大自然成功的奥秘：协同学（睿文馆）

    协同学是一个跨学科的研究领域，其应用无处不在：诸如有机体的形成和发展成长、激光和化学钟、感知和思维以及社会、政治和经济的集体发展。大自然，首先是动物界和植物界，一再以其千姿百态的精妙结构及其各部分之间极其高度有效的协调工作而使我们赞叹不已。这些结构是怎样形成的？什么力量在其中起作用？这是赫尔曼·哈肯创立的协同学的主要议题。

    赫尔曼?哈肯，曾在哈雷和埃朗根学习数学和物理学，自1960年起作为理论物理学教授在斯图加特大学任教。他是协同学理论奠基人，研究重点是固体物理、量子光学、激光理论和协同过程。

中译本修订版作者序……001

扩充袖珍版前言……001

第一版前言……0011引言和概述……001

为什么这本书会引起你的兴趣……001

探寻一个统一的宇宙观……003

分解或建构……004

生物结构与基本自然规律矛盾吗？……0062无序有增无已？世界的热寂……012

自然界的单行道……012

什么是无序？……013

能量不断贬值……0163晶体——有序但无生命的结构……019

超导性和磁性： 微观有序性产生宏观的力量……021

相变： 从无序到有序或者从有序到无序……024028……4流体模式、云图和地质构造

040……运动模式的梯级045……5“要有光”——激光

045……光有多种

049……激光器中的自组织

051……激光器一个具有相变过程的开放系统055……6化学模式

055……化学里的牵线搭桥

056……化学钟

058……化学波和螺线

060……一个新的一般原理061……7生物的进化： 适者生存

064……生物分子间的竞争067……8不是最适者也能生存： 专门化并创造自己的生态小环境075……9生物有机体是怎样起源的？

075……通过分子进行遗传

079……生物形态形成的典型例子

082……分子基础上的宏观模型10生物的运动模式 ……08711矛盾有时不可避免……094

测试你自己的心境……095

生活中充满矛盾……097

在社会领域中矛盾的转移……099

矛盾也可能用别的方式解决……10112混沌、偶然和机械论世界观……102

确定还是偶然？……102

既确定亦偶然!……103

吃角子老虎： 计划好的混沌……106

北方并不总是北方……108

协同学中的混沌： 自相矛盾吗？……108

天气是否可以预报？圣彼得是否总留着一扇小小的后门？……109

等离子体可以制服吗？核聚变中也有混沌吗？……11013混沌理论背景概述……114

驯服混沌……120

混沌研究者的预测……12114经济中的协同效应……125

两个冰淇淋小贩在海滩上做买卖，怎么做最好？……127

为什么城市越来越大？……128

130……经营管理： 跟着你的对手亦步亦趋吗？

131……经济的繁荣和衰退——一件事的正反两面

132……技术革新永远是经济的动力吗？

137……经济生活中突发的集体变化

139……经济不像亚当·斯密所想的那样简单

139……国家控制： 是祸抑福？

141……考虑不周的控制造成经济混乱

142……经济联系越紧密，和平就越有保障吗？

143……协同效应的意义与无意义

144……用协同学规律为人类造福145……15革命能不能预测？

145……作为序参数的舆论

148……人是可影响的吗？

152……意见的改变： 怎样和通过什么来进行？

153……大众传媒： 筛选压力下的序参数

156……世界的简化

158……电视——非同等闲的影响力

159……政府与舆论

161……专制

163……舆论与少数派

164……革命

167……能定出行动的普遍原则吗？

168……对官僚主义的一些思考16幻觉能证明关于大脑功能的理论吗？……171

有没有“祖母细胞”？……172

大脑的激发模式——假设和实验……175

整体思维……178

身与心……179

大脑是按计划生长的吗？……18017计算机的解放： 希望还是噩梦？……183

二十世纪的神童……183

程序编制……185

计算机网络……187

模式识别……190

感知与协同计算机……193

计算机的内部世界……197

逻辑过程——与材料无关……202

神经网络计算机和协同计算机……204

计算机会变幻莫测吗？……205

不要放弃思维……207

信息、信息、信息……20818科学感知的原动力——科学家之间的竞争……211

科技杂志之间的竞争……220

协同学论协同学……221226……19 回顾

226……一项新原则

228……无生命自然界到有生命自然界之间的桥梁

228……生活在火与冰之间

230……生命的又一特征？

230……知识的界限233……译校后记

235……译者的话

240……参考文献

254……插图来源

    确定还是偶然？

    很少有哲学家——更不用说自然科学家——会否认物理学以及一般自然科学知识对人们世界观的形成起着很大的作用。我们的全部思维都受到科学革命的深刻影响，科学革命真正动摇了物理学的基础。仅仅通过物理学的定律以及对它们的无数次验证，我们对自然过程系按照一种永恒的规律进行的信念已经得到了加强。

    在19世纪盛极一时的力学曾对此做出实质性贡献。力学研究了各个物体如何根据它们之间的作用力而运动。牛顿的基本观点是，支配苹果从树上落下的规律，与支配地球和其他行星绕太阳运行的规律相同。牛顿定律是全部火箭技术的基础，也是人类征服宇宙空间的基础。我们在电视屏幕上可以看到，火箭射向月球，精确地遵循预先计算好的轨道。然而，运行轨道可以事先一次算出并从而可以预测，却令人有点心寒，甚至有点压抑之感。因为，如果各种事件都按确定的程序发生，那么我们不过是一个巨大齿轮机构的一部分，无疑只能无可奈何地听任其摆布而已。偶然性无处藏身，一切都是确定的。这种世界观的深远哲学和宗教后果是人们经常讨论的题目，这种后果是不难想象的。但在1920年代，通过量子理论出现了一个意想不到的转折点，偶然性卷土重来。让我们再次简略地回顾一下在普通灯管和激光器中发生的情况。激发原子中的一个电子，使它得到比通常为多的能量，这个电子趋于以发射光波的形式重新释放出这份能量。然而量子理论表明，根本不可能精确预测电子何时将发射它的能量。这就像掷骰子游戏一样，无法预测掷出来的是什么点数。

    根据我们现今对微观世界中的变化过程，即对不可见的原子世界的了解，这些过程都受偶然性即随机事件的支配。任何恢复机械论世界观地位的尝试业已失败。这些尝试都与实验结果大相径庭。偶然性即不可预测性，这与一次定终身地预测事情的全部过程的想法是背道而驰的。

    既确定亦偶然!

    在1970—1980年代，越来越清楚的是，在自然界的许多方面存在着具有某种两重性的现象，这使许多科学家们大感意外。这些现象，例如运动过程，一方面遵循与力学同样严格的规律，或者它们本身就是力学规律。另一方面，这些现象本身又有某种偶然的和不可预测的性质。这种现在刚开始进入科学家一般认识中的全新类型的现象，被称为“混沌”。

    “混沌”这个词在日常语言中是常用的。我们只要想想大家都熟悉的交通混乱，挤成一团、动弹不了的车辆。交通混乱的这个图景，已向我们表明混沌这个词用在科学意义上的特征。每一辆车都按严格的力学定律在车流中据有其本身的一席之地。尽管如此，交通堵塞混沌，在旁观者心目中仍以完全的杂乱无章出现，其中每辆车的位置似乎都是随机分布的。一辆载重汽车靠近一辆蓝色小轿车，前面横着一辆红色小轿车，后面是一辆摩托车，如此等等。

    “混沌和有序”的一幅更有戏剧性的图景可参见著名画家埃舍尔的同名画作(图2·3)。该图中间是一个完全规则的晶体，外围是一堆垃圾，如碎玻璃瓶和打开的鱼罐头。很显然，晶体象征规则，而垃圾则相反地象征混沌。在这种情况下，混沌是静态的，与自然界中一切都处于不断运动中的混沌现象相反。运用混沌这个词语时需要小心！即使在自然科学本身，“混沌”也不总是“混沌”。这里有早已熟知的“微观混沌”。对此我们在本书中已多次提到，例如单个气体分子的无规则运动，或者普通灯管发出的光。但还有十分新的另一类——“确定性混沌”，经常简称为“混沌”，因此可能引起许多混乱，或许已经造成许多混乱。