古代的许多哲学家都有朴素的，有时是天才的进化思想。古希腊哲学家阿那克西曼德就认为万物的始基是“无限”，借分离而从混沌中产生出来。“生物是从太阳所蒸发的湿的元素里产生的。人是从另一种动物产生的，实际上就是从鱼产生的，人在最初的时候很像鱼”。[1]

在古代中国，《易经》上有“天地氤氲，万物生化”的思想。又有老子天才的进化思想“道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，冲气以为和”。还有阴阳五行家提出的进化思想。西周末年史伯就提出“以土与金、木、水、火杂，以成百物”的观点。至战国则有邹衍提出的木生火，火生土，土生金，金生水，水生木的“五行相生”的循环的多元论。

在以后几千年里，欧洲的哲学家和科学家们集中注意的是生物的进化。18世纪德国哲学家赫尔德就曾写道：“从石头到晶体，从晶体到金属，从金属到植物，从植物到禽兽，并从禽兽到人，我们看到了组织形式的上升，而且随着这种上升，动物的能力和倾向就变得越多种多样，直到它们全部统一在人体的结构里。”[2]同时期的法国学者布丰相信物种是变化的，现代的动物是少数原始物种的后代，各种环境因素的改变引起动物性状的变异。另一位法国学者拉马克则进一步用器官的用进废退和获得性的遗传等原理来解释生物进化过程。

进化论的第一个伟大胜利是英国科学家达尔文在1859年发表《物种起源》一书，奠定了生物进化的基础。他用大量事实证明地球上的所有生物都是由共同的原始生物逐渐进化出来的，它们之间都有亲缘关系。他用对环境的适应性变异，生存竞争，自然选择和适者生存等概念说明了生物进化的机理。

进化论在20世纪的伟大胜利是孟德尔和摩尔根创立的遗传学，他们发现了孟德尔定律，提出了遗传基因的概念。然后，在50年代，由华生和克里克用X光衍射技术证实生物细胞内染色体上的DNA大分子具有双曲螺旋形的结构，它们携带着生物遗传信息。他们又进一步揭示了生物遗传的微观机制，创建了分子遗传学。他们证明生物遗传基因的突变和通过有性杂交出现的基因重组是生物个体变异的原因，它为进化提供了材料，自然选择则决定了群体进化的方向和速度。再加上其他科学家在群体遗传学和古生物学等领域发现的进化机制，达尔文的古典的进化论发展成了综合进化论。

自从达尔文的《物种起源》发表后，生物进化论在欧洲产生了广泛的影响，从19世纪下半叶起就出现了用生物进化论解释一切社会现象的思潮，其代表人物就是H·斯宾塞。他的社会达尔文主义认为人类社会的进化过程是生物进化过程的继续，生物进化的规律就是社会历史进化的永恒的自然规律，其核心就是“生存竞争”和“适者生存”。

真正科学的社会进化理论是马克思和恩格斯创立的历史唯物主义。他们认为社会是由经济基础和包括社会意识形态在内的上层建筑这样两部分构成的，而经济基础又是由生产力和生产关系这两部分组成的。物质生活资料的生产活动是社会赖以存在的基本活动。生产力决定生产关系，经济基础决定上层建筑，它们构成了作为社会发展的内在动力的社会基本矛盾。在阶级社会里，这两对矛盾集中表现为敌对阶级之间的斗争。这些矛盾斗争的产生、展开和解决造成了社会形态的更迭。人类社会已经经历了原始社会、奴隶制社会、封建制社会、资本主义社会这四种形态，目前正通过无产阶级同资产阶级的斗争朝社会主义和共产主义社会形态前进。这就是社会形态向上进化的自然历史过程。

可是，同达尔文、斯宾塞、马克思和恩格斯发现的生物和人类社会向上进化的过程和方向相反，他们同时代的物理学家们却发现了宇宙向下退化，趋向于组织瓦解的相反的过程和方向。

牛顿在18世纪完成了人类历史上一项真正伟大的科学革命，把伽里略研究的地上物体运动的规律和开普勒研究的天上星球的运动规律统一在一起，提出了支配整个宇宙的万有引力定律，从而奠定了经典科学的传统——力学传统。牛顿力学认为，宇宙中所有物体都由恒定的、实在的物质微粒组成，它们在连续的绝对的时间和空间中运动，所有这些运动都受引力的作用并服从牛顿力学的三条定律。这些运动都是可逆的，因而时间只是一个没有方向性的参量。因此，经典物理学是研究存在的物理学，它没有时间方向，也不承认任何进化。

在19世纪初物理学家们开始研究热现象同力现象之间的关系，或者说热现象中物态的转变同力现象中能量转换之间的关系，从而创立了热力学。在很长一段时间内，他们集中研究的是平衡态热力学。所谓平衡态，就是在没有外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间发生任何变化的状态。平衡态是在一种特殊情况下(理想条件下)的定态，是一种稳定态，它有抗拒微小扰动的能力。那个时代的物理学家们普遍认为，对于外界扰动(影响)造成的对平衡态的任何偏离，系统都会按照一种“惯性”回到平衡态。平衡态热力学的研究成果集中体现为发现了热力学第一定律和第二定律。

热力学第一定律可以表述为：外界传递给一个物质系统的热量等于系统内能的增量和系统对外所作的“功”的总和。其实这就是先前发现的能量守恒和转换定律，不过在这里它被表述成热力学的语言罢了。第一定律只讲热变化中的能量关系，并没有讲变化的方向，所以在这里仍然没有时间概念。

热力学第二定律有更为深刻的多种内涵，因而可以从多个角度作出多种表述。卡诺在1824年描述了同后来的第二定律有关的热现象：热机必须工作在两个热源之间，从高温热源吸取热量，再传递给低温热源，只有这样才能作机械功。后来克劳修斯和开尔文分别对卡诺的研究作了分析，上升为热力学第二定律，并提出了两种不同的表述。克劳修斯的说法是：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。开尔文的说法是：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化。这两种否定式的陈述是等效的，前者说出了热传导的不可逆性，后者说出了用热作功的过程的不可逆性。因此第二定律的实质就是揭示了自然界所有同热有关的过程的一个总的特征——不可逆性。[3]

后来克劳修斯又进一步提出了“熵”这个概念，热力学第二定律就有了第三种表述：在孤立系统内实际发生的过程中，总是使整个系统的熵的数值增大。并且由此得出了整个宇宙走向热寂的结论。“熵”是一个态函数，是规定系统状态的变数的函数。具体说就是热量被温度除所得的商，[4]在系统的热量相同的条件下，温度高则熵值小，温度低则熵值大。由于在一个同外界没有物质和能量交换的孤立系统中自发产生的物理过程总是使系统总的温度不断降低，趋向温差消失的平衡态，所以熵的值就越来越大。这样看来，“熵”和“能量”是两个相反的概念，“能量”是系统能作功的能力的量度，而“熵”则是系统失去作功的能力的量度。所以第二定律的另一方面的实质就是孤立系统总是趋向失去作功的能力(建构的能力)，直到完全丧失这种能力。

到19世纪末期，玻尔兹曼又从微观层次对熵的物理意义提出了更深刻的见解。从分子运动论的观点来看，热是大量分子无规则运动的表现；熵则是分子热运动混乱程度的量度，或无序性的量度。所以熵的增加就表明系统内的分子从比较有规则、有秩序的状态向更无规则、更无秩序的状态演化；若改换成数学语言就是系统从概率小的状态向概率大的状态演化。[5]

如果我们把对热力学第二定律的认识不断加深的几种表述和解释综合起来，把宇宙看作是一个孤立系统，就会得出这样一个结论：包括地球在内的整个宇宙是从有温差、能作功、有活力的有序状态向温差消失、没有作功能力、惰性增加的混乱状态演化，一切组织都趋向瓦解，并且这个过程是不停顿的和连续的，是对称破缺的和不可逆的。

19世纪生物学的一项伟大进步，就是从以往对物种作静态的分类学研究过渡到作动态的进化论研究，结果发现了一个由低等生物指向高等生物和指向人类的有序性和组织性不断增加的向上的时间方向。与此相反，物理学的一项伟大进步是从存在的物理学开始向演化的物理学过渡，结果是发现了一个熵值不断增加，从有序走向混乱，并趋向组织瓦解的不可逆的向下的时间方向。科学内部的这一重大矛盾在很长一段时期内既无法调和，也无法解释。

直到20世纪中期以后，随着非平衡态热力学的诞生，随着系统科学这一新学科群体的出现，以及综合这两方面的成就的广义进化论的问世，我们才得以用全新的观念将二者统一起来，加深了我们对发生在地球上的进化过程的理解。下面我们就转入对广义进化论阐述的进化规律作简要的说明。

进化及其根据

20世纪人类在基本粒子物理学和宇宙物理学方面取得了许多重大的进展，它们的一些主要成就结合起来，使大爆炸宇宙学和它的改进模型暴胀宇宙学在经验层次上获得了若干有力的证明。同这一理论相符合的最主要的观察事实是：银河外天体系统性的谱线红移；各种天体大部分都具有30%的氦丰度；所有天体的年龄都小于两百亿年；以及温度为3°K的宇宙微波背景辐射。

这就说明我们的宇宙起源于温度和密度极高的“原始火球”的一次大爆炸。宇宙在时间上有一个起点，确实经历了一段从热到冷、从密到稀的不可逆的演化史，并且循着原始物质→基本粒子→原子核→原子→气状物质→各种天体的演化途径进化到目前这个状态，并且还要继续进化。宇宙现在的平均温度已下降到3°K，还会继续以非常缓慢的速度下降，但根据热力学第三定律它不可能达到0°K。因此，热力学第二定律也就在宇宙的宏观尺度上获得了有力的证实。这说明热力学第二定律是在宇宙范围内普遍有效的最根本的物理学定律之一，它当然也是广义进化论研究必须遵循的依据。

可是，我们地球上活生生的现实告诉我们，确实还有一个达尔文进化论发现的向上的时间方向，这怎么可能呢?

在20世纪后半期，主要由普利高津建立的非平衡态热力学或耗散结构理论解答了这个问题。那些远离平衡的开放系统，在达到一定阈值的持续的能量流(有时还有物质流)的作用下，从外环境吸收的负熵流能够抵销内部按热力学第二定律产生的增熵趋势，从而使自身总的熵值保持不变，甚至减少，然后通过内部某个涨落的放大由原来的无序状态进化为有序状态，这是一种要不断耗散能量才能维持住的动态的稳定状态，所以叫耗散结构。同经典热力学相反，普利高津得出的结论是：“非平衡是有序之源”，“涨落导致有序”。

从实际发生的情况来看，在宇宙存在的第一微秒期间，它几乎完全是由辐射组成的。随着宇宙温度下降和变得稀薄，开始合成出物质系统，越来越多的能量被束缚在物质中。由于在宇宙继续膨胀的过程中，纯辐射中释放出的能量密度要比束缚在物质中的能量密度下降得快，能量便继续从辐射输送给物质。二者之间的持续的能量流便成了把后者推向远离平衡的区域的推进器。我们的太阳就是这样一个不断发射出强大的辐射能量流的宏大系统，我们所处的地球则是这样一个淹没在这种辐射能量流中的相对微小的物质系统。它处在远离平衡的区域，是开放系统，有足够强大的持续的能量流输入，因此它就具备了形成耗散结构的基本条件。

至于“涨落”，它本来是指物质系统的某些参量在内外环境因素的影响下围绕统计平均值的随机波动。经典热力学认为，在平衡态和接近平衡态的情况下出现的涨落都是稳定状态的破坏因素；在非平衡热力学中，普利高津发现系统正是通过某一涨落的放大才形成有序结构的，因此涨落成了建设因素。在早期地球的原始海洋里，不但有来自太阳的持续的能量流，而且有海底温泉发出的持续的能量流，此外还有原始大气层的雷电风雨的影响，地壳内频繁发生的地震和火山喷发的影响，因此自然有丰富的各种随机涨落为进化出有序结构提供足够的原始材料。

前面这一节讲的是，按照当代的广义进化论为什么两种时间之矢都是合理的并且是现实的，并进一步说明为什么在地球这样的特殊环境条件下会出现进化。下面则讲怎样进化。当代众多的系统科学学科已经揭示出多种多样的进化机制，这里我们把它们综合成三种进化机制：系统的自组织进化机制，系统的自复制进化机制和系统的自创造进化机制。

1.系统的自组织进化机制

具有自组织进化机制的物质系统必须是由大量的下层系统组成，不管这些下层系统按物质属性来看是光子、电子、原子、分子、细胞、神经元、器官、动物还是人，它们不达到一定的数量是不会出现自组织行为的。

这些下层系统之间必须要有非线性的相干性，换句话说就是它们之间的关系不能是固定的、僵化的，或呈正比例增长的(线性的)，因为一个刚性的物体，不管是晶体还是人造的机器之类的东西，即使有强大的持续的能量流输入，它们也不会有自组织行为和进化。只有那些由弥散分布并靠非线性关系耦合在一起的下层系统组成的宏大系统，由于下层系统都有一定的自由度和自发的无规则的独立运动，才会出现整体的失稳和局部的涨落，从而引发自组织行为。

那么什么是“自组织”呢?为什么我们要称它为“自组织进化机制”呢?所谓“自组织”是指，上述这类系统，当一定的参量条件都得到满足时，尽管并未从外部环境得到任何进行组织和怎样组织的信息(指令)，大量下层系统却自发地行动起来，从无序走向有序，从而在宏观尺度上组织成空间、时间或功能的结构。我们通常把物质系统的不同状态称为不同的相，当自组织行为发生时，系统发生了非平衡相变，从简单系统转化成复杂系统，开始了朝增加组织性的方向的向上的进化过程，所以就称这里面包含的进化机制为“自组织进化机制”。

目前这套机制又被称为自组织理论或复杂系统演化理论。

在本世纪70年代先后诞生了三种关于非平衡系统的自组织理论：耗散结构理论、协同学和超循环理论。耗散结构理论钟爱的实验对象是从底部均匀地加热的装有液体的平底容器，协同学钟爱的是激光器，超循环理论钟爱的是化学系统。如果把这些相对来说比较原始和简单的物质系统放到系统科学中来看，即把它们抽象成关系定向的系统，它们都有以下的共性：1.都是同外部环境有能量(以及物质)交换的开放系统；2.被来自外部环境的持续的能量流(有时还有物质流)驱使着远离热力学平衡态或化学平衡态，并维持某种动态的稳定状态；3.都由具有非线性相干作用的大量下层系统组成。

因此，当外部的控制参量达到一定的阈值时，自组织现象便不可避免地自然而然发生了。

协同(合作)  当外界供给的能量流和物质流接近某阈值(临界值)时，下层系统之间的关联(非线性相干作用)逐渐增强，原来无规则的独立运动就相应地减弱了。当达到或超过一定阈值时，那数量巨大的下层系统好像是能够互相识别和遥相呼应似地同时按某种方式行动起来，在相互作用、带动、制约和干扰——即非线性相干作用当中，均丧失了自身运动的独立性，参加到协同的(合作的)集体运动中，形成了稳定的或振荡的宏观结构。整个系统就一下子从原来的无序状态进化到有序状态，从简单系统转化成复杂系统。

序参量  “序参量”本是苏联物理学家郎道在1931年引入的一个物理概念，指“在临界点上具有不确定性的宏观参量”。

目前，在自组织理论中它被用作“描述微观有序性的宏观表现的参量”，或者说“描述相变过程中系统有序程度的量”。[6]

在相变前序参量为零，在接近或达到临界点处它随着系统有序程度的增加而急剧增大。有时，在临界点处，系统中有几个序参量同时存在，每个都有相应的一组微观组态，以及对应的一定的宏观结构。每个序参量都力图独立主宰系统，但如果做不到而暂时处于均势，那么序参量之间便自动形成妥协，通过协同和合作共同决定系统的有序结构(这是协同学的第二层含义)。然而，随着控制参量的继续变化，序参量之间的竞争会趋向尖锐，最终将导致只有一个序参量单独主宰系统的格局。这时系统实际进化到了更高一级的协同，更高一级的有序结构。所以我们说，协同形成结构，竞争促进发展。

协同学已经从实验和理论两方面证明，在原来的稳定状态下，所有的参量的作用都差不多。但是，到达临界点时它们要发生两极分化。绝大多数参量临界阻尼大，衰减快，属于快弛豫参量；它们对系统的演化进程不发生明显的作用。另外，总有一个或几个参量出现临界无阻尼现象，往往呈指数型增长，得到多数下层系统的响应，属于慢弛豫参量；它们在整个过程中始终在起作用，支配大量下层系统的行为，决定演化的进程和未来的结构。所以协同学又得出了另一个重要的结论：变化最慢的参量决定着系统演化的速度和进程。

涨落  进化的无限性不仅需要稳定，也需要失稳，因为，如果没有外部和内部自发产生的非稳定性，那么系统就不会继续向上进化。现实的情况是系统总是不断受到来自外部环境的无规则变化的扰动。这些扰动可以看作是外涨落，也可看作是噪音。它们使系统失稳，换句话说就是使原来的稳定状态变得不稳定了，甚至维持不下去了。另一方面，系统内部的各种参量也都有随机涨落——对统计平均值的偏离。它们或表现为温度、压强、浓度、密度等的涨落，或表现为化学反应式中某些常数的涨落，或表现为变体、亚种，或表现为新的灵感、思潮和社会运动。

在一定的区域内，譬如说热力学的线性非平衡区域内，这些涨落是干扰和破坏的因素；而系统总是竭力抗拒和吸收这些涨落。可是，超出一定的区域，譬如说在热力学分叉点之后，即在非线性非平衡区域内，这些涨落就成了建设性的因素，担当了非平衡相变的触发器。一个小的随机涨落可能在同其他涨落的竞争中迅速增长，通过相干效应不断增强，变成巨涨落，最终取得对整个系统的支配地位，从而驱使早已失稳的系统上升到一个新的更有序，更稳定，更能抗拒干扰，因而更适应环境的状态。这就是说，涨落导致微观结构的局部改变，进而该局部改变又改变了整个系统的宏观结构。

三种吸引子和三种状态  非平衡的热力学—化学系统处在一种动态稳定状态。有些系统是单稳的，它们只有一个稳定状态；有些是双稳的，有两个稳定状态；有些是多稳的，有许多个稳定状态；还有些是超稳的，它们在失稳之后往往总能回到原来的稳定状态。这类系统的固有属性就是渐近稳定性以及从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态，但是外部环境变化引起的控制参量的改变和内部的各种涨落总是趋向破坏原有的稳定状态。在物理学和系统学中都习惯于用相空间当中的运动轨迹来描述系统的状态变化。

在可逆过程中，系统对初态和终态的态度是一样的；但在我们研究的不可逆过程中，系统更偏爱对它有“吸引”的终态，那样的状态就成了另外一种状态的吸引中心，我们形象地把它们称为相图中的吸引子。有三类主要的吸引子。第一类是固定吸引子，又叫不动点吸引子，在相图中它像“陷阱”一样捕捉系统的状态轨线，因此系统就停留在一个稳定的状态上。第二类是周期吸引子，又叫极限环吸引子，它捕捉在一定时间间隔中重复出现的状态轨线，形成一个封闭曲线，因此系统就处在周期振荡状态。第三类是混沌吸引子，又叫奇异吸引子，它捕捉像湍流那样的混沌的、漂忽不定而隐含奇特秩序的状态轨线，因此系统就处在混沌状态。

混沌理论的出现和其中的某些发现是物理学和系统学在本世纪的重大突破，大大丰富了广义系统论的自组织理论，因此有必要在此作进一步的专门介绍。我们原先把“混沌”看作混乱的代名词，认为它没有任何秩序可言，因此它又是“系统”的反义词。最新的研究成果表明，情况不完全是这样。首先，混沌吸引子是一个其上有折皱的曲面，具有非整数维，如1.26维、2.06维、3.67维等等。它把系统的运动轨线束缚在一定的区域内，反复伸拉和折皱，直至无穷，因此产生出一种“无穷嵌套的自相似结构”；这就是说，把其中任意一个局部加以放大，都会发现它有同整体相似的结构。最后，处在混沌状态的系统有一种固有的、不可消除的内在的随机性，它对初值有高度的敏感性。混沌吸引子起一种“泵”的作用，把初值的微小差别按指数增长的速度提升到宏观尺度上表现出来。[7]

可是，另一方面，混沌又不是绝对的无序，相反，它里面隐藏着奇特的秩序。科学家们对描述复杂系统的非线性方程Xn+1=μXn1-Xn］，其中Xn∈［0，1］，μ∈［0，4］在计算机上做叠代演算时，发现它们周期性地出现分叉(有两个或两个以上的解)的数量是成倍增大的；当大得无穷大时，已无周期可言，就进入混沌状态。美国科学家费根鲍姆又发现它们都遵守倍周期分叉间距比值的一个常数4.6692(费根鲍姆常数)，由此可见系统是按照一定的规律从有序走向混沌的，而混沌中又隐含着秩序。

分叉和选择  上面谈到，哪怕是最简单的一元二次的非线性方程，在进行叠代运算时，它也会按照倍周期规律周期性地出现分叉。现实中的物质系统往往要复杂得多，常常是同时受到多个不同吸引子的影响；相应地，为它们建立的系统模型也就要复杂得多。在这些模型中由于系统的失稳而产生的重大突变表现为系统进化的轨线出现分叉或多叉，而且其数量呈倍数增加。每一个分叉都是由吸引子的类型改变造成的，系统就相应地由稳定状态进入振荡状态，由振荡状态进入混沌状态等等。

因此远离平衡的具有非线性相干性的系统的进化轨线不是一条，而是许多条。在每一个临界点上，或者说分叉点上，系统究竟选取哪一条轨线基本上是随机的、不可预见的。系统进入的新状态既不决定于初始条件，也不决定于环境参量的变化。两个系统，即使是从相同的初始条件出发，受到来自同一环境的相同干扰，它们也可能沿着不同的轨线进化。正如I·普利高津所指出，动态系统有一种本质性的“发散属性”。这一属性从根本上动摇了建立在单一轨线概念基础上的经典决定论。因此，进化不是命运，而是机遇。[8]但是这并不是说进化是没有方向的。不，在地球上发生的进化过程在宏观上有一个总的方向，那就是朝增加自由能通量密度的方向前进。

自由能通量密度  所谓自由能通量密度就是系统内每单位质量在单位时间获得的自由能。科学家们已经从理论和实验两方面证明，在环境能够提供和保持足够强大的自由能流体的前提条件下，那些在消耗更多能量的过程中相继发生的结构将胜过那些消耗较少能量的结构，换句话说，自然将择优选出那些较大数量能量的消耗者。由于系统内的自由能同熵是成反比例关系，如方程式F＝E-TS所给出(F是自由能，E是总能量，T是绝对温度，S是熵)，所以在一定的温度下，系统熵的值越小，其自由能的值越大，反之亦然。因此，我们就清楚了，是自由能通量密度的提高和熵值的降低一起在规定着物理—化学系统、生物系统和社会系统进化的时间之矢。在宏观上我们就看到进化过程一直是在朝增加结构复杂性、活动有序性和自主活力的方向前进。

2.系统的自复制进化机制

自组织理论的一大贡献就是能较好地解释生命的起源。现在科学家们相信，自组织进化机制开始发挥作用的一个必要条件——持续的热能量流是由在早期海洋中大量存在的海底温泉提供的。在那时的“海洋汤”中已经有多种多样的单质和化合物的分子。从海底温泉内不断冒出的流体还会源源不断地提供充足的离子、无机分子和高能有机分子。在这些条件都具备的区域内，进一步的进化过程便不可避免地发生了。

可是，仅仅依靠自组织进化机制是进化不出具有生命的单细胞生物体的。生命虽极难定义，但一般公认具有生命的系统必须有三种能力：新陈代谢、自复制和突变。其中的关键是自复制，因为，如果没有自复制，那么自组织形成的结构随聚随散，便永远不能上升到更高级的层次。要有自复制能力 ，就必须有生物遗传信息的出现并开始发挥复制功能。这样就导出了“先有核酸，还是先有蛋白质”的问题，而这个问题正是“先有蛋，还是先有鸡”这个古老问题的现代翻版。由M·艾根等人创立的超循环理论较好地解答了这些难题。

自催化和交叉催化  非平衡态热力学得出的一个重要结论是：在化学系统中，特别是在那些实际存在的生物化学反应系统中，只有在包含有催化步骤时，耗散结构才可能出现。化学反应的产物催化它自身的合成，这是最简单的自催化循环；它能保证这种产物能够呈指数增加，从而使生成速率大大高于分解速率。另一种比较复杂的形式是交叉催化循环，即两种化学反应的不同产物互相催化对方的合成；这种交叉催化循环圈不仅能保证两种产物的浓度呈指数增长，而且具有很好的抗拒干扰和保持稳定的能力。

超循环  超循环是更高级的循环，或者说是由两个和两个以上的第一级循环圈联锁形成的第二级循环圈。如果化学反应A的产物不仅催化A的合成而且催化B的合成，B的产物不仅催化B的合成而且催化C的合成，C的产物不仅催化C的合成，而且催化A的合成，那么它们就连锁形成了超循环。它是一种独特的封闭的化学反应网络，标志自组织进化达到一个新的高度。它使由超循环圈联系在一起的多种产物能够稳定地、受控地共存，相干地增长和一起进化。超循环圈的规模还能扩大或缩小，如果这种变动能提供任何选择优势的话。因此，超循环圈就能更有力地同其他独立存在的实体以及各类循环圈进行竞争。它是一种新的稳定的秩序，一旦建立起来就不容易被任何新来者所取代，从而造成“发生即长存”的结果。[9]

会聚和整合  由于超循环有这样的优点或竞争优势，物理—化学动态系统就表现出共同分享并在环境内形成超循环的趋势。超循环的形成允许两个或两个以上的系统联合起来创造出一个更高层次的上层系统，我们把这样造成的从组织性的一个层次向另一个层次的上升叫做会聚。会聚的结果是一个更高层次的系统，它迫使那些下层系统接受一个集体功能模式的内部约束并放弃自身的许多动态细节，当然也就缩小了自身活动的自由度。

另一方面，通过会聚而形成的新的系统又为进一步的进化开辟了新天地，因为在这个新的层次上的若干系统又能够再通过超循环连锁而会聚出一个更高层次的上层系统。这样经过若干逐级上升的超循环会聚之后，就形成了具有等级结构的复杂系统。再经过内部结构和外部功能的优化，一个相对完整的具有更大活力和自主性的复杂系统就整合出来了。我们在整个生物进化过程中都能观察到会聚和整合的作用。在早期，真核(有核)细胞的进化就是通过前核(无核)细胞当中的会聚和整合实现的，真核细胞的许多重要细胞器，譬如像线粒体、叶绿体、鞭状体和施行有丝分裂的细胞器，都可能是起源于原始前核细胞当中形成的超循的会聚和整合。接下来，多细胞物种又是从真核细胞生物当中的超循环圈的会聚和整合中产生出来的。

信息和生命  我们采用维纳的观点，把信息看作是不同于物质和能量的一种新的元素。按照目前被广泛采用的定义，信息被解释成系统的组织性或有序性的度量，它的功能是消除系统的不确定性。这种解释是片面的，有严重的缺点，因为一个系统内部的组织性或有序性仅仅是潜在信息，它无从自己消除自己的不确定性。真正的信息仅存在于由信源、信道和信宿这三个下层系统所组成的通讯系统中，或者更确切地说，仅存在于某种通讯活动或通讯过程中。其功能是消除信宿系统相对信源系统的不确定性。总之，信息要相对于这种通讯功能，要被读出，才能获得意义和价值。所以，恰当的信息定义应当是：信息是在通讯系统中信源经由信道传输给信宿的组织性或有序性，它减少或消除了信宿(接收系统)相对于信源(输出系统)的不确定性。

在人类目前积累的科学知识范围内，我们所知道的最早、最原始的通讯活动是生物细胞中核酸与蛋白质之间的通讯，那里就是信息创生的起点，从而也是生命的起点。正像时间起源于宇宙热力学不可逆过程的对称性破缺，物质起源于基本粒子及其反粒子的对称性破缺，信息也起源于多种生化分子排列的空间秩序的对称性破缺。生物信息传输的组织性或有序性是在物理—化学非平衡态系统的自组织进化过程中创造出来的，但它不是按照一种决定论过程一下子创造出来的，而是在一种随机过程中经过漫长的竞争和选择逐渐地创造出来的。

在地球上生命起源的“原始汤”中，开始那多种多样的生化分子肯定是处在无序的混乱状态。目前已能从理论和实验两方面说明，在具备我们前面阐明的那些条件和进化机制的情况下，构成细胞内通讯系统的信源、信道和信宿的三种生化大分子——脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和蛋白质都能独立地进化出来。DNA是由四种核苷酸(碱基)编码，每三种构成一组，共有六十四组三联密码。RNA也由这四种核苷酸编码，但结构和性质与DNA有细微的区别。蛋白质则由二十种不同的氨基酸编码，它们可以构成几十万种结构和功能各异的蛋白质。它们三者的合成都需要某种酶(也是蛋白质)作催化剂，所以都是自催化或交叉催化循环圈。它们在“原始汤”中互相识别、碰撞、连锁和会聚是一个无序的、没有对称破缺的随机过程，它们能形成多种多样的交叉催化循环圈和超循环圈，并展开激烈的竞争。终于有一类超循环圈表现出最高的选择价值，即有最快的复制速率、比较慢的分解速率和适中的复制错误发生率。这一类超循环圈的结构就是DNA→RNA→蛋白质→DNA。它们构成了一个通讯系统：四个字母的DNA语言编码的组织性或有序性被转录成类似的RNA语言的组织性或有序性，最后再翻译成由二十个氨基酸字母编码的蛋白质语言的组织性或有序性，而某些种类的蛋白质反过来 又催化DNA的合成。

一旦这个闭合的超循环圈形成，我们就找不到起点和终点，也分不清谁先谁后。最初可能是一个偶然产生的拷贝，可以看做是一个微涨落。由于表现出最高的选择价值，它迅速地在竞争中获胜，取得优势，扩大成巨涨落，最后占据了整个“信息空间”。它造成了信息沿DNA→RNA→蛋白质这个方向传递的通讯系统，造成了在“源始汤”中多种生化分子排列的空间秩序的对称性破缺。信息就这样通过随机组合、竞争和选择创造出来了，生命就这样诞生了。至此我们就能正面回答前面提出的问题：核酸和蛋白质是同时进化出来的，正像“有了蛋就有了鸡，有了鸡就有了蛋”。

自复制和变体  进一步的整合、优化和复杂化产生出来有生命的单细胞生物。这种处在更高层次的更复杂的系统享有更大的活力和自主性；它更精巧，但也更脆弱。尽管它已拥有自我更新和自我修复的能力，但它仍然按照一种难以解释和不可抗拒的自然规律表现出有生命周期——它在一定的时间限度内要死亡。死亡给进化带来的威胁是细胞内积累的组织性或有序性要瓦解，生物遗传信息要消失。幸运的是细胞已进化出了一套自复制机制和能力，它能在“原始汤”中一次又一次地将自己再生产出来。每当这样一个自复制周期完成了，细胞就分裂成同样的两个：旧的死亡了，新的诞生了，而且数量翻了一番。自复制的关键是DNA内包含的起模板作用的生物遗传信息，它一次又一次地被转录和翻译，生产出了数量呈指数增长的同样的拷贝。于是，我们看到了生命进化的奇异特征：死亡是新生和进化的前提，生物遗传信息成了不朽的实存。古人一直在谈论的话题——“肉体的死亡”和“灵魂的永生”，在现代科学中获得了惊人的实证——这灵魂便是遗传信息。

继续进化的第二个前提是有差错的自复制，因为绝对忠实的(无任何差错)的复制将造成进化的停滞，尽管自复制体的数量可能不断增长。幸运的是生物遗传信息在转录和翻译过程中总按某个数值的概率发生“打字错误”，这可看做是这种通讯系统中不可消除的“噪音”涨落。其宏观表现就是不断有变体表型出现，它们为生存竞争和自然选择提供了材料。

变体出现，在生存竞争中取得胜利并大量地繁殖将导致物种发生分化。新的亚种，甚至全新的物种将会出现。每一次分化都可以看作是进化轨线在宏观尺度上发生的分叉，也可看作是一次“噪音”涨落的放大。结果就是进化朝多样性空间不断地推进，新物种层出不穷。像动物和植物的分野，两性区分的出现，都是巨涨落放大之后造成的巨分叉。单体繁殖容易因信息的损失造成物种退化；通过专门的生殖细胞——精子和卵子的结合，有性繁殖不但能保证信息不损失，而且还能保证每次复制出同双亲均有差异的变体。近缘杂交和远缘杂交则直接培养出新品种。这些都大大加快了进化的速度。

可是，另一方面，在一个超循环结构中，错误复制的期望值必须在规定的范围之内，否则所积累的信息量就会因复制错误过多而遗失或溃散。因此，自复制单元的分子符号(核苷酸)的数目不能太小，否则其随机误差将过大，不能保证错误复制率在某一规定阈值之下。实验和理论都证明，自复制单元的最小核苷酸数应在600以上。随着生物的进化，自复制单元RNA和DNA的分子量增加，复制的错误率减少，生物的最大信息容量也随着增加。到高等的脊椎动物，其DNA的信息容量的位数已高达5.3×10+9 ，而错误率已从5×10-2 下降到1×10-9 。[10]

群体进化  生物进化的最高形式是生态系统中的群体进化。生态系统是在自然环境基础上各种各样的生物群体组成的自然系统，这些生物群体是靠被称为食物链的交叉催化循环网络维持的。在生态系统中进化的单位不再是个体，而是群体。按照新近获得确认的间断平衡理论，在生态系统中，分享一个相似的适应程序安排的一批物种组成一个进化枝，其中有一个占支配地位的物种群体和占支配地位的循环圈。在很长的时期内，譬如几百万年这样长的一段时期，各个种群都利用它们的遗传信息库一代一代往下繁殖，基本上不发生什么变化。进化之所以发生，是由于有其他物种或亚种偶然闯进了一个进化枝的边缘，打破了占支配地位的循环圈，从而使原来占支配地位的种群构成的系统在自己的环境中失稳了，出现了原来在边缘的物种或亚种取代灭绝物种而取得支配地位的进化性飞跃。从旧的动态平衡的打破到新的动态平衡的重建，中间这段飞跃时间大约在五千到五万年之间。

此外，从地层中发掘出来的化石记录来看，在生物群体进化的历史上，还发生过大批物种突然灭绝和另一大批物种突然诞生的情况；这是用达尔文生物进化渐近论和现代综合进化论的间断平衡理论都解释不了的。科学家们只能用自然环境中偶然发生的严重灾变来解释，例如超巨型的陨石同地球相撞和周期性的地球冰河期的到来。这时地球自然环境的许多参量都剧烈地改变了，迫使众多的生物群体在短时期内不是进化了，就是灭亡了。

3.  系统的自创造进化机制

在生物圈之上的是意识圈，在生态系统的基础上进化出来的是社会系统。人是社会系统的基本元素和原始变异点。人区别于其他动物的是他具有意识。意识使人成了认知主体和创造主体，所以更高级的一种进化机制是以人为中心的自创造进化机制。这种进化机制是怎样一步步进化出来的呢?它又要把人类社会引向何方呢?

同环境的通讯  自复制进化机制的关键是生物细胞的内环境中核酸同蛋白质之间的通讯，自创造进化机制则是生物自身同外环境的通讯。

生物体同环境的通讯起源于蛋白质对环境的感受性：蛋白质对环境因素的各种参量的改变可发生强烈的反应，改变自己的体积和形状，加速或减缓自催化化学反应，甚至发生细微的结构改变。总之，它具有最原始的为适应环境的改变而改变的能力。

更高一级的通讯能力是生物细胞的感受刺激的能力。最原始的单细胞生物已能感受外界的刺激，然后加快或减缓新陈代谢，改变自复制的速度，移动空间位置等等，从而主动地去适应环境的变化。

从最原始的单细胞生物起，所有生物同环境通讯的基本方式是利用反馈信息。所谓反馈，是关于系统某个参量实际级与参照级之间差距的信息又被用以改变这个差距。如果利用反馈信息采取的行动扩大了系统参量实际级同参照级之间的差距，就称为正反馈。反之，如果所采取的行动缩小了两级之间的差距，则称为负反馈。[11]所有生物机体都是远离平衡的动态系统，它们基本的参照级是通过不断地同环境交换物质、能量、信息来保持自身动态稳定的一定水平，因此它们总是大量地利用负反馈机制进行内稳态调节。另一方面，它们又是具有自组织、自复制的进化机制的系统，因此它们有时也利用正反馈机制来打破原有的平衡和结构，录找和建立新的动态平衡和结构。因此生物机体系统同环境通讯就有两种结果：负反馈自稳和正反馈自组。

通讯系统的进化  在同环境不断进行多种多样的反馈通讯时，每种反馈通讯都要求三个必要条件：参照级数据、实际数据和比较机制。参照级数据主要表现为外在的行为目标和内在的稳态目标。实际级数据则表现为关于系统输出(行为)的效果的信息和内部自身状态的信息。比较机制则包括获取、传输、加工、分析、比较等通讯和信息处理功能。由此可见，随着生物机体的进化，必然要求进化出越来越发达和复杂的通讯系统或信息处理系统。

我们可以按目前人工信息处理系统采用的术语，把动物体内自然通讯系统也划分成硬件系统和软件系统，分别概述它们的进化。

通讯硬件系统的进化大致经历了这样一些步骤：首先分化出专司接收和处理信息的神经细胞，神经细胞会聚成神经索，分化出专门进行内稳态调节的植物性神经系统和专门处理外部信息的神经系统，形成中枢神经系统，以及最后进化出从事高级的信息处理活动的大脑皮层。其次就是接收环境信息的感觉器官的形成和分化，形成了视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等感觉器官。最后是在人身上进化出了整套通讯和信息处理系统的终端效应器——双手。

与此同步的是通讯软件系统的进化。这里所说的“软件”是指生物，特别是动物和人的神经系统中的信息编码结构，以及这种结构的记忆和记录。这类软件系统的进化大致经历了这样一些主要步骤：对各种外界刺激的笼统感受；分化了的感觉和感情，知觉和表象；对感性形象的记忆和想象，概念，判断，推理，以及作为第一信号系统的信号的信号的第二信号系统——口头语言；文字符号和用文字符号编码的文化信息在人大脑内的记忆储存；最后是意识和各种意识活动。

此外，在人类社会系统中还进化出了图画、记号、文字符号、书籍、报刊、图书馆、档案馆、数据库、声像制品、计算机、互联网软件等通讯软件形式，以及教育、邮政、电话、电影、电视、计算机、互联网等通讯硬件形式。

作为自创造主体的人  在我们所认识的这个宇宙的范围内，进化的最伟大的杰作和最高级的产物就是人。前面所讨论的所有进化历程和进化机制都集中整合在人的身上。那么人超出万物并成为万物之灵的最伟大之处究竟是什么呢?人能奔跑，但不如马；人有力气，但不如牛；人能搏斗，但不敌狮虎；人能感觉，但远逊于鹰犬。可是，在人身上有一套系统，其发达程度远远超出任何动物身上的，那就是他同环境通讯、处理符号信息和对环境作功的那套系统。正是这套以大脑为信息处理和控制中心，以双手为操作终端的系统使人超出万物成为自创造主体。

以脑为中心的这套信息处理系统的第一个功能是通过各种感觉器官信道获取环境信息。第二个功能是将这些信息整理加工成大量图像和用符号语言编码的知识，储存在记忆中，以备随时提取。第三个功能是按照主体的需要，在主体意识的监控之下，进行创造性的想象，逻辑推理和创新设计。我们已经从理论和经验两方面认识到，人脑细胞和整个人脑很可能都是在全息地运转。不管怎么样，人脑的创造性思维活动经常是以灵感的形式出现，就是说，新图像、新观点、新设计是从无意识和混沌当中像闪电一样突然涌现出来的。这往往就是自创造进化过程的一个起点。因为人一方面可以运用双手劳动，把一种新设计实现为一种物化的人造物品或人工系统，从而直接推动社会的进化；另一方面还可以把灵感加工成观点，推演成理论，传播成思潮，发展成社会运动，甚至转化成文化传统，从而间接地而又是长期地推动社会的进化。

随着人逐步进化成自创造系统，他就逐步发挥这种功能进行创造性的劳动。他不再像所有别的动物一样被动地适应自然环境，而是主动地改造环境，让环境适应人的需要。他不满足于索取和利用现成的自然物品和自然系统，而是设计和生产出越来越多样化的能满足人的各种需要的人造物品和人工系统。这样，在人的创造力的推动下，在自然生态系统的基础之上，就逐渐进化出了人创造的社会系统，它是人赖以生存和繁衍的人造环境。

社会系统的进化  社会系统是在生态系统基础之上进化出来的由人组成的生产人、人造物品和人工系统的自复制—自创造系统。这是目前我能给出的最好的社会系统的定义。

从这个定义看，社会系统有两个环境：一个是自然环境，即生态系统；另一个是社会环境，即其他社会系统。社会系统永远要对自然环境保持开放，否则它就不可能存在和进化。但社会系统对其社会环境则可以保持开放，即进行物资、人员、文化等方面的交流；也可以保持封闭，即不进行这类交流。前一种情况称为开放社会，一般来说发展较快；后一种情况称为封闭社会，一般来说发展较慢。

上述定义明确地把人规定为社会系统的主体，从而也是历史的主体。人不仅是人自身生产的主体，而且是精神生产和物质生产的主体。第一种生产是生物性的自复制过程，而后两种生产则是社会性的自复制和自创造过程。同生物性的生产一样，社会性的生产也需要物质、能量和信息三种流体作为推动力量。其中物质流、能量流主要来自自然环境，而信息流则主要是作为社会系统基本元素的人的头脑创造性地生产出来的。这三种流体都要汇集到人身上，再通过他们的实践活动来维持社会系统的存在并推动社会系统进化。

社会系统兼有自然系统和人工系统的双重属性。一方面，从外部透视，它仍然是一个自然系统，是在太阳的辐射能量流(包括其储存形式煤、石油和木材)推动下维持和进化的远离平衡的复杂的动态系统，因此我们前面讨论的自组织和自复制进化机制对它都是适用的。另一方面，从内部透视，它是一个人工系统，是由许多人设计和生产出来的系统。现存的任何一个社会系统，确实不是某一个人在一夜之间有目地设计和生产出来的，但却是世世代代所有的人在追求他们各自的价值目标时自觉或不自觉地生产出来的。每个人对社会系统的设计和生产都贡献了一份力量，那些神话和宗教的创始人、伟大的哲学家、科学家和技术发明家、成功的企业家和政治家，只不过贡献较大罢了。

然而，任何人都不可能随心所欲地复制和创造他们的社会系统，他们的活动是在社会系统的文化遗传法则的支配下进行的。文化遗传起源于生物群体中个体与个体，上一代同下一代之间的体外通讯，即靠它们各自特有的语言和动作来交流和传授求生的技能和行为方式的活动。在人类的社会群体中，最初在很长一段历史时期内都是靠口耳相授积累和传递口语文化。待到文字和书写工具发明之后，才有了真正的文化和文化遗传。狭义的文化指的是社会系统中人们头脑生产的智能信息流的记录，广义的文化则还要加上这些智能信息流物化的物质产品。狭义的文化就是社会系统内的DNA，它通过教育被转录到一代又一代人的头脑中，再通过他们用双手完成的生产活动实现为各种产品，最终外化为一个具有特定结构和功能的社会。比照生物遗传过程中信息流向的中心法则是DNA→RNA→氨基酸→蛋白质→表型→群体，社会系统中文化遗传信息流向的中心法则是心灵→文化→教育→人→生产→社会。所不同的是，社会系统中人人都有一个很发达的处理和生产智能信息流的大脑，因此他们除了完成自复制生产过程外，人人都可能进行自创造的精神生产和物质生产活动，而这又反过来不断丰富社会的文化信息库。社会系统就是在这种自复制和自创造的超循环过程中进化的。此外，社会系统之间的文化交流，特别是通过文字翻译工作进行的文化交流，也常常对社会系统的进化产生巨大的推动作用。

认知图像的进化  认知图像是人们认识他们自己和周围世界的模式，它是社会系统中最重要的文化因素。它揭示环境及社会结构的特征，产生出科学和技术，赋与价值并指导社会实践的方向。认知图像按照社会系统的文化遗传规律扩散和遗传。在所有社会中都会出现突变型认知图像，它们在功能上类似于生物遗传基因的突变型。它们会形成各种亚文化社会运动，以确保社会有可继续向前进化。

认知图像的进化往往以科学革命的形式出现，进一步发展成技术革命，最后爆发成社会革命。现代工业社会的认知图像是由伽里略、牛顿、培根、笛卡尔发展出来的，再由洛克、亚当·斯密、达尔文将它扩展到生物、社会和经济领域。这是一种原子论和机械论的认知图像。它产生出物质主义的价值：不断地同自然界斗争和向大自然索取，以满足人类日益增长的物质需求。它带来了今天人类物质生活的繁荣，但伴随着一个损害生态环境的增熵过程，把人类社会引向灾变分叉点。

在当前和未来，只有占据主导地位的认知图像的转变，以及由此带来的人类主导价值观念的转变，才可能扭转现在世界系统发展的总趋势，重建同自然环境协调发展和和谐的关系。

朝世界系统会聚和整合  在认识了进化的一般规律和机制之后，人类应当“从进化的意识中产生出有意识的进化”。

当前世界系统的状况是已经进化出将近二百个在各个方面都参差不齐的畸形的民族国家和几百家跨国公司，它们都在过时的认知图像的导引下盲目地生产和创造，各自追求自己的目标和利益，继续把全球社会朝灾变分叉点推进。为扭转这种情况，除了要创造出新的认知图像之外，还要自觉地尽快进化出结构合理的世界系统，增强合作意识、全球意识和生态意识。

当前重要的一步是要逐步会聚出十几个像欧共体那样的区域性的经济—文化—军事共同体，由它们来管理人类的经济生活，建立集体安全体系以替代有害无益的军备竞赛。然后再由它们整合成全球范围内的世界系统。

未来的世界系统将不是一个像军队那样的集中控制的多层次命令系统，而是一个像生态系统那样的分散控制的多层次参与系统。在那种系统的每一个层次上，主要的工作方式将是合作、协商和平等的参与。唯有环境问题需要进化出全球性的集中控制机构，因为这个问题不是只考虑局部和采取局部性措施能解决的，必须采用全面的、强制性的监控措施。

在那样的社会系统中将明确地同样重视个人的自由和社会的公平，并把二者结合在一种创造性地建构和平衡之中，使保障个人利益的目标与确保社会进步的目标相协调，并使个人的进化和社会的进化相互促进。

【注释】

[1] 古希腊罗马哲学》，北大哲学系外国哲学教研室编译，三联书店1957年，第7、10页。

[2] F·梅森：《自然科学史》，上海人民出版社1977年，第350页。

[3]张彦、林德宏：《系统自组织概论》，南京大学出版社1990年，第139页。

[4] “熵”的英文字是“entropy”,中国人最初谐音译为“能趋疲”，意为“熵值高则能量趋向疲惫而不能做功”；后又根据“热量被温度除所得的商”而造出“熵”这个字。

[5]严济慈：《热力学第一和第二定律》，人民教育出版社1966年，第92、94页。

[6]郭治安等：《协同学入门》，四川人民出版社1988年，第13页。下面两段的叙述多取自这本书，恕不一一注明。

[7]张彦、林德宏：《系统自组织概论》，南京大学出版社1990年，第103—119页。

[8] E·拉兹洛：《进化——广义综合理论》，闵家胤译，社会科学文献出版社1988年，第43—49、30页。

[9] M·艾根、P·舒斯特尔：《超循环论》，曾国屏、沈小峰译，上海译文出版社1990年，第139-141页。

[10]张彦、林德宏：《系统自组织概论》，南京大学出版社1990年，第50、51页。

[11]阿·曼普拉萨德：《论反馈的定义》，闵家胤译，《经济学译丛》1986年第4期。

（1992年6月） 

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