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我要註冊 還原論、非線性與醫學（7）

作者：light12  於 2010-3-11 20:55 發表於 最熱鬧的華人社交網路--貝殼村

通用分類:網路文摘|已有5評論

時間: 11 3 2010 07:02
作者：我要註冊

1.自組織現象的單個組元好像由一隻無形之手將其安排起來，但相反，正是這些組元的相互協作才創建出這隻無形之手——哈肯

「無形之手」是現代經濟學鼻祖亞當•斯密發明的概念。

他認為市場經濟彷彿一位神靈，它能把各種資源有效的配置到適當的地方。考察每個個人和企業在市場中的行為，無非是自私的為自己謀取最大利益，我們看不到有人在發號施令，但在宏觀上資本、原材料等資源確實被一股無形的力量配置到需要它們的地方，彷彿一隻無形的大手在起作用。

「無形之手」這個概念被其他很多領域借用。企業家把企業文化比喻為維持企業發展的無形之手，社會學家把民主比喻為社會進步的無形之手，政治經濟學家把生產力比喻為推動社會變革的無形之手……

觀察自然與社會現象時人們總會產生這樣的感受：事物的發展似乎總被某種巨大無形的力量主宰，但深入考察事物運行的每一個環節時，卻找不到這股無形力量的蹤影。於是人們就喜歡用「無形之手」來形容這種「其中有真意，欲辨已忘言」的模糊感受。

二十世紀七十年代德國物理學家哈肯創立的「協同學」，終於從研究自組織現象的方程堆里，找到了一條可以表述「無形之手」這個模糊概念的客觀途徑。

「協同學」與普利高津的「耗散結構理論」一樣，都是對自組織現象的研究過程中形成的，只不過普利高津的切入點是B-Z反應，哈肯則是從激光現象開始入手。（激光發生器能夠使沒有直接關聯的大量原子發生相同的電子躍遷運動，從而產生頻率、相位、傳播方向高度一致的光束，這種自發形成的有序過程也是典型的自組織現象）。

哈肯與普利高津對自組織現象的認識有很多共通之處，以至於他們都相互把對方的理論作為自己學說的一部分。但是二者的側重點各有不同，「耗散結構理論」側重於討論一個系統出現自組織結構必須具備的條件，尤其強調系統與外界環境物質能量交換的重要性。而「協同學」則主要從自組織演化的數理方程中，找到了主宰自組織行為的某些普遍規律。

面對物理、化學中的複雜現象，科學家最常規的研究方式就是將一個大的系統「千刀萬剮」，分割成無數基本單位，依據每個基本單位的物理化學性質建立數理方程，然後對方程求解以獲得對整個系統行為的認識。

就拿「貝納德花紋」來說吧，這是由於溫度不均勻引起的液體對流現象，物理學家需要將流動的液體劃分為無數的液體「微團」，根據「微團」的物理性質，為每一個微團構建一個運動方程。

當然最後必然會得到一個極為龐大複雜的方程組，但原則上只要把這些方程求解出來，我們就可以了解「貝納德花紋」的全部行為，這也是一種典型的「還原論」思維。

然而哈肯對這種思維方式是這樣評價的：

「採用這種方法的研究者，其體驗可能很像得到一輛玩具車的小孩。小孩想知道，汽車為什麼會跑，就把它拆成各個零件。一般來說，這是他不難做到的。但我們往往看到他坐在一攤部件面前哭鼻子，因為他還是搞不清汽車怎麼會跑的，他也沒法將那些零件拼成一個有意義的整體。因此他小小年紀就體會到一句箴言的含義：部分大於整體之和。」

具體到「貝納德」這個例子中，它出現了複雜的蜂窩狀花紋，這意味著描述它的龐大方程組必然是數學家們極為頭痛的「非線性」方程，在絕大多數情況下這類方程都無法求解，也就無法根據方程闡明「貝納德」現象的演化機制。

可見，在科學家們對微觀個體的規律已經了如指掌的情況下，卻由於在數學方法上遇到了巨大屏障，無法獲得對事物宏觀行為的認。——按哈肯的說法就是小孩沒法把拆散的汽車重新組裝起來。

哈肯對自組織現象研究的一大貢獻在於，他從宏觀思維的角度出發，提出了一種簡化複雜方程組的有效方法。

他認為對於自組織現象而言，複雜方程組中那些多如牛毛的變數並非具有同等的重要性，往往只有很少幾個變化緩慢的宏觀變數決定系統的行為，而微觀個體自身的運動規律通常可以不用考慮，可將它們視為在宏觀變數的支配與驅動下的被動運動。

哈肯將此稱為「支配原理」（或稱「役使原理」），將那少數幾個決定系統行為的宏觀量稱為「序參量」。

有了這個原理，科學家們面對參量眾多、規模龐大的方程組，就可以大刀闊斧將那些變化較快的（通常是微觀的）變數消去，把它迅速簡化成為描述少數幾個「序參量」的方程——利用「支配原理」，那道難以逾越的數學屏障就輕鬆消除了。

2.

雖說「支配原理」涉及非常專業的數理方程的處理方法，但是「支配原理」背後卻蘊含著極為深刻的哲學意義。

哈肯將「序參量」喻為「無形之手」，因為它在宏觀上決定著自組織系統的運動，彷彿有自己獨立的行為。同時在微觀下它又支配著每一個微觀個體。但如果深入到系統的微觀結構去尋找它時，會發現這隻主宰著自組織行為的「手」消失得無影無蹤，只有考察微觀個體的整體行為才能發現它的存在。

哈肯在一本介紹「協同學」的書中，為了讓讀者形象的理解「協同學」的基本原理，舉了一個例子：

在圓形的溜冰場中（原書是用游泳池，但筆者認為用溜冰場更為形象），人們往往都圍繞者溜冰場的中心轉圈。沒有人指揮溜冰者應該順時針轉還是逆時針轉。但我們往往會發現溜冰場開場不久之後，絕大多數溜冰的人總是會不約而同的選擇同一個方向運動。

溜冰者本來是做沒有固定方向的隨機運動，但最終卻能自發演化為有序的繞圈運動，這就具有非常典型的自組織特徵。

這個例子中， 我們看不到一個有形的標示牌告訴溜冰者應該往哪個方向運動，但整個人群都彷彿在一隻無形大手的指引下前進。

之所以發生這種現象，是因為一開始大家都做無序運動時，會發現相互之間磕磕碰碰，每個人都在努力迴避這種磕碰。但由於某個偶然的機會，朝順時針（也可以是逆時針）方向運動的人數略微多了一點點（這樣的機會總是會存在），這會使他們旁邊的人無意間發現：如果跟著做順時針運動，會減少和別人的碰撞。

這樣會有更多人加入順時針運動的行列，使得這個隊伍越來越壯大，就出現了「順勢者昌，逆勢者亡」的局面，那些不做順時針運動的人會越來越頻繁的遭到別人的撞擊，於是不由自主的也選擇了順時針運動。最終所有的人都會受到這個順時針旋渦的主宰，人群在宏觀上形成了有序結構。

這個宏觀上的「旋渦」，就是系統的「序參量」（如果非要用一個數量來表達的話，就是參與這種旋渦運動的人數），溜冰者剛開始入場的時候，這個「旋渦」並不存在，但它偶然間產生之後，就會越來越壯大，最終成為整個溜冰場的主宰。

我們不妨誇張一點，把這個「旋渦」比喻為一個「幽靈」，它一旦出現之後就逐漸壯大，最終遊盪在整個溜冰場的上空，它有著自己獨立的行為，溜冰場上的任何個人都無力去改變它，相反卻必須服從於它的「意志」。

——「支配原理」讓我們清楚的看到，一個自組織系統通常有自己獨立的宏觀行為，彷彿有某個「幽靈」在控制著它，但這個「幽靈」又是由眾多微觀個體的共同參與才形成的，但是當我們想把這個「幽靈」解剖開來，去微觀世界中尋找它的奧秘時，便發現它消失得無影無蹤。

——摘自拙作《愛因斯坦與黃帝內經》
ZT

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發表評論 評論 (5 個評論)

回復 manjing 2010-3-11 21:12
你貼這些做什麼?
回復 light12 2010-3-11 21:23
manjing: 你貼這些做什麼?
我對別人不感興趣的事感興趣

這樣沒人批判我

你懂「協同學」
回復 manjing 2010-3-11 22:54
light12: 我對別人不感興趣的事感興趣

這樣沒人批判我

你懂「協同學」
什麼同學?/
回復 light12 2010-3-12 02:24
manjing: 什麼同學?/
「協同學」
回復 light12 2010-3-12 17:48
manjing: 什麼同學?/
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