新老三论概述
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什么是“老三论”、“新三论”一、引言系统论、控制论和信息论是本世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。
虽然它们仅有半个世纪,但在系统科学领域中已是资深望重的元老,合称“老三论”。
人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母,把它们称之为SCI论。
耗散结构论、协同论、突变论是本世纪七十年代以来陆续确立并获得极快进展的三门系统理论的分支学科。
它们虽然时间不长,却已是系统科学领域中年少有为的成员,故合称“新三论”,也称为DSC论。
二、“老三论”、“新三论”理论概述1、系统论、控制论和信息论系统论的创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲。
系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究,并用数学模型去描述和确定系统的结构和行为。
所谓系统,即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体;而系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。
贝塔朗菲旗帜鲜明地提出了系统观点、动态观点和等级观点。
指出复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简单总和,认为一切生命都处于积极运动状态,有机体作为一个系统能够保持动态稳定是系统向环境充分开放,获得物质、信息、能量交换的结果。
系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系,具有目的性、动态性、有序性三大基本特征。
控制论是著名美国数学家维纳(Wiener N)同他的合作者自觉地适应近代科学技术中不同门类相互渗透与相互融合的发展趋势而创始的。
它摆脱了牛顿经典力学和拉普拉斯机械决定论的束缚,使用新的统计理论研究系统运动状态、行为方式和变化趋势的各种可能性。
控制论是研究系统的状态、功能、行为方式及变动趋势,控制系统的稳定,揭示不同系统的共同的控制规律,使系统按预定目标运行的技术科学。
信息论是由美国数学家香农创立的,它是用概率论和数理统计方法,从量的方面来研究系统的信息如何获取、加工、处理、传输和控制的一门科学。
信息就是指消息中所包含的新内容与新知识,是用来减少和消除人们对于事物认识的不确定性。
运用“新三论”的系统方法一、本文概述本文旨在探讨和阐述“新三论”的系统方法在实际运用中的意义和价值。
我们将首先简要介绍“新三论”的基本概念及其在系统科学领域的重要性,然后阐述如何将这一理论框架应用于实际问题的解决过程中。
通过深入分析“新三论”的系统方法的核心理念和应用步骤,本文旨在为实践者提供一种全面、科学、实用的方法论指导,帮助他们更好地理解和应用系统方法,以提高解决实际问题的能力和效率。
在这个过程中,我们将关注“新三论”如何帮助我们在复杂多变的现实世界中建立有效的系统模型,以及如何运用这些模型进行决策、优化和控制。
通过本文的阅读,读者将对“新三论”的系统方法有更深入的理解,并能够将其应用于自己的工作和生活中,以推动个人和组织的发展。
二、“新三论”概述“新三论”是系统科学中的三个重要理论,即耗散结构论、协同论和突变论。
这些理论为我们提供了一种全新的视角和方法来理解和分析复杂系统的行为和特性。
耗散结构论,由伊里亚·普里戈金等科学家提出,它主要探讨开放系统在远离平衡态时如何通过物质和能量的交换,产生并维持有序结构的问题。
耗散结构论强调了系统与环境之间的相互作用和物质能量的流动对系统稳定性的影响,为我们理解复杂系统的自组织行为和演化提供了新的视角。
协同论,又称为协同学,是由赫尔曼·哈肯等科学家创立的。
协同论主要研究系统中各子系统之间如何通过协同作用产生有序结构和功能。
它强调了系统中各元素之间的相互作用和协同合作的重要性,为我们理解和分析复杂系统的集体行为和动态演化提供了重要的理论工具。
突变论,由雷内·托姆等科学家提出,主要研究系统状态的突变现象及其规律。
突变论认为,在系统的演化过程中,某些微小的变化可能会引发系统状态的突然跃迁,这种跃迁可能是质的飞跃,对系统的行为和特性产生深远影响。
突变论为我们理解复杂系统的非线性行为和突变现象提供了新的视角和方法。
“新三论”为我们提供了一种系统的、整体的、动态的分析方法,帮助我们更好地理解和应对复杂系统的挑战。
新旧三论之系统论对心理学的影响摘要科学心理学从成立至今产生了众多学派,学派之间存在分歧。
这是由于心理学的研究对象的内隐、复杂与不确定,以及各学派的指导思想,特别是对整体与部分,结构与功能的认识存在差异造成的。
这种局面随着系统科学的发展而不断得到改善。
系统科学的出现和发展,深深地影响着现代心理学家研究的指导思想和方法论,并在心理学的具体研究方法上不断取得突破。
随着系统科学的不断发展,现代心理学对人的心理现象的研究也在不断向纵深发展,越来越接近人的心理的本来面目。
系统论作为一般科学方法论对心理学有很大的指导作用。
本文论述了系统论与心理学的关系以及系统论为心理学所提供的方法论支持,并对系统论在心理学中应用的积极和消极作用进行了评价。
关键词系统科学;系统论;心理学;方法论一、系统科学领域中的新旧三论系统论、控制论和信息论是本世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。
虽然它们仅有半个世纪,但在系统科学领域中已是资深望重的元老,合称“老三论”。
人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母,把它们称之为SCI论。
耗散结构论、协同论、突变论是本世纪七十年代以来陆续确立并获得极快进展的三门系统理论的分支学科。
它们虽然时间不长,却已是系统科学领域中年少有为的成员,故合称“新三论”,也称为DSC论。
宇宙自然人类,一切都在一个统一的运转的系统之中!一切伟大的进步都必须以系统论做为出发点及归属处!系统论是研究系统的一般模式,结构和规律的学问,它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型,是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。
二、系统论的思想来源系统思想源远流长,但作为一门科学的系统论,人们公认是美籍奥地利人、理论生物学家L.V.贝塔朗菲(L.Von.Bertalanffy)创立的。
他在1952年发表“抗体系统论”,提出了系统论的思想。
1937年提出了一般系统论原理,奠定了这门科学的理论基础。
在新技革命浪潮中代科学方法从系统论、控制论和信息论发展到耗散结构论‘dis-siPativestructuretheory)、协同论(SynergeticS)、突变论(Catastrophetheory)。
有人把前三者叫作“老三论”,后三者叫作“新三论”。
这种称谓有一定道理,但不够确切。
其实,“新三论”是系统论的继续与发展,不如统称“系统科学”为好。
系统科学发展到耗散结构论、协同论和突变论,标志着现代科学技术已进入高一层次的综合化、整体化的新阶段。
它们是人们认识客观事物内在因素及其与外部环境多维联系的有力工具,在情报学研究中已得到初步应用。
一、耗散结构论概述’1.古代的混沌一有序观中国古代哲学家认为自然界是从毫无秩序的一片混乱发展起来的。
在古人看来,世界之初“混沌相连,视之不见,听之不闻”,后来盘古开天辟地,使清者上升为天,浊者下沉为地,从而形成天地分明的秩序。
在印度古代世尊歌中,把上帝称为世界上最完美的东西,后来上帝创造出来的人,就不如上帝那样完美有序了,而人再繁衍下来的后代越来越不完美,越来越混乱了。
你若不信,就挣开眼睛看一看吧,世界上到处是饥饿、灾荒、欺诈和战争。
上述的看法反映了古代两种混沌一有序观:一种认为事物发展越来越有序;另一种认为事物发展越来越混乱。
2.无序与有序的概念什么是无序呢?无序就是混乱,指事物内部诸要素或事物之间混乱而毫无规则的组合,以及事物转化的无规则性。
什么是有序呢?有序指事物内部诸要素或事物之间有规则的组合、联系和转化。
如作物春生夏长,秋收冬藏,应时按节,花开花落,四季循环,周而复始。
自然界的事物究竟是从无序向有序发展,还是从有序向无序发展,这个问题在科学家中引起争论,典型的代表是克劳修斯与达尔文之争。
3.克劳修斯与达尔文之争克劳修斯(ClausiusR.)是著名的物理学家。
他认为世界是从有序向无序退化。
由他发现的热力学第二定律就是明证。
什么是热力学第二定律呢?首先,我们介绍一个物理量一嫡。
作者: 建宏[1]
作者机构: [1]不详
出版物刊名: 理论建设
页码: 87-91页
主题词: 老三论;控制论;非平衡;数学;耗散结构论;新三论;普里高津;反馈方法;信息论
摘要:“老三论”与“新三论”,作为现代科学方法论,正在实践中日益显示出光明的前途。
为使从事领导工作的同志对此有所了解,本文特作简要介绍,并就此在经济管理中应用予以浅近说明。
一、何谓“老三论“、“新三论”系统论、控制论和信息论产生于本世纪四十年代,已有几十年卓越成果的历史,故称之为“老三论”;耗散结构论.。
非线性科学一、分形分形理论分形理论是当今世界十分风靡和活跃的新理论、新学科。
分形的概念是美籍数学家曼德布罗特(B.B.Mandelbort) 首先提出的。
1967 年他在美国权威的《科学》杂志上发表了题为《英国的海岸线有多长?》的著名论文。
海岸线作为曲线,其特征是极不规则、极不光滑的,呈现极其蜿蜒复杂的变化。
我们不能从形状和结构上区分这部分海岸与那部分海岸有什么本质的不同,这种几乎同样程度的不规则性和复杂性,说明海岸线在形貌上是自相似的也就是局部形态和整体态的相似。
在没有建筑物或其他东西作为参照物时,在空中拍摄的100公里长的海岸线与放大了的10公里长海岸线的两张照片,看上去会十分相似。
事实上,具有自相似性的形态广泛存在于自然界中,如:连绵的山川、飘浮的云朵、岩石的断裂口、布朗粒子运动的轨迹、树冠、花菜、大脑皮层,, 曼德布罗特把这些部分与整体以某种方式相似的形体称为分形(fractal)。
分形(Fractal) —词,是曼德勃罗创造出来的,其原意具有不规则、支离破碎等意义,分形几何学是一门以非规则几何形态为研究对象的几何学。
由于不规则现象在自然界是普遍存在的。
1975 年,他创立了分形几何学(fractalgeometry) 。
在此基础上,形成了研究分形性质及其应用的科学,称为分形理论。
二、分维在欧氏空间中,人们习惯把空间看成三维的,平面或球面看成二维,而把直线或曲线看成一维。
也可以梢加推广,认为点是零维的,还可以引入高维空间,但通常人们习惯于整数的维数。
分形理论把维数视为分数,这类维数是物理学家在研究混沌吸引子等理论时需要引入的重要概念。
为了定量地描述客观事物的“非规则”程度,1919 年,数学家从测度的角度引入了维数概念,将维数从整数扩大到分数,从而突破了一般拓扑集维数为整数的界限。
三、混沌1972 年12 月29 日,美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一 E.N. 洛伦兹在美国科学发展学会第139 次会议上发表了题为《蝴蝶效应》的论文,提出一个貌似荒谬的论断:在巴西一只蝴蝶翅膀的拍打能在美国得克萨斯州产生一个龙卷风,并由此提出了天气的不可准确预报性。
“老三论”、“新三论”理论概述系统论、控制论和信息论是本世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。
虽然它们仅有半个世纪,但在系统科学领域中已是资深望重的元老,合称“老三论”。
人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母,把它们称之为S C I论。
耗散结构论、协同论、突变论是本世纪七十年代以来陆续确立并获得极快进展的三门系统理论的分支学科。
它们虽然时间不长,却已是系统科学领域中年少有为的成员,故合称“新三论”,也称为DSC论。
“老三论”、“新三论”理论概述1、系统论、控制论和信息论系统论的创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲。
系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究,并用数学模型去描述和确定系统的结构和行为。
所谓系统,即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体;而系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。
贝塔朗菲旗帜鲜明地提出了系统观点、动态观点和等级观点。
指出复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简单总和,认为一切生命都处于积极运动状态,有机体作为一个系统能够保持动态稳定是系统向环境充分开放,获得物质、信息、能量交换的结果。
系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系,具有目的性、动态性、有序性三大基本特征。
控制论是著名美国数学家维纳(W ienerN)同他的合作者自觉地适应近代科学技术中不同门类相互渗透与相互融合的发展趋势而创始的。
它摆脱了牛顿经典力学和拉普拉斯机械决定论的束缚,使用新的统计理论研究系统运动状态、行为方式和变化趋势的各种可能性。
控制论是研究系统的状态、功能、行为方式及变动趋势,控制系统的稳定,揭示不同系统的共同的控制规律,使系统按预定目标运行的技术科学。
《系统工程》课程作业谈谈我对旧三论的认识学院:经济与管理工程学院专业:项目管理学号:学生姓名:任课教师:2014 年11 月15日谈谈我对“旧三论”的认识一、引言:系统论、控制论和信息论是本世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。
虽然它们仅有半个世纪,但在系统科学领域中已是资深望重的元老,合称“老三论”。
人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母,把它们称之为SCI论。
二、旧三论的理论概述:“旧三论”又称“老三论”,包含:系统论、控制论和信息论。
1.系统论系统论的创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲。
系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究,并用数学模型去描述和确定系统的结构和行为。
所谓系统,即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体;而系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。
贝塔朗菲旗帜鲜明地提出了系统观点、动态观点和等级观点。
指出复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简单总和,认为一切生命都处于积极运动状态,有机体作为一个系统能够保持动态稳定是系统向环境充分开放,获得物质、信息、能量交换的结果。
系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系,具有目的性、动态性、有序性三大基本特征。
所谓系统论就是由相互作用与相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体,其性能往往以整体方式体现,而不是以组成系统的单体或元素来体现,这就是系统的整体性。
如果以其中的某个元素或个体来分析系统的效能,那么,该系统的整体性能或效用就降低了,系统往往还具有级联性、层次性、相关性和环境适应性等性能。
一个系统往往又是另外一个大系统的子系统,层层扩展,级级放大,从而组成更大的系统,譬如一个大的系统往往是由多个功能子模块或子系统组成的。
系统论一般以系统为研究对象,研究系统的原理,模式和规律。
2.控制论控制论是著名美国数学家维纳(Wiener N)同他的合作者自觉地适应近代科学技术中不同门类相互渗透与相互融合的发展趋势而创始的。
对传播学理论有着重大影响的“老三论”信息论(Information Theory)信息论是关于信息的本质和传输规律的科学的理论,是研究信息的计量、发送、传递、交换、接收和储存的一门新兴学科。
印刷术的发明,扩大了信息的传播范围和容量,也是一次重大的信息技术变革。
但真正的信息革命则是电报、电话、电视等现代通讯技术的创造与发明,正是现代通讯技术的发展导致了关于现代通讯技术的理论信息论的诞生。
信息论的创始人是美国贝尔电话研究所的数学家申农(C.E.Shannon1916——),他为解决通讯技术中的信息编码问题,突破老框框,把发射信息和接收信息作为一个整体的通讯过程来研究,提出通讯系统的一般模型;同时建立了信息量的统计公式,奠定了信息论的理论基础。
1948年申农发表的《通讯的数学理论》一文,成为信息论诞生的标志。
信息论可以分成两种:狭义信息论与广义信息论。
狭义信息论是关于通讯技术的理论,它是以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。
广义信息论,则超出了通讯技术的范围来研究信息问题,它以各种系统、各门科学中的信息为对象,广泛地研究信息的本质和特点,以及信息的取得、计量、传输、储存、处理、控制和利用的一般规律。
显然,广义信息论包括了狭义信息论的内容,但其研究范围却比通讯领域广泛得多,是狭义信息论在各个领域的应用和推广,因此,它的规律也更一般化,适用于各个领域,所以它是一门横断学科。
广义信息论,人们也称它为信息科学。
关于信息的本质和特点,是信息论研究的首要内容和解决其它问题的前提。
信息是什么?迄今为止还没有一个公认的定义。
英文信息一词(Information)的含义是情报、资料、消息、报导、知识的意思。
所以长期以来人们就把信息看作是消息的同义语,简单地把信息定义为能够带来新内容、新知识的消息。
但是后来发现信息的含义要比消息、情报的含义广泛得多,不仅消息、情报是信息,指令、代码、符号语言、文字等,一切含有内容的信号都是信息。
新三论与老三论的通俗解读——超越周易二维思维方式的思维革命道德经是建立在二维(善恶、美丑、长短、高下、前后、刚柔)思维方式上的哲学观念,新旧三论给你一个立体的,动态的,网络的思维方式,请运用新的思维方式,去创立你新的中国人的生命哲学体系,完善你的思维方式、行为方式吧。
系统论系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系,具有目的性、动态性、有序性三大基本特征。
把水看成一个体系:小体系由水分子,水生物,其它杂质构成,大体系要再加上周围的土壤、空气的外部环境。
系统是许多要素保持有机的秩序,向同一目的行动的东西。
水系统也是水分子按一定顺序排列,向较低方向运动的体系。
每个水分子之间有联系,他们相互吸引、排斥。
系统论的核心思想就是:整体观念,告诉我们不要去孤立地分析一个问题。
我们做事情,按系统论的方法,就是要整体设计:有目标,有计划,有动。
每一个行动环节丝丝入扣,密切联系。
信息论还以水为例,每一个水分子,就是一个信息,信息论就是分析研究每一个水分子是如何生成,采集、改变、传送、存储、处理、显示、识别和利用。
识别这一项,对大家都多余,假钱上的真假信息我们就不一定都能认出来了。
信息有以下性质:客观性、广泛性、完整性、专一性。
生活运用时,客观性指我们收集信息,听或看一些东西,不能有干扰,要客观,比如,了解事件,不能带情绪,不论是自己的情绪还是他人的情绪。
广泛性,就是要博采众议,而非只取一家之言。
完整性,是指信息要全,用片面的意见,就会犯错误。
专一性,一个经验只针一个特定事件,而对于新的事件,不能光评以往的经验处理。
当然,相似的事件,会有相似的经验,但没有完全一样的。
另外,信息产生价值有三个特点:有序性、选择性、共享性只有大量、广泛地、全面地收集信息,才能形成并了解完整有序的事件脉络。
也就是达成信息的有序状态(分子)。
信息要有选择,才产生价值。
信息要经过去噪处理,才清晰。
这提醒人们,听与看都要过脑子思考,我们听到的、看到的才有价值,否则,就是白活。
作者: 何杏清
出版物刊名: 中国人力资源开发
页码: 34-36页
主题词: 三论;耗散结构;协同论;管理理论;普利高津;认识体系;涨落回归;突变理论;影响因素;
最优化
摘要:<正> 一、什么是新三论近几十年来,国外出现了一套新的管理理论,人们称谓'老三论',指系统论,信息论和控制论; '新三论',指耗散结构论、协同论和突变论。
'新三论'由比利时布鲁塞尔学派的普利高津和西德的哈根等人所创立。
这些理论不仅对整个人类思想认识体系的发展作出了重大贡献,而且对指导宏观和微观的管理工。
新三论系统科学领域中的“老三论”、“新三论”系统论、控制论和信息论是本世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。
系统论内容系统论认为,整体性、关联性,等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同的基本特征。
这些,既是系统所具有的基本思想观点,而且它也是系统方法的基本原则,表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论,具有科学方法论的含义,这正是系统论这门科学的特点。
贝塔朗菲对此曾作过说明,英语SystemApproach直译为系统方法,也可译成系统论,因为它既可代表概念、观点、模型,又可表示数学方法。
他说,我们故意用Approach 这样一个不太严格的词,正好表明这门学科的性质特点。
核心思想系统论的核心思想是系统的整体观念。
贝塔朗菲强调,任何系统都是一个有机的整体,它不是各个部分的机械组合或简单相加,系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质。
他用亚里斯多德的“整体大于部分之和”的名言来说明系统的整体性,反对那种认为要素性能好,整体性能一定好,以局部说明整体的机械论的观点。
同时认为,系统中各要素不是孤立地存在着,每个要素在系统中都处于一定的位置上,起着特定的作用。
要素之间相互关联,构成了一个不可分割的整体。
要素是整体中的要素,如果将要素从系统整体中割离出来,它将失去要素的作用。
正象人手在人体中它是劳动的器官,一旦将手从人体中砍下来,那时它将不再是劳动的器官了一样。
基本方法系统论的基本思想方法,就是把所研究和处理的对象,当作一个系统,分析系统的结构和功能,研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性,并优化系统观点看问题,世界上任何事物都可以看成是一个系统,系统是普遍存在的。
大至渺茫的宇宙,小至微观的原子,一粒种子、一群蜜蜂、一台机器、一个工厂、一个学会团体、……都是系统,整个世界就是系统的集合。
系统是多种多样的,可以根据不同的原则和情况来划分系统的类型。
按人类干预的情况可划分自然系统、人工系统;按学科领域就可分成自然系统、社会系统和思维系统;按范围划妥则有宏观系统、微观系统;按与环境的关系划分就有开放系统、封闭系统、孤立系统;按状态划分就有平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。
浅谈新三论、老三论、复杂性研究以及非线性科学老三论包含贝塔朗菲的一般系统论、维纳的控制论以及香农的信息论:系统论是一门研究系统的一般模式,结构和规律的学问。
它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型,是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。
系统论的核心思想是系统的整体观念,它强调,任何系统都是一个有机的整体,它不是各个部分的机械组合或简单相加,系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质。
系统论的基本思想方法,就是把所研究和处理的对象当作一个系统,分析系统的结构和功能,研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性,并优化系统观点看问题。
控制论是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学,也就是研究动态系统在变化的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。
控制论的目的是创造一种言和技术,使我们有效地研究一般的控制和通讯问题,同时也寻找一套恰当的思想和技术,以便通讯和控制问题的各种特殊表现,以及为其他领域的科学研究提供一套思想和技术。
如经济控制论强调用整体的、动态的、相互联系和协调发展的观点来研究经济系统,它在计划经济体制和市场经济体制中都已产生了显著的经济效益和社会效益。
信息论是应用数学和其他有关科学方法研究一切现实系统中信息传递和处理、信息识别和利用的共同规律的科学,即研究语法信息、语义信息和语用信息的科学,它发端于通信工程。
狭义的信息论、控制论、计算机、人工智能和系统论等相互渗透、相互结合形成了如今的信息科学。
信息论事控制论的基础,一切信息传递都是为了控制,而任何控制又都依赖于信息反馈来实现。
广义的信息论已渗透到各个不同学科领域,与能量科学、材料科学鼎足而立,它必将为科学技术的发展作出贡献。
新三论包含普利高津的耗散结构理论、哈肯的协同论以及托姆的突变论:耗散结构是相对于平衡结构的概念提出来的,它指出一个远离平衡态的开放系统,在外界条件发生变化达到一定阀值时,量变可能引起质变,系统通过不断地与外界交换能量与物质,就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。
系统科学领域“老三论”、“新三论”一、引言老三论系统论、控制论和信息论是本世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展(de)三门系统理论(de)分支学科.虽然它们仅有半个世纪,但在系统科学领域中已是资深望重(de)元老,合称“老三论”.人们摘取了这三论(de)英文名字(de)第一个字母,把它们称之为SCI论.耗散结构论、协同论、突变论是本世纪七十年代以来陆续确立并获得极快进展(de)三门系统理论(de)分支学科.它们虽然时间不长,却已是系统科学领域中年少有为(de)成员,故合称“新三论”,也称为DSC论.二、“老三论”、“新三论”理论概述1、系统论、控制论和信息论系统论(de)创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲.系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究,并用数学模型去描述和确定系统(de)结构和行为.所谓系统,即由相互作用和相互依赖(de)若干组成部分结合成(de)、具有特定功能(de)有机整体;而系统本身又是它所从属(de)一个更大系统(de)组成部分.贝塔朗菲旗帜鲜明地提出了系统观点、动态观点和等级观点.指出复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节(de)简单总和,认为一切生命都处于积极运动状态,有机体作为一个系统能够保持动态稳定是系统向环境充分开放,获得物质、信息、能量交换(de)结果.系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约(de)关系,具有目(de)性、动态性、有序性三大基本特征.控制论是着名美国数学家维纳(Wiener N)同他(de)合作者自觉地适应近代科学技术中不同门类相互渗透与相互融合(de)发展趋势而创始(de).它摆脱了牛顿经典力学和拉普拉斯机械决定论(de)束缚,使用新(de)统计理论研究系统运动状态、行为方式和变化趋势(de)各种可能性.控制论是研究系统(de)状态、功能、行为方式及变动趋势,控制系统(de)稳定,揭示不同系统(de)共同(de)控制规律,使系统按预定目标运行(de)技术科学.信息论是由美国数学家香农创立(de),它是用概率论和数理统计方法,从量(de)方面来研究系统(de)信息如何获取、加工、处理、传输和控制(de)一门科学.信息就是指消息中所包含(de)新内容与新知识,是用来减少和消除人们对于事物认识(de)不确定性.信息是一切系统保持一定结构、实现其功能(de)基础.狭义信息论是研究在通讯系统中普遍存在着(de)信息传递(de)共同规律、以及如何提高各信息传输系统(de)有效性和可靠性(de)一门通讯理论.广义信息论被理解为使运用狭义信息论(de)观点来研究一切问题(de)理论.信息论认为,系统正是通过获取、传递、加工与处理信息而实现其有目(de)(de)运动(de).信息论能够揭示人类认识活动产生飞跃(de)实质,有助于探索与研究人们(de)思维规律和推动与进化人们(de)思维活动.2、耗散结构论、协同论和突变论(以下黑体字部分是不同表述而已)新三论是指:突变论、协同论、耗散结构论.1.突变理论突变论是法国数学家托姆创立(de).突变论是通过对事物结构稳定性(de)研究,来揭示事物质变规律(de)学问.一个普通系统(de)质变,不仅仅是通过渐变,突变方式也能实现质变.突变理论告诉人们,不是所有(de)自然、社会、思维状态都可以被控制者随意控制(de),而是只有那些在控制因素尚未到达临界值之前(de)状态是可控(de),如果控制因素一旦达到某一临界值,则控制为随机(de),甚至会变成无法控制(de)突变过程.突变理论告诉人们,事物(de)质变方式除渐变方式之外,还有一种突变方式,如何掌握突变方式问题,是一个科学思维问题.而由突变方式引起(de)质变自然时效要高.创造者如何求得这种时效,关键在于树立突变观念和掌握突变思维(de)方法与艺术.突变理论是比利时科学家托姆在1972年创立(de).其研究重点是在拓扑学、奇点理论和稳定性数学理论基础之上,通过描述系统在临界点(de)状态,来研究自然多种形态、结构和社会经济活动(de)非连续性突然变化现象,并通过耗散结构论、协同论与系统论联系起来,并对系统论(de)发展产生推动作用..突变理论通过探讨客观世界中不同层次上各类系统普遍存在着(de)突变式质变过程,揭示出系统突变式质变(de)一般方式,说明了突变在系统自组织演化过程中(de)普遍意义;它突破了牛顿单质点(de)简单性思维,揭示出物质世界客观(de)复杂性.突变理论中所蕴含着(de)科学哲学思想,主要包含以下几方面(de)内容:内部因素与外部相关因素(de)辩证统一;渐变与突变(de)辩证关系;确定性与随机性(de)内在联系;质量互变规律(de)深化发展.突变理论(de)产生突变理论是20世纪70年代发展起来(de)一个新(de)数学分支.许多年来,自然界许多事物(de)连续(de)、渐变(de)、平滑(de)运动变化过程,都可以用微积分(de)方法给以圆满解决.例如,地球绕着太阳旋转,有规律地周而复始地连续不断进行,使人能及其精确地预测未来(de)运动状态,这就需要运用经典(de)微积分来描述.但是,自然界和社会现象中,还有许多突变和飞跃(de)过程,飞越造成(de)不连续性把系统(de)行为空间变成不可微(de),微积分就无法解决.例如,水突然沸腾,冰突然融化,火山爆发,某地突然地震,房屋突然倒塌,病人突然死亡…….这种由渐变、量变发展为突变、质变(de)过程,就是突变现象,微积分是不能描述(de).以前科学家在研究这类突变现象时遇到了各式各样(de)困难,其中主要困难就是缺乏恰当(de)数学工具来提供描述它们(de)数学模型.那么,有没有可能建立一种关于突变现象(de)一般性数学理论来描述各种飞跃和不连续过程呢这迫使数学家进一步研究描述突变理论(de)飞跃过程,研究不连续性现象(de)数学理论.1972年法国数学家雷内·托姆在结构稳定性和形态发生学一书中,明确地阐明了突变理论,宣告了突变理论(de)诞生.突变理论(de)内容突变理论主要以拓扑学为工具,以结构稳定性理论为基础,提出了一条新(de)判别突变、飞跃(de)原则:在严格控制条件下,如果质变中经历(de)中间过渡态是稳定(de),那么它就是一个渐变过程.比如拆一堵墙,如果从上面开始一块块地把砖头拆下来,整个过程就是结构稳定(de)渐变过程.如果从底脚开始拆墙,拆到一定程度,就会破坏墙(de)结构稳定性,墙就会哗啦一声,倒塌下来.这种结构不稳定性就是突变、飞跃过程.又如社会变革,从封建社会过渡到资本主义社会,法国大革命采用暴力来实现,而日本(de)明治维新就是采用一系列改革,以渐变方式来实现.对于这种结构(de)稳定与不稳定现象,突变理论用势函数(de)洼存在表示稳定,用洼取消表示不稳定,并有自己(de)一套运算方法.例如,一个小球在洼底部时是稳定(de),如果把它放在突起顶端时是不稳定(de),小球就会从顶端处,不稳定滚下去,往新洼地过渡,事物就发生突变;当小球在新洼地底处,又开始新(de)稳定,所以势函数(de)洼存在与消失是判断事物(de)稳定性与不稳定性、渐变与突变过程(de)根据.托姆(de)突变理论,就是用数学工具描述系统状态(de)飞跃,给出系统处于稳定态(de)参数区域,参数变化时,系统状态也随着变化,当参数通过某些特定位置时,状态就会发生突变.突变理论提出一系列数学模型,用以解是自然界和社会现象中所发生(de)不连续(de)变化过程,描述各种现象为何从形态(de)一种形式突然地飞跃到根本不同(de)另一种形式.如岩石(de)破裂,桥梁(de)断裂,细胞(de)分裂,胚胎(de)变异,市场(de)破坏以及社会结构(de)激变…….按照突变理论,自然界和社会现象中(de)大量(de)不连续事件,可以由某些特定(de)几何形状来表示.托姆指出,发生在三维空间和一维空间(de)四个因子控制下(de)突变,有七种突变类型:折迭突变、尖顶突变、燕尾突变、蝴蝶突变、双曲脐突变、椭圆脐形突变以及抛物脐形突变.例如,用大拇指和中指夹持一段有弹性(de)钢丝,使其向上弯曲,然后再用力压钢丝使其变形,当达到一定程度时,钢丝会突然向下弯曲,并失去弹性.这就是生活中常见(de)一种突变现象,它有两个稳定状态:上弯和下弯,状态由两个参数决定,一个是手指夹持(de)力(水平方向),一个是钢丝(de)压力(垂直方向),可用尖顶突变来描述.尖顶突变和蝴蝶突变是几种质态之间能够进行可逆转(de)模型.自然界还有些过程是不可逆(de),比如死亡是一种突变,活人可以变成死人,反过来却不行.这一类过程可以用折迭突变、燕尾突变等时函数最高奇次(de)模型来描述.所以,突变理论是用形象而精确(de)得数学模型来描述质量互变过程.英国数学家奇曼教授称突变理论是“数学界(de)一项智力革命——微积分后最重要(de)发现”.他还组成一个研究团体,悉心研究,扩展应用.短短几年,论文已有四百多篇,可成为盛极一时,托姆为此成就而荣获当前国际数学界(de)最高奖——菲尔兹奖.突变理论(de)应用突变理论在在自然科学(de)应用是相当广泛(de).在物理学研究了相变、分叉、混沌与突变(de)关系,提出了动态系统、非线性力学系统(de)突变模型,解释了物理过程(de)可重复性是结构稳定性(de)表现.在化学中,用蝴蝶突变描述氢氧化物(de)水溶液,用尖顶突变描述水(de)液、气、固(de)变化等.在生态学中研究了物群(de)消长与生灭过程,提出了根治蝗虫(de)模型与方法.在工程技术中,研究了弹性结构(de)稳定性,通过桥梁过载导致毁坏(de)实际过程,提出最优结构设计…….突变理论在社会现象(de)一个用归纳为某种量(de)突变问题,人们施加控制因素影响社会状态是有一定条件(de),只有在控制因素达到临界点之前,状态才是可以控制(de).一旦发生根本性(de)质变,它就表现为控制因素所无法控制(de)突变过程.还可以用突变理论对社会进行高层次(de)有效控制,为此就需要研究事物状态与控制因素之间(de)相互关系,以及稳定区域、非稳定区域、临界曲线(de)分布特点,还要研究突变(de)方向与幅度.2.协同理论协同理论是联邦德国科学家哈肯创立(de).系统由混乱状态转为有一定结构(de)有序状态,首先需要环境提供物质流、能量流和信息流.当一个非自组织系统具备充分(de)外界条件时,怎样形成一定结构(de)自组织呢协同理论为人们提供了一个极好(de)方法,那就是设法增加系统有序程度(de)参数──序参量.这种序参量决定了系统(de)有序结构和类型,这就是哲学中指出(de)外因是变化(de)条件,内因是变化(de)根据,外因通过内因而起作用(de)观点.协同理论告诉人们,系统从无序到有序(de)过程中,不管原先是平衡相变,还是非平衡相变,都遵守相同(de)基本规律,即协调规律.这对于创新工作极为重要.将这一规律运用到创造性思维中,学会寻求思维系统(de)有序量,使其思维系统有序化,从而达到创新工作(de)有序,自然就会形成一系列有序(de)、协调(de)思维方法与艺术.协同论是20世纪70年代联邦德国着名理论物理学家赫尔曼·哈肯在1973年创立(de).他科学地认为自然界是由许多系统组织起来(de)统一体,这许多系统就称为小系统,这个统一体就是大系统.在某个大系统中(de)许多小系统既相互作用,又相互制约,它们(de)平衡结构,而且由旧(de)结构转变为新(de)结构,则有一定(de)规律,研究本规律(de)科学就是协同论.协同学理论是处理复杂系统(de)一种策略.协同学(de)目(de)是建立一种用统一(de)观点去处理复杂系统(de)概念和方法.协同论(de)重要贡献在于通过大量(de)类比和严谨(de)分析,论证了各种自然系统和社会系统从无序到有序(de)演化,都是组成系统(de)各元素之间相互影响又协调一致(de)结果.它(de)重要价值在于既为一个学科(de)成果推广到另一个学科提供了理论依据,也为人们从已知领域进入未知领域提供了有效手段.3.耗散结构论自组织现象是指自然界中自发形成(de)宏观有序现象.在自然界中这种现象是大量存在(de),理论研究较多(de)典型实例如:贝纳德(Bé nard)流体(de)对流花纹,贝洛索夫-扎鲍廷斯基(Belousov-Zhabotinsky)化学振荡花纹与化学波,激光器中(de)自激振荡等.自组织理论除耗散结构理论外,还包括协同学、超循环理论等,它们力图沟通物理学与生物学甚至社会科学,对时间本质问题等(de)研究有突破性进展,在相当程度上说明了生物及社会领域(de)有序现象.耗散结构是自组织现象中(de)重要部分,它是在开放(de)远离平衡条件下,在与外界交换物质和能量(de)过程中,通过能量耗散和内部非线性动力学机制(de)作用,经过突变而形成并持久稳定(de)宏观有序结构.耗散结构理论(de)创始人是伊里亚·普里戈金(Ilya Prigogine)教授,由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面(de)贡献,他荣获了1977年诺贝尔化学奖.普里戈金(de)早期工作在化学热力学领域,1945年得出了最小熵产生原理,此原理和翁萨格倒易关系一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础.普里戈金以多年(de)努力,试图把最小熵产生原理延拓到远离平衡(de)非线性区去,但以失败告终,在研究了诸多远离平衡现象后,使他认识到系统在远离平衡态时,其热力学性质可能与平衡态、近平衡态有重大原则差别.以普里戈金为首(de)布鲁塞尔学派又经过多年(de)努力,终于建立起一种新(de)关于非平衡系统自组织(de)理论──耗散结构理论.这一理论于1969年由普里戈金在一次“理论物理学和生物学”(de)国际会议上正式提出.耗散结构理论提出后,在自然科学和社会科学(de)很多领域如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等都产生了巨大影响.着名未来学家阿尔文·托夫勒在评价普里戈金(de)思想时,认为它可能代表了一次科学革命.耗散结构理论可概括为:一个远离平衡态(de)非线性(de)开放系统(不管是物理(de)、化学(de)、生物(de)乃至社会(de)、经济(de)系统)通过不断地与外界交换物质和能量,在系统内部某个参量(de)变化达到一定(de)阈值时,通过涨落,系统可能发生突变即非平衡相变,由原来(de)混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上(de)有序状态.这种在远离平衡(de)非线性区形成(de)新(de)稳定(de)宏观有序结构,由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持,因此称之为“耗散结构”(dissipative structure).[5]可见,要理解耗散结构理论,关键是弄清楚如下几个概念:远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变.(1)远离平衡态远离平衡态是相对于平衡态和近平衡态而言(de).平衡态是指系统各处可测(de)宏观物理性质均匀(从而系统内部没有宏观不可逆过程)(de)状态,它遵守热力学第一定律:dE=dQ-pdV,即系统内能(de)增量等于系统所吸收(de)热量减去系统对外所做(de)功;热力学第二定律:dS/dt>=0,即系统(de)自发运动总是向着熵增加(de)方向;和波尔兹曼有序性原理:pi=e-Ei/kT,即温度为T(de)系统中内能为Ei(de)子系统(de)比率为pi.近平衡态是指系统处于离平衡态不远(de)线性区,它遵守昂萨格(Onsager)倒易关系和最小熵产生原理.前者可表述为:Lij=Lji,即只要和不可逆过程i相应(de)流Ji受到不可逆过程j(de)力Xj(de)影响,那么,流Ji也会通过相等(de)系数Lij受到力Xi(de)影响.后者意味着,当给定(de)边界条件阻止系统达到热力学平衡态(即零熵产生)时,系统就落入最小耗散(即最小熵产生)(de)态.远离平衡态是指系统内可测(de)物理性质极不均匀(de)状态,这时其热力学行为与用最小熵产生原理所预言(de)行为相比,可能颇为不同,甚至实际上完全相反,正如耗散结构理论所指出(de),系统走向一个高熵产生(de)、宏观上有序(de)状态.(2)非线性系统产生耗散结构(de)内部动力学机制,正是子系统间(de)非线性相互作用,在临界点处,非线性机制放大微涨落为巨涨落,使热力学分支失稳,在控制参数越过临界点时,非线性机制对涨落产生抑制作用,使系统稳定到新(de)耗散结构分支上.(3)开放系统热力学第二定律告诉我们,一个孤立系统(de)熵一定会随时间增大,熵达到极大值,系统达到最无序(de)平衡态,所以孤立系统绝不会出现耗散结构.那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统(de)行为呢其实,在开放(de)条件下,系统(de)熵增量dS是由系统与外界(de)熵交换deS 和系统内(de)熵产生diS两部分组成(de),即:dS=deS+diS热力学第二定律只要求系统内(de)熵产生非负,即diS>=0,然而外界给系统注入(de)熵deS可为正、零或负,这要根据系统与其外界(de)相互作用而定,在deS<0(de)情况下,只要这个负熵流足够强,它就除了抵消掉系统内部(de)熵产生diS外,还能使系统(de)总熵增量dS为负,总熵S减小,从而使系统进入相对有序(de)状态.所以对于开放系统来说,系统可以通过自发(de)对称破缺从无序进入有序(de)耗散结构状态.(4)涨落一个由大量子系统组成(de)系统,其可测(de)宏观量是众多子系统(de)统计平均效应(de)反映.但系统在每一时刻(de)实际测度并不都精确地处于这些平均值上,而是或多或少有些偏差,这些偏差就叫涨落,涨落是偶然(de)、杂乱无章(de)、随机(de).在正常情况下,由于热力学系统相对于其子系统来说非常大,这时涨落相对于平均值是很小(de),即使偶尔有大(de)涨落也会立即耗散掉,系统总要回到平均值附近,这些涨落不会对宏观(de)实际测量产生影响,因而可以被忽略掉.然而,在临界点(即所谓阈值)附近,情况就大不相同了,这时涨落可能不自生自灭,而是被不稳定(de)系统放大,最后促使系统达到新(de)宏观态.当在临界点处系统内部(de)长程关联作用产生相干运动时,反映系统动力学机制(de)非线性方程具有多重解(de)可能性,自然地提出了在不同结果之间进行选择(de)问题,在这里瞬间(de)涨落和扰动造成(de)偶然性将支配这种选择方式,所以普里戈金提出涨落导致有序(de)论断,它明确地说明了在非平衡系统具有了形成有序结构(de)宏观条件后,涨落对实现某种序所起(de)决定作用.(5)突变阈值即临界值对系统性质(de)变化有着根本(de)意义.在控制参数越过临界值时,原来(de)热力学分支失去了稳定性,同时产生了新(de)稳定(de)耗散结构分支,在这一过程中系统从热力学混沌状态转变为有序(de)耗散结构状态,其间微小(de)涨落起到了关键(de)作用.这种在临界点附近控制参数(de)微小改变导致系统状态明显(de)大幅度变化(de)现象,叫做突变.耗散结构(de)出现都是以这种临界点附近(de)突变方式实现(de)。