论科学直觉思维的自组织机制条件，本文主要内容关键词为：直觉论文,思维论文,机制论文,条件论文,组织论文，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。
摘要 运用自组织的理论和方法，深入具体揭示科学直觉思维形成的自组织机制条件：首要条件——开放系统；必要条件——远离平衡态；深层条件——非线性作用；关键条件——涨落、选择、隔离。可为人们在科学创造活动中利用科学直觉思维提供可循的途径和有效的方法。
关键词 直觉思维；自组织；耗散结构；无序；有序；远离平衡态；非线性作用；涨落。
纵观科学的发展，我们可以发现，直觉思维在科学创造中起到重大作用。尽管人们对直觉这类现象和定义的看法不尽相同，但认为直觉思维带有非逻辑特点的突发性，随机特点的自发性，而使人们在科学活动中难于操作和把握却是共同的。由于直觉思维不需要外部命令而自行按照某种规则从头脑中混沌无序的状态自发生成一种有序状态。这里所说“某种规则”是不易被人们头脑察觉的，从而对提高科学创造活动的自觉性和能动性产生某种不利的影响。因此，我们有必要对直觉思维的自发性特点进行深入研究，弄清它自发形成的机制条件，从而帮助更多的人们自觉掌握直觉思维，取得科学创造的成功。
所谓科学直觉思维的自发形成过程，从自组织理论的观点看就是自组织过程。自组织是从耗散结构理论、协同学、超循环理论等学科为主体的自组织理论中借用的概念。它是指宇宙中各层次系统以及它们的结构与功能，都能自己协同动作、自己组织起来，由原先宏观上混沌无序的状态，进化为一种时间、空间或功能上有序的结构。人类社会系统虽然包含着人这个主体及其思维作用而有别于自然系统，但是人类社会在自组织方面仍与自然系统有许多共性。自组织理论认为，自组织是一切物质系统（包括思维系统）中普遍存在的固有属性。它也有自己形成的机制条件。系统在开放，远离平衡态，内部各要素存在非线性作用，并在涨落、选择、隔离的机制条件下，系统就能够产生自组织现象。根据自组织规律的这种普遍性，寻找直觉思维的自发形成或称为自组织形成的规律，运用自组织理论揭示的机制条件来考察将是有效的。
一、首要条件——开放系统
自组织理论指出，产生自组织现象的系统必须是一个开放系统。系统只有通过与外界进行物质、能量和信息的交换，让外界输入的负熵流大于内部的熵产生，使系统的总熵逐渐减少或至少保持不变，才有产生和维持稳定有序结构的可能。这是出现自组织现象的首要条件。
要进行科学创造，人脑的思维结构必须是一个开放系统的耗散结构。这就要求大脑采取发散式思维，不断吸取外界信息，用产生的负熵克服人脑内部的无序状态，使人们能够不断掌握新知识，作出新判断，适应新环境。封闭与孤立的大脑只能使熵自发地增加，信息趋向减少，从而走向无序。作为思维方式之一的直觉思维肯定必须是一个开放系统，换句话说，直觉思维自组织（自发）形成时，大脑一定是处于开放状态下的。具体说来，就是经常产生直觉思维的人，一定是善于不断学习，吸收新信息的人。特别是对本人所从事专业以外的知识多有涉猎、善于学习。贝弗里奇曾说过：“有重要的独创性贡献的科学家，常常是兴趣广泛的人，或是研究过他们专修学科之外的科目的人。”〔1〕另外与别人进行广泛交流也是十分重要的。积极参与各种社会活动，积累广泛的社会经历，就会在头脑中多留下一些痕迹，使之或深或浅地保留在记忆中，以供形成直觉时使用。实际上，直觉思维自组织（自发）形成的过程，就是大脑思维不断开放的过程。
爱因斯坦之所以具有敏锐的直觉力，得益于他思维的大胆自由创造。爱因斯坦是一个哲学爱好者，特别是马赫和休谟的哲学对他影响很大。他承认马赫和休谟的怀疑态度和批判精神对他创立相对论起了决定性作用。对他养成独特的思想和品格具有不可低估的力量。而其概念自由创造思想更是直接受到休谟哲学思想的影响。有些学者研究认为〔2〕，在概念自由创造方面，爱因斯坦与休谟有着惊人的一致。爱因斯坦曾说：“马赫对我的影响，他的确是很大的，……就我所意识到的来说，休谟对我的影响还要大些。”〔3〕可以这样说， 在直觉和概念自由创造方面，爱因斯坦与休谟是一脉相承的。如果爱因斯坦没有读过马赫和休谟的哲学，他是不可能经过长期思考，依靠自发形成的直觉思维，一朝领悟到相对论的。可见，广泛的学习对于形成直觉思维是何等重要。
不仅如此，与别人进行广泛交流也十分重要。这可以弥补由于个人学习范围限制所造成的知识不足。爱因斯坦在科学活动中的重要特征，就是在进行瞑思苦想的独思的同时，不排斥与别人进行讨论。1902年爱因斯坦就和哈比希特，索洛文组成了“奥林比亚科学院”。在这个学习小组里，爱因斯坦通过学习科学大师和哲学大师的著作并进行自由讨论，为一系列重大的科学创造准备了必不可少的哲学思想和科学思想基础，从而提高了理论思维的能力。还有一个例子也很能说明问题。爱因斯坦在创立广义相对论的过程中遇到了一个无法解决的数学问题，即对称参量是否存在着一个非线性坐标变换保持不变的微分方程。爱因斯坦向老同学格罗斯曼请教，格罗斯曼查阅文献后告诉爱因斯坦，问题已由黎曼等人解决，这才促使爱因斯坦在直觉的基础上最终确定了广义相对论的数学表达式。
这些都说明，直觉的自发形成，即自组织产生并不是在脑海里凭空想象而成的，而是以大脑思维的开放作为首要条件的。
二、必要条件——远离平衡态
自组织理论还告诉我们，形成自组织的系统必须远离平衡态。处于平衡态的系统不可能有物质、能量和信息的交换，因而也就没有了新的发展。而处于平衡态较近的近平衡态系统，耗散结构理论也证明，它只能逐步退回到平衡态，不能产生新的有序结构。只有越出平衡态，远离平衡态，不断开放的系统，才能出现有序结构。因此，普里高津说：“非平衡是有序之源”。
其实，人们认识的客观世界本身就是不平衡的。科学的发展也是处于不断变化的非平衡环境中的。一方面，人类社会的生产实践是一个永恒运动着的过程。它必然会随着生产力的发展而变化，而每一次重大的变化都会给科学认识带来强大的推动力，改变原来业已建立的、互相适应的相对稳定态。另一方面，人类社会的进步，又不断地向科学认识提出新的需要，当这种需要是科学发展所不能满足时，就可能促使科学发展越出平衡区，到达远离平衡态。正如恩格斯指出的：“人们自身以及他们的活动的一切方面，包括自然科学在内，都将突飞猛进，使已往的一切都大大地相形见绌。”〔4〕
19与20世纪之交的大多数物理学家，曾把经典物理学大厦看成是不可动摇的神圣殿堂。他们不懂得生产实践和社会需要会不断推动科学发展。因而盲目夸口经典物理学的精确与完美已使有才华的年轻人无所作为。开耳芬等物理学家曾提醒人们，未来的物理学研究者只能做小数点后面第6位数字的修补工作。经典物理学的万里晴空只剩下“两朵乌云”，其中之一是“迈克耳逊——莫雷实验”对以太观测的零结果。可见当时的绝大多数物理学家都陶醉在经典物理学完美无瑕的稳定态之中。洛仑兹也是当时极富创造力的科学家，他的“洛仑兹变换”和“洛仑兹——斐兹杰拉长度收缩假说”，为以后爱因斯坦创立相对论准备了有利条件。但由于他处于经典物理学稳定态的氛围中，他的工作也只能在保留以太的前提下，使“迈克耳逊——莫雷实验”在经典物理学的框架内得到解释，而不能像爱因斯坦那样借助直觉思维创立相对论。
有些物理学家，也曾发现和批判了经典物理学体系的内在矛盾，但由于他们处在经典物理学体系的近平衡区，没有远离平衡态。因而只能回到旧物理学体系的框架内，不可能提出新理论。如马赫曾严厉批判过牛顿绝对时空和绝对运动的观点，但由于他摆脱不了经验论的束缚，所以也只能指出错误而不能创立理论。当爱因斯坦称赞马赫是相对论的先驱时，他断然拒绝了这个荣誉，并说他根本不承认相对论。彭加勒也是一位有创造性的科学家，他先于爱因斯坦提出了类似于狭义相对论的两个基本原理，并认识到牛顿的绝对时空观必须变革。但由于他过于拘泥经验，把物理学危机主要看作是围绕实验困难而发生的。没有认识到在新理论的创立中理论思维的重要，创造性思维受到了抑制，也就不可能像爱因斯坦那样依靠直觉创造出新理论。
爱因斯坦敢于向传统挑战，不受任何权威和偏见的束缚，不受传统思维习惯的羁绊，通过广泛学习各种知识，坚持大胆的怀疑和批判精神，从而使自己头脑内少有陈旧的概念，自由想象，才促使他把握科学发展的趋势，越出经典物理学“完美无瑕”的平衡态，到达远离平衡的非平衡区，充分运用直觉思维，构思出可供演绎的逻辑前提，创造出令人赞叹的相对论。
所以，对于自组织形成的系统来说，处于平衡态或处于近平衡态都是难于达到有序的。一些著名的科学家，在科学创造中常常能够自组织（自发）形成直觉思维并利用直觉得出科研结果，就在于他们的理论思维常常是远离平衡态的，这样就能使头脑中具有较大的自由空间，从而能够自组成高度有序的全新结构。
三、深层条件——非线性相互作用
形成自组织的第3 个条件是系统内部各要素需存在非线性相互作用。这能使系统内各要素（子系统）产生协调动作和相干效应，从而使系统从杂乱无章变为井然有序。自组织理论证明，如果子系统间的相互作用仅仅是线性的，那么它的总和也只有量的增加而无质的变化。所以哈肯认为“控制自组织的方程本质上是非线性的。”〔5〕“这些非线性项起着决定的作用。”〔6〕直觉思维方法就是这种典型的非线性作用系统。
一般来说，人们在自发产生直觉以前，头脑内部一定有过激烈的非线性作用，现在可以证明起码有三种形式。
第一，跳跃上升式。这种非线性模式反映了人们思维过程的积累性。人们通过不断思索形成的假说，往往又被后来得到的假说所否定，思维呈现跳跃上升式。促使头脑中有序度不断增加，最后越过阈值而获得结论。例如处于19世纪末的中学生爱因斯坦，也明显打上了时代的烙印。他曾受当时以太观点的影响，把自己的研究局限在以太的范围内。他1895年写过一篇《关于磁场和以太状态的研究》论文，后来经过长久思索，终于跳出以太框架，最后用相对论否定了以太假说。
第二，波浪上升式。这种非线性模式反映了人们思维过程的曲折性。往往是长久思索得出的假说被否定，又经过长久思索后重新复出，呈现出波浪式上升过程。这是经过曲折反复使脑海里的有序度增加的过程，例如，在狭义相对论的创立中，爱因斯坦对光速不变原理和相对性原理曾进行了长久思索。起先他发现这两个原理是不相容的，使得他不得不抛弃光速不变原理。后来又经过思考后，却发现问题出在时间和同时性这两个基本概念上。他又重新抓住光速不变原理作为其理论基础之一，并突破同时性概念的难关，最后在一天早上起床时突然顿悟得出结果。
第三，对立统一式。这种非线性模式反映了人们思维过程的矛盾性。它往往是一假说的出现与随后思维中出现的另一假说相对立。但进一步思考后，又会发现这看似对立的假说却可以纳入统一轨道，并达到更高的有序。如相对性原理，在狭义相对论中只限于惯性系中，随着进一步思考，爱因斯坦又把它推广到非惯性系中，创立了广义相对论。这使相对性原理在惯性与非惯性这看似矛盾的系统中达到了更高的统一，包含了更新的意义。
当然，以上三种模式的区分只是相对的。人们的思考过程常常是三种模式交叉进行，共同作用。其共同点都是经过不断思索，达到一定阈值，经过分支点的突变，用直觉把握住结论。所以脑内激烈的非线性作用既构成了直觉思维的非线性演化模式，又为直觉思维的自组织（自发）形成提供了可能，是直觉思维自组织（自发）形成的潜在深层条件。
四、关键条件——涨落、选择、隔离
从以上直觉思维自发形成前脑内的非线性作用，我们可以发现，非线性作用在分支点上可以出现几个方向。那么在分支点上系统如何才能跃迁到稳定有序态呢？自组织理论认为，涨落起着关键作用。所谓涨落，就是系统对稳定状态的偏离。在稳定态涨落只是一种干扰或称微涨落，它迫使系统逐步衰减回到原来的状态。只有处于不稳定态，使系统离开原来轨道的涨落才能放大形成巨涨落，从而导致系统发生质的变化，形成新的结构与功能。这就是普里高津强调的“涨落导致有序”。需要指出的是，这种涨落还有“内涨落”与“外涨落”之分，即分别由系统的内部原因和外部原因导致的涨落。
由于直觉思维自组织（自发）形成时，脑内系统必须开放，远离平衡态同时又存在非线性作用。因而在这样的条件下，系统只要有一点微小的干扰，就可能导致内部各类量变过程的中断，呈现突发性、瞬变性，导致发生巨涨落进而产生直觉。用哈肯的话说就是“通过涨落（“启发”）出现新的序参量（即新思想），成功地把分散的点联系起来。”〔7〕可见，巨涨落是一个触发信息， 在直觉思维中它可以是外部输入即外部偶然机遇所导致，也可以是内部存贮即内部积淀意识所导致，即由内外涨落去诱发突变，从而产生直觉。
具体来说，由内部积淀意识形成的内涨落使直觉思维在脑内部自组织（自发）生成的能力很强，人们只要调动脑内元素，努力思考，利用脑内部产生某些启示的触发，就能得到结果。根据当前的研究，内涨落有以下表现形式：
第一，由无意遐想所产生的思想闪光而导致的内涨落。如意大利物理学家费米，有一天舒坦地躺在寂静的草地上，用系有套索的玻璃棒捕捉壁虎，费米眼睛盯着壁虎的动向，而任凭自己的思想自由漫游，蓦地，从他心灵中闪出了长久以来一直在寻找的思想——一种气体中没有两个原子恰好用同样的速度运动。这就是量子力学中著名的费米统计理论，是费米无意遐想导致思维内涨落获得的成功。
第二，潜知的闪现，即由积存在大脑意识阈限下的潜存知识所导致的内涨落。如门捷列夫有一天动身离开彼得堡去办与元素周期研究毫无相关的事。在要上火车时，大脑突然闪现了未来元素体系的思想，他抓住了这种潜层知识的闪现所获得的线索，使脑内部形成的内涨落而发生直觉获得了结论。
第三，潜能的激发。这是人脑中平时未发挥作用的那部分潜在智能，在紧急状态中，突然激发而导致的内涨落。如弗莱明有一天在实验室里看见培养皿上长了绿霉。起先他以为实验失败，后来仔细观察却发现绿霉周围的葡萄球菌溶化了，联想到小时候母亲用面包上长的绿霉给他擦伤口，伤口很快愈合。根据这种想法，他断定绿霉中有杀死细菌的东西，并立刻用实验进行了证实。这是典型的潜能激发导致脑内思维的内涨落而产生直觉所获得的发现。
第四，创造性的梦幻活动导致的内涨落。如19世纪美国著名发明家赫威想发明缝纫机，但多次试验均未成功。一天夜里他梦见国王向他发布一道命令，如果24小时内造不出缝纫机就用长矛处死他。他看见有小洞的矛尖慢慢升起又慢慢地降下，一阵激动使赫威醒来，他立即设计了针眼靠近针尖的缝纫机，获得了成功。可见梦幻导致的思维内涨落也能激发突变而产生直觉。
内涨落对形成直觉是关键的，那么由外部偶然机遇导致的外涨落的情况又如何呢？现已证明它有下面的几种表现形式：
第一，思想点化。这是指人们在阅读和交谈中得到某种闪光思想的提示，而获得偶然机遇所导致的外涨落。如达尔文创立进化论时，马尔萨斯的《人口论》对他影响很大。当他读到马尔萨斯关于人类数量增长受到各种遏制，被自然淘汰的是最不适于生存的弱者思想时，大脑好像电光一闪，突然想到在生存竞争的条件下，有利的变异会得到保存，不利的变异则被淘汰，由此促成了生物进化论的产生。
第二，原型启示，即由外部原型提示而形成偶然机遇所导致的外涨落。例如，格尔塞在啤酒店受啤酒气泡溢出启示，构成了液态气泡室模型。而威尔逊从太阳照在山顶云层所产生的光环中受到启示而制成了云雾室。
需要说明的是，由外部偶然机遇导致的外涨落和内部积淀意识导致的内涨落虽然对直觉的自组织（自发）形成可单独起作用，但更多的情况下却是互相联系、共同作用的。这是因为外涨落作用时，只表明脑内思维元素的自组织力变弱，需外涨落起主导作用，而这种主导作用又必须以人脑内部的长期思考为条件，这就是所谓的“机遇只垂青于有准备的头脑”，否则飘忽而过的机遇是不能为直觉的出现形成外涨落的。而内涨落作用时，虽表明脑内思维元素的自组织力变强，但外涨落的辅助作用却不能忽视。因为只有通过脑内不断有意识的努力，以存储更多的潜意识块，才能为内涨落形成准备内在条件。只有通过外涨落参与内涨落，内涨落调动外涨落，内外共同作用，有意识与无意识共同努力，才能使脑内思维系统呈现突发性、间断性和飞跃性，为直觉的自组织（自发）形成提供突变的诱因，最后经过一定的突变方式而获得直觉。
显然，涨落为突变提供可能，而涨落的随机性和复杂性又可能使其呈现多个宏观有序的结构。系统进化最终达到哪一种结构，要由几个涨落合作与竞争的结果决定，其中只有最适应环境的才可能选择出来。在直觉思维的自组织（自发）形成中，这样的选择能保证在一切可能的新思想中，找到最优模式，获得最佳结果。如19世纪末由于著名的“迈克尔逊——莫雷”实验证明了绝对静止的“以太”不存在，又由于黑体辐射的研究出现了经典理论无法解释的“紫外灾难”，使许多物理学家陷入窘境。而这个涨落因素却在德国物理学家普朗克的脑海里形成了两种关于“能量”的模式，即能量辐射是绝对连续的？还是非连续变化的？普朗克选择了后一种，提出了“能量子”新概念，从而导致量子论的诞生。
有了选择，涨落导致的有序结构就一定能稳定吗？不能。自组织理论认为，人们还必须用隔离机制把选择出来的新模式与其他模式隔离起来，使之不受外界环境或别种模式的干扰，保证经过选择的模式有自我完善和自我优化的内外条件，才能使有序结构稳定。如普朗克“能量子”新概念，就是有了隔离机制后，它才不再被原来能量连续性思想所困扰，从而在自己脑内形成保护层。当他的理论得到大多数科学家认可后，就能自身逐步趋于完善。
可见涨落、选择与隔离机制是直觉思维自组织（自发）形成的最后关键条件。
需要强调的是以上四个机制条件是紧密相连，缺一不可的。只有它们共同作用，才能使直觉思维的自组织（自发）形成得以实现。
本文于1995年8月20日收到。
注释：
〔1〕贝弗里奇：《科学研究的艺术》，科学出版社1984年版，第58页。
〔2〕朱亚宗：《伟大的探索者——爱因斯坦》，人民出版社1985 年版。
〔3〕许良英等编：《爱因斯坦文集》第1卷，第438页。
〔4〕恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社1971年版，第20页。
〔5〕〔6〕哈肯：《协同学》，原子能出版社1984年版，第18、287 页。
〔7〕哈肯：《协同学》，上海科学普及出版社1988年版，第173页。
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