贝纳德（Benard）1900年发现的一种自然现象。这个实验很简单，就是在一口平坦锅内放一薄层水，然后在下面均匀加热。当热量很小的时候，水中只出现一些水分子的紊乱的热运动。当热量不断加大的时候，水层便出现有规则的、翻滚的水花，如图（贝纳德水花）所示。当时科学界不能解释这种现象，就把它作为科学“疑题”传了下来，并称之为“贝纳德水花”。随着科学的发展，人们不断发现了类似的自然现象，比如，大风天气过后出现的云街，如图（云街）所示。后来俄国化学家又在实验室中得到了化学反应中的周期性震荡花纹，如图（化学周期震荡）所示。

　　为什么说这些现象很神奇呢？那是因为这些现象有一个共同特点，就是这些组织是通过与周围环境高度开放而自发形成的。以大家熟悉的云街为例，本来强风吹过以后，气流非常乱，那么为什么在一定条件下，高速流动的云层却排成了整齐的“队伍”呢？后来比利时物理学家、化学家和热力学家普里高津发现这种现象就是通过高度开放而引起的“自组织”现象。

　　那么自组织究竟是什么呢?所谓的自组织就是在复杂系统中，通过与外部环境进行各种要素交换，比如能量交换和质量交换，在系统内部所引起的一种有序结构。在这个定义中有三个要点：、 第一，是在复杂系统中产生的。什么叫复杂系统？所谓的复杂系统就是在系统内部包括了“数不清”的元素，比如大气中的汽水分子，宇宙中的星球，人类社会中人树，生物系统中的生物等等。关于复杂系统的含义还有一个方法论的问题。对复杂系统的研究必须是从个体到整体的“统一”研究，而不是单一的，或宏观的研究。在我们现在的物理学、化学中研究的许多现象所涉及到的对象都包括了“无数的”个体，但我们的研究手段却是研究单一个体，或纯整体研究。所以这样的研究系统也不叫复杂系统。复杂科学是近20多年来才出现的一门新兴科学。很显然，原来的经典科学就应当称为“简单科学”。当然，简单科学并不简单，只是它的研究方法采用了一种相对孤立的手段。

　　第二，自组织是通过系统与环境之间高度开放而“自发”产生的，而不是强迫产生的。也即，它的产生条件是非常重要的。它的本质含义是考察系统与环境之间的相互关系。比如，我们非常熟悉的生态系统。生态系统是一个复杂系统，生物种群与周围的环境密切相关。达尔文的生物进化论就是考察生物种群与生态环境之间的关系。而生物链的形成就是生物种群在环境作用下而产生的一种有序结构，或者叫做自组织结构，或者叫做耗散结构。如果我们忽视了这个条件，我们也可以采取“人工”的方法来维持生态平衡，比如，没有老虎了就养些老虎；没有大熊猫了就养些大熊猫。通过这样的“人工”方法所形成的“有序”就不是自组织。那么这种组织叫做什么呢？有的学者称之为“被组织”，有的称为“外组织”，有的称为“呆组织”，有的称为“惯性组织”。之所以叫不出名称，我以为这根本就称不上组织。普里高津研究证明，对于这种“人造结果”它在本质上是紊乱的，而不是有序的。对于一个复杂系统我们根本不可能通过“人”的力量让它有序。因此，维护复杂系统有序的根本方法就是“无为”。无为就是什么也不要做，就是最好的“做”。比如保护生态环境的最好方法就是“不管”，就是人不要去干预它。

　　第三，有序是可以不断进化的。我们可以看到，贝纳德水花、云街、化学震荡等都是一些基础的、简单都有序，而生命、生物、社会、宇宙等才是高级的有序。这些高级有序并不是一次就能完成的，而是通过几千年、几百万年、几亿年、几十亿年，甚至一百多亿年的不断进化形成的。尽管这些高级生命的有序程度非常高，它包括时间有序、空间有序和功能有序，但它们还是通过低级有序演化而成的。比如，尽管人的结构非常复杂，有序程度也非常高，但我们人体上的任何一个细胞都与大自然中的元素没有两样。

　　由此可见，自组织的发现对我们研究生命、生物、社会、宇宙的起源和演化有极其重要的意义。我们深信，对这门科学的研究不仅打开了一扇新的科学大门，而且对我们研究生命、生物、社会和宇宙都开辟了一条全新的道路，同时也将对我们的世界观、宇宙观、人生观产生重要影响，甚至对我们的整个自然科学和社会科学都将产生深远影响。正如普里高津所说，对于科学而言，这不仅不意味着完成，而是刚刚开始。