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主题: 还原论、非线性与医学（7）
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作者 还原论、非线性与医学（7）   
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加入时间: 2009/10/04
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文章标题: 还原论、非线性与医学（7） (491 reads)      时间: 2010-3-11 周四, 下午3:02
作者：我要注册 在 罕见奇谈 发贴, 来自 http://www.hjclub.org

1.自组织现象的单个组元好像由一只无形之手将其安排起来，但相反，正是这些组元的相互协作才创建出这只无形之手——哈肯

“无形之手”是现代经济学鼻祖亚当•斯密发明的概念。

他认为市场经济仿佛一位神灵，它能把各种资源有效的配置到适当的地方。考察每个个人和企业在市场中的行为，无非是自私的为自己谋取最大利益，我们看不到有人在发号施令，但在宏观上资本、原材料等资源确实被一股无形的力量配置到需要它们的地方，仿佛一只无形的大手在起作用。

“无形之手”这个概念被其他很多领域借用。企业家把企业文化比喻为维持企业发展的无形之手，社会学家把民主比喻为社会进步的无形之手，政治经济学家把生产力比喻为推动社会变革的无形之手……

观察自然与社会现象时人们总会产生这样的感受：事物的发展似乎总被某种巨大无形的力量主宰，但深入考察事物运行的每一个环节时，却找不到这股无形力量的踪影。于是人们就喜欢用“无形之手”来形容这种“其中有真意，欲辨已忘言”的模糊感受。

二十世纪七十年代德国物理学家哈肯创立的“协同学”，终于从研究自组织现象的方程堆里，找到了一条可以表述“无形之手”这个模糊概念的客观途径。

“协同学”与普利高津的“耗散结构理论”一样，都是对自组织现象的研究过程中形成的，只不过普利高津的切入点是B-Z反应，哈肯则是从激光现象开始入手。（激光发生器能够使没有直接关联的大量原子发生相同的电子跃迁运动，从而产生频率、相位、传播方向高度一致的光束，这种自发形成的有序过程也是典型的自组织现象）。

哈肯与普利高津对自组织现象的认识有很多共通之处，以至于他们都相互把对方的理论作为自己学说的一部分。但是二者的侧重点各有不同，“耗散结构理论”侧重于讨论一个系统出现自组织结构必须具备的条件，尤其强调系统与外界环境物质能量交换的重要性。而“协同学”则主要从自组织演化的数理方程中，找到了主宰自组织行为的某些普遍规律。

面对物理、化学中的复杂现象，科学家最常规的研究方式就是将一个大的系统“千刀万剐”，分割成无数基本单位，依据每个基本单位的物理化学性质建立数理方程，然后对方程求解以获得对整个系统行为的认识。

就拿“贝纳德花纹”来说吧，这是由于温度不均匀引起的液体对流现象，物理学家需要将流动的液体划分为无数的液体“微团”，根据“微团”的物理性质，为每一个微团构建一个运动方程。

当然最后必然会得到一个极为庞大复杂的方程组，但原则上只要把这些方程求解出来，我们就可以了解“贝纳德花纹”的全部行为，这也是一种典型的“还原论”思维。

然而哈肯对这种思维方式是这样评价的：

“采用这种方法的研究者，其体验可能很像得到一辆玩具车的小孩。小孩想知道，汽车为什么会跑，就把它拆成各个零件。一般来说，这是他不难做到的。但我们往往看到他坐在一摊部件面前哭鼻子，因为他还是搞不清汽车怎么会跑的，他也没法将那些零件拼成一个有意义的整体。因此他小小年纪就体会到一句箴言的含义：部分大于整体之和。”

具体到“贝纳德”这个例子中，它出现了复杂的蜂窝状花纹，这意味着描述它的庞大方程组必然是数学家们极为头痛的“非线性”方程，在绝大多数情况下这类方程都无法求解，也就无法根据方程阐明“贝纳德”现象的演化机制。

可见，在科学家们对微观个体的规律已经了如指掌的情况下，却由于在数学方法上遇到了巨大屏障，无法获得对事物宏观行为的认。——按哈肯的说法就是小孩没法把拆散的汽车重新组装起来。

哈肯对自组织现象研究的一大贡献在于，他从宏观思维的角度出发，提出了一种简化复杂方程组的有效方法。

他认为对于自组织现象而言，复杂方程组中那些多如牛毛的变量并非具有同等的重要性，往往只有很少几个变化缓慢的宏观变量决定系统的行为，而微观个体自身的运动规律通常可以不用考虑，可将它们视为在宏观变量的支配与驱动下的被动运动。

哈肯将此称为“支配原理”（或称“役使原理”），将那少数几个决定系统行为的宏观量称为“序参量”。

有了这个原理，科学家们面对参量众多、规模庞大的方程组，就可以大刀阔斧将那些变化较快的（通常是微观的）变量消去，把它迅速简化成为描述少数几个“序参量”的方程——利用“支配原理”，那道难以逾越的数学屏障就轻松消除了。

2.

虽说“支配原理”涉及非常专业的数理方程的处理方法，但是“支配原理”背后却蕴含着极为深刻的哲学意义。

哈肯将“序参量”喻为“无形之手”，因为它在宏观上决定着自组织系统的运动，仿佛有自己独立的行为。同时在微观下它又支配着每一个微观个体。但如果深入到系统的微观结构去寻找它时，会发现这只主宰着自组织行为的“手”消失得无影无踪，只有考察微观个体的整体行为才能发现它的存在。

哈肯在一本介绍“协同学”的书中，为了让读者形象的理解“协同学”的基本原理，举了一个例子：

在圆形的溜冰场中（原书是用游泳池，但笔者认为用溜冰场更为形象），人们往往都围绕者溜冰场的中心转圈。没有人指挥溜冰者应该顺时针转还是逆时针转。但我们往往会发现溜冰场开场不久之后，绝大多数溜冰的人总是会不约而同的选择同一个方向运动。

溜冰者本来是做没有固定方向的随机运动，但最终却能自发演化为有序的绕圈运动，这就具有非常典型的自组织特征。

这个例子中， 我们看不到一个有形的标示牌告诉溜冰者应该往哪个方向运动，但整个人群都仿佛在一只无形大手的指引下前进。

之所以发生这种现象，是因为一开始大家都做无序运动时，会发现相互之间磕磕碰碰，每个人都在努力回避这种磕碰。但由于某个偶然的机会，朝顺时针（也可以是逆时针）方向运动的人数略微多了一点点（这样的机会总是会存在），这会使他们旁边的人无意间发现：如果跟着做顺时针运动，会减少和别人的碰撞。

这样会有更多人加入顺时针运动的行列，使得这个队伍越来越壮大，就出现了“顺势者昌，逆势者亡”的局面，那些不做顺时针运动的人会越来越频繁的遭到别人的撞击，于是不由自主的也选择了顺时针运动。最终所有的人都会受到这个顺时针旋涡的主宰，人群在宏观上形成了有序结构。

这个宏观上的“旋涡”，就是系统的“序参量”（如果非要用一个数量来表达的话，就是参与这种旋涡运动的人数），溜冰者刚开始入场的时候，这个“旋涡”并不存在，但它偶然间产生之后，就会越来越壮大，最终成为整个溜冰场的主宰。

我们不妨夸张一点，把这个“旋涡”比喻为一个“幽灵”，它一旦出现之后就逐渐壮大，最终游荡在整个溜冰场的上空，它有着自己独立的行为，溜冰场上的任何个人都无力去改变它，相反却必须服从于它的“意志”。

——“支配原理”让我们清楚的看到，一个自组织系统通常有自己独立的宏观行为，仿佛有某个“幽灵”在控制着它，但这个“幽灵”又是由众多微观个体的共同参与才形成的，但是当我们想把这个“幽灵”解剖开来，去微观世界中寻找它的奥秘时，便发现它消失得无影无踪。

——摘自拙作《爱因斯坦与黄帝内经》

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