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第12章 现代科学技术与自然观的新发展(5)

①进化和退化相互包含。在自然演化中,以进化为主的过程往往内在地包含着退化,反之亦然。例如,从猿到人,无疑是生物进化史上的一个最伟大的事件;但从局部功能来看,像攀越能力、消化能力、适应自然环境的能力等,却有一些退化趋势。

②进化和退化共存共生。进化和退化常常是同时存在、同步发生。

因为物质系统有序程度的提高,需要从外部输入负熵。这就意味着把系统的熵转移到环境之中,从而降低了环境的有序程度,导致了环境某些方面的退化。例如,工业化推进了人类社会的文明程度,但是,工业化消耗了大量地球几十亿年的能源储备,向自然界排放了大量的废气、废物和废水,带来了生态环境的恶化。杰里米·里夫金和特德·霍华德指出:“当一定的有效能量被消耗掉,周围环境的混乱就会增加。现代工业社会巨大的能量流通,给我们居住的世界带来了极大的混乱。技术现代化的进程越快,能量转化的速度也就越高,有效能量就耗散得越多,混乱程度也就越大。”

③进化与退化相互交替。在一定条件下,进化过程会转入退化,退化过程也可以转入进化。按自组织理论的观点,开放系统在远离平衡的非线性区,通过引进负熵和正反馈循环,经涨落或起伏,会从无序状态中产生有序结构。但有序运动的系统,在一定条件下,通过一定的方式会形成无序状态。例如,有序运动的平流会形成湍流,有周期、有节律的运动会丧失周期和节律,可以用动力学规律处理,并能计算未来物理过程如何变成混沌状态等。

进化和退化是自然界普遍存在的两种演化趋势。它们既有演化方向的区别,又有相互包含、同存共生和相互交替方面的同一性,从而构成了一幅多姿多彩的自然演化图景。

3)进化的根据和条件

无论进化或退化,都拥有其条件和根据。不同学科按照各自对象的特点揭示出不同的进化模式。宇宙学所提供的总星系的演化模式既不同于太阳系的演化模式,更不同于生物的进化模式,很难将它们统一为单一模式。但是,就目前科学状况来看,非平衡自组织理论关于系统走向有序即系统形成有序结构的根据和条件的论述,对于理解一般进化的条件是极有意义的。按自组织理论,一个系统具备以下条件就会进入有序状态。

①系统从无序走向有序,必须处于远离热平衡的状态。热平衡态或近平衡态,都不会出现有序结构。只有远离热平衡的系统,才可能从杂乱无序的初态,跃迁到新的有序状态。

②产生有序结构的系统,必须是一个开放系统。即系统内外环境之间要有物质、能量、信息的交换与流通。并且必须使系统从外部输入的负熵绝对值大于系统内部的熵产生,从而使系统的熵逐步减小。

③形成有序结构的各要素之间存在着非线性的相互作用,这种相互作用使各要素产生相干效应与协调动作,从而可以使系统从杂乱无章变为井然有序。

④正反馈推动系统走向有序。负反馈往往会使系统的变化衰减,而正反馈则会使系统的变化被放大和加剧,从而推动系统的质变,加速系统自复制、自组织的过程,使要素微观协同产出宏观秩序。

⑤涨落和突变是产生有序状态的条件。一个物理的、化学的或生物的系统有许多要素构成。我们测量到的温度、压力、浓度、化学势、熵、信息熵等宏观量,实质上都是一种统计平均。而系统内部的具体要素并不严格精确地处于平均状态,而是有或多或少、或大或小的偏离,这种偏离或偏差叫涨落。涨落是偶的、杂乱的、随机的。小的涨落会被衰减,而在临界点附近,涨落则可能被放大,形成巨涨落,从而会推动系统发生质变,跃迁到新的分支上去,形成有序结构。即在临界点处,涨落会使系统发生突变,导致有序。

非平衡自组织理论的这些成果,不仅原则上回答了唯物进化论与热力学第二定律在科学思想上的矛盾,表明了孤立系统中的退化与开放系统在一定条件下的进化可以在同一理论模式中得到解释,而且还对如何一般地理解进化的条件和根据提供了有益的启示:系统中的相干性相互作用是系统进化的基本根据,从外部获得物质和能量是系统进化的基本条件,内部涨落是系统进化的直接诱因。

三、自然界运动发展的规律性

1)矛盾是自然界运动与变化的根本动力

宇宙的大爆炸,是由于矛盾的不平衡性,发生了对称性的破缺。大爆炸揭开了自然物质系统演化历史的帷幕,此后自然物质系统便开始了充满矛盾运动的演化历史。在物质系统演化过程中,任何物质系统在其演化的每一阶段,系统和环境、整体和部分、吸引和排斥、进化和退化、可逆和不可逆、有序和无序、平衡和非平衡、对称和非对称、连续和间断、渐变和突变等矛盾始终在对立统一的关系中,互相依存、渗透和转化。在自然物质系统演化发展的不同阶段,又有各自特殊的矛盾。在宇宙形成的过程中,除了吸引和排斥这一基本矛盾外,还有物质与反物质、温度与密度、高能光子与较轻的基本粒子之间的矛盾等;在生命进化的过程中有物种与环境、同化和异化、遗传与变异、个体与群体的矛盾等。这种自始至终的矛盾运动,是推动自然物质系统演化发展的根本动力。

在自组织理论看来,在复杂的系统中,矛盾的对立并不限于两点之间的作用。它可以是多层次、多极之间互相作用的复杂网络,表现为多元化多极化的对立群。

演化过程常常存在多种矛盾,不同的矛盾对于演化发展的作用是不同的。其中主要矛盾的力量对比决定了系统的状态,主要矛盾双方的力量对比发生转变是系统的每一次非平衡相变的根本原因。协同学中的序参量,描述了主要矛盾对立双方力量对比的状况。根据支配原则,当任何系统的状态可以用多个变量描述时,总有少数几个随时间变化比较慢、并决定系统状态变化的慢变量。慢变量决定了系统的状态,也表达了系统的有序结构,因而也被称为序参量。序参量对快变量即次要矛盾有明显的支配作用。当系统处于高度不稳定状态中,系统主要矛盾的运动表现为序参量的变化。序参量的变化情况,主宰了系统演化的方向。

2)渐变与突变是自然界演化发展的基本方式

渐变是一种缓慢变化的过程,突变是渐变过程的中断,是质的飞跃。

渐变与突变都普遍存在于自然界的演化过程中。渐变与突变是量变与质变在自然演化过程中的表现。一般地说,渐变相当于量变,突变相当于质变。宇宙的演化是渐变与突变的统一。辩证唯物主义自然观不是仅仅把宇宙的演化简单地归结为渐变与突变的交替过程,而是要分析突变与渐变的辩证关系。

在渐变阶段,系统位于稳定的结构分支上,外部的约束是线性的,内部的涨落总体上是微弱的,这种涨落要受到系统总体稳定性的抑制,此时,决定论的规律通常是有效的。也就是说在渐变阶段,由于系统能够保持它自身的稳定作用,系统的结构和动态机制、系统演化的结果是可以预期的。渐变是系统演化的量的积累时期,系统从平衡到非平衡的变化是缓慢的,这种缓慢的变化是由系统外部的非线性约束造成的。

当渐变过程中量的积累足够大时,即系统处于在远离平衡态时,系统失去了稳定性,其内部的涨落不再服从大数定律的分布,分支点附近的巨涨落会导致新质的产生。突变的发生要求量变达到一定的程度和条件,只有在远离平衡态存在着非线性互相作用的条件下,突变才会发生。

自组织理论还对突变的机制进行了探讨。在分叉点附近,系统面临多种选择,最终的实际选择具有很大的随机性。因此,渐变和突变在这里表现为平衡和非平衡、稳定和不稳定,决定性和随机性、线性和非线性的统一。

3)自然界运动转化的守恒定律

在自然物质系统演化的历史中,普遍存在着各种运动形式之间的转化。宇宙、天体、地球、生命的起源和演化的过程,也是运动形式不断地从低级向高级、从简单向复杂转化的过程。这种运动形式的转化不仅普遍存在,而且遵循着运动转化的守恒定律。运动转化守恒定律是自然物质系统演化发展的普遍规律。自然物质系统的转化是守恒中的转化,其守恒也是转化中的守恒。运动转化的守恒包括量的守恒和质的守恒两个方面。恩格斯曾针对历史上许多科学家仅仅从量的方面去理解运动转化的守恒性,特别强调指出:“运动的不灭不能仅仅从数量上去把握,而且还必须从质量上去理解。”也就是说,应当从量和质两方面来把握运动转化的守恒定律。

所谓运动转化在量上的守恒性,是指任何一种运动形式转化为另一种运动形式时,前后的运动量是守恒的,即各种物质的能量形式不管怎样变化,总能量是始终不变的。能量守恒定律、质量守恒定律和质能关系式共同说明,无论是在极缓慢的星云早期收缩中还是在极剧烈的宇宙大爆炸中,无论是在极简单的机械运动还是在极复杂的生命演化过程中,无论物质系统是在进化还是退化,是在从无序到有序还是从有序到无序的过程中,运动在量上都是始终保持不变的。

所谓运动转化在质上的守恒性,是指自然物质系统的任何运动形式都不会在演化过程中永远丢失。物质系统从一种运动形式转变为另一种运动形式的能力是无限的。恩格斯说:“任何运动形式都证明自己能够而且不得不转变为其他任何运动形式。”“这种转化是运动着的物质本来所具有的,从而转化的条件也必然要被物质再生产出来”。自组织理论认为,自然物质系统的演化是一个自发过程。演化条件的实现,系统内部各要素的协同作用,不需要借助任何神的力量或外在的指令。也就是说,自然物质系统演化的条件和系统要素的协同作用都是自然物质系统所固有的属性。在永恒的进化和退化的交替进行中,任何一个具体的运动形式都不是永恒的,总会向其他的运动形式转化,但是在某一过程中丧失的运动形式,一定会在其他某个时刻或某个地点,当其产生的条件被满足时再次出现。

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