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耗散結(jié)構(gòu)理論概說(shuō)

 心住至善 2013-09-16

耗散結(jié)構(gòu)理論概說(shuō)

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耗散結(jié)構(gòu)是指一個(gè)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng),由于不斷和外環(huán)境交換能量物質(zhì)和熵而能繼續(xù)維持平衡的結(jié)構(gòu),對(duì)這種結(jié)構(gòu)的研究,解釋了自然界許多以前無(wú)法解釋的現(xiàn)象。

耗散結(jié)構(gòu)一詞由比利時(shí)物理學(xué)家、化學(xué)家普里高津發(fā)明。普里高津創(chuàng)立了耗散結(jié)構(gòu)理論,研究一個(gè)系統(tǒng)從混沌無(wú)序向有序轉(zhuǎn)化的機(jī)理、條件和規(guī)律的科學(xué),他為此曾獲1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),但他的研究結(jié)果迄今仍不是學(xué)術(shù)界公認(rèn)的完整理論。

以前的物理理論認(rèn)為,只有能量最低時(shí),系統(tǒng)最穩(wěn)定,否則系統(tǒng)將消耗能量,產(chǎn)生熵,而使系統(tǒng)不穩(wěn)定。耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為在高能量的情況下,開(kāi)放系統(tǒng)也可以維持穩(wěn)定。例如生物體,以前按照熱力學(xué)定律,是一種極不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),不斷地產(chǎn)生熵而應(yīng)自行解體,但實(shí)際是反而能不斷自我完善。其實(shí)生物體是一種開(kāi)放結(jié)構(gòu),不斷從環(huán)境中吸收能量和物質(zhì),而向環(huán)境放出熵,因而能以破壞環(huán)境的方式保持自身系統(tǒng)的穩(wěn)定。城市也是一種耗散結(jié)構(gòu)。

比利時(shí)的普里戈金從研究偏離平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)的輸送過(guò)程入手,深入討論離開(kāi)平衡態(tài)不遠(yuǎn)的非平衡狀態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)的物質(zhì)、能量輸送過(guò)程,即流動(dòng)的過(guò)程,以及驅(qū)動(dòng)此過(guò)程的熱力學(xué)力,并對(duì)這些流動(dòng)和力的線(xiàn)性關(guān)系做出了定量描述,指出非平衡系統(tǒng)(線(xiàn)性區(qū))演化的基本特征是趨向平衡狀態(tài),即熵增最小的定態(tài)。這就是關(guān)于線(xiàn)性非平衡系統(tǒng)的“最小熵產(chǎn)生定理”,它否定了線(xiàn)性區(qū)存在突變的可能性。

普里戈金在非平衡熱力學(xué)系統(tǒng)的線(xiàn)性區(qū)的研究的基礎(chǔ)上,又開(kāi)始探索非平衡熱力學(xué)系統(tǒng)在非線(xiàn)性區(qū)的演化特征。在研究偏離平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)系統(tǒng)離開(kāi)平衡態(tài)的參數(shù)達(dá)到一定閾值時(shí),系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)“行為臨界點(diǎn)”,在越過(guò)這種臨界點(diǎn)后系統(tǒng)將離開(kāi)原來(lái)的熱力學(xué)無(wú)序分支,發(fā)生突變而進(jìn)入到一個(gè)全新的穩(wěn)定有序狀態(tài);若將系統(tǒng)推向離平衡態(tài)更遠(yuǎn)的地方,系統(tǒng)可能演化出更多新的穩(wěn)定有序結(jié)構(gòu)。普里戈金將這類(lèi)穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)稱(chēng)作“耗散結(jié)構(gòu)”。從而提出了關(guān)于遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的非平衡熱力學(xué)系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)理論(1969年)。

耗散結(jié)構(gòu)理論指出,系統(tǒng)從無(wú)序狀態(tài)過(guò)渡到這種耗散結(jié)構(gòu)有幾個(gè)必要條件,一是系統(tǒng)必須是開(kāi)放的,即系統(tǒng)必須與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量的交換;二是系統(tǒng)必須是遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的,系統(tǒng)中物質(zhì)、能量流和熱力學(xué)力的關(guān)系是非線(xiàn)性的;三是系統(tǒng)內(nèi)部不同元素之間存在著非線(xiàn)性相互作用,并且需要不斷輸入能量來(lái)維持。   

在平衡態(tài)和近平衡態(tài),漲落是一種破壞穩(wěn)定有序的干擾,但在遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下,非線(xiàn)性作用使?jié)q落放大而達(dá)到有序。偏離平衡態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng)通過(guò)漲落,在越過(guò)臨界點(diǎn)后“自組織”成耗散結(jié)構(gòu),耗散結(jié)構(gòu)由突變而涌現(xiàn),其狀態(tài)是穩(wěn)定的。耗散結(jié)構(gòu)理論指出,開(kāi)放系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的情況下可以涌現(xiàn)出新的結(jié)構(gòu)。地球上的生命體都是遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的不平衡的開(kāi)放系統(tǒng),它們通過(guò)與外界不斷地進(jìn)行物質(zhì)和能量交換,經(jīng)自組織而形成一系列的有序結(jié)構(gòu),可以認(rèn)為這就是解釋生命過(guò)程的熱力學(xué)現(xiàn)象和生物的進(jìn)化的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)之一。

在生物學(xué),微生物細(xì)胞是典型的耗散結(jié)構(gòu)。在物理學(xué)中典型的例子是貝納特流。廣義的耗散結(jié)構(gòu)可以泛指一系列遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng),它們可以是力學(xué)的、物理的、化學(xué)的、生物學(xué)的系統(tǒng),也可以是社會(huì)的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。耗散結(jié)構(gòu)理論的提出,對(duì)于自然科學(xué)以至社會(huì)科學(xué),已經(jīng)產(chǎn)生或?qū)⒁a(chǎn)生積極的重大影響。耗散結(jié)構(gòu)理論促使科學(xué)家特別是自然科學(xué)家開(kāi)始探索各種復(fù)雜系統(tǒng)的基本規(guī)律,開(kāi)始了研究復(fù)雜性系統(tǒng)的攀登。   

遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng),通過(guò)與外界交換物質(zhì)和能量,可能在一定的條件下形成一種新的穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。典型的例子是貝納特流,在一扁平容器內(nèi)充有一薄層液體,液層的寬度遠(yuǎn)大于其厚度,從液層底部均勻加熱,液層頂部溫度亦均勻,底部與頂部存在溫度差。當(dāng)溫度差較小時(shí),熱量以傳導(dǎo)方式通過(guò)液層,液層中不會(huì)產(chǎn)生任何結(jié)構(gòu)。但當(dāng)溫度差達(dá)到某一特定值時(shí),液層中自動(dòng)出現(xiàn)許多六角形小格子,液體從每個(gè)格子的中心涌起、從邊緣下沉,形成規(guī)則的對(duì)流。從上往下可以看到貝納特流形成的蜂窩狀貝納特花紋圖案。這種穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)稱(chēng)為耗散結(jié)構(gòu)。類(lèi)似的有序結(jié)構(gòu)還出現(xiàn)在流體力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)以及激光等非線(xiàn)性現(xiàn)象中。

耗散結(jié)構(gòu)的特征是:   

一、存在于開(kāi)放系統(tǒng)中,靠與外界的能量和物質(zhì)交換產(chǎn)生負(fù)熵流,使系統(tǒng)熵減少形成有序結(jié)構(gòu)。耗散即強(qiáng)調(diào)這種交換。對(duì)于孤立系統(tǒng),由熱力學(xué)第二定律可知,其熵不減少,不可能從無(wú)序產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)。   二、保持遠(yuǎn)離平衡態(tài)。貝納特流中液層上下達(dá)到一定溫度差的條件就是確保遠(yuǎn)離平衡態(tài)。   

三、系統(tǒng)內(nèi)部存在著非線(xiàn)性相互作用。在平衡態(tài)和近平衡態(tài),漲落是一種破壞穩(wěn)定有序的干擾,但在遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下,非線(xiàn)性作用使?jié)q落放大,達(dá)到有序。

比利時(shí)的普里高津、德國(guó)的哈肯、日本的久?!從緦W(xué)派等對(duì)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的耗散結(jié)構(gòu)理論的建立與發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。但理論尚屬初級(jí)階段,有待于發(fā)掘新的概念、規(guī)律和數(shù)學(xué)工具。耗散結(jié)構(gòu)理論已用于研究流體、激光等系統(tǒng)、核反應(yīng)過(guò)程,生態(tài)系統(tǒng)中的人口分布,環(huán)境保護(hù)問(wèn)題,乃至交通運(yùn)輸、城市發(fā)展,人文社會(huì)等課題。

開(kāi)放系統(tǒng)。開(kāi)放系統(tǒng)是產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的前提,耗散結(jié)構(gòu)理論強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)放性,對(duì)于一個(gè)企業(yè)而言,“開(kāi)放”是至關(guān)重要的,它需要與外界環(huán)境永不間斷地交換比如它需要采購(gòu)?fù)饨缟a(chǎn)資料,從外界購(gòu)進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備,企業(yè)需要受到國(guó)家法律法規(guī)及政策的制約,需要受到工商局的監(jiān)督,受到稅務(wù)部門(mén)的審核并按時(shí)納稅;另外,為了正常贏利和發(fā)展,企業(yè)需要時(shí)刻關(guān)注同類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,從而采取相應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)策略,企業(yè)需要以各種途徑了解消費(fèi)群體,與之發(fā)生有效溝通,從而采取相應(yīng)的營(yíng)銷(xiāo)策略;企業(yè)需要搞自身形象設(shè)計(jì)(CI),通過(guò)廣告宣傳,讓更多的人了解自己,從而增加自身品牌的受眾等等。   

整個(gè)企業(yè)的發(fā)展過(guò)程都在與外界發(fā)生著物質(zhì)、信息的交換,從采購(gòu)到生產(chǎn)再到營(yíng)銷(xiāo),無(wú)一不顯露出作為系統(tǒng)看待的一個(gè)企業(yè)對(duì)外界開(kāi)放是至關(guān)重要的。因此可以看出耗散結(jié)構(gòu)理論中的“開(kāi)放性”思想對(duì)一個(gè)企業(yè)的管理起到宗旨性指引作用。

耗散結(jié)構(gòu)理論強(qiáng)調(diào)非平衡態(tài)是有序之源。這一點(diǎn)也明顯的體現(xiàn)在企業(yè)發(fā)展的過(guò)程中,比如,中國(guó)各地推行“裁員增效”,提出“競(jìng)爭(zhēng)上崗機(jī)制”,那么這種“競(jìng)爭(zhēng)”就是一種非平衡態(tài),具體體現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)部,它也是存在的,工作人員為了獲得更高的工資或使自己級(jí)別職稱(chēng)得到提升,會(huì)更加積極地努力,擴(kuò)充自己的知識(shí),提高自己的業(yè)績(jī)。最終會(huì)使企業(yè)的整體生產(chǎn)效率得到提高。另外,企業(yè)對(duì)其生產(chǎn)產(chǎn)品的定價(jià)管理也是一種非平衡態(tài),當(dāng)受外界市場(chǎng)的影響,產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)過(guò)高而不占優(yōu)勢(shì)時(shí),企業(yè)就不得不將其價(jià)格降低,并達(dá)到一種臨時(shí)性的相對(duì)穩(wěn)定。   

耗散結(jié)構(gòu)理論提出漲落導(dǎo)致有序的觀點(diǎn)。它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中某個(gè)微小的變化會(huì)帶來(lái)大的結(jié)果性偏差,這體現(xiàn)在營(yíng)銷(xiāo)管理中稱(chēng)之為“馬鞭效應(yīng)”。比如,在“禽流感”突如其來(lái)之時(shí),全國(guó)上下一片嘩然,大量禽、蛋類(lèi)產(chǎn)品出現(xiàn)滯銷(xiāo),那么作為一個(gè)禽類(lèi)養(yǎng)殖企業(yè),就會(huì)宰殺并囤積大量家禽,并投資引進(jìn)清潔設(shè)備,實(shí)施裁員增效,有的甚至由于資金不能順利周轉(zhuǎn)而紛紛倒閉。作為這些企業(yè)的管理者,完全應(yīng)該在亞洲出現(xiàn)“禽流感”首例事件時(shí)就能預(yù)見(jiàn)到這樣的后果,并及時(shí)采取措施——低價(jià)拋售所有禽類(lèi)并發(fā)展養(yǎng)豬或養(yǎng)牛等第二行業(yè)。這便是“漲落導(dǎo)致有序”給人們?cè)诠芾磉^(guò)程中的提示。另外,又比如一個(gè)生產(chǎn)企業(yè),它期初對(duì)一種產(chǎn)品的營(yíng)銷(xiāo)組合是這樣的:價(jià)格策略采用撇油定價(jià)法,進(jìn)行高定價(jià)策略;渠道策略采用包含批發(fā)商、零售商在內(nèi)的中間商進(jìn)行拓展渠道;促銷(xiāo)策略采用大量投放廣告,提高產(chǎn)品及公司的知名度。當(dāng)發(fā)展一段時(shí)間后,企業(yè)發(fā)現(xiàn)本產(chǎn)品的價(jià)格在市場(chǎng)上不具有競(jìng)爭(zhēng)力,需要降低時(shí),其營(yíng)銷(xiāo)組合中各要素都要發(fā)生相應(yīng)的變化,從而才能適應(yīng)市場(chǎng)的需求,價(jià)格策略變成低價(jià)策略;渠道策略改用直銷(xiāo)方式;促銷(xiāo)策略采用推銷(xiāo)人員上門(mén)推銷(xiāo)方式,并取消廣告投入,從而使得營(yíng)銷(xiāo)組合形成一種新的穩(wěn)定狀態(tài)。

因此,“漲落導(dǎo)致有序”告訴人們系統(tǒng)中的任何一個(gè)元素都有可能隨時(shí)發(fā)生變化,而且任一元素的微小變化都能使得整個(gè)系統(tǒng)中的其它元素發(fā)生變化,并最終形成一個(gè)新的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。具體反映在企業(yè)管理中,管理者應(yīng)該重視發(fā)生在企業(yè)中的任何意外和變化,并及時(shí)采取措施,對(duì)相應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行整體性宏觀調(diào)整,從而能夠維持企業(yè)穩(wěn)定地發(fā)展。

企業(yè)管理競(jìng)爭(zhēng)力的評(píng)價(jià)指標(biāo)是耗散結(jié)構(gòu)理論的間接實(shí)踐應(yīng)用。適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)體系是進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。對(duì)要素的層面做進(jìn)一步詳盡分析,參照企業(yè)績(jī)效評(píng)價(jià)理論,并結(jié)合中國(guó)企業(yè)的特點(diǎn),建立較為客觀的企業(yè)管理競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià)指標(biāo)。整套體系既有定量化內(nèi)容,也有定性分析,從不同角度、不同方面考察管理競(jìng)爭(zhēng)力的現(xiàn)狀,幫助企業(yè)找到管理的薄弱環(huán)節(jié),為有效提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力奠定基礎(chǔ)。

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