一般进化的涵义，本文主要内容关键词为：涵义论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号 N 941文献标识码 A
本文暂时不过问系统“为什么”可能进化，亦即系统进化的条件和机制是什么，更不过问系统进化作为一种随时间推移而发生的过程将如何展开，而只集中讨论“什么是”进化，亦即进化的涵义是什么？换言之，在有可能较为具体而深入地回答系统如何有可能进化以及进化如何展开之前，首先弄清究竟什么是进化和什么不是进化，还是有其必要的。
当然，就认识的过程而言，真正弄清什么是进化和什么不是进化，与弄清进化如何可能及如何展开，这两者是相互制约、互为前提的，其中任何一者事实上都无法完全孤立地进行。但是，就逻辑上展开的进程而言，我们的叙述总得有一个起点，而这个起点只可能是前者，不可能是后者。不过，在肯定了这一点之后，我们也有必要指出这个逻辑起点只具有相对的意义，而不宜将其绝对化。作者的论文[1.2] 实际上都有助于对一般进化涵义的具体理解。
1 演化、进化、有序化与“一般进化论”
我们观察所及的宇宙内的所有存在物，都处于演化之中。这不仅是人类经验早已感悟到的，而且是由现代全部自然科学和社会科学不断证实了的。
宇宙间不存在所谓的“一般进化”，只存在各种各样具体的演化。但是，这并不排除我们可以发现并强调所有不同演化现象之中存在一个最本质的共同属性——不可逆性。
对宇宙间所有演化现象，可以依据各种判据作出不同的分类。出于本项研究的题旨所需，我们从全部演化现象中特别地区分出“进化”这一类演化现象，并将其先一般地规定为从无序到有序或从较低级有序到较高级有序这样一类特定方向的不可逆过程。这里，我们排除了两类演化现象：一是，从有序到无序或从较高级有序到较低级有序的演化；二是，从宏观有序态到远离平衡的浑沌态、或不同浑沌态之间的更替。
我们事先明确地承认甚至强调，本文乃至作为本项研究全部基础的“一般进化论”，研究的只是全部演化现象中比较特殊的一类。但是，这种限定不是随意的。首先，从必要性而言，进化现象与我们人类的关系最为直接和密切。我们人类本身就是自然界长期进化的结果，而且还在进化之中；一种“一般进化论”，是我们科学地研究人类社会进化所迫切需要的。其次，就可能性而言，我们这里的“一般进化论”，又是建立在作为现代科学大厦基础的物理学关于进化研究的一系列最新成果之上。与几十年前不同，现代科学的发展已使它逐步成为科学理论而不再流于哲学思辨，具有了现实可能性（当然这并不等于说本文已经可以实现这一目标）。
从理想性上说来，一种“一般进化论”无疑应当可以说明各种进化现象，对进化这类现象的研究具有最大的普适性。但是，如果因此就将“一般进化论”规定为“关于进化的一般理论”，则似乎并不妥当。其实，普利高津的耗散结构论和哈肯的协同学等对进化的研究，都已经具有某种“一般”的性质。从原则上说，这些理论都不是只适用于某一特殊领域，而是适用于物理、化学、生物、社会和思维等所有领域。这样，将“一般进化论”理解为“关于各种进化理论的一般理论”，也许是比较适宜的。
我们对“一般进化论”的规定，与贝塔朗菲对“一般系统论”的定义有类似之处。他明确地反对将其“一般系统论”理解为“关于各种系统的一般理论”，而主张将其定义为“关于各种系统理论的一般理论”[3]。与萨多夫斯基的理解也较为类似。萨多夫斯基主张， 他的“一般系统论”“就是诸系统理论的一般理论”[4]。
2 有序与关系的规则性
为了较为准确和全面地把握有序的概念，我们有必要首先对“有序”本身的涵义，与对有序的辨识加以区分。为此，当我们考虑“有序”本身的涵义时，我们似乎要更多注意的，是不要将问题过于复杂化。也就是说，我们不仅可以而且应当将“对称性破缺”以及其它某些提法暂时撇在一边，而不要与那些提法搅在一起。
科学上所讲的“序”，作为“秩序”和“顺序”等的概括，指的都是一种“规则性”。有序与无序，是描述系统内部的诸组成成分之间或系统诸运动状态之间关系的一对范畴。所谓“有序”，是指系统内部的诸组成成分之间的关系或系统诸运动状态之间关系的有规则性；反之所谓“无序”，则指系统内部的诸组成成分之间的关系或系统诸运动状态之间的关系的无规则性。
这里的系统是最广义的，既包括天然系统也包括人造系统，既包括物质系统也包括精神系统（如各种理论系统）。上述“序”包括了两大方面：第一，系统内部诸组成成分之间的关系，这是一种共时性的空间关系，亦即一种“结构序”；第二，系统诸运动状态之间的关系，这是一种历时性的时间关系，亦即“功能序”。
3 有序与对称性破缺
那么，对系统的序之有无和高低，对无序和有序之间以及低级有序与高级有序之间的转化过程，我们在理论上如何作出辨识呢？作出辨识的方式有多种，我们的要求在于：哪一种方式能尽可能抓住问题的本质，而且具有尽可能大的确定性和可靠性——某种可操作性。科学中通常的做法，是在对系统的某一方面加以某种变换之后，检查不变性即对称元素在数量上是否发生了变化以及变化的程度。这种做法的理论结果是：从原则上说，有序与无序，分别同非对称和对称相对应；无序向有序的转变与有序向无序的转变，则分别同对称的“破缺”与“恢复”相对应。
由于“对称”与“非对称”都是极抽象的，它可以运用于对任一系统的任一关系作分析。这种最大的普适性，使我们很容易联想到哲学上的“对立”与“统一”概念以及“矛盾分析”的方法。正因为如此，我们在运用“对称”和“非对称”概念时，务必要小心谨慎；否则，不仅无法实现我们预期的逻辑上表现为某种可操作性的确定性和可靠性要求，而且反而容易将问题弄混淆。
由于用“对称”等一套概念来辨识序之有无和高低以及无序有序之间的转变，先是在统计物理学对平衡相变现象研究中采用的，因而，为了尽可能较为准确地掌握这一方法，我们最好还是先剖析一下这方面的一个典型实例——铁磁体无序与有序之间的相变。
一块铁磁体是由极大量的微观“元磁体”组成的。当铁磁体的温度高于某个临界值时，元磁体具有所谓的“各向同性”，亦即不仅可以指向任一可能的方向，而且所有的方向都完全等价，没有哪一方向比其它方向优先。真实存在的铁磁体当然都具有三维的空间结构，这里为了说明问题方便起见，设想这是一块二维平面的铁磁体。这时，上述元磁体的各向同性，可以形象地理解为一个圆周，圆周上所包含的无数个点表示元磁体中无数个可能的指向。我们如绕圆心以从0至2π之间的任一角度作旋转变换，其结果都可以发现，圆周的形态不会发生任何变化，说明圆周具有平面旋转的对称性。据此，我们可以辨识此时的铁磁体处于一种无序态。
然而，当铁磁体的温度降低到某个临界值时，元磁体由原先的各向同性，突然改变为都呈某一种确定的指向。这时，元磁体的单一指向性，可以形象地理解为原先的圆周突然只剩下某一个特定的点。我们如果再绕圆心以从0到2π之间的任一角度作原先的同一种变换，其结果都会使那一点发生变化，说明那一点完全不再具有平面旋转的对称性。据此，我们可以辨识此时的铁磁体处于一种有序态。
进而，当铁磁体的温度再次上升到某个临界值，元磁体又由某种单一指向性突然恢复为各向同性，相应的图形又由某一点突然恢复为包含无数个等价点的圆周，说明最初的平面旋转对称又突然恢复。据此，我们可以辨识铁磁体又恢复为原先的无序态。
在以上描述的过程中，组成同一块铁磁体的元磁体之间的关系即空间排列，相对于同一种平面旋转的变换，由第一种状态无变化的对称性突然到第二种有变化的不对称性，对称元素由原先的无穷多个突然减少到只有唯一的一个，说明原先的对称性发生了显著的破缺。正是这种对称性的破缺，可以从本质上确定地辨别该铁磁体由第一种状态到第二种状态的转变过程，是一种由无序态向有序态的转变过程。相反，元磁体的排列方向相对于同一种平面旋转的变换，由第二种状态有变化的极不对称性突然到第三种状态无变化的高度对称性，具体说来对称元素由唯一的一个又突然增加到无穷多个，说明最初第一种状态的对称性又得到了恢复。正是这种对称性的恢复，可以从本质上确定地辨别该铁磁体由第二种状态到第三种状态的转变，是一种由有序态向无序态的转变过程。
下面，我们开始转向对本文兴趣中心所在的非平衡相变中运用类似的方式，对有序与无序的区别以及二者之间转变的过程作出辨识。先看流体力学中的贝纳德现象。
当一盘液体上下层温差小于某个临界值时，水平方向上任两个小体积元的状态都完全同一。为了便于理解，我们设想液体中有一极小的观察者。这时，这一小观察者将无法知道自己究竟是在小体积元V[,a]中，还是在小体积元V[,b]中。这一小观察者无论移动到哪一小体积元， 都无法将各个小体积元加以区别，因为知道了其中任一小体积元的状态就足以了解整个液体层的状态，而与小体积元的形态和大小无关。换言之，无论这一小观察者如何变换位置，它“环顾四周”得到的印象均处处如一。这说明，该液体具有相对于空间平移变换的不变性即对称性。根据这种对称性，我们可以在本质上辨识出该液体此时处于一种无序态。
然而，当液体层上下温差扩大到某一临界值时，那一小观察者所看到的“世界”，却一下子变得几乎“面目全非”。例如，如液体从侧面看呈现一连串的“水花”结构，那么，那一小观察者现在有可能通过观察所在位置的水花是左旋还是右旋，来判定它究竟是在小体积元V[,a]中还是在小体积元V[,b]中。并且，随着它不断地移动位置， 它不仅可能发现周围水花的旋转方向会恰好相反，而且通过计算它所穿过水花的数目，获得了一种宛如“穿堂入室”、“步移景换”的鲜明印象。这也就是说，相对于空间平移变换，该液体层具有了变化即对称性破缺。根据这种对称性破缺，我们可以在本质意义上确定地辨识出液体层此时处于一种有序态。
进而，当液体层的温差再度降低到某临界值以下时，液体的状态又突然变得处处完全同一，那一小观察者无论如何移动位置对它的观察又变得失去任何意义，也即相对于空间平移变换，该液体层重新恢复了原先的不变性即对称性。根据这种对称性，我们又可以有把握地辨识出液体层重新又处于一种无序态。
在以上描述的过程中，相对于同一种空间平移变换，液体层由状态A无变化的对称性突然到状态B有变化的不对称性，其间对称元素一下子失去了许多，说明原先的对称性发生了显著的破缺。正是根据这一对称性的破缺，我们可以辨识出液体层由状态A到状态B的转变过程，是一种由无序态向有序态的转变过程。相反，还是相对于同一种空间平移变换，液体层由状态B有变化的不对称性突然又恢复到状态C无变化的对称性，其间的对称元素又一下子增加了许多个，说明最初状态A 的对称性又得到了恢复。根据这一对称性的恢复，我们同样可以辨识出液体层由状态B到状态C，是一种由有序态向无序态的转变过程。
在有了对上述两个典型例子的分析之后，我们可以较为顺利地将同样的方式运用于对人类社会中不同状态的序之有无与高低的辨识。这里一个不同之点在于，我们不仅可以有效地辨识序之有无以及无序与有序之间的转变过程，而且可以有效地辨识序之高低以及低级有序与高级有序之间的转变过程。虽然对贝纳德流体系统一系列稳定状态的分析我们也同样可以说明这一点，不过，在这里说明这一点似乎更容易些。
4 有序与对自由度的约束
按照上述讨论，我们已将有序规定为对称性破缺，将无序向有序以及低级有序向高级有序的转变规定为对称性不同程度的破缺过程。那么，对称性如何才有可能发生破缺呢？在前面，我们将对称性的破缺本身作为一种既成的结果，下面进一步要追溯的是：这里结果得以形成的原因又何在？换言之，对称性破缺本身如作为一个过程，其得以展开或曰实现的机制是什么呢？
在铁磁体磁化作为一种有序化的过程中，元磁体原先具有无穷多个等价的可能指向，如果所有的元磁体都依然坚持原先各自所取的方向，那么，原先各向同性这一对称性永远也不可能实现某种破缺。显然，这种对称性破缺的实现，势必要求元磁体在原先所取的方向中只保留其中的某一种特定方向。也即，所有元磁体都转而指向原先各种方向之中的某一种特定方向。其实，这便是在原先各种等价的可能方向之中所作的一种选择；正是对某一特定方向的选择，使原先许多等价可能方向的对称性实现了破缺。
在贝纳德对流形成作为一种有序化的过程中，水分子的热运动作为一种随机运动本来有许多自由度，如果每一水分子都依然坚持原先的多自由度，那么，液体层平面旋转不变这一对称性永远也不可能实现任何破缺。这一对称性破缺的实现，势必要求水分子运动模式的原先自由度有所收缩（减少），变成均按某一特定的模式运动。显然，这便是在原先多种自由度之中所作的一种选择；同样正是对某一特定运动模式的选择，使原先液体层的空间平移对称性实现了某种破缺。
由上述分析我们已不难发现，任一对称性破缺的实现，都只有通过对相应的多种可能性所作的某种选择。由于对这一问题的再深入探讨，实际上属于专门回答进化“何时可能实现”的条件和机制问题，这里只讨论到此为止。由此我们可以引出一个结论：既然对称性破缺只有通过对多种可能性所作的某种选择来实现，那么，我们可以合理地将有序和有序化过程理解为对自由度的限制即约束。不过，这种理解与我们在前述有序是指系统内诸组成成分之间或诸运动状态之间关系的规则性，有某种似乎微妙但不可忽视的区别，那种理解回答的是有序的涵义是什么，是一种“就事论事”式的乃至带有同义反复式的回答；而将有序理解为对自由度的约束，则回答有序为什么可能得以形成，是一种机制性的回答。因而，后者是对有序所作的一种更为深刻的本质性理解。对有序以及对称性破缺作为对有序的本质规定，只有在后者的补充之中，才是比较完备的。不仅如此，对本文所讨论的一般进化涵义的回答，其实都只有得到后续诸论文所讨论的一般进化条件和机制的回答作补充，才比较完备。
5 有序与差异性
人们谈论有序时，经常将它同差异以及与差异相关的不均匀和多样性联系在一起。这至少在理解远离平衡的宏观有序态时，是有一定道理的。因为，系统远离平衡之后所发生的任何对称性的破缺，都必然会具体表现为系统诸组成成分之间和诸运动状态之间的某种不均匀性、差异性或多样性的显现。
在我们详细分析过的流体贝纳德现象中，在液体层空间平移的对称性发生破缺之后，任何一种宏观有序态的出现，都表现为在能量的分布上由原先的各处均匀变得不均匀，在宏观状态上由原先处处完全同一变得出现差异性（如水花旋转方向向左与向右之不同）。
在人类社会中，由个体任意置换这样一种空间平移对称性不断发生破缺之后，各种资源会在社会内部各角色和各阶层之间的分布必然变得越来越不均匀，而生产分工和地位分层的不断发展无疑是社会内部差异性和多样性的不断扩大。
普利高津和尼科利斯在研究细胞群体的模式形成时，也指出了一种典型的情形：“首先，在单个细胞中开始会出现一定的非对称性；其次，边界的细胞会有出现源与汇的特殊条件——沿着场产生极化（极化也是一种典型的非对称性）；最后，则有如下可能：全同的、未极化的细胞的均匀组织自发地变成不均匀的，这点仅在出现对称破缺不稳定性时才会发生。”[5]
不难看到，对称性的破缺作为有序的内在本质，必然显现于外——表现为相应的差异性。有对称性破缺，就一定有差异性；对称性破缺越严重，差异性也就越显著。这是完全可以而且应当明确加以肯定的。基于这一结论，对任何系统有序化过程中差异性的出现或扩大，我们都应视作十分自然、不可避免并且可能具有积极意义的现象。
然而，我们能否反过来说：系统的差异性就一定表现了系统的有序性，差异性越大有序性就一定越高呢？这一逆命题并不能成立。
试想，如果这一命题能成立的话，一堆由各种完全不同废物完全任意堆放的垃圾，岂不是高度有序？一个由形形色色、各有所图、各自为政的人偶然凑合到一起的人群，岂不也高度有序？包含有各种极不相同门类且完全混杂堆放的一堆书籍，岂不比管理良好的图书馆中某一分门别类的一架库藏更有序？显然无论如何是不能这样看待的。原因在于：
其一，属性不同的事物的杂乱聚合，不仅不是对称性破缺的结果，反而是对称性的某种表现。杂乱聚合在一起的事物，它们之间属性的差异不论有无和大小，都不能改变它们的集合体相对于空间平移变换的对称性：不同废物、不同书籍和不同个人不管它们如何置换位置，丝毫不能改变它们的杂乱聚合依然是一堆垃圾、一堆书籍和一群乌合之众。只有那些不仅存在差异性，而且这种差异性恰好是作为集合体某种对称性破缺的结果，才可能是有序的。
其二，不同属性事物的杂乱聚合，不是有规则的关系，恰好是无规则的关系。不同废物之间、不同书籍之间和不同个人之间的聚合，既然没有遵循任何规则，何来有序性？只有那些不仅存在差异性，而且它们之间的关系具有某种规则性，才可能是有序的。说得更透些，不同属性事物之间的聚合既然对它们原先分布模式的任意性即自由度并未经过任何约束，何来有序性？
因此，虽然系统的有序状态一定具体表现为其诸组成成分之间或诸运动状态之间的某种差异性，但是，由具有差异性的不同事物组成的集合体，并非都一定具有有序性。用差异性之有无与大小来辨识有序性之有无与大小，其根据是不充分的，而且容易引起认识上的某种混乱。只有与规则性相联系、作为对称性破缺的结果，本质上通过对自由度的约束而表现出来的那些差异性，才有可能是有序的表现。
收稿日期：2000-05-16
标签：对称性破缺论文;