3.4 协同学

3.4.1　协同学概述

“协同”一词最早起源于希腊文,是同步、和谐、协调、协作、合作等意思。协同学(Synergetics)则起源于20世纪60年代,由德国物理学赫尔曼·哈肯基于对激光的统计学和动力学归类方法,提出系统从无序到有序演变机理,并于1971年出版了《协同学》一书;该书首次给出了“协同”的定义,是指两个或者两个以上的不同主体通过协调与合作,为完成和实现共同的目标或者任务过程中,实现各自能力的提升和总体业绩的倍增现象。自此,协同学作为一个学术研究领域正式成立,该理论的根本宗旨是通过揭示外部参量驱动以及内部子系统之间相互作用前提下,系统以自组织方式形成空间、时间或者功能有序结构的条件和特征,进而发现系统从无序到有序演变规律,最终实现系统的协同效应。协同学将系统分解为组元或者子系统等组分构成,组分之间主要发生物质、能量、信息等交换,并通过协同作用构建组分或各子系统之间的合作关系,促使系统从无序到有序或者从一种有序结构演变为另外一种新的有序结构的相变过程;与此同时产生的协同效益则是任何子系统或组分单独作用所不具备的,即出现了系统效益1+1>2的效果。

协同学理论包括了系统的序参量、伺服原理、自组织原理以及协同效应等内容。基于物理学原理,系统在相变点处的所有内部变量可以分为快驰变量和慢驰变量,其中慢驰变量是决定系统相变进程的变量,被称为系统序参量,序参量之间通过伺服原理和自组织原理等,促进系统从无序到有序状态的演变。哈肯认为只要外界环境发生微小变化,系统有可能产生新的序参量,当系统动态变化达到某个临界点时序参量也会相应增长到最大,此时系统出现全新的宏观有序的有组织结构。系统的序参量存在有很多种,部分系统可能有一个序参量,部分系统可能是众多序参量协同作用的结果。协同学指出在一定的时间段内,某个特定的序参量可能支配其他的序参量起到主导作用,而其他的序参量在主序参量运动下起到配合的作用。

伺服原理是指系统的快变量服从慢变量,序参量支配子系统行为。它从系统内部稳定因素和不稳定因素间的相互作用方面描述了系统的自组织的过程。其实质在于规定了临界点上系统的简化原则——快速衰减组态被迫跟随于缓慢增长的组态,即系统在接近不稳定点或临界点时系统的动力学和突现结构通常由少数几个集体变量即序参量决定,而系统其他变量的行为则由这些序参量支配或规定,正如协同学的创始人哈肯所说,序参量以“雪崩”之势席卷整个系统,掌握全局,主宰系统演化的整个过程。

自组织是相对于他组织而言的。他组织是指组织指令和组织能力来自系统外部,而自组织则指系统在没有外部指令的条件下,其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能,具有内在性和自生性特点。自组织原理解释了在一定的外部能量流、信息流和物质流输入的条件下,系统会通过大量子系统之间的协同作用而形成新的时间、空间或功能有序结构。