当今世界最著名的系统思想家欧文 · 拉兹罗，在其近作《2020年展望——为全球幸存者重整混乱》（1994）一书序言中告诫道：维持人类生命的珍贵行星已处于半噎塞状态。如果事态一味地继续下去，明天就会被全噎塞，那样我们将全部完蛋。又说：我们正在走向一混乱时期。但混乱不是灾难的必然凶兆，混乱也可能成为创造性的鼓舞力量和新颖事物的策源地，并为应付混乱及其可能造成的恶果，提出了许多颇有见地的，发人深省的对策性设想。本文为该书的结语部分，作者从理论上对进化系统论特别是复杂系统的进化作了论述。复杂系统的基本要素是能量持久流中的催化循环所维持的非平衡系统。稳定时期决定的有秩更迭是由分流时创生混乱状态造成的。观察的统计趋势表明，组织水平越高系统越复杂。

进化系统论的新科学始源可追溯到冯 · 贝塔朗菲的一般系统论、诺伯特 · 维纳的控制论和克劳德 · 香农的信息论。这些基本概念和理论，在自然科学、社会科学及哲学的各种不同领域发展起来。它们随者普利高津的非平衡热力学和混乱的数学模型以及动力学系统变换的最新进展而获得成熟。

这些科学对实在的性质给我们以一种全新的观念。按照这种观点，人和社会在宇宙间不是陌路人，而是开始于150亿年前的大爆炸和现在成为生命文化和意识争端的进化大范围内的整体组成部分。这些新科学叙述了进化及其主要阶段的动力特性。如果要有一为评估人类进化下阶段的可靠根据，并力图在联合的利益上指导下阶段的工作，那么，这些科学对提供这种指导确实具有特权的地位。

基础概念

宇宙中的物质形成为由诸部分紧密结合并享有同样命运的越益复杂的实体。这些形成的实体叫系统。虽然有自然科学与社会科学的这种传统划分的一般分类，但世界上并非所有系统都是一样的。这些新的分类并非指“物理系统”、“化学系统”、“生物系统”等等，而是指近平衡或远平衡。远离平衡系统长期来一直鲜为人知，但它们组成了涉及物理界、生物界和人类社会系统的范畴。一个世纪以来，系统的另外两个范畴已为人们所知晓。

平衡系统中的能量和物质流，在温度和浓度上已失去了差别；平衡系统中的元素在一随机混合物中是无序的，而且系统本身是同质的和在动力上是惰性的。系统在近（而不是在）平衡时，温度和浓度存有细小差别；内部结构不是随机的，系统不是惰性的。一旦使这种系统保持非平衡态的约束被解除，它们便趋向平衡态移动。当正向和逆向反应在统计上得到相互补偿时，这种状态下的系统便达到平衡，所以，在这种浓度上，就不再有任何总的变动（通称质量作用定律或格尔德伯和华奇定律）。浓度间差异的消失意味着化学平衡。达到一恒温便意味着热平衡。在非平衡态下，系统做功便产生熵。在平衡态时，系统不再进一步做功，便不再产生熵。在平衡的条件下，熵的生产量以及力和通量（不可逆过程比率）都等于零，而在近平衡态时，熵产量小，力弱，而通量是力的线性函数。所以，近平衡态是一种线性非平衡，可以按照对自由能的最大消耗和熵的最高水平的统计的可预断趋势，用线性热力学来描述。不论初始条件怎样，第二态的系统最终将达到一种与边界条件相适应的最小以自由能和最大熵为特征的状态。

第三种可能范畴是系统远离热平衡和化学平衡的情况。这种系统是非线性的，它们并不趋向于最小自由能和最大比熵，而是放大某些涨落而朝向一种完全不同于静止状态或近平衡的新必威在线网站首页网址 区域演进。

乍看，远离平衡态的系统进化似乎是同著名的热力学第二定律矛盾的。系统怎么会不断增加其复杂性和组织水平并变得更富有活力的呢？第二定律指出，任何孤立系统的组织和结构往往会趋向消失而为一致性和随机性所代替。当代的科学家们知道，进化的系统不是孤立的，因而第二定律不能充分描述系统间，更确切地说是系统同其环境间发生的事情。第三种类型的系统总是而且必然是开放的系统，因此，它们内部的熵的变化不是独一地由不可逆内部过程决定的。系统内的内部过程服从第二定律：自由能只要一膨胀，便无法再做功。但是，供进一步做功的能量可以从来自其环境的开放系统“输入” :穿越系统边境可能有一自由能或负熵的输运，当这种量——系统内的自由能和穿越来自环境的系统边境运入的自由能——相互取得平衡和补充时，系统就处于稳定（静止）状态。像必威在线网站首页网址 环境中的这两种罕见的相互平衡，在一实在的世界系统中至多是“亚稳定的” :它们趋向于环绕界定其稳定态的状态波动，而不是无变动地使其稳定下来。

这些基本概念在许多科学领域并以各种方式得到y应用、验证和说明。直接与进化概念相关的研究粗略地可划分为两类：依赖观察和实验的经验研究和依赖系统行为的形式（数学的和拓扑的）研究。

经验研究

经验研究的出发点是要看到如下的事实，即在适当的条件下，一个恒定而丰有的能流程，经过一系统会迫使它走向一具有较高自由能和较低熵特征的状态。正如普利高津在60年代预言和生物学家莫劳威茨在1968年实验证实的那样，一个穿过一第三态的非平衡系统的能流，会使得它的结构和成分条理化，并能使它吸取、利用和储存自由能增加的量。同时，系统的比能随着系统的复杂性的增加而减少。

进化的重要量度不是系统的自由能的总增加，而是其中被吸取、保持和利用的自由能通量的密度的增加。“能通量密度”是每单位时间每单位体积的自由能的度量，如尔格/秒/cm³。我们发现，当提高系统复杂性的标度时，自由能通量密度量（系统的每时每体积的自由能量）增加了，复杂化学系统较单原子气体持有更多的自由能通量，生物系统比复杂化学系统持有更多的自由能通量。这表明了物理界和生物进化的一个基本方向。

超时能流、比熵变化和自由能密度间的关系，不仅对回答系统在第三态如何进化问题，而且对回答在某种条件出现时，系统是否必然进化的问题，都是根本性的。直到70年代，研究人员还都倾向于法国物理学家J · 蒙诺德雄辩地揭示的见解，即进化主要是由偶然因素造成的。但是，到了80年代许多科学家已相信，进化不是偶然的事件，而是必然地发生的，只要具备了某些参量需求。

实验室的实验和量的阐述证实了非平衡系统进化的这种非偶然性。当复杂系统被沉浸于一丰富而持久的能流时，迟早会出现有序结构。对这种现象附着条件的原则是：第一，系统必须是开放的，就是说，它必须供给初始反应物和允许排泄其最后产物。第二，系统必须具有足够的成分密度和在超过一动力稳态下保持稳定的结构复杂性（即它必须有多稳定性）。最后，但不是最重要的，在系统的基本成分中必须有反馈和催化循环。

催化循环的这种要求有其固定的根源。随着时间的推移，这种循环凭藉其在一广泛条件下的非凡持存能力，趋向于自然地被选择。催化循环有很大的稳定性并产生快反应率。它们进入两种境况：自动催化，这里一种反应的产物催化它自身的综合物：交叉催化，这里两种不同的产物（或产物群）催化相互的综合物。

假如有足够的时间，和有一个在强度、温度和浓度的适当参量内作用于有机系统的持存能流，那么这种基本催化循环就会在实现的超循环内趋向于联锁。这种过程进化系统论称为收敛。收敛不会导致增加系统内的类似物和最终导致一致性（如在思想意识和社会经济系统的收敛），因为这种进化系统具有相互成全和扣互补充的功能。通过进化收敛的过程，造成了新的、更高级的系统，这种系统有选择地漠视其子系统必威在线网站首页网址 特性的许多细节并施加一种内在约束，迫使子系统成为集体型的功能。这种型式（实现系统本身的型式）要比子系统的非协调功能的总和来得简单。

收敛出现在进化的所有领域。系统所以能发展，靠的是创造出一种原初结构较简单而逐渐进步的较高级的系统。在每一级系统中，复杂系统利用其环境中的自由能通量。保留在系统中的自由能的密度增加时，系统便获得了结构的复杂性。如果这一过程能无限期地延续下去，便能达到一功能的最佳境界，复杂性的进一步增加将不再有助于功能效应的发挥；此后的进化只能产生非选择的偏移。但是，由于系统的收敛集中在越益高级的组织上，结构上较简单的超系统会重演这种过程，因而，通过正在增加复杂性的结构，可以越来越多地利用自由能密度。

总之，进化的过程开初在组织的个别水平上创造了比较简单的必威在线网站首页网址 系统。然后，该过程导致了现存系统的逐渐复杂化，最终导致了下一较高组织水平的较简单系统的创造，在那里又重新开始复杂化的进程。所以，进化的过程是组织由简单到复杂、由低级到高级的运动。

这种过程的经验证据是毋庸置疑的。各式各样的原子元素会聚在分子的聚集中；各别分子会聚在晶体和有机大分子中；晶体和有机大分子会聚在细胞和生命的子细胞构块中；单细胞有机体集聚在多细胞种中；最广泛的变体种集聚在生态中。达到组织的每一水平时，越益增加的复杂系统就在该水平上进化。在原子水平，各种结构适时地从氢到铀建立起来；在分子水平，简单的化学分子后面是复杂聚合物的合成物；在有机体水平，物种由单细胞向多细胞形式进化；而在最广大的生态水平上，不成熟的生态系统朝向成熟的气候形式建立起来。

系统中变化的发生和进化的展开，是因为远离平衡的必威在线网站首页网址 系统是不稳定的。它们有必威在线网站首页网址 稳定性的超阈，这种超阈在一变化的环境中往往会被逾越。实验证明，远离平衡系统由于其临界参量的变化，能“突破”它们的稳定态。这种系统对界定其催化循环作用的那些参量值证明是高度敏感的。这些值变化时，系统便进入一以测不准和混乱为特征的过渡相位，熵的生产便突然增加。当远离平衡系统扰乱了它们稳定的子系统或找到一种新的动力稳态时，这种过渡相位便行将告终。假如它们作为复杂实体能凭自身潜能生存下来，那么就会演变为一种新的必威在线网站首页网址 区域。在这区域，它们仍要催化循环和多路反馈来维持，而它们的熵生产则会下降到作用的最小值。

必威在线网站首页网址 系统对其环境的非稳定变化引起反应的方向，对于理解不同自然领域的进化动力特性是最重要的。必威在线网站首页网址 系统并不是在任何时候都是平稳地、不断地演化的，但在比较突然的跳跃和爆发情况下能做到这点。实在世界系统能通过连续的不稳定变化和不确定相位而进化，因为它们有多稳定态——当一种稳定态致命地受到侵扰时，另一种稳定仍然可以得到利用。系统越远离热力学平衡，其结构对变化越敏感，维护它们的反馈和催化循环也越精致。

按照当前的科学概念，从动力功能的可选择稳定态内部的这种选择不是先定的。这既不是由于系统中的初始条件，也不是由于临界参量值的操作。在临界的交界处，当它们严重地处于不稳定和混乱时，复杂系统便不确定地起作用：在它们内部的无数可能涨落中的一个涨落被放大，这个放大的涨落便以巨大的速度在系统内扩展开来。这个放大的或“起核作用的”涨落支配着该系统的新动力区并决定它的新稳定状态。

结 论

当前对复杂系统进化的探讨可以简要地作个总结。基本要素是由能量持久流内的催化循环维持的非平衡系统；稳定时期定向有序的更替是由于分流时的创造混乱状态；观测统计的趋向是组织水平越高系统越复杂。

自动催化和交叉-催化反馈，在远离平衡的开放必威在线网站首页网址 系统中，凭着它们的快速反应率和巨大稳定性而起支配作用。但是，正如自稳定反应循环并非完全不起破坏作用那样，环境的经常变化迟早会产生某种自稳定循环不再起作用的条件。系统交会一点，在必威在线网站首页网址 系统理论中称为分流。如实验和理论证明的，第三态系统的输出基本上是非决定的：它不是初始条件的函数，也不是控制参量变化的函数。然而，有一重要的可能性，即分流越来越推动复杂系进一步离开热力学平衡。最后，系统要长期保持一更致密的自由能通量和减少它们的比熵。如果没有这种可能，进化就会在高组织态和低组织态间产生一随机漂移，而不是产生一种越益复杂的必威在线网站首页网址 非平衡系统的统计不可逆结构。

当催化循环在一水平联锁时就前进到较高级的组织层次并形成超循环 :这些超循环是一较高组织水平上的系统。因此，分子是由化学上活性原子化合而成的；原生细胞是由连续的复杂分形成的；真核细胞是由真核生物中产生的；多细胞生物是由原生物中产生的，它们集中在较高级的生态系统和社会系统中。

这些因素和过程普遍适用于自然界的所有领域，从旋涡在宇宙最无限遥远太空的最基本粒子和原子到地球生物圈内构成生态和社会的最复杂的有机体概莫例外。

（Vision，2020，1994）

______________________

* 系统中的熵变化是由著名的普利高津方程ds=dis+des表示的。其中ds表示系统中熵的总变化，dis表示由系统内不可逆过程引起的变熵，ds是穿越系统边界输送的熵。在一孤立系统中ds总是正的，因为它是由dis唯一决定的，系统做功时，dis必然会增长。可是在一开放系统中，des能补偿系统内产生的熵，甚而有可能超过该熵，因此，在一开放系统中，ds未必是正的，它可能是零或负的。这种开放系统可能处于一稳定态（ds=0），或者它可能增加了稳定性和复杂性（ds<0），在这一系统中的熵变化可以用方程des—dis<0表示：就是说，系统内不可逆过程产生的熵被转移到了环境。