在物理学中,耗散机构的定义是处在远离平衡态的复杂系统在外界能量流或物质流的维持下,通过自组织形成的一种新的有序结构。耗散结构是比利时布鲁塞尔学派著名的统计物理学家于1969年提出的一个概念。1971年,普里戈金等人写成著作《结构、稳定和涨落的热力学理论》,比较详细地阐明了耗散结构的热力学理论,并将它应用到流体力学、化学和生物学等方面,引起了人们的重视。1971~1977年,耗散结构理论的研究以及耗散结构在化学和生物学等方面的应用有了进一步的发展。1980年以来,耗散结构理论的研究又有了新的发展:主要是用非平衡统计方法考察耗散结构形成的过程和机制,讨论非线性系统的特性和规律,以及耗散结构理论在社会经济系统等方面的应用等。由于对于人类活动中耗散热量的数量计量不能得到满意答案,所以在热力学、社会经济学方面都停留于表象。
本文对耗散结构的解释既有继承也有发展。本文认为耗散结构是最普通的实物形式。把耗散结构外延扩大到热学三大定律的运用领域,作为广义的耗散结构就是宇宙中物质的运动方式,具体应当说宇宙中不论是固体、气体还是液体,在宇宙中的所有物质与能量之间的转化都可以归结为这种结构的变化。本次研究与论述中对于人类社会的耗散机构定义有很大不同。人类耗散结构具体定义为:有人生存的区域。这是以区域中的人类状态为对象。因为人类个体本身也是物质组成,从自组织的观点来说是更加复杂的结构,而人类组成的社会耗散结构是一个超级巨系统。人们在对自然科学从简单系统到复杂系统的研究过程中,并非是由简至凡的单一路线研究。不同时间与空间的研究,形成不同学科与理论,但对于物质世界描述的能量基础不变。所以我在这次研究中可以利用耗散结构化学模型来分析人类社会的活动与变化。人类社会的耗散机构是人类社会运动方式的模型。
为了以后研究方便,我介绍两种耗散结构:贝纳尔对流与贝鲁索夫—扎孛廷斯基反应,后文将详细介绍这种模型的运用。同时为了研究方便,我认为由于人可以活动,所以群体现象的相应模型符合贝纳尔对流与贝鲁索夫—扎孛廷斯基反应。在远离平衡态的系统所发生的热对流,它具有宏观的空间有序结构,是耗散结构的一种存在形式。
法国学者贝纳尔(Benard)于1990年发现如下现象:他在水平放置的扁平圆形容器内充满一层液体,其液面与容器的底分别与T1、T2温度热源接触,且T2>T1。在温度差T2—T1不大时,系统的传热能达到稳态,这时在同一高度的水平截面上各点的宏观特征均相同,因而具有水平方向的平移不变性。可是,一旦其温度差ΔT=T2—T1达到并超过某一临界值ΔTc时,从上面俯视扁平容器,发现液体表面出现较规则的六角形图案,每个六角形中心的液体均向上流(或向下流),而边界处的液体均向下流(或向上流)。从纵剖面可看到流体在做一个个环流,相邻环的环流方向相反,这种规则的液体结构称为贝纳尔对流图案。
在无机化学试验方面,以简单单一的决定性理论为主要试验方式。以化学反应系统为例,耗散结构理论是在等温、等压、稳定的边界条件和局域平衡四个假定下考察复杂的开放系统,根据统计力学规律建立相应的方程。可以用微分方程的已经证明:复杂的开放系统在平衡态附近的非平衡区域不可能形成新的有序结构,在这个区域内系统的基本特征是趋向平衡态。在远离平衡态的非平衡区域,系统可以形成新的有序结构,即耗散结构。这种耗散结构只能通过连续的能量流或物质流来维持,它是在热力学不稳定性上的一种新型组织,具有时间和空间的相干特性。这是一种与平衡条件下出现的平衡结构完全不同的结构。
人类社会的耗散机构的研究就复杂得多,但是可以运用对应化学反应的相应物理量进行解释。简单化学反应过程的变化与人类社会耗散机构运行的相应变化进行对比与研究,以小见大、由简入繁可以得到理想的结论。等温将代表人类社会的消耗能量值。等压与稳定的边界条件将代表政府的执行力与国家边界范围,对于企业就代表着企业制度。温度将代表人类社会技术水平。上层液面应当代表社会高层人士,下层液面就可以代表社会底层人士。
现阶段应当以何种方式对待人类社会中的不定性与随机性问题,是一个社会科学比自然科学更加复杂的问题。耗散结构理论把这个复杂系统问题当作一个方向来研究,发现有序程度的增加随着所研究对象的进化过程而变得复杂起来,会产生各种变异。针对进化过程时间方向不可逆问题,同时借助于热力学和统计物理学用耗散结构理论研究一般复杂系统,提出非平衡是有序的起源,并以此作为基本出发点,在决定性和随机性两方面建立了相应的理论。这种方式与思想正可以解释社会中的群体现象。经济学是描绘能量在人类群体中流动规律的学说,研究的领域与这种结构有很深层次的共通性。
耗散结构理论运用数学中的概率论和随机过程论分析复杂系统。本文用热力学研究经济社会的方式是对于人类社会耗散机构系统内认为与相似耗散结构形成的机制与变化进行对照说明。对于相似的简单系统各个因素的变量进行因变量研究,或相似变量的转换与研究就可以得到人类社会的运动变化试验结果。系统在某个特定的熵值以下,涨落引起的效应由于平均而减弱和消失,因而不能形成新的有序结构。只是在达到于域值以后,涨落被放大才产生宏观效应,因而出现新的有序结构。这实质上对应于一个宏观量级的涨落,并且由于和外界交换能量或物质而得到稳定。而对应人类社会的耗散结构应当为社会变迁中众多因素。本文就是把这些含有人类活动的系统统一归结为人类社会耗散系统。
人类社会中的耗散结构,不论是国家、企业还是任何组织机构,其层次不同,对于耗散结构的作用也不同。但耗散结构的概率形式、随机过程与运行形式是一致的,都是由决策层决定。决策层和执行层所在的层次,其行为目的在根本上应当与其机构的平衡熵值相一致。期间很有可能出现小的系统熵值扩大,与机构整体不一致的情况,这是为了保证其整体运转,所以往往放弃个体的无序状况。个体的无序状况,是通过机构的运转而剥离开机构。这样的过程就保证原有耗散机构状态处于平衡。这一过程,常常被认定为个性牺牲的过程。
下文中我就贝鲁索夫—扎孛廷斯基反应与人类社会的关系作专门的解释与说明,同时会详细通过这一反应研究人类社会现象。